淺議廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土的推廣應(yīng)用

銀曉東　王海有

【摘要】本文從廢胎膠粉橡膠瀝青的特點入手，通過與基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青對比的方法，闡述了廢胎膠粉橡膠瀝青及其混凝土的特點，得出的結(jié)論是從總體上來講廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土的綜合性能優(yōu)于SBS改性瀝青混凝土，而且施工技術(shù)成熟，質(zhì)量能夠保證，成本低，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土必將得到廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】廢胎膠粉橡膠瀝青；SBS改性瀝青；瀝青混凝土

【Abstract】In this paper， the characteristics of waste tire crumb rubber asphalt start， by contrast with the asphalt and SBS modified asphalt method describes the characteristics of the waste tire crumb rubber asphalt and concrete， and concluded that in terms of overall waste tires overall performance crumb rubber asphalt concrete is better than SBS modified asphalt concrete and construction technology is mature， able to guarantee quality， low cost， waste tire crumb rubber asphalt concrete will be widely applied.

【Key words】Asphalt concrete；Waste tire crumb rubber asphalt；SBS modified asphalt

1. 前言

（1）當前我國經(jīng)濟社會發(fā)展已進入新階段，節(jié)約資源與保護環(huán)境已引起廣泛重視，加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會已成為國家可持續(xù)發(fā)展的基本戰(zhàn)略之一。廢舊輪胎既是一種固體廢棄物，同時也是一種再生資源，在公路工程中大力推廣應(yīng)用廢舊輪胎加工成的廢胎膠粉，不僅可以達到廢棄物"一站式"的無害化處理和利用，而且可以進一步改善公路工程質(zhì)量，延長道路的使用壽命。

（2）如今，我國是輪胎生產(chǎn)大國，也是輪胎使用大國，每年的廢舊輪胎產(chǎn)量一直在不斷攀升。數(shù)據(jù)顯示，2008年，中國廢舊輪胎的產(chǎn)生量大約在740萬噸左右，并在隨后的幾年中不斷攀升，到了2013年，廢舊輪胎的產(chǎn)生量已經(jīng)超過1000萬噸，據(jù)此估計，到2020年中國廢舊輪胎的產(chǎn)生量將達到2000萬噸左右。廢舊輪胎已造成嚴重的環(huán)境污染。

（3）由廢舊輪胎加工而成橡膠粉其主要化學(xué)成分是天然橡膠和合成橡膠，這些成分都是良好的瀝青改性劑，能夠改善瀝青的高低溫性能、抗老化性能、抗疲勞性能，起到減薄路面、延長路面使用壽命、延緩路面反射裂縫、降低噪聲等作用。廢胎膠粉用于改性瀝青和瀝青混合料工藝簡單，成本低，不但可改善路面質(zhì)量，且對廢胎膠粉的可容量大，其研究和應(yīng)用具有深遠的環(huán)保效益、經(jīng)濟效益和社會效益。

（4）目前，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土在我國已有應(yīng)用，但面不夠廣，量不夠大。

2. 廢胎膠粉橡膠瀝青及其混凝土

廢胎膠粉橡膠瀝青是把廢胎膠粉摻入基質(zhì)瀝青中經(jīng)過溶脹、網(wǎng)絡(luò)填充、交聯(lián)或者降解等作用制得的改性瀝青，其具有如下特點：

2.1廢胎膠粉橡膠瀝青的粘度大。

2.1.1廢胎膠粉橡膠瀝青180℃旋轉(zhuǎn)粘度達到2～4 Pa·S，而4.5%的SBS改性瀝青為0.5～0.6Pa·S，70#A基質(zhì)瀝青只有0.175～0.180Pa·S。

2.1.2廢胎膠粉橡膠瀝青粘度大，會帶來如下效果：（1）廢胎膠粉橡膠瀝青的內(nèi)聚力大。在做5℃延度的過程中，70#A基質(zhì)瀝青的最大拉力不超過10千牛，含量為4.5%的SBS改性瀝青的最大拉力為20千牛左右，而廢胎膠粉橡膠瀝青的最大拉力為40～50千牛。這說明廢胎膠粉橡膠瀝青的低溫抗裂性能優(yōu)良。（2）廢胎膠粉橡膠瀝青混合料的和易性差。由于廢胎膠粉橡膠瀝青的粘度比SBS改性瀝青和基質(zhì)瀝青的粘度大得多，所以，在相同溫度下廢胎膠粉橡膠瀝青混合料的和易性差，但通過提高廢胎膠粉橡膠瀝青混合料的溫度可以提高其和易性，一般情況下廢胎膠粉橡膠瀝青混合料的出料溫度、攤鋪溫度、碾壓溫度都要提高15～20℃，就可以與SBS改性瀝青混合料的和易性相當。

2.2廢胎膠粉橡膠瀝青的軟化點高。

（1）70#A基質(zhì)瀝青的軟化點為46℃，SBS改性瀝青的軟化點達到60～70℃比較容易，達到75℃以上有點不易，而廢胎膠粉橡膠瀝青的軟化點很容易達到75℃以上，甚至超過80℃。因此，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土的抗車轍性能好。

（2）在我國的大部分地區(qū)，夏季路面的最高溫度會達到70℃以上，這就是在我國SBS改性瀝青路面經(jīng)常會產(chǎn)生車轍的原因，而廢胎膠粉橡膠瀝青路面基本不會產(chǎn)生車轍。

2.3廢胎膠粉橡膠瀝青的粘附性強。

（1）廢胎膠粉橡膠瀝青與礦料的粘附性優(yōu)于SBS改性瀝青。因此，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土的耐久性和抗水損害能力強；

（2）由于廢胎膠粉橡膠瀝青的粘附性強，廢胎膠粉橡膠瀝青混合料很容易粘結(jié)壓路機輪，所以碾壓廢胎膠粉橡膠瀝青混合料時壓路機輪要涂抹乳化油，不能像碾壓SBS改性瀝青混合料時壓路機輪可以噴涂水。

2.4廢胎膠粉橡膠瀝青的彈性恢復(fù)好。

（1）基質(zhì)瀝青的彈性恢復(fù)基本上為0，SBS改性瀝青的彈性恢復(fù)一般不超過20%，而廢胎膠粉橡膠瀝青的彈性恢復(fù)很容易達到75%以上。

（2）優(yōu)良的彈性恢復(fù)說明廢胎膠粉橡膠瀝青的變形能力以及變形后的恢復(fù)能力強，能夠提高路面的抗車轍性能和抗開裂性能。

2.5廢胎膠粉橡膠瀝青的低溫延度小。

（1）廢胎膠粉橡膠瀝青的低溫延度較小，5℃時的延度經(jīng)常會小于10cm，延度小的原因是膠粉在改性瀝青中是以顆粒狀態(tài)存在的，它相當于瀝青中的"雜質(zhì)"，在拉伸過程中容易導(dǎo)致試件被拉斷，所以延度檢測值偏小。延度檢測值偏小并不表示廢胎膠粉橡膠瀝青的抗開裂性能不好，相反，廢胎膠粉橡膠瀝青的低溫變形能力較SBS改性瀝青強，并且彈性恢復(fù)能力也強，因此用低溫延度判斷廢胎膠粉橡膠瀝青的低溫穩(wěn)定性不科學(xué)。

（2）進一步研究證明，廢胎膠粉橡膠瀝青混合料的抗開裂性能與廢胎膠粉橡膠瀝青的低溫延度沒有相關(guān)性。實踐證明，廢胎膠粉橡膠瀝青路面的抗開裂性能比SBS改性瀝青路面好得多。

2.6廢胎膠粉在改性瀝青中的顆粒狀態(tài)。

（1）橡膠粉顆粒加入廢胎膠粉改性瀝青可形成加勁結(jié)構(gòu)：橡膠顆粒三維隨機分布， 構(gòu)成連續(xù)相，橡膠顆粒間靠凝膠膜連接，節(jié)點粘結(jié)效力依賴于溫度溶脹后的橡膠粉之間沒有強的化學(xué)鏈接，廢胎膠粉改性瀝青內(nèi)部不形成整體性的網(wǎng)絡(luò)加勁結(jié)構(gòu)。

（2）廢胎膠粉改性瀝青中，常溫及常溫以下溫度時膠粉模量相對瀝青模量較低， 膠粉與瀝青應(yīng)變不同步，主裂紋前端應(yīng)力場發(fā)生變化，易使主裂紋偏傳。同時， 加上本身存在大量表面毛刺、纖維，當基質(zhì)瀝青達到極限應(yīng)變斷裂時，斷裂應(yīng)力將瞬間集中在膠粉顆粒上，在顆粒表面產(chǎn)生應(yīng)力集中，誘發(fā)大量銀紋（銀紋是指材料表面或內(nèi)部的一些缺陷在受到應(yīng)力集中作用時引發(fā)的細微紋痕和剪切帶）， 銀紋的產(chǎn)生和發(fā)展消耗大量的能量，因此可提高瀝青的沖擊強度和可塑性。而且，裂縫不會穿透膠粉顆粒發(fā)展，橡膠顆粒是銀紋的中心，它跨越銀紋的兩端， 銀紋要發(fā)展就必須拉伸橡膠顆粒， 橡膠顆粒因此消耗和吸收大量的能量， 提高了橡膠顆粒瀝青混合料的抗沖擊能力。銀紋的另一特點是， 在應(yīng)力作用初期銀紋體相當硬， 當應(yīng)力超過一定數(shù)值后， 銀紋體開始屈服， 形變隨時間的延長而發(fā)展， 斷裂伸長增加， 卸載后應(yīng)變逐漸恢復(fù)， 應(yīng)變隨時間的延長而消失。

（3）膠粉顆粒的存在易使主裂紋偏轉(zhuǎn)， 裂紋偏轉(zhuǎn)可降低裂尖的應(yīng)力強度因子， 從而增強膠粉改性瀝青的抗裂能力。

（4）在SBS改性瀝青中，SBS改性劑與瀝青相溶很充分，SBS改性劑不是以顆粒形態(tài)存在的；在普通道路石油瀝青中根本就不存在顆粒物質(zhì)。

（5）所以，廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土路面的抗開裂性能相比要好得多。

（6）綜上所述，從保證或者提高工程質(zhì)量的角度講，應(yīng)該提倡用廢胎膠粉橡膠瀝青替代基質(zhì)瀝青或者SBS改性瀝青。

3. 廢胎膠粉橡膠瀝青加工與廢胎膠粉橡膠瀝青混凝土施工

（1）廢胎膠粉橡膠瀝青的加工比較簡單，其要點是把廢胎膠粉與基質(zhì)瀝青攪拌均勻，然后保溫攪拌45min左右即可。為了提高生產(chǎn)效率，可以把廢胎膠粉與基質(zhì)瀝青簡單攪拌后過膠體磨，使之快速攪拌均勻。

（2）廢胎膠粉橡膠瀝青的加工溫度控制在190℃比較合適。

（3）廢胎膠粉橡膠瀝青的穩(wěn)定性較差，運輸和貯存的過程中要加強攪拌。

（4）廢胎膠粉橡膠瀝青的粘度大，瀝青混合料拌和機中的瀝青泵的功率宜大于25Kw，并且最好使用齒輪泵。

（5）路面施工各個環(huán)節(jié)的溫度都要比SBS改性瀝青路面高15～20℃。

（6）廢胎膠粉與基質(zhì)瀝青的來源宜固定。廢胎膠粉灰分應(yīng)不大于8%。

（7）其它與SBS改性瀝青加工以及SBS改性瀝青路面施工基本一樣。

4. 經(jīng)濟效益

廢胎膠粉橡膠瀝青推廣應(yīng)用的經(jīng)濟效益體現(xiàn)在以下兩個方面：

（1）在達到與SBS改性瀝青路面一樣效果的前提下，可以減薄瀝青路面厚度；

（2）廢胎膠粉橡膠的價格較低，目前其價格大約為2000元/t，基質(zhì)瀝青的價格大約為2300元/t，SBS改性劑的價格大約為15000元/t。按照此價格計算，廢胎膠粉橡膠瀝青的價格大約為2300元/t，SBS改性瀝青的價格大約為3300元/t。如果用廢胎膠粉橡膠瀝青替代基質(zhì)瀝青，成本不會增加，而路面質(zhì)量會得到大幅度提高；如果用廢胎膠粉橡膠瀝青替代SBS改性瀝青，可以在保證質(zhì)量的情況下降低成本。

綜上所述，經(jīng)濟效益顯著。

5. 環(huán)保效益與社會效益

廢胎膠粉橡膠瀝青中廢胎膠粉的含量達到15%～25%，使用量大，根據(jù)我國近幾年的公路建設(shè)工程量和廢舊輪胎的產(chǎn)生量計算，如果用廢胎膠粉橡膠瀝青替代SBS改性瀝青，廢胎膠粉是相對短缺的。

6. 結(jié)語

廢胎膠粉用于改性瀝青和瀝青混合料工藝簡單，成本低，不但可改善路面質(zhì)量，且對廢胎膠粉的可容量大，它的應(yīng)用具有顯著的的環(huán)保效益、經(jīng)濟效益和社會效益。因此，廢胎膠粉橡膠瀝青及其混凝土必將會得到廣泛的應(yīng)用。

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[作者簡介] 銀曉東（1975-），男，學(xué)歷：本科，籍貫：河南葉縣人，職稱：高級工程師，長期從事公路工程技術(shù)與管理工作。