橡膠瀝青膠結料技術標準淺析

陳洪飛孫嬌娜李 映

（1浙江工業大學建筑規劃設計研究院有限公司 310004 2杭州市城鄉建設設計院有限公司 310004)

橡膠瀝青膠結料技術標準淺析

陳洪飛1孫嬌娜2李 映2

（1浙江工業大學建筑規劃設計研究院有限公司 310004 2杭州市城鄉建設設計院有限公司 310004)

通過對橡膠瀝青膠結料兩方面的技術標準分析——生產參數選用和生產工藝對比，確定出膠結料中膠粉細度、摻量、拌和溫度、拌和時間各個參數，同時提出橡膠瀝青質量的三大主要控制指標。技術標準的確定與頒布為橡膠瀝青路面技術的正式推廣應用提供了技術參考和保障。

性能特點；生產參數；生產工藝；主要控制指標

0 前言

隨著我國經濟持續高速增長，城鎮化進程的快速推進，汽車保有量的迅猛增加，同時由于車輛超載、氣候變暖、車速提高及交通量增大等因素的綜合影響，近年建成通車的高等級公路、城市快速路、主干路等道路的瀝青面層上，出現了較大面積的各種新型水損壞和高溫永久變形等路面早期破壞問題，使得這些道路相繼進入大中修和改建階段，因此，尋求經濟有效的舊瀝青路面罩面方案，節約成本，是我國公路行業所面臨的刻不容緩的緊迫問題之一。

隨著我國汽車工業飛速發展，我國將面臨目前發達國家早已遇到的大量廢舊輪胎的處理問題，廢舊輪胎對環境的影響成為不可避免的問題。燃燒填埋廢舊輪胎費用昂貴，占用大面積土地，不僅白白浪費了輪胎中的優良材料，而且也不符合我國加快建設資源節約型、環境友好型社會的可持續發展戰略。因此如何有效地解決“黑色污染”已成為影響我國汽車等工業發展，甚至影響生存環境的一個重要話題。

“變廢為寶”，橡膠瀝青無疑是解決廢舊輪胎處理問題的一種有效途徑。將廢舊輪胎加工成橡膠粉用于筑路工程，不僅可以達到廢棄物無害化處理和資源的二次利用，而且改善了瀝青的性能，提高了其使用品質。

1 橡膠瀝青的性能特點

國內外的大量的研究表明，在基質瀝青中加入膠粉改性之后效果在某些方面還優于其它改性瀝青，具有優良的技術性能，所得的橡膠瀝青具有以下性能特點：①針入度減小，軟化點提高，粘度增大，瀝青的高溫穩定性提高，對高溫下車轍、推擠現象有明顯改善；②瀝青溫度敏感性低，更有利于抵抗不利氣候的循環作用；③抗流動性提高，具有較強的抗流變性能；④改善了瀝青的低溫性能，膠粉可提高瀝青的低溫延度，增加了瀝青的柔韌性；⑤增強粘附性，石料表面粘附的橡膠瀝青膜厚度增加，可提高瀝青路面抗水損害性能，延長公路壽命；⑥降低噪聲污染，對城市道路改造工程有重要意義；⑦增加車輛輪胎與路面的附著性，提高行駛安全性；⑧減少和消除廢輪胎堆放導致的危害，同時又得到資源的二次利用。

2011年，由浙江順暢高等級公路養護有限公司參與的中華人民共和國交通運輸行業標準《公路工程廢胎膠粉橡膠瀝青》成功發布，標志著橡膠瀝青路面技術正式走向推廣應用階段。

2 橡膠瀝青生產參數

《公路工程廢胎膠粉橡膠瀝青》對橡膠瀝青的定義為：路用廢胎膠粉與瀝青（慘加一定比例的添加劑）按一定比例拌合而得到的滿足相關技術指標要求的產物，其中廢胎膠粉的摻量不小于15%（內摻）或17.6%（外摻），又稱瀝青橡膠。

2.1 橡膠粉類型的選擇

用于生產橡膠粉的廢舊輪胎根據胎源不同，主要分尼龍胎、鋼絲胎、真空胎等幾種不同類型。輪胎橡膠的原料成分有：天然橡膠(NR)、順丁橡膠(BR)、丁苯橡膠(SBR)或熱塑性丁苯橡膠(SBS)、炭黑或白炭黑、硫化劑、環烷油和防老劑等主要原料。對于不同輪胎及輪胎的不同部位（胎背、胎面等），這些成分的含量也不同。

通過大量室內橡膠瀝青指標試驗，反復試驗結果表明，尼龍胎膠粉不太適合用于制備橡膠瀝青，尼龍胎膠粉制備的橡膠瀝青，在不斷調整膠粉摻量的基礎上，其軟化點亦很難達到規定要求（＞65℃），因此建議采用鋼絲胎膠粉制作橡膠瀝青。

2.2 基質瀝青類型的選擇

根據浙江省所用基質瀝青的種類，在橡膠瀝青制備過程中，分別采用SK70#和東海牌70#兩種基質瀝青制備橡膠瀝青，通過調整橡膠粉摻量及生產工藝，最后的試驗研究結果表明，上述兩種基質瀝青均可用于制備橡膠瀝青，且性能無較大差異。

2.3 橡膠粉細度對橡膠瀝青性能的影響

目數是橡膠粉的細度的計量單位，我國現在市場上的廢舊橡膠粉基本上都為以目數分級的單一粒徑的橡膠粉。往70號道路石油瀝青中分別加入20目、30目、40目三種不同目數的橡膠粉，對三種不同摻量的橡膠瀝青的粘度、針入度、延度、軟化點、彈性恢復指標進行試驗，試驗結果表明，以30目膠粉對瀝青進行改性，其工程技術性能良好，且相較于更細的膠粉生產費用較低，有利于橡膠瀝青在路面工程中的推廣與應用。

2.4 橡膠粉摻量對橡膠瀝青性能的影響

橡膠粉摻量對成品橡膠瀝青的性能影響較大，通過大量室內試驗，橡膠粉在與基質瀝青熔合過程中，膠粉顆粒吸收瀝青中的輕質油份（飽和烴、芳香烴），發生溶脹，橡膠顆粒膨脹后表面吸附瀝青形成界面層，溶脹后的膠粉構成網絡構架體系與吸附瀝青一起對瀝青的相對流動形成阻尼作用，從而顯著提高了橡膠瀝青的粘度，橡膠瀝青粘度增大。

隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青在施工溫度下的粘度會隨之升高，過高的粘度會給瀝青的泵送以及混合料的拌和、攤鋪等帶來困難。美國亞利桑那州規定橡膠瀝青在177℃的粘度應在1.5～4.0Pa·s之間，以滿足施工的要求。

在70號的道路石油瀝青中加入瀝青質量16%、18%、20%、22%、24%五種不同劑量的橡膠粉，并測定瀝青的針入度、軟化點、5℃延度、177℃粘度、彈性恢復，以評價橡膠瀝青的性能，試驗結果表明，橡膠瀝青的膠粉摻量在18%～22%較為合理，具體項目可根據混合料性能要求適當選擇膠粉摻量。

2.5 拌和溫度對橡膠瀝青性能的影響

拌和溫度是橡膠瀝青的重要施工控制條件，拌和溫度的高低直接影響橡膠粉與瀝青熔合的速度和程度，從而影響橡膠瀝青性能。一般來說，拌和溫度越高，瀝青的粘度就越低，橡膠粉在基質瀝青中就越容易分散，橡膠粉就越容易溶脹，橡膠瀝青的粘度升高；但拌和溫度過高，加速了瀝青老化，同時在高溫下，橡膠粉的脫硫反應也越嚴重，粘度降低。因此，橡膠瀝青的加工并不是拌和溫度越高越好，也不是越低越好，而是存在一個合理的拌和溫度范圍。

為了得到合適的拌和溫度，固定其它試驗條件不變，橡膠粉摻量20%（外摻），膠粉細度為30目，選取4個不同的攪拌溫度(160℃、180℃、200℃、220℃)，研究拌和溫度對于橡膠瀝青性能的影響。

試驗結果表明：拌和溫度為180℃時橡膠瀝青各項性能均較好，推薦橡膠瀝青的拌和溫度為180℃。

2.6 拌和時間對橡膠瀝青性能的影響

拌和時間是影響橡膠瀝青性能的一個重要參數。室內大量試驗研究結果表明，在高溫下橡膠瀝青的拌和時間越長，橡膠瀝青的高溫性能就會降低。因此，適宜的拌和時間對橡膠瀝青的性能有很大影響。

為了確定適宜的拌和時間，采用30目橡膠粉摻量為20%（外摻），選取4個不同的拌和時間(30min、45min、60min、75min)，研究拌和時間對橡膠瀝青性能的影響。

試驗結果表明，隨著拌和時間的不斷增加，177℃粘度和軟化點先增大后減小，在拌和時間為45min時達到較大值，說明在高溫下橡膠瀝青的拌和時間過長，橡膠瀝青的高溫性能就會降低；橡膠瀝青的25℃的針入度和5℃延度都表現出增加的趨勢。但是攪拌時間在45min～75min之間時，各指標相差并不大；彈性恢復先增大后減小，在拌和時間為45min時達到最大值，彈性恢復越大越能體現橡膠瀝青優良的彈性性能。

綜上所述，拌和時間為45min的橡膠瀝青各項性能較好，建議橡膠瀝青的拌和時間為45min。

3 橡膠瀝青生產工藝

橡膠瀝青的生產工藝分為“干法”和“濕法”兩種，工藝不同，路用性能也存在較大差異。

3.1 干法

“干法”為將膠粉直接添加到正在攪拌的拌和樓中，生產膠粉改性瀝青混合料，拌和工藝與常規混合料基本相同，無需專用的設備，但是拌和溫度比普通的拌和溫度要高一些。由于拌和時間較短，橡膠與瀝青之間的只能產生較少的反應，這種較少的反應不能使舊輪胎中所含的橡膠烴、紫外線抑制劑、抗氧化劑等改性成分釋放出來，膠粉也難以發生充分的熔脹作用，因此，這種生產方法的橡膠粉添加量多，約占混合料總量的1%～3%，生產的混合料性能不及“濕法”橡膠瀝青。

干法生產工藝流程圖

干法生產工藝的特點是：將瀝青混合料中一些粒徑范圍的碎石空出來，讓橡膠顆粒充當，因此這種方法橡膠粉摻量較大，但橡膠粉并沒有對瀝青的性能有明顯的改善，路用性能改善也不夠明顯。由于橡膠顆粒具有很強的彈性，充當礦石加入到瀝青混合料之后，路面也具有較好的彈性，減震降噪。

3.2 濕法

“濕法”工藝應用最為廣泛。目前國外橡膠瀝青大部分采用“濕法”生產，國內近年來也主要針對這種工藝進行研究。

“濕法”先將橡膠粉添加到較高溫度（176℃～226℃）的基質瀝青中，通過在高溫環境下高速剪切攪拌，加速橡膠顆粒的脫硫反應，同時也對膠粉起到一定的分散作用，高速攪拌是通過攪拌葉片不斷攪拌橡膠顆粒，使橡膠顆粒均勻的分散于基質瀝青中。經過高速剪切后，泵送到反應罐中保持一定的溫度（150℃～218℃），經過一定時間的反應制成（一般為45～60min），生產流程如圖2.12所示。

濕法工藝生產的橡膠瀝青用處比較多，它可用于碎石封層、應力吸收層、水泥路面嵌縫料或作為密級配、間斷級配或開級配瀝青混凝土的結合料。

圖2 .12 濕法生產工藝

除了加工設備外，最重要的參數有拌和溫度和反應時間，拌和溫度過低，橡膠顆粒的溶脹反應不充分，影響橡膠瀝青的粘度，拌和溫度過高，會使橡膠顆粒的脫硫反應過頭，同時也會加速基質瀝青的輕質油份丟失，造成基質瀝青的老化，最終影響橡膠瀝青的質量；對于反應時間亦存在同樣現象，反應時間不夠，導致橡膠顆粒溶脹反應不夠，粘度不達標，反應時間過長，將導致橡膠顆粒脫硫反應過度，橡膠瀝青變稀，同樣會使粘度不達標；此外，上述兩個參數又是相互聯系相互影響，拌和溫度的高低會影響加工時間的長短，反之亦然。

4 結論

本章對膠粉細度、摻量、拌和溫度、時間等橡膠瀝青生產參數進行了研究，并對橡膠瀝青兩種不同生產工藝進行了比較，得到以下主要結論：

（1） 橡膠瀝青的生產參數為，30目橡膠粉外摻20%制備的橡膠瀝青各項技術性能指標均優良。拌和溫度以180℃為宜，拌和時間為45min；

（2）在國外橡膠瀝青技術標準調研及室內試驗研究的基礎上，建議以177℃粘度、軟化點、25℃彈性恢復做為橡膠瀝青質量的主要控制指標。

（3）推薦橡膠瀝青的生產工藝采用“濕法”工藝。

參考書目

《公路瀝青路面設計規范》（JTGD50-2006）

《公路工程廢胎膠粉橡膠瀝青》

《橡膠瀝青應用技術研究》（浙江省交通科學研究所 2013.03）

U45

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1007-6344（2017）01-0056-02