廢舊橡膠粉改性瀝青研究進(jìn)展

王傳強(qiáng)

摘要：應(yīng)用舊輪胎膠粉鋪筑橡膠瀝青路面，可實(shí)現(xiàn)廢舊輪胎資源化利用，又能提高瀝青路面的使用性能。廢舊橡膠粉在瀝青路面中的應(yīng)用主要有濕法和干法工藝。針對(duì)干法橡膠瀝青路面性能不穩(wěn)定、易出現(xiàn)早期病害的問題，提出了采用間斷級(jí)配、選用較高粘度結(jié)合料、控制橡膠粉粒徑等干法橡膠瀝青路面鋪裝關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：廢舊橡膠粉；瀝青路面；干法橡膠瀝青混合料

引言

廢舊輪胎被稱為“黑色污染”，屬于國際上公認(rèn)的工業(yè)有害固體廢物。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，我國每年都有大量的以廢舊輪胎為主的廢舊橡膠制品被遺棄。廢舊輪胎的妥善處理與合理利用愈來愈得到全球關(guān)注。

采用廢橡膠粉改性瀝青不但可以改善瀝青的高低溫性，減少瀝青路面的龜裂和老化，提高車輛的行駛安全和路面使用壽命，而且不增加改性瀝青的成本并可為廢舊橡膠的回收利用，保護(hù)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。將廢舊輪胎磨細(xì)成橡膠粉應(yīng)用于道路工程建設(shè)得到了廣泛的關(guān)注，這也是大量處理廢舊輪胎、使其資源化循環(huán)利用的較佳途徑之一。

1 橡膠瀝青路面研究進(jìn)展

橡膠瀝青的研究開發(fā)己經(jīng)有50余年的歷史[1]，用磨細(xì)的廢舊輪胎膠粉作為改性劑來改善瀝青材料的技術(shù)性能，統(tǒng)稱為“膠粉改性瀝青”。在上世紀(jì)50年代，美國公路局進(jìn)行了項(xiàng)研究工作通過大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果來分析不同的橡膠材料對(duì)道路石油瀝青性能的影響。20世紀(jì)60年代，瑞典開發(fā)了摻加橡膠顆粒的瀝青混凝土的干法生產(chǎn)工藝。1966年，Charles Mae Donald開始開發(fā)廢膠粉改性瀝青。20世紀(jì)70年代，橡膠粉改性瀝青被用于應(yīng)力吸收層、開級(jí)配熱拌瀝青混合料等。在20世紀(jì)后期，應(yīng)用廢舊輪胎粉鋪筑瀝青路面技術(shù)得到了快速發(fā)展。目前，美國亞利桑那、佛羅里達(dá)等州已經(jīng)提出了橡膠瀝青路面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，美國聯(lián)邦公路管理局也頒布了橡膠瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2 橡膠瀝青改性方法

經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，目前橡膠瀝青路面技術(shù)已經(jīng)形成較為完善的濕法和干法[2]-[3]兩大工藝。

濕法工藝是指將較細(xì)的廢輪胎橡膠粉加入瀝青中，在高溫條件下攪拌均勻形成具有改性瀝青特性的橡膠瀝青。按照ASTMD 6114的定義，橡膠瀝青是指含量15%以上的橡膠粉在高溫條件下（180度以上）與瀝青均勻拌和而得到的改性瀝青結(jié)合料。在高溫條件下，橡膠粉在瀝青中充分溶脹并發(fā)生較為復(fù)雜的物質(zhì)交換與化學(xué)反應(yīng)。

干法工藝是指將相對(duì)顆粒較粗廢胎橡膠粉直接加入集料中，然后噴入熱瀝青拌制成橡膠瀝青混凝土。干法工藝將廢舊橡膠顆粒充當(dāng)集料使用，可應(yīng)用較粗的橡膠顆粒并能大量耗廢舊膠粉，但對(duì)瀝青路面性能改善效果不明顯。高彈性廢舊橡膠顆粒的加入，增加路面的彈性和阻尼性能，可降低輪胎路面噪聲和減小輪胎振動(dòng)噪聲。

3 橡膠瀝青改性機(jī)理

3.1 溶脹性

橡膠粉與瀝青充分混容是改性瀝青的前提條件，在此基礎(chǔ)上，膠粉吸收瀝青中的輕質(zhì)組分而發(fā)生“溶脹”，與瀝青的其他組分相互作用，從而形成部分相容體系，有利于提高瀝青的理化性能，其改性機(jī)理[4]是膠粉加入瀝青后不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只是膠粉在瀝青的輕組分作用下發(fā)生部分溶解和體積上的溶脹，從而改善瀝青性能。影響膠粉與瀝青溶脹性的因素主要有膠粉的種類和粒徑。

3.2 相容性

瀝青由飽和分、芳香分、瀝青質(zhì)和膠質(zhì)組成。聚合物能吸收瀝青中的飽和分和芳香分而溶脹，飽和分和芳香分含量與相容性密切相關(guān)。瀝青與膠粉之間存在著相對(duì)分子質(zhì)量及分子結(jié)構(gòu)上的差異，屬于熱力學(xué)上的不相容體系。溫貴安] 5 [等認(rèn)為，在橡膠共混改性瀝青中，橡膠硫化對(duì)貯存穩(wěn)定性的改善不大，橡膠與瀝青之間必定存在某種化學(xué)作用，這是橡膠簡單改性瀝青中所沒有的。Maccarrone]6[認(rèn)為相容才能發(fā)揮對(duì)瀝青的改性作用，橡膠分布在瀝青中的理想狀態(tài)是細(xì)分布而不是完全的相容，即處于微觀不相容而宏觀均勻狀態(tài)，這時(shí)，橡膠粒子細(xì)而均勻地分布于瀝青中。相容性太差時(shí)，橡膠粒子會(huì)呈絮狀、粒狀或發(fā)生分層等現(xiàn)象。

4 干法橡膠瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)

俄勒岡州在1985一1994年期間，采用濕法和干法工藝鋪筑了17條橡膠瀝青路面，并對(duì)這些試驗(yàn)路進(jìn)行了監(jiān)測和評(píng)估。在這些試驗(yàn)路中，性能最差的為干法工藝鋪筑的道路；安達(dá)略州評(píng)估了11條橡膠瀝青路面工程的性能，其中8項(xiàng)工程采用干法工藝。短期性能表明干法工藝橡膠瀝青路面性能較差，路面出現(xiàn)剝落、推擠和少量裂縫。國外研究資料表明，采用干法工藝鋪筑的橡膠瀝青路面性能不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)剝落、松散早期病害。其原因主要是橡膠顆粒吸收瀝青中油分將發(fā)生膨脹。

采用2.36一4.75mm完全間斷的SMA一13級(jí)配，并采用SBS改性瀝青作為結(jié)合料，可獲得強(qiáng)度較高、體積不膨脹的瀝青混凝土。干法工藝采用的橡膠顆粒一般應(yīng)小于4.75mm，即充當(dāng)瀝青混凝土中填充材料使用，過粗的橡膠顆粒可能影響混合料的強(qiáng)度。另外由于橡膠顆粒的密度僅為集料的30%～50%，同時(shí)具有吸油性，干法橡膠瀝青混合料的最佳瀝青含量要比一般瀝青混合料高。

5 結(jié)束語

廢舊橡膠粉改性瀝青既能提高瀝青的性能，又能使廢舊橡膠得以循環(huán)利用，減少環(huán)境污染，因此有著良好的發(fā)展前景。我國應(yīng)盡快制定出相應(yīng)的廢舊橡膠粉改性瀝青的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以便有效、合理地利用廢舊橡膠，并能使膠粉改性瀝青滿足不同的使用要求。并且，橡膠改性瀝青還要針對(duì)不同的氣候條件、交通條件、經(jīng)濟(jì)實(shí)力等方面進(jìn)行綜合考慮。

參考文獻(xiàn)

[1]楊志峰，李美江，王旭東.廢舊橡膠粉在道路工程中應(yīng)用的歷史和現(xiàn)狀.公路交通科技，2005，22（7）：19～22

[2]呂偉民，孫大權(quán).瀝青混合料設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：人民交通出版社，2010.5

[3]孫祖望，陳奴.橡膠瀝青技術(shù)應(yīng)用指南.北京：人民交通出版社，2007.8

[4]曹衛(wèi)東，周海生，呂偉民.廢舊橡膠顆粒改性瀝青混合料的設(shè)計(jì)與性能.建筑材料學(xué)報(bào)，2005.8

[5]溫貴安，張勇，張隱西.橡膠反應(yīng)共混改性瀝青的機(jī)理[J].合成橡膠工業(yè)，2004，27（4）：221—224

[6] Labib M，Mohamed E，Chollar B，et al.Compatibilizer for crumb rubber modified asphalt[P].us 647895l，2002