橡膠瀝青在道路工程中的應(yīng)用綜述

2022-01-25瀏覽量：1370

摘  要

橡膠瀝青由于其優(yōu)異的環(huán)保性能，降噪效果和路面性能而廣泛應(yīng)用于美國、南非等國家。中國的一些省市也對橡膠瀝青的路用性能進(jìn)行了大量的研究，同時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)路的鋪筑。國內(nèi)外的工程實(shí)踐表明:廢舊輪胎橡膠粉對基質(zhì)瀝青的改性有顯著影響。鑒于環(huán)保穩(wěn)定型橡膠瀝青有著優(yōu)越的路面使用性能和存儲穩(wěn)定性，對促進(jìn)橡膠瀝青在瀝青路面中的應(yīng)用起到了積極的作用。

輪胎是一種難以降解的聚合物材料，若采用露天堆放，必然會污染土壤，影響植被生長，同時(shí)夏季易產(chǎn)生蚊蟲病害及火災(zāi)隱患。若采用燃燒處理，必將產(chǎn)生大量廢氣污染，降低附近空氣質(zhì)量，影響人民生活水平的同時(shí)造成大量資源浪費(fèi)。

隨著中國汽車社會的到來，截至2010年底，中國舊輪胎數(shù)量已突破2.2億條，并以每年13%的速度增加。從2001年9月開始，國家領(lǐng)導(dǎo)人就廢舊輪胎的回收做出了八次重要指示，并頒布《廢輪胎回收管理?xiàng)l例》。

發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的橡膠粉用于改性瀝青已經(jīng)有多年歷史。美國使用橡膠改性瀝青鋪設(shè)瀝青路面已近30年。繼美國之后，英國，法國，加拿大，德國和韓國也相繼頒布立法，開始大面積鋪設(shè)橡膠改性瀝青路面。

隨著我國基建的不斷擴(kuò)張，可用資源逐漸減少，環(huán)保壓力逐年增大，廢舊資源的合理再利用成為了當(dāng)今工程建設(shè)中的主流方向之一。橡膠瀝青的出現(xiàn)，將廢舊輪胎變廢為寶，減小了環(huán)保壓力，同時(shí)提高了路用性能。采用特殊工藝制成的環(huán)保穩(wěn)定型橡膠瀝青，優(yōu)化了橡膠瀝青在瀝青路面施工過程中應(yīng)用的缺點(diǎn)，具有更高的推廣價(jià)值。

2002年，交通部將橡膠粉改性瀝青的研發(fā)任務(wù)列入了西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目，先后在河北，廣東，山東，四川，貴州等地進(jìn)行了幾十條試驗(yàn)路的施工。天津市公路局于2003年開始在城市道路建設(shè)上使用橡膠粉改性瀝青，其在1998年鋪筑的寧漢大橋試驗(yàn)路至今狀況良好。2007年06月，交通部將“廢舊橡膠粉筑路應(yīng)用技術(shù)”作為六大重點(diǎn)研究和推廣應(yīng)用之一，計(jì)劃實(shí)施60km示范工程，編制橡膠瀝青路面設(shè)計(jì)、施工技術(shù)指南，舉辦技術(shù)交流會，制作技術(shù)宣傳片，以促進(jìn)材料節(jié)約、環(huán)保、循環(huán)利用的有效推廣和應(yīng)用，并取得示范效果。2009年底，滬蓉高速公路采用的橡膠粉改性瀝青路面被交通部評選為資源節(jié)約型和環(huán)境友好型示范項(xiàng)目，總應(yīng)用里程為22km。忻阜高速公路于2010年9月30日開通，作為交通運(yùn)輸部的橡膠瀝青科技示范項(xiàng)目之一，全段廢舊輪胎橡膠粉改性瀝青應(yīng)用達(dá)80多km，共使用約60萬條廢舊輪胎，示范工程實(shí)施效果顯著。

2014年12月份經(jīng)過拓寬改造的京港澳高速河北段實(shí)現(xiàn)通車，該項(xiàng)目作為交通運(yùn)輸部綠色科技示范工程，在建設(shè)過程中全線采用橡膠改性瀝青技術(shù)，共計(jì)使用橡膠改性瀝青11萬t，利用廢舊輪胎336萬條，該項(xiàng)目采用橡膠改性瀝青技術(shù)施工規(guī)模全國第一。

2016年10月27日，鶴大高速全線建成通車。鶴大高速公路(吉林段)被交通部列為“長白山區(qū)鶴大高速公路資源節(jié)約循環(huán)利用科技示范工程”及“綠色循環(huán)低碳主題項(xiàng)目”，是集循環(huán)利用、抗凍耐久、低碳節(jié)能、生態(tài)環(huán)保于一體的“雙示范”工程，在該工程項(xiàng)目中，橡膠改性瀝青也作為“雙示范”工程的重要支撐部分。

由此可見在交通運(yùn)輸部的綠色科技示范工程項(xiàng)目中推廣應(yīng)用橡膠改性瀝青更能突出其“綠色”和“科技”兩大主題，具有十分重要的意義。

橡膠瀝青發(fā)展歷程

縱觀橡膠瀝青在路面工程中的應(yīng)用發(fā)展歷程，根據(jù)不同時(shí)期其應(yīng)用方式方法的不同可以將整個(gè)發(fā)展過程分為4個(gè)階段:

第一階段:干法，將橡膠粉與骨料拌和，然后加入瀝青，生產(chǎn)橡膠改性瀝青混合料。

第二階段:現(xiàn)場濕法，瀝青+橡膠粉+橡膠油混合，在溫度180℃~200℃的罐中攪拌約40~60min，然后與骨料拌和，生產(chǎn)橡膠改性瀝青混合料。

第三階段:工廠化穩(wěn)定型橡膠瀝青，瀝青+膠粉，在規(guī)定溫度和時(shí)間內(nèi)攪拌，達(dá)到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)時(shí)進(jìn)入產(chǎn)品罐，熱儲存不分層，性質(zhì)不衰減，可用于多種混合料結(jié)構(gòu)。

第四階段:膠粉環(huán)保化處理后與瀝青混合，在規(guī)定溫度和時(shí)間內(nèi)攪拌，達(dá)到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)時(shí)進(jìn)入產(chǎn)品罐，封罐取樣檢驗(yàn)，合格后出廠。適用于所有類型的混合料，使用方法、環(huán)境近似于SBS改性瀝青。

橡膠瀝青的制備工藝與原理

橡膠瀝青的制備分為干法和濕法兩種。干法是先將骨料與橡膠粉進(jìn)行拌和，再加入瀝青進(jìn)行濕拌。在該方法中，橡膠粉末和瀝青的接觸面積和有效反應(yīng)時(shí)間不足，并且根本不能通過吸附輕組分來改善基質(zhì)瀝青的性能。因此，干法實(shí)際上改善了瀝青混合物的性能，并不能算作真正意義上的改性瀝青。

濕法生產(chǎn)橡膠瀝青的工藝是先將基質(zhì)瀝青加熱到一定溫度，然后加入橡膠粉攪拌至完全溶脹，通過高速攪拌，剪切或研磨等手段實(shí)現(xiàn)均勻分散。目前，諸如SBS和SIS的熱塑性橡膠，以及諸如EVA和PE的熱塑性樹脂改性劑與瀝青的相容性差，使用簡單的機(jī)械攪拌必然需要很長時(shí)間，且效果并不好。此類改性劑必須要使用膠體磨或者專用的剪切設(shè)備，才能使得改性劑充分分散在基質(zhì)瀝青中。

在橡膠瀝青的制備過程中，橡膠粉與基質(zhì)瀝青的完全混溶是保證改性瀝青性能的基本前提。在充分混合的基礎(chǔ)上，橡膠粉末吸附瀝青中的芳香族組分和飽和分等輕組分并充分膨脹。溶脹后的橡膠粉末顆粒的體積變大，并且橡膠粉末顆粒彼此接觸的機(jī)會增大，逐漸形成連續(xù)相的半固態(tài)。同時(shí)，結(jié)構(gòu)緊湊的廢橡膠粉末吸收了輕組分的吸收，呈現(xiàn)出松散和絮凝的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)形式的橡膠顆粒均勻分散在瀝青中，從而形成穩(wěn)定的懸浮液。溶脹的橡膠粉末與瀝青中的瀝青質(zhì)、輕質(zhì)組分和膠質(zhì)形成新的結(jié)構(gòu)體系。也就是說，廢橡膠粉需要在瀝青中充分溶脹，以對瀝青起到改性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)化的作用，該過程一般需要30~40min;同時(shí)，廢橡膠粉末在膨脹時(shí)連續(xù)經(jīng)歷脫硫反應(yīng)。

橡膠瀝青技術(shù)特點(diǎn)

橡膠瀝青在瀝青路面施工應(yīng)用中的優(yōu)勢:符合國家提倡的循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排政策;減少固體廢物的環(huán)境污染;資源優(yōu)化利用，節(jié)約了高分子材料;釋放輪胎中的功能性組分

，提升了改性瀝青的路面使用性能。

傳統(tǒng)型橡膠瀝青

目前，傳統(tǒng)的橡膠瀝青在使用過程中存在以下缺點(diǎn):

(1)高溫下易降解，不可長期儲存?，F(xiàn)場生產(chǎn)的橡膠瀝青使用有時(shí)限限制，否則性能會大大降低。

(2)施工環(huán)境差。橡膠瀝青的制造過程大多是現(xiàn)場生產(chǎn)，必須在施工現(xiàn)場增加足夠的工作面，以完成橡膠瀝青的生產(chǎn)。如果項(xiàng)目工程量不大，必然是一個(gè)很大的浪費(fèi)，這也是橡膠瀝青推廣的障礙。

(3)施工和易性差。由于橡膠改性瀝青的粘度太大，因此施工和易性偏差。

環(huán)保穩(wěn)定型橡膠瀝青

環(huán)保穩(wěn)定型的橡膠瀝青改性劑是一種新型復(fù)合材料，它基于適當(dāng)品級的工業(yè)和回收高分子作為主輔材，采用自主研發(fā)的橡膠分子鏈整理，精確的分子量控制和穩(wěn)定的復(fù)合反應(yīng)技術(shù)，其主要作用機(jī)理是脫硫降低了橡膠粉的分子量。因此，它可以更徹底地與基質(zhì)瀝青融合，但由于脫硫完全性和其他助劑添加量的不同，致使分子量不同，因而性能也不一致。這種改性劑制備的改性瀝青不易產(chǎn)生離析，其性能接近于SBS改性瀝青的性能。把其運(yùn)用到路面工程，可以改變橡膠粉與基質(zhì)瀝青相容性差，易產(chǎn)生離析的特性。穩(wěn)定的橡膠改性瀝青繼承了橡膠瀝青的優(yōu)越特性，大大提高了施工的和易性和路用性能，大大提升了儲存穩(wěn)定性。

環(huán)保橡膠瀝青的技術(shù)特點(diǎn)

(1)廢膠粉經(jīng)環(huán)?；幚?，用于工廠化生產(chǎn)或現(xiàn)場濕法生產(chǎn)時(shí)，均可得到環(huán)保穩(wěn)定型橡膠瀝青。

(2)環(huán)保處理后的膠粉與瀝青的相容性好，生產(chǎn)效率大幅度提高，易于滿足不同規(guī)模拌合站的需求。

(3)環(huán)保處理后的膠粉與瀝青混合生產(chǎn)改性瀝青時(shí)，操作條件緩和，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精準(zhǔn)控制。

(4)環(huán)保處理后的膠粉與其他高分子材料復(fù)合，可以滿足不同功能瀝青混合料力學(xué)特性要求。

結(jié) 語

新一代環(huán)保穩(wěn)定型橡膠改性瀝青可實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)且存儲性能穩(wěn)定，能夠滿足不同路面結(jié)構(gòu)、不同環(huán)境和荷載條件的需要，且具有良好的施工和易性。該產(chǎn)品在江蘇、貴州、上海等省市高速公路、干線公路、橋面鋪裝等工程成功應(yīng)用，經(jīng)過多年跟蹤調(diào)查，路用效果良好。

環(huán)保穩(wěn)定型橡膠改性瀝青的研制成功，對推動橡膠改性瀝青在工程建設(shè)中的大規(guī)模應(yīng)用具有重大意義。