橡胶改性沥青的国内外应用及研究现状

陈爽

摘 要：应用废旧轮胎制备橡胶粉，再将制备好的橡胶粉应用在沥青混合料中，改善沥青混合料的路用性能。对于废旧轮胎的再利用，有利于解决环境污染和废物再利用问题，在国内外引起广泛关注。其不仅可以解决废旧轮胎废弃问题，还可解决改性沥青造价高问题，同时有效提高沥青混合料的各方面性能，目前国内外研究及应用得到广泛重视。

关键词：改性沥青 橡胶粉 废旧轮胎 再利用

中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（b）-0050-02

从20世纪80年代开始，我们国家的公路就进入了高速发展的阶段，而近些年沥青路面以养护维修方便、开放交通早、行车舒适性好、经济性好等优点广泛应用在路面施工中。但沥青混合料的缺点也很明显，主要有冬季易出现脆裂、沥青混合料的水稳定性较差、沥青混合料的使用年限较水泥混凝土也差很多。这些问题，严重影响了沥青路面的使用性能，制约了公路建设的发展。

对于提高沥青混合料，应主要从沥青混合料的材料、路面的结构、施工工艺上着手。本文主要从改性沥青着手，通过在沥青中加入轮胎橡胶粉，在特定的拌和温度、拌和时间、拌和速度情况下，制备改性沥青。将废旧轮胎制成橡胶粉掺加到基质沥青中，可以有效地提高沥青的高低温性能和抗老化性能，并且对废旧轮胎实施了资源再利用，最大程度地发挥废旧轮胎橡胶的作用。

1 橡胶改性沥青的国內外应用

1.1 橡胶改性沥青在国外的应用情况

橡胶沥青较基质沥青添加到混合料中，明显改善了沥青混合料的高温稳定性、低温脆裂性能、抗疲劳特性、老化特性及水稳定性。将废旧橡胶粉添加到沥青中，主要改善了沥青混合料的以下性能：（1）有利于提高沥青的粘性。（2）大量实验表明，橡胶改性沥青的低温模量仅仅是基质沥青的50%，在低温情况下，橡胶沥青的低温断裂变形较基质沥青小大约4倍左右，这可以看出橡胶沥青大大改善了沥青混合料的低温稳定性。（3）通过加入橡胶，改性沥青的抗老化性能、高温稳定性、抗疲劳特性及抗氧化性能明显提高。（4）经大量数据表明，橡胶沥青混合料的水稳定性较基质沥青混合料要好很多，主要通过冻融劈裂强度比、残留稳定度等性能要求。

近些年，由于汽车行业的迅速崛起，废旧轮胎的产生成为了亟待解决的问题，美国和欧洲每年都会产生大量的废旧轮胎，这些废旧轮胎会带来严重的环保问题，特别是对大气污染和土污染。

据不完全统计，每年新增的轮胎仅在加州一地就达到3500万条，这些轮胎在得到足够的重视前所有的废旧轮胎都堆积在垃圾场中等待掩埋。随着橡胶在沥青混合料中的广泛应用，现如今废旧轮胎有70%被用于制备橡胶沥青，应用于道路建设，仅有30%被储存在垃圾成等待掩埋。这些废旧轮胎的再利用，有效地解决了环境污染的问题，同时也节省了道路建设中改性沥青的费用。而且橡胶改性沥青也提高了沥青混合料的低温抗裂性、高温稳定性、抗疲劳特性，改善了沥青路面的抗老化性和耐久性。这不仅降低了沥青路面的后期养护维修费用，同时延长了沥青路面的使用寿命。基于废旧轮胎制备成橡胶改性沥青路面的这些优点，使得橡胶改性沥青混合料在许多的国家和地区得到广泛研究和迅速推广。

1.2 橡胶改性沥青在国内的应用情况

根据有关资料显示，随着我国汽车的迅速发展，我国每年的废旧轮胎淘汰量每年以10%以上的速度持续增长。据不完全统计，从2010年至今，我国每年废旧轮胎的淘汰量已经超过2亿条，已经位居世界第一。我国每年公路建设增加超过12万km，如果能在基质沥青中加入废旧轮胎胶粉对沥青进行改性，一般在沥青中加入20%的胶粉，每年可以消耗掉的胶粉大约45万～60万t，假设轮胎每条8kg，废旧轮胎出粉率约70%计算，每年可以处理废汽车轮胎1亿～1.2亿条，这对于我国废旧轮胎的回收再利用及环境保护起到了至关重要的作用。

目前我国修建高速公路广泛采用SBS改性沥青，由于SBS是石油产品，价格很高，目前，SBS的价格已经高达18000～20000元/t。然而废旧轮胎胶粉价格相对便宜。假设每年修筑公路时，能用100万t橡胶粉改性沥青替代100万tSBS改性沥青，就可降低经济成本7亿多元，计算废旧轮胎橡胶沥青的直接经济效益，如果按橡胶沥青加添20%橡胶粉，并以废旧轮胎橡胶粉3000元/t来计算，每吨橡胶沥青需投入橡胶粉费用600.00元，而基质沥青是80%的比例，按市价以4800元/t计，每吨橡胶沥青需投入基质沥青费用3800.00元，则每吨橡胶沥青总投入费用为4400.00元。我国每年修筑路面大约需要沥青3000万t，以每吨节省400元来算，每年只修筑沥青路面这一项就节省12亿元人民币，由于改性沥青路面较基质沥青路面道路使用效果好，所以在后期养护费用上还可节省很多费用。

2 橡胶改性沥青的研究情况

沥青路面在世界范围内广泛应用已经有80年的历史了，从20世纪六七十年代开始，改性沥青的研究就广泛在美国、澳大利亚、英国、瑞典、法国、日本、印度、比利时、南非等国家展开，橡胶沥青更是受到各国专家的重视。有些国家通过立法，促进技术推广， 有效地促进了废旧轮胎橡胶粉在沥青公路建设中的应用。从世界各国的应用情况上看，橡胶粉应用于沥青公路，其技术领域主要有橡胶沥青、橡胶粉改性沥青混凝土、橡胶粉改性乳化沥青3种形式。在正在加热到一定程度的基质沥青混合料中喷入2%～3%的橡胶粉，再将拌入橡胶粉的沥青混合料继续加热搅拌20min后即成为胶粉改性沥青混凝土，该种方法称为干拌法；将基质沥青中加入其质量20%的橡胶粉，在特定温度下将其搅拌45min使沥青和胶粉充分溶胀，形成改性沥青，再将改性沥青加入混合料中的方法称为湿拌法。不论是干拌还是湿拌，橡胶沥青是否能充分发挥优良的路用性能的关键技术是橡胶粉与沥青是否能拌和均匀，充分溶胀、性能稳定，不发生离析、沉淀现象。CordonAirey[1]等人对橡胶沥青加工前后的组分变化状态进行了认真研究，发现橡胶粉加入后对沥青的作用既有物理作用又有化学作用，在反应过程中沥青质的含量有显著增加， 尤其对于软沥青其沥青质最多增加了一倍以上。橡胶沥青的流变性是荷载与响应的函数，与温度、时间和频率有关[2]。1960年Charles McDonald在美国第一次将橡胶粉改性沥青应用于路面面层，并进行了大量的现场测试和路面实验研究。结果表明，橡胶粉沥青可以有效提高沥青混合料的抗车辙、疲劳和温度裂缝的性能[3]。

我国沥青路面的使用相对较晚，但近几年对于橡胶改性沥青的研究也越来越广泛，近些年大量的研究人员对其进行广泛研究，交通运输部公路科学研究院汪水银等人系统地研究了废胎胶粉沥青的改性机理；西安公路研究院弥海晨等人做了橡胶沥青结合料对混合料高温抗车辙性能的影响等，都取得了较好的成果。

废旧轮胎橡胶粉改性沥青混合料可以很好的改善混合料的低温开裂性能、高温稳定性、水稳定性及抗老化性能，其经济效益也十分可观。

参考文献

[1] 李廷刚，李金钟，李伟.橡胶沥青微观机理研究及其公路工程应用[J].公路交通科技，2011，28（1）：25-30.

[2] Ruth，B.E.and Roque，R.Crumb Rubber Modifier（CRM）in asphalt pavements[A].Proceedings of the Transportation Congress[C].1995：768-785.

[3] 陈子建.橡胶沥青低温性能研究[J].公路，2010，6（6）：185-187.