橡胶沥青胶结料技术标准浅析

[摘 要]通过对橡胶沥青胶结料两方面的技术标准分析――生产参数选用和生产工艺对比，确定出胶结料中胶粉细度、掺量、拌和温度、拌和时间各个参数，同时提出橡胶沥青质量的三大主要控制指标。技术标准的确定与颁布为橡胶沥青路面技术的正式推广应用提供了技术参考和保障。

[关键词]性能特点 生产参数 生产工艺 主要控制指标

中图分类号：TD986 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）13-0243-02

0.前言

随着我国经济持续高速增长，城镇化进程的快速推进，汽车保有量的迅猛增加，同时由于车辆超载、气候变暖、车速提高及交通量增大等因素的综合影响，近年建成通车的高等级公路、城市快速路、主干路等道路的沥青面层上，出现了较大面积的各种新型水损坏和高温永久变形等路面早期破坏问题，使得这些道路相继进入大中修和改建阶段，因此，寻求经济有效的旧沥青路面罩面方案，节约成本，是我国公路行业所面临的刻不容缓的紧迫问题之一。

随着我国汽车工业飞速发展，我国将面临目前发达国家早已遇到的大量废旧轮胎的处理问题，废旧轮胎对环境的影响成为不可避免的问题。燃烧填埋废旧轮胎费用昂贵，占用大面积土地，不仅白白浪费了轮胎中的优良材料，而且也不符合我国加快建设资源节约型、环境友好型社会的可持续发展战略。因此如何有效地解决“黑色污染”已成为影响我国汽车等工业发展，甚至影响生存环境的一个重要话题。

“变废为宝”，橡胶沥青无疑是解决废旧轮胎处理问题的一种有效途径。将废旧轮胎加工成橡胶粉用于筑路工程，不仅可以达到废弃物无害化处理和资源的二次利用，而且改善了沥青的性能，提高了其使用品质。

1.橡胶沥青的性能特点

国内外的大量的研究表明，在基质沥青中加入胶粉改性之后效果在某些方面还优于其它改性沥青，具有优良的技术性能，所得的橡胶沥青具有以下性能特点：①针入度减小，软化点提高，粘度增大，沥青的高温稳定性提高，对高温下车辙、推挤现象有明显改善；②沥青温度敏感性低，更有利于抵抗不利气候的循环作用；③抗流动性提高，具有较强的抗流变性能；④改善了沥青的低温性能，胶粉可提高沥青的低温延度，增加了沥青的柔韧性；⑤增强粘附性，石料表面粘附的橡胶沥青膜厚度增加，可提高沥青路面抗水损害性能，延长公路寿命；⑥降低噪声污染，对城市道路改造工程有重要意义；⑦增加车辆轮胎与路面的附着性，提高行驶安全性；⑧减少和消除废轮胎堆放导致的危害，同时又得到资源的二次利用。

2011年，由浙江顺畅高等级公路养护有限公司参与的中华人民共和国交通运输行业标准《公路工程废胎胶粉橡胶沥青》成功，标志着橡胶沥青路面技术正式走向推广应用阶段。

2.橡胶沥青生产参数

《公路工程废胎胶粉橡胶沥青》对橡胶沥青的定义为：路用废胎胶粉与沥青（惨加一定比例的添加剂）按一定比例拌合而得到的满足相关技术指标要求的产物，其中废胎胶粉的掺量不小于15%（内掺）或17.6%（外掺），又称沥青橡胶。

2.1 橡胶粉类型的选择

用于生产橡胶粉的废旧轮胎根据胎源不同，主要分尼龙胎、钢丝胎、真空胎等几种不同类型。轮胎橡胶的原料成分有：天然橡胶（NR）、顺丁橡胶（BR）、丁苯橡胶（SBR）或热塑性丁苯橡胶（SBS）、炭黑或白炭黑、硫化剂、环烷油和防老剂等主要原料。对于不同轮胎及轮胎的不同部位（胎背、胎面等），这些成分的含量也不同。

通过大量室内橡胶沥青指标试验，反复试验结果表明，尼龙胎胶粉不太适合用于制备橡胶沥青，尼龙胎胶粉制备的橡胶沥青，在不断调整胶粉掺量的基础上，其软化点亦很难达到规定要求（>65℃），因此建议采用钢丝胎胶粉制作橡胶沥青。

2.2 基质沥青类型的选择

根据浙江省所用基质沥青的种类，在橡胶沥青制备过程中，分别采用SK70#和东海牌70#两种基质沥青制备橡胶沥青，通过调整橡胶粉掺量及生产工艺，最后的试验研究结果表明，上述两种基质沥青均可用于制备橡胶沥青，且性能无较大差异。

2.3 橡胶粉细度对橡胶沥青性能的影响

目数是橡胶粉的细度的计量单位，我国现在市场上的废旧橡胶粉基本上都为以目数分级的单一粒径的橡胶粉。往70号道路石油沥青中分别加入20目、30目、40目三种不同目数的橡胶粉，对三种不同掺量的橡胶沥青的粘度、针入度、延度、软化点、弹性恢复指标进行试验，试验结果表明，以30目胶粉对沥青进行改性，其工程技术性能良好，且相较于更细的胶粉生产费用较低，有利于橡胶沥青在路面工程中的推广与应用。

2.4 橡胶粉掺量对橡胶沥青性能的影响

橡胶粉掺量对成品橡胶沥青的性能影响较大，通过大量室内试验，橡胶粉在与基质沥青熔合过程中，胶粉颗粒吸收沥青中的轻质油份（饱和烃、芳香烃），发生溶胀，橡胶颗粒膨胀后表面吸附沥青形成界面层，溶胀后的胶粉构成网络构架体系与吸附沥青一起对沥青的相对流动形成阻尼作用，从而显著提高了橡胶沥青的粘度，橡胶沥青粘度增大。

随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青在施工温度下的粘度会随之升高，过高的粘度会给沥青的泵送以及混合料的拌和、摊铺等带来困难。美国亚利桑那州规定橡胶沥青在177℃的粘度应在1.5～4.0Pa・s之间，以满足施工的要求。

在70号的道路石油沥青中加入沥青质量16%、18%、20%、22%、24%五种不同剂量的橡胶粉，并测定沥青的针入度、软化点、5℃延度、177℃粘度、弹性恢复，以评价橡胶沥青的性能，试验结果表明，橡胶沥青的胶粉掺量在18%～22%较为合理，具体项目可根据混合料性能要求适当选择胶粉掺量。

2.5 拌和温度对橡胶沥青性能的影响

拌和温度是橡胶沥青的重要施工控制条件，拌和温度的高低直接影响橡胶粉与沥青熔合的速度和程度，从而影响橡胶沥青性能。一般来说，拌和温度越高，沥青的粘度就越低，橡胶粉在基质沥青中就越容易分散，橡胶粉就越容易溶胀，橡胶沥青的粘度升高；但拌和温度过高，加速了沥青老化，同时在高温下，橡胶粉的脱硫反应也越严重，粘度降低。因此，橡胶沥青的加工并不是拌和温度越高越好，也不是越低越好，而是存在一个合理的拌和温度范围。

为了得到合适的拌和温度，固定其它试验条件不变，橡胶粉掺量20%（外掺），胶粉细度为30目，选取4个不同的搅拌温度（160℃、180℃、200℃、220℃），研究拌和温度对于橡胶沥青性能的影响。

试验结果表明：拌和温度为180℃时橡胶沥青各项性能均较好，推荐橡胶沥青的拌和温度为180℃。

2.6 拌和时间对橡胶沥青性能的影响

拌和时间是影响橡胶沥青性能的一个重要参数。室内大量试验研究结果表明，在高温下橡胶沥青的拌和时间越长，橡胶沥青的高温性能就会降低。因此，适宜的拌和时间对橡胶沥青的性能有很大影响。

为了确定适宜的拌和时间，采用30目橡胶粉掺量为20%（外掺），选取4个不同的拌和时间（30min、45min、60min、75min），研究拌和时间对橡胶沥青性能的影响。

试验结果表明，随着拌和时间的不断增加，177℃粘度和软化点先增大后减小，在拌和时间为45min时达到较大值，说明在高温下橡胶沥青的拌和时间过长，橡胶沥青的高温性能就会降低；橡胶沥青的25℃的针入度和5℃延度都表现出增加的趋势。但是搅拌时间在45min～75min之间时，各指标相差并不大；弹性恢复先增大后减小，在拌和时间为45min时达到最大值，弹性恢复越大越能体现橡胶沥青优良的弹性性能。

综上所述，拌和时间为45min的橡胶沥青各项性能较好，建议橡胶沥青的拌和时间为45min。

3.橡胶沥青生产工艺

橡胶沥青的生产工艺分为“干法”和“湿法”两种，工艺不同，路用性能也存在较大差异。

3.1 干法

“干法”为将胶粉直接添加到正在搅拌的拌和楼中，生产胶粉改性沥青混合料，拌和工艺与常规混合料基本相同，无需专用的设备，但是拌和温度比普通的拌和温度要高一些。由于拌和时间较短，橡胶与沥青之间的只能产生较少的反应，这种较少的反应不能使旧轮胎中所含的橡胶烃、紫外线抑制剂、抗氧化剂等改性成分释放出来，胶粉也难以发生充分的熔胀作用，因此，这种生产方法的橡胶粉添加量多，约占混合料总量的1%～3%，生产的混合料性能不及“湿法”橡胶沥青。

干法生产工艺的特点是：将沥青混合料中一些粒径范围的碎石空出来，让橡胶颗粒充当，因此这种方法橡胶粉掺量较大，但橡胶粉并没有对沥青的性能有明显的改善，路用性能改善也不够明显。由于橡胶颗粒具有很强的弹性，充当矿石加入到沥青混合料之后，路面也具有较好的弹性，减震降噪。

3.2 湿法

“湿法”工艺应用最为广泛。目前国外橡胶沥青大部分采用“湿法”生产，国内近年来也主要针对这种工艺进行研究。

“湿法”先将橡胶粉添加到较高温度（176℃～226℃）的基质沥青中，通过在高温环境下高速剪切搅拌，加速橡胶颗粒的脱硫反应，同时也对胶粉起到一定的分散作用，高速搅拌是通过搅拌叶片不断搅拌橡胶颗粒，使橡胶颗粒均匀的分散于基质沥青中。经过高速剪切后，泵送到反应罐中保持一定的温度（150℃～218℃），经过一定时间的反应制成（一般为45～60min），生产流程如图2.12所示。

湿法工艺生产的橡胶沥青用处比较多，它可用于碎石封层、应力吸收层、水泥路面嵌缝料或作为密级配、间断级配或开级配沥青混凝土的结合料。

除了加工设备外，最重要的参数有拌和温度和反应时间，拌和温度过低，橡胶颗粒的溶胀反应不充分，影响橡胶沥青的粘度，拌和温度过高，会使橡胶颗粒的脱硫反应过头，同时也会加速基质沥青的轻质油份丢失，造成基质沥青的老化，最终影响橡胶沥青的质量；对于反应时间亦存在同样现象，反应时间不够，导致橡胶颗粒溶胀反应不够，粘度不达标，反应时间过长，将导致橡胶颗粒脱硫反应过度，橡胶沥青变稀，同样会使粘度不达标；此外，上述两个参数又是相互联系相互影响，拌和温度的高低会影响加工时间的长短，反之亦然。

4.结论

本章对胶粉细度、掺量、拌和温度、时间等橡胶沥青生产参数进行了研究，并对橡胶沥青两种不同生产工艺进行了比较，得到以下主要结论：

（1） 橡胶沥青的生产参数为，30目橡胶粉外掺20%制备的橡胶沥青各项技术性能指标均优良。拌和温度以180℃为宜，拌和时间为45min；

（2）在国外橡胶沥青技术标准调研及室内试验研究的基础上，建议以177℃粘度、软化点、25℃弹性恢复做为橡胶沥青质量的主要控制指标。

（3）推荐橡胶沥青的生产工艺采用“湿法”工艺。

参考文献

[1] 《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）.

[2] 《公路工程废胎胶粉橡胶沥青》.

[3] 《橡胶沥青应用技术研究》（浙江省交通科学研究所 2013.03）.