橡膠瀝青路面技術(shù) 應(yīng)用與發(fā)展,同濟大學(xué)交通運輸工程學(xué)院 呂偉民 2011年5月,一、 廢舊輪胎橡膠的資源化,我國雖然“地大物博，資源豐富”，但是由于人口眾多，人均資源并不多。 在橡膠資源方面，我國天然橡膠資源相當(dāng)匱乏，僅海南、云南等省生產(chǎn)數(shù)量不多的天然橡膠。,汽車交通的發(fā)展，需要生產(chǎn)大量的輪胎，因而消耗數(shù)量可觀的橡膠資源。 另一方面，我國每年產(chǎn)生大量的廢舊輪胎，2005年廢輪胎已達到1.25億條，約合324萬噸； 2010年廢舊輪胎達到2億條，約合520萬噸。,橡膠是國家的戰(zhàn)略資源，實際上廢舊輪胎也是十分重要的資源。如何將廢舊輪胎橡膠加以利用就顯得具有重要的戰(zhàn)略意義。 研究與實踐表明，利用輪胎橡膠修建瀝青路面，不僅能顯著提高路面的性能，而且能有效地延長使用壽命。,二、橡膠瀝青路面主要結(jié)構(gòu)類型,采用橡膠瀝青鋪筑什么樣的路面結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷了一個認識實踐再認識再實踐的過程。也就是說，橡膠瀝青路面經(jīng)歷了一個發(fā)展過程。 橡膠瀝青路面從開始在低等級道路上鋪筑表面處治類路面，經(jīng)歷了逐漸進步發(fā)展到高等級道路鋪筑瀝青路面的過程。,（1）密級配橡膠瀝青薄層 磨耗層的演變,在上世紀(jì)90年代初，當(dāng)時很多二級公路承擔(dān)著繁重的交通運輸任務(wù)，路面結(jié)構(gòu)類型主要是表面處治，或下貫上拌瀝青路面。 那時主要采用勝利100號瀝青，路面裂縫類病害較多，使用壽命一般僅兩年時間，養(yǎng)護工作量很大，因此如何減少路面裂縫，延長使用年限，就成為當(dāng)時研究的重要課題。,（1）密級配橡膠瀝青薄層 磨耗層的演變,在杭州通往蕭山的二級公路上鋪筑橡膠瀝青薄層磨耗層，目的是為了減少路面裂縫。 采用100號勝利瀝青，摻加30目輪胎膠粉，在170度溫度下拌制1小時，制備成橡膠瀝青。 碎石級配按照LH-15，為連續(xù)密級配，橡膠瀝青用量約為6%, 拌和成橡膠瀝青混合料，鋪筑成厚度為2cm薄層磨耗層,（1）密級配橡膠瀝青薄層 磨耗層的演變,根據(jù)室內(nèi)試驗，LH-15橡膠瀝青混合料的性能有了很大提高，主要表現(xiàn)為： 瀝青軟化點提高6 粘度提高1.5倍 混合料的勁度模量提高1倍 混合料的疲勞次數(shù)提高4-5倍 雖然室內(nèi)試驗性能有所提高，但是路面實際使用效果不夠顯著，裂縫仍難以避免。,（1）密級配橡膠瀝青薄層 磨耗層的演變,為了減少路面裂縫的出現(xiàn)，又對橡膠瀝青混合料的組成進行了調(diào)整，其中主要包括： （1）調(diào)整級配，增加粗集料，減少細料，實際上形成了間斷級配。 （2）增加橡膠瀝青用量，油石比從6%增加到7.2%。 使用結(jié)果表明，路面裂縫大為減少。,（1）密級配橡膠瀝青薄層 磨耗層的演變,調(diào)整的級配,調(diào)整后的級配，實際上成為很典型的間斷級配。通過級配調(diào)整，油石比增加，路面裂縫大為減少，路況明顯改善，使用壽命延長一倍。 杭州蕭山區(qū)三年累計鋪筑面積達20多萬平方米。,(2)間斷級配橡膠瀝青路面,美國是橡膠瀝青應(yīng)用最早，也是最多的國家。他們經(jīng)過反復(fù)的試驗研究和實踐應(yīng)用得出結(jié)論：橡膠瀝青適宜于間斷級配混合料，而不適宜于密級配混合料。 采取間斷級配主要是獲得比較高的礦料間歇率（VMA），以容納較多的橡膠瀝青結(jié)合料。,(2)間斷級配橡膠瀝青路面,美國兩個州的間斷級配,級配基本上與SMA相似，但是礦粉用量很少或者不用,(2)間斷級配橡膠瀝青路面,國內(nèi)橡膠瀝青混合料間斷級配,實際上細集料很少，主要是粗集料，這就是間斷級配的特征,(2)間斷級配橡膠瀝青路面,江蘇交院為了使混合料能容納更多的橡膠瀝青，以獲得更好的性能，采取將級配“更間斷”，實際上是進一步減少細集料的用量,也就是表中的級配II。 采用級配II，橡膠瀝青用量達到近8.6%。他們認為混合料的性能將得到進一步提高。其中尤其對低溫性能、耐疲勞、耐老化性能有明顯提高。,(2)間斷級配橡膠瀝青路面,間斷級配橡膠瀝青混合料性能,(2)間斷級配橡膠瀝青路面,江蘇常州綠楊路改造工程 ,使用三年后看起來仍然象新建路面一樣,老成渝路改造成景觀道路 路況非常好,（3）橡膠瀝青SMA路面,十幾年前SMA路面技術(shù)傳入我國，它以優(yōu)良的抗車轍性能，良好的抗裂性，耐老化以及低噪聲等性能，收到人們的歡迎。現(xiàn)在已在許多高速公路、城市干道得到廣泛應(yīng)用。 SMA路面也是間斷級配，但它的礦粉用量很大，一般為10%左右。,（3）橡膠瀝青SMA路面,由于使用比較多的礦粉，如是高劑量膠粉的橡膠瀝青，則所形成的馬蹄脂過于粘稠，以致難以拌和與壓實，為此橡膠瀝青的膠粉劑量需要適當(dāng)降低。 研究表明，配制橡膠瀝青中膠粉劑量15%已經(jīng)滿足要求。 在很多情況下，不需要添加纖維作穩(wěn)定劑，因而比采用SBS改性瀝青更為經(jīng)濟。,（3）橡膠瀝青SMA路面,AR-SMA與AR-AC相比較： 都是間斷級配，但AR-SMA使用較多的礦粉； 橡膠瀝青SMA混合料的油石比約為6.5%，相對間斷級配的AR-AC 混合料油石比低得多，因而成本明顯降低。 兩者的抗車轍能力、抗滑性基本差不多，但是AR-AC油石比較高，其低溫抗裂性、耐久性要優(yōu)于AR-SMA。,（3）橡膠瀝青SMA路面,橡膠瀝青SMA的主要性能,（3）橡膠瀝青SMA路面,顯然，采用橡膠瀝青鋪筑SMA路面完全可以獲得非常好的性能，因而橡膠瀝青完全可以取代SBS改性瀝青。 同時采用橡膠瀝青在某些情況下可以不用纖維，因為在經(jīng)濟上比采用SBS改性瀝青具有更大的優(yōu)勢。 從經(jīng)濟和性能出發(fā)，值得積極推廣應(yīng)用AR-SMA路面。,（3）橡膠瀝青SMA路面,北京首都機場南線高速公路長18.2km鋪筑橡膠瀝青SMA 路面。 上海浦東新區(qū)高科東路也鋪筑過一段橡膠瀝青SMA路面，至今使用情況良好。,橡膠瀝青SMA路面施工攤鋪時的情景,（4）干法橡膠瀝青路面,采取干法鋪裝橡膠瀝青路面主要有 以下目的： 減少制備橡膠瀝青的麻煩 簡化施工工藝 大量消耗廢舊橡膠 增大混合料阻尼，以降低噪聲,（4）干法橡膠瀝青路面,當(dāng)膠粉用量較大時,所鋪路面容易出現(xiàn)松散而破壞，使用壽命不及濕法路面。 采取解決的措施主要有： 減少膠粉用量（不可取） 采用較細的膠粉（不可?。?使用較粘稠的瀝青（可?。?采用間斷級配（可?。?（4）干法橡膠瀝青路面,為了降低城市道路交通噪聲，我們采用SMA間斷級配，在混合料中添加1-3mm粒徑橡膠顆粒，劑量分別采用混合料的1%、2%和3%進行試驗，以提高路面的阻尼，達到降噪的目的。,級配曲線,（4）干法橡膠瀝青路面,不同橡膠顆粒劑量混合料性能,（4）干法橡膠瀝青路面,先后在上海青浦、南匯以及浦東新區(qū)晨陽路等多條路段上鋪筑應(yīng)用。 經(jīng)測試可降低輪胎/路面噪聲約3-4dB。,三、橡膠瀝青路面新技術(shù),（1）維他連接劑,為了提高橡膠瀝青的性能，改善可操作性，德國研發(fā)了辛烯聚合物橡膠維他連接劑（VESTENAMER),又簡稱TOR反應(yīng)劑。 據(jù)介紹TOR能夠 起到交聯(lián)作用， 增強瀝青的粘附性。,（1）維他連接劑,美國首先試用維他連接劑TOR，以后其他國家也開始應(yīng)用。據(jù)說現(xiàn)在已有150個工程中應(yīng)用。 美國亞利桑那州立大學(xué)、克里門生大學(xué)等機構(gòu)觀察認為，這些路段使用狀況良好。 近幾年在我國也有工程開始應(yīng)用，如石太高速公路改造工程。,（1）維他連接劑,研究表明，使用維他連接劑主要有以下優(yōu)點： 1）能夠使橡膠瀝青的高溫與低溫性能得到改善； 2）可以降低橡膠瀝青的制備溫度，提高和易性，以便于施工； 3）減少煙霧和橡膠氣味，有利于城市道路使用；,（1）維他連接劑,4）適用于多種類型的瀝青路面，如SMA路面、開級配路面，并且不再需要使用纖維； 5）適用于排水性路面； 6）對再生瀝青路面也非常適合。,（1）維他連接劑,橡膠瀝青粘度隨反應(yīng)時間而增加，到60分鐘趨于平緩。 到90分鐘反應(yīng)完成。,復(fù)數(shù)模量隨儲存時間的延長而降低。 添加TOR反應(yīng)劑的橡膠瀝青降低較少，表明它具有較好的穩(wěn)定性,有利于長距離運輸。,剪切復(fù)數(shù)模量隨儲存時間的變化,（1）維他連接劑,采用干法工藝，添 加適量的TOR，與 濕法相比較，其動 穩(wěn)定度可得到明顯 的提高。 但是干法簡化了工 藝， 因而有其可 取之處。,（1）維他連接劑,2007年夏，美國喬治亞州在橡膠粉中添加TOR，然后加入拌缸拌和成 橡膠瀝青混合料，攤鋪瀝青路面,添加TOR后，使施工溫度降低，從而減少了橡膠的氣味，使得在城市中也可以鋪筑橡膠瀝青路面。 由于施工溫度的降低，有利于節(jié)省燃料，減少排放。 即使在較低的氣溫下也有可能鋪筑橡膠瀝青路面。,(2)橡膠瀝青溫拌技術(shù),由于橡膠瀝青比較粘，施工溫度比較高，通常拌和溫度為180以上，因而煙霧、氣味比較重，污染環(huán)境。 橡膠瀝青混合料溫度高，在環(huán)境溫度下降溫速度快，不利于施工壓實。,橡膠瀝青混合料要求高溫的施工條件，限制了它的應(yīng)用，尤其在城鎮(zhèn)道路中的應(yīng)用。,(2)橡膠瀝青溫拌技術(shù),試驗研究表明，近年研究開發(fā)的各種溫拌技術(shù)都適用于橡膠瀝青。就目前實踐的結(jié)果顯示，不同溫拌技術(shù)其降低的溫度大體如下： 有機添加劑技術(shù)（Sasobit) 降溫 20 添加沸石技術(shù) 降溫20 表面活性技術(shù) 降溫40,(2)橡膠瀝青溫拌技術(shù),室內(nèi)的試驗研究表明，在橡膠瀝青中添加溫拌劑，對其性能一般沒有負面影響，相反有利于提高某些性能，如： 有利于降低橡膠瀝青溫度敏感性。 提高橡膠瀝青的高溫穩(wěn)定性。 低溫延度沒有明顯影響。,(2)橡膠瀝青溫拌技術(shù),溫度測試,拌和出料,施工現(xiàn)場,(2)橡膠瀝青溫拌技術(shù),2009年6月上海市編寫了溫拌瀝青混合料施工技術(shù)指南，其中關(guān)于橡膠瀝青施工溫度： 施工環(huán)境溫度 10 礦料加熱溫度 130135 橡膠瀝青加熱溫度 170190 混合料出料溫度 130150 溫拌界定溫度 155 混合料攤鋪溫度 125 混合料初壓溫度 120,（3）橡膠瀝青穩(wěn)定化技術(shù),橡膠瀝青中的膠粉與瀝青是兩相混合物，長時間儲存時會引起相的分離，膠粉發(fā)生沉淀，尤其當(dāng)采用較粗膠粉時。 近年來人們對于如何提高橡膠瀝青的穩(wěn)定性開展了大量研究，提出了許多解決的措施，其中有物理方法，也有化學(xué)方法。 其基本原理是提高膠粉與瀝青的相容性，增大橡膠瀝青的界面層。,（3）橡膠瀝青穩(wěn)定化技術(shù),提高橡膠瀝青的穩(wěn)定性主要技術(shù)途徑有： 1）膠粉脫硫活化 物理降解法：微波或超聲波處理 化學(xué)降解發(fā)：添加活化劑，如420（多苯酚 二硫化物，烷基苯磺酸等 2）膠粉表面化學(xué)改性 機械力學(xué)改性、聚合物涂層改性、核殼改 性、接枝改性、磺化改性等,（3）橡膠瀝青穩(wěn)定化技術(shù),3）橡膠瀝青反應(yīng)性改性 在橡膠瀝青中加入馬來酸亞胺、交聯(lián)劑 4）改進處理工藝 密煉機處理、擠出造粒處理，使得膠粉 活化降解 5）等密度法 通過在橡膠瀝青中加入添加劑，如SBS、PE 等材料，達到改善性能，提高儲存性的目的。,（3）橡膠瀝青穩(wěn)定化技術(shù),應(yīng)當(dāng)指出，雖然橡膠瀝青采取穩(wěn)定技術(shù)能夠提高其儲存穩(wěn)定性，但是畢竟增加了工藝和成本，也只適合在某些要求下應(yīng)用。 如果橡膠瀝青采取現(xiàn)場加工，則可以簡化工藝，降低成本，只要適時地加以攪拌，可以解決橡膠瀝青出現(xiàn)沉淀的問題。因此現(xiàn)場加工也仍然是主要的加工技術(shù)。,（4）塑化橡膠瀝青技術(shù),塑化橡膠是將輪胎膠粉在高溫條件下，添加橡膠軟化劑，使橡膠分子鏈C鍵和S鍵打開，橡膠得以恢復(fù)一定可塑性，能夠替代部分橡膠使用。 將這種塑化了的橡膠再復(fù)合其他添加劑，經(jīng)螺桿機擠壓混合，然后造粒成顆粒狀產(chǎn)品，成為一種塑化橡膠改性劑。 將這種顆粒狀塑化橡膠改性劑直接投入生產(chǎn)瀝青混合料的拌缸中拌和，就可以生產(chǎn)出橡膠瀝青混合料。,（4）塑化橡膠瀝青技術(shù),目前已經(jīng)有商家利用塑化橡膠瀝青技術(shù)生產(chǎn)出橡膠顆粒供應(yīng)市場，并在路面工程中試驗應(yīng)用，初步觀測顯示出較好的使用效果。 塑化橡膠顆粒的使用，簡化了橡膠瀝青生產(chǎn)的工藝而且，不存在儲存等問題，方便用戶使用，尤其適合道路養(yǎng)護部門使用。,塑化橡膠顆粒,結(jié) 束 語,近年來橡膠瀝青已經(jīng)得到廣泛的研究和應(yīng)用，在這過程中橡膠瀝青路面技術(shù)得到很大的發(fā)展。 我們相信今后橡膠瀝青路面技術(shù)必將為我國道路建設(shè)做出更大的貢獻。,謝謝大家,謝謝大家,