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1、橡膠瀝青路面技術 應用與發(fā)展,同濟大學交通運輸工程學院 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
2、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構類型,,采用橡膠瀝青鋪筑什么樣的路面結構，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90年代初，當時很多二級公路承擔著繁重的交通運輸任務，路面結構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
3、如何減少路面裂縫，延長使用年限，就成為當時研究的重要課題。,（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
4、 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
5、青路面,美國是橡膠瀝青應用最早，也是最多的國家。他們經(jīng)過反復的試驗研究和實踐應用得出結論：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I
6、I。 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?，F(xiàn)在已在許多高速公路、城市干道得到廣泛應用。 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
7、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
8、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
9、 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（可取） 采用間斷級配（可取）,（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
10、條路段上鋪筑應用。 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,（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用。據(jù)說現(xiàn)在已有150個工程中應用。 美國亞利桑那州立大學、克里門生大學等機構觀察認為，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
11、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時間而增加，到60分鐘趨于平緩。 到90分鐘反應完成。,,,復數(shù)模量隨儲存時間的延長而降低。 添加TOR反應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
12、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,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
13、制了它的應用，尤其在城鎮(zhèn)道路中的應用。,(2)橡膠瀝青溫拌技術,試驗研究表明，近年研究開發(fā)的各種溫拌技術都適用于橡膠瀝青。就目前實踐的結果顯示，不同溫拌技術其降低的溫度大體如下： 有機添加劑技術（Sasobit) 降溫 20 添加沸石技術 降溫20 表面活性技術 降溫40,(2)橡膠瀝青溫拌技術,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,溫度測試,拌和出料,施工現(xiàn)場,(2)橡膠瀝青溫拌技術,2009年6月上海市編寫了溫拌瀝青混合料
14、施工技術指南，其中關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,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,提高
15、橡膠瀝青的穩(wěn)定性主要技術途徑有： 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）膠粉表面化學改性 機械力學改性、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,3）橡膠瀝青反應性改性 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,應當指出，雖然橡膠瀝青采取穩(wěn)定技術能夠提
16、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。,（4）塑化橡膠瀝青技術,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,目前已經(jīng)有商家利用塑化橡膠瀝青技術生產(chǎn)出橡膠顆粒供應市場，并在路面工程中試驗應用，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 束 語,近年來橡膠瀝青已經(jīng)得到廣泛的研究和應用，在這過程中橡膠瀝青路面技術得到很大的發(fā)展。 我們相信今后橡膠瀝青路面技術必將為我國道路建設做出更大的貢獻。,謝謝大家,謝謝大家,
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