国内废橡胶粉改性沥青的应用现状

飞缘

国内废橡胶粉改性沥青的应用
2 |  K! d  ?7 i) u. l, G; y6 L) o1、我国废橡胶粉改性沥青的应用现状
我国对废橡胶粉改性沥青从特性机理到开发应用均作了大量的工作，用废橡胶粉改性沥青铺筑的试验路面超过了1000km。1982～1986年，江西、四川等省都试铺了废橡胶粉改性沥青路面，经过十几年高负荷的运行考验，对于减少反射裂缝和提高路面的热稳定性能均有良好的效果。杭州-肖山重交通道路铺筑废橡胶粉改性沥青薄层罩面后，路面裂缝减少，路况明显改善。1993年10月沈阳在市区交通量较大的崇山路立交桥引桥上试铺了长1300m，宽8m的试验路面，经过一个冬春季的重载大交通量的考验，废橡胶粉改性沥青与石料的粘附性很好，路面密实，不易发生粗细骨料分离现象。而同期铺筑的普通沥青路面已出现成片成片的沙石游离脱落，并出现车辙，而废橡胶粉改性沥青路面仍然较完整。1994年又在市区五爱路至浑河大坝间试铺了3×104m2的废橡胶粉改性沥青路面，质量很好，以30～40目的废橡胶粉在160℃拌合温度下制得的改性沥青在京石公路上进行了试验；湖北、广州、北京等地也铺设了试验路段。此外，我国已制成适合于废橡胶粉改性沥青的喷洒机（防堵塞），为废橡胶粉改性沥青的应用提供了施工配套硬件。实践证明，用废橡胶粉改性沥青铺设的公路，可以减少路面龟裂和软化，路面不易结冰和打滑，提高了行驶安全性和路面寿命。
) Z, X4 D" L; K9 R2、美国废橡胶粉改性沥青的应用现状
3 X" |  f. `3 l/ g* d* V& q& ~ 美国利用废橡胶粉作为热拌沥青的添加剂用于筑路已有20多年历史，在1982～1986年间，已铺筑了210多个路段，这些路面的热稳定性和防冻性能都较好，并可以减少维修费用。德克萨斯州自1983年起已在新铺设的5954km公路上使用了8.5×104t废橡胶粉，大约折合3.6M条废轮胎；亚利桑那州菲尼克斯市废橡胶粉改性沥青路面已超过了620km；加利福尼亚洲较早将废橡胶改性沥青用于城市大型停车场的建设。据沥青铺路协会和BSA工程咨询公司报道，90后代初，美国有35个州大量使用废橡胶粉改性沥青，1987～1990年废橡胶粉改性沥青需求量每年增长30%左右。
0 ^' [1 w4 K* J/ N2 s为了可持续发展，充分利用资源和保护环境，1991年美国国会通过了一个陆上综合经济运输法案（ISTEA），要求从1994年起凡使用联邦经费的热拌沥青混合料都必须以5%的经费用于废橡胶粉改性沥青混合料，以后每年增加5%，直到1997年达到20%。截止2001年，美国铺设的废橡胶粉改性沥青公路已达1.1×104km。其他工业发达国家也有许多类似的法律，这就使废橡胶粉用于沥青混合料得到了稳定的发展。
" ~& Z% S5 @8 _5 Z4 I2 p3、应用废橡胶粉改性沥青可以提高沥青路面性能
（1）提高路面的高温性能，减少车辙和拥包沥青中加入废橡胶粉可以明显提高改性沥青的软化点和粘度，使沥青的高温性能得以改善。沥青混合料马歇尔试验表明，废橡胶粉改性沥青混合料的稳定度和流值均高于常规的沥青混合料，说明其高温稳定性得到提高，在夏季高温条件下不易出现车辙和拥包。
（2）改善路面的低温性能，减少温缩裂缝。试验表明：废橡胶粉改性沥青混合料在低温区具有较小的蠕动劲度，减少低温区的体积收缩，因而具有较低的收缩应力，冬季气温骤降和反复的升降过程不易出现低温收缩裂缝，减少路面低温开裂。
（3）提高路面的抗疲劳能力和防滑性能，延长路面的使用寿命。我国铺筑的废橡胶粉改性沥青试验路段的运行结果表明，废橡胶粉改性沥青与石料的粘附性很好，路面密实，不易发生粗细骨料分离现象。而同期铺筑的普通沥青路面已出现成片的沙石游离脱落，并出现车辙，而废橡胶粉改性沥青路面仍然较完整。用废橡胶粉改性沥青铺设的公路，可以减少路面龟裂和软化，路面不易结冰和打滑，提高了行驶安全性，废橡胶粉改性沥青仅铺33mm，寿命可达10年，比一般的沥青路面的使用寿命至少提高了1倍。
4、影响废橡胶粉改性沥青性能的主要因素
  i  F# G" i4 D7 z2 ?/ M（1）基质沥青
    废橡胶粉在热熔沥青中会吸收油分膨润并缓慢脱硫。废橡胶粉的吸油率会达到其自身重量的40%～60%，废橡胶粉吸收沥青中的油分会导致沥青的使用性能和寿命下降，因此用于废橡胶粉改性的基质沥青最好含有较多的油分，尤其是芳香分要高。
- _: @7 c, O& ^1 a3 Q（2）橡胶粉的粒度
1 h& u- F4 D9 g% W+ t橡胶粉的粒度越小，与基质沥青的接触面积越大，易于吸油膨胀而达到较好的分散状态，其改性效果也越好。橡胶粉的粒度受到生产工艺的影响。采用液氮冷冻粉碎法可以生产出很细的橡胶粉，但其技术复杂，生产成本很高。试验表明，使用24～30目的橡胶粉就可以满足改性沥青的要求。目前，常温辊压法生产胶粉在我国普遍使用，工业化生产技术已处于世界领先水平。近年来国内开发了一种新型的粉碎机，以剪切研磨原理，齿盘耐磨，工作寿命长，可将粒度4mm以下的废胶块一次性粉碎到80目以上。国内废橡胶粉的价格一般为2800元/t（40目）～3200元/t（80目），价格远低于SBS。
8 L- m; E5 Q2 h# k（3）活化剂
由于废橡胶粉是硫化胶，分子呈网络结构，无粘性、无塑性而具有弹性，为了使橡胶在沥青中均匀分散并充分拌和，须对橡胶颗粒进行降解和塑化，使之重新获得某些生胶的性质。为了加速塑化过程，缩短改性沥青的制备时间，可添加适量的活化剂，如：巯基苯噻唑二硫化物、硫化四甲基秋兰姆、二硫化酚醛低聚物、脂肪族和芳香族聚胺等。一般添加量为1%即可，用量超过2%，将造成废橡胶过度裂解，使改性沥青质量下降。
（4）温度
. a  Y! S2 g. n4 I2 H废橡胶粉改性沥青的生产过程中，橡胶粉需要吸油膨胀，甚至发生脱硫反应，因此生产废橡胶粉改性沥青需要适当的温度。废橡胶粉改性沥青适宜的制备温度为160℃～170℃。
（5）搅拌时间和强度
* m6 V4 H, Y6 V橡胶粉改性沥青是一种胶粉颗粒均匀地分散在沥青中形成的悬浮液。为了增强废橡胶粉的分散性，延长搅拌时间和提高搅拌强度是必要的。近年来，湿法生产废橡胶粉沥青的工艺有了重大的改进，废橡胶粉加入沥青后，不仅仅是简单的机械搅拌，而且还通过高剪切装置，如胶体磨进行加工。由于废橡胶粉在加工过程中得到了进一步的溶胀和粉碎，在沥青中的分散更加均匀，改性效果也更好。
0 a$ j; f7 K* M6 R3 e. @# Z% q5、橡胶粉改性沥青的生产技术及其优缺点
6 k2 d0 _; e/ J3 I5 N废橡胶粉改性沥青的生产技术主要分为湿法和干法两大类。湿法生产的废橡胶粉改性沥青常用于填缝料、封层（应力吸收膜），也可用于热拌沥青混合料；干法仅用于热拌沥青混合料。
    （1）湿法（McDonald法）
     湿法是将废橡胶粉在160℃～180℃的热沥青中拌和2h，制成改性沥青悬浮液，称为沥青橡胶（asphalt rubber），然后拌入混合物中。当废橡胶粉改性沥青用于热拌沥青混合料时，胶粉用量一般为沥青的6%～15%，最多不超过20%。如果废橡胶粉的加入量太大，泵送和施工将出现困难。废橡胶粉改性沥青用于应力吸收膜时，废橡胶粉的添加量宜为25%～32%。
    湿法制备改性沥青的工艺比较简单，不过改性效果与废橡胶粉的细度关系很大，粒度越细，与沥青的接触面积越大，越易拌和均匀，且不易发生离析、沉淀现象，有利于管道输送或泵送。
7 A6 f# s0 W$ _' v    （2）干法（Piusride法）
    干法是将废橡胶粉直接喷入拌和锅中拌和而制备废橡胶粉改性沥青混合料的方法，废橡胶粉加入量为混合料的2%～3%，所得到的混合物称为橡胶改性混合料。该方法的优点是无污染，由于橡胶颗粒分布在路面上，使路面保持粗糙，增加了路面的摩擦力，可明显减少刹车距离。
5、国内废橡胶粉的生产方式
8 I) k% f7 F+ Q7 f; s- O4 g! `（1）室温粉碎法（AS），是指在常温下，将废旧橡胶用辊筒或其他设备的剪切作用进行粉碎的一种方法。室温粉碎过程产生的粒子具有粗糙的孔表面，形如为海绵状。是废橡胶粉生产领域内占主导地位的生产方法。
, o8 {9 r# k2 @（2）低温磨制法，是废橡胶经低温催化后而采用机械进行粉碎的一种方法。这种方法制得的粒径比室温粉碎法更小，低温磨制法产生的微粒表面光洁，其表面积比室温粉碎法的材料的表面积小。
% [0 o- A$ j1 J" ]+ R' _% @（3）湿法或溶液法，这种方法是先将废橡胶粗碎，然后使用化学药品或水对粗胶粉进行预处理，再将预处理的胶粉投入有圆盘胶体磨粉碎成超细胶粉。这种胶粒表面为凹凸形，呈毛刺状态，在同样体积下表面积，有利于与其他材料结合。
- i7 t" a% ~0 i2 B: }$ c6 h6、废橡胶粉的脱硫方法
    废橡胶粉脱硫再生是通过加入某些化学剂或者通过其他作用打断硫化胶中的C-S和S-S键，从而破坏其三维结构。废橡胶粉的脱硫方法可分为以下3类：
   （1） 能量破坏法。能量破坏法又可分为超声波法、超高频辐射法、在蒸汽热压釜中脱硫法，在射线作用下，在废胶粉上单体接枝聚合法等。
  Z: J, H% }5 R! b! z- ]& D) e  v   （2）化学脱硫法。如用三酚基磷和丁基二硫代磷酸钠，硫醇胺再生剂；用二硫代三醇、镁-铝氧化物、苯胺、甲基碘脱硫法；利用热机械法生产再生胶时，加入4，4-二硫代二苯基马来酰胺作添加剂来打破交联键。
* q2 j' r; B5 l1 S/ Z   （3）微生物脱硫法。近年来Loeffler M等研究了利用硫杆菌对胶粉进行改性，得到的胶粉可作为生胶添加剂。

姜平辉

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许德兴

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平常心

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cjh49

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