[科普中国]-橡皮化沥青

概述

废旧橡胶粉改性沥青路面目前已成为世界各国研究和应用的重点之一。废旧橡胶主要来源于废轮胎、废胶鞋、废胶管以及胶带等橡胶制品，其次来源于橡胶生产过程中产生的边角料及废品，属于工业固体废料。橡胶是高聚物，分解需长达数百年的时间，危害生态环境。随着社会经济的发展，废旧橡胶产生量13益增加。以汽车轮胎为例，汽车轮胎全世界每年的报废量在10亿条以上。随着我国汽车工业的飞速发展和人民生活水平的提高，汽车拥有量迅速增加，我国也将面I临大量废旧轮胎的处理问题，给社会带来巨大的环境压力。对废旧橡胶轮胎的处理，人们曾尝试用掩埋或焚烧的方法，但这样会对环境造成污染；同时废旧橡胶也是一种含能材料，无论焚烧、掩埋或弃置都是一种资源浪费。因此，对废旧橡胶制品的处理，最可取的方法就是再生利用。将废橡胶粉应用于道路建设是大量处理废旧橡胶制品的较佳选择，是各国解决废旧橡胶污染的有效途径之一。2

研究现状国际上，废旧轮胎橡胶粉在公路行业，特别是沥青和沥青混凝土中的研究、应用已有较长的历史。20世纪40年代，美国橡胶回收公司首先采用干法生产工艺生产Ramflex TM橡胶粉沥青混合料。20世纪60年代，胶粉改性沥青开始用于公路建设中，并在美国进行了铺路试验。20世纪70年代后期至20世纪末，美国、瑞典、加拿大、比利时、法国、南非、奥地利、日本、澳大利亚和印度等国都对橡胶改性沥青进行了广泛的应用研究和铺路试验，并通过立法和技术推广，极大地促进了废旧轮胎在道路工程中的利用。

1991年，美国国会通过了陆上综合运输经济法案（又称冰茶法），要求从1994年起，凡使用联邦经费购买热拌沥青混合料的，都必须将5%的经费用于废橡胶沥青混合料，以后每年递增5%，直至1997年达20%。在这6年间，公路行业共消耗废旧轮胎橡胶粉，相当于大约4亿条废旧轮胎。美国至今已有11000 km的高等级公路采用了橡胶粉改性沥青。

在南非，废旧轮胎橡胶粉在公路行业中的应用也十分成功。据了解，目前南非60%以上的道路沥青使用橡胶沥青，而且根据他们的经验，认为对于超重轴载的使用环境，橡胶粉沥青混凝土尤为有利。

相比于国外，国内的研究起步并不晚，早在20世纪70年代末80年代初，就开始了废旧轮胎橡胶粉在公路行业中的应用研究，几乎与美国在路面工程中使用橡胶粉处于同一时期。但由于各种原因，早期的重复研究多突破少。2001年春，交通部公路科学研究所首次在钢桥面铺装中采用了相当于沥青用量30%的橡胶粉。同年由交通部设立并由交通部公路科学研究所主持的交通部西部科研项目废旧橡胶粉用于筑路的技术研究，对橡胶沥青及橡胶粉沥青混合料的路用性能及力学特性开展了全面、系统的试验研究，并在广东、山东、河北、四川、贵州等地修筑总长近30 km的试验路和实体工程，为我国在道路工程中大规模推广应用橡胶粉技术奠定了基础。

目前，国际上橡胶粉在公路上的应用领域主要有橡胶沥青、橡胶（粉）沥青混凝土、橡胶粉改性乳化沥青、橡胶粉在基层中的使用、橡胶粉排水性材料，其中还是以沥青材料为主。经过近半个世纪的应用，废旧橡胶粉在公路工程沥青材料中的应用大致经过了五个发展阶段：应力吸收层；应力中间吸收层；开级配沥青混凝土；连续级配沥青混凝土；断级配沥青混凝土。现在倾向于采用断级配沥青混凝土。2

废橡胶粉生产方法废橡胶粉有三种生产方法：

①室温粉碎法（AS），即在常温下，利用辊筒或其他设备的剪切作用对废旧橡胶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，大概可描绘为海绵状。

②低温磨制法，即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，产生的微粒表面像玻璃一样清洁，且微粒的表面积比室温粉碎法材料的表面积小。

③湿法或溶液法，即先将废橡胶粗碎，然后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大，有利于与其他材料结合。

每种方法都有其各自的特点。在胶粉工业化生产中，室温粉碎法占主导地位。用废旧橡胶粉改性沥青的方法分为干法和湿法。干法是将沥青混合料总量的2%～3%的胶粉直接喷入正在搅拌的热沥青拌和锅中，搅拌20min左右，即为胶粉改性沥青混合料；将废胶粉经活化制成活化胶粉，掺入沥青中，使其与沥青结合更为紧密，效果更好。湿法是将胶粉、活化胶粉或脱硫胶粉按配方剂量投入160~180℃的热沥青中，边搅拌边加入，搅拌30min后，再用胶体磨或高速剪切机加工，制成改性沥青。胶粉用量、搅拌时间、沥青温度随着基质沥青和胶粉性质不同而有很大区别。改性沥青的性能与胶粉的粒径关系密切，粒径越小，分散越均匀，改性沥青的性能越好，且不易离析，有利于泵送。橡胶粉与沥青混溶过程中，可加入适量的活化剂，如多烷基苯酚二硫化物等。影响橡胶粉改性沥青改性效果的因素主要有橡胶粉来源、基质沥青性质、剪切温度、剪切速率、剪切时间、橡胶粉的浓度和橡胶粉的形态等，但对不同的沥青和不同来源的橡胶粉，各个因素的影响程度可能不同。这些因素相互交织在一起，相互促进又相互制约。2

橡胶沥青路面的优缺点橡胶沥青路面的优点橡胶沥青路面具体有以下优点：

（1）高温稳定性和低温抗裂性能好，可预防沥青路面夏天高温时泛油、鼓包，冬天寒冷时路面开裂病害的发生，特别是在极端气候下（如极冷、极热、强降雨量等），也能保持路面的耐久性。

（2）与普通沥青路面相比，可降低噪声50%～70%。

（3）较SBS改性沥青路面的成本有所下降，使用寿命比普通沥青路面有所延长，从而减少工程建设成本和道路运营维修费用。

（4）水密性好，抗老化性好。

（5）橡胶中的炭黑能够使路面长期保存黑色，与白色标线的对比度高，提高了道路的安全性。

（6）能利用废旧轮胎，节能环保。

橡胶沥青路面的缺点橡胶沥青路面具有以下缺点：

（1）橡胶粉质量参差不齐，造成橡胶沥青质量较难控制。

（2）橡胶沥青加工难度大。

（3）对混合料级配类型的适用范围较小。

（4）施工温度控制难度大。3