浅谈橡胶改性沥青混凝土作用机理及应用.docx

1、浅谈橡胶改性沥青混凝土作用机理及应用 摘要：本文首先简述了橡胶改性沥青的发展现状，并阐述了橡胶改性沥青混凝土的改性机理及生产工艺，分析了干拌法和湿拌法的区别和特点，提出了橡胶改性沥青混凝土的适用范围，说明了施工过程中的重点注意事项。 关键词：橡胶改性沥青；废轮胎；沥青混凝土；机理 1、引言 橡胶改性沥青是指采用废轮胎经粉碎后制成的胶粉作为改性剂，通过特殊的生产加工工艺将废轮胎胶粉加入沥青当中，能够改善混合料性能的沥青结合料。美国于 20世纪 80年代末期最早开始橡胶混凝土的相关研究。根据美国材料与试验协会 ASTM 的定义，由沥青、回收轮胎橡胶及一定的添加剂组成的混合物，其中胶粉的含量不少于总

2、重的 15%，且要求橡胶颗粒在热沥青中充分反应并膨胀。而我国关于橡胶改性沥青混凝土的研究起步于上个世纪 80年代，经过十几年的技术积累，进入 21世纪，随着国外橡胶沥青技术及成套装备先后进入我国，并在一些公路项目 上得到应用，橡胶沥青得到了快速的发展。通过开展一系列橡胶沥青技术研究，并取得了一定的科研成果。 2、改性机理 废橡胶系硫化橡胶，分子呈三维空间网结构，富有弹性而不具粘性和可塑性。橡胶粉在沥青中，在热和机械力作用下，橡胶粉粒吸收沥青中油分而溶胀，产生复杂的物理与化学反应，胶粉发生部分脱硫、降解，恢复一定生胶性质，制备后的橡胶溶胀颗粒能较均匀地悬分散在沥青溶液中。与沥青共同作用，使这橡胶

3、沥青结合料具有与原沥青明显不同的物力学性状。对沥青起到改性作用，橡胶粉在溶胀过程中体积发生膨胀橡胶粉在沥青 中形成三维空间网络结构，橡胶沥青表现出高粘度、高弹性的优良性能。 经破碎的橡胶有多种形状，如条形、柱形、粒状、碎片状等。综合国外研究的报告，用于混凝土橡胶主要有以下几种： （ 1）较大颗粒的废胶粉，颗粒最大尺寸为 19mm，最小达 0.15mm。 （ 2）微粒废橡胶粉，尺寸范围为 0.075mm 至 4.75mm。 （ 3）碎橡胶，形状为柱形或片状，长度最大约 10mm 左右，宽度（或直径）最大约 2mm。橡胶粉改性沥青中使用的是废橡胶粉。由于废橡胶粉制造工艺和废橡胶的来源不同，成品橡

4、胶粉的品质、颗粒形状和表面形态有较 大的差别，对改性沥青的性能也有很大的影响。 3、生产工艺 废轮胎胶粉在公路行业中特别是在沥青混合料中的应用研究，主要分为干拌法和湿拌法两种工艺，两条工艺路线几乎是在同一时期并行起步的。 干拌法是将胶粉直接喷入正在搅拌的高温石料拌合锅中拌和，搅拌 20分钟后可得胶粉改性沥青混合料。干法制成的改性沥青对温度敏感性改进不大，因此，所制备的改性沥青仅适用于公路底层和中层的摊铺。湿拌法是先将胶粉加入 180 200 的普通沥青中，在高温下充分熔胀反应制成 改性沥青，然后再与石料拌和，使用方法与一般改性沥青相同。胶粉用量、搅拌时间、沥青温度等均随基质沥青和胶粉性质的不同

5、而有很大变化。废胶粉与沥青混溶过程中可加入少量的活化剂，如烷基苯酚二硫化物等。 湿法制备改性沥青的工艺比较简单，不过改性效果与废胶粉的细度关系很大。粒度越细，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。近年来，用湿法生产沥青橡胶的工艺技术又有了重大的改进，即胶粉混入沥青以后，不仅仅是简单的机械搅拌，而是通过高速剪切装置，如胶体磨的加工。由于废胶粉在加工过程中得到了进一 步的溶涨和粉碎，在沥青中的分散更加均匀一致，因而具有更好的改性效果。湿法改性沥青的生产，利用胶体磨的工艺使之有可能与其它聚合物改性沥青混用，通过处理的胶粉，能使其与基质胶粉很好的交联，并根据所用的不同的聚合物种

6、类而赋于其耐油、耐臭氧等优良的性能。这对于提高改性沥青的性能，更有效的使用废胶粉有很大的好处。 整体而言，改性沥青的性能与胶粉的粒径关系密切，粒径越小，分布越均匀、性能越优良。制备橡胶改性沥青的工艺简单，对用现有聚合物改性沥青设备进行一定改造即可进行。但是，其改性效果却与许多因素有关，如：沥 青品种、胶粉来源、生产方法、相容剂、填加剂和稳定剂含量、品种、填加方式以及改性沥青混合设备类型、剪切速度、混合时间、温度等等，因此，要生产出合格的橡胶粉改性沥青还需要进行系统的理论与实践的研究。 两者在实际应用中的主要区别有： 橡胶改性沥青混凝土中橡胶粉使用量（通常为矿料重的 2% 5%）是橡胶沥青混凝土

7、中橡胶粉使用量（ 20%的胶结料重）的 2 4 倍； 橡胶改性沥青混凝土橡胶粉添加方法简单，胶粉从矿料口进入，用量容易控制；而橡胶沥青混凝土的胶粉要预先与普通沥青共混反应，预加工和储存，使用成本高； 橡胶 改性沥青混凝土使用的胶粉一般比橡胶沥青混凝土使用的胶粉要粗。 4、适用范围 （ 1）公路路面封层养护，如应用于稀浆封层，将废橡胶粉加入稀浆封层混合料中可延长使用寿命，有效降低养护费用。 （ 2）由高用量橡胶沥青（ 9% 10%）与单一粒径碎石为主的集料拌合而成的开级配混合料具有良好的抗滑、防溅水、降噪、持久的稳定性和抗反射裂缝能力。适用于高速公路和城市快速道路的中、上面层、水泥路面超薄罩面。

8、 （ 3）由中间粒径间断级配与橡胶沥青拌合而成的断级配混合料。由于具备较好的表面构造、 密水性、抗剪切稳定性，间断级配和混合料。适用于交叉和变速较多的城市道路面层和补强结构。 （ 4）橡胶沥青应力吸收层是将单一粒径的石料均匀的满铺在橡胶沥青层上，用胶轮压路机进行嵌挤碾压，橡胶沥青被挤压到石料高度的约 3/4，石料嵌锁形成后将构成结构性支撑，所形成的碎石封层模式的路面。在桥面应用橡胶粉改性沥青做应力吸收层，可降低反射裂纹产生，避免发生水损害现象。在半刚性基层上采用橡胶粉改性沥青技术做应力吸收层简易沥青路面，可以有效遏制裂缝的反射。 5、施工注意事项 5.1 橡胶沥青生产 温度 温度是橡胶沥青制作

9、过程控制的重要参数之一。温度对橡胶沥青反应时间有较大影响，因此，反应温度不能太低。胶粉改性沥青反应温度 190 210 。提高掺配罐的温度不是一件容易的事，一方面是加入 20%常温胶粉对基质沥青降温过多，计算表明 200 的基质沥青加入 20%常温胶粉，平均温度将降至约 163 ；另一方面是短时间补充过多热能有一定的困难，这不仅需要较大热源，而且传热系统也变得复杂。高温下制作的橡胶沥青不宜长时间存放，以防止材料特性发生变化，降低使用性能。为此，橡胶沥青宜采用现场改性，就地使用，这 不仅 是为了防止材料降低性能，而且减少再次升温需要消耗的热量。如果橡胶沥青需要储存的话，应降低储存温度。 5.2

10、橡胶沥青所需材料料 橡胶沥青的材料料包括基质沥青、胶粉、添加剂等填料，它们的特性与配伍十分重要，决定着制作和使用的时间框架，这和一种改性的机理相联系。据此原理，高温下的橡胶颗粒随着时间的推移，会使橡胶沥青失去弹性。如果该产品所需特性的时间窗口非常有限，就会失去它的使用意义。产品的反应时间还与橡胶粉颗粒大小有关，一般胶粉颗粒越细，越容易在沥青中混合分散，反应时间缩短。但过细的胶粉 在沥青中容易被 “ 消化 ”或 “ 油化 ” ，使橡胶沥青过早失去弹性，缩短了保持特性的时间窗口，为操作增加了困难。一般认为橡胶沥青保持特性的时间历程应大于 4 6 小时，时间过短不利于使用。胶粉的粒度以 20 40

11、目为宜，胶粉的质量应符合标准，其天然胶碳氢化合物含量应大于 30%。 橡胶粉的质量对橡胶沥青的生产和应力吸收层的施工均有较大影响，因此除了对橡胶粉生产厂家提出严格要求外，现场人员应对橡胶粉受潮、结块、钢丝等异物含量大、纤维含量高等常见的质量问题根据经验进行严格控制；每批橡胶粉进场后，都需进行相关质量检测，并 在试验室验证生产配合比后再进行橡胶沥青生产。 5.3 橡胶沥青生产工艺 橡胶沥青的生产使用橡胶沥青生产专用设备，先把基质沥青加温至165 170 输送至生产设备，然后根据设计要求把选定的橡胶粉，按比例输送到生产设备，再与基质沥青一起送到高速剪切搅拌器，在约 190 经专用设备搅拌后输送到设备反应罐内，再进行搅拌并在罐内反应约 45 60 min，生产过程即完成。 参考文献 江苏燕宁金邦科技发展有限公司 .橡胶沥青应用与设计指南 M.郭兆立译 .2006.3. 江苏省 交通科学研究院 .橡胶沥青应力吸收层施工技术指南刘春生，朱涵，李志国，张军，袁琳。橡胶细集料水泥砂浆基本性能研究 J .混凝土 .2005， 139： 38 42 陈波，张亚梅，陈胜霞，张才华橡胶混凝土性能的初步研究 J .混凝土 .2004， 182， 37 39