王海青

(甘肃恒通路桥工程有限公司，甘肃 兰州 730046)

废旧橡胶粉改性沥青是改性沥青的一种，它是以高温基质沥青作为废旧橡胶粉的分散剂，将一定剂量的橡胶粉、其他化学助剂与沥青在高温条件下混溶制成的一种道路材料。废旧橡胶粉的掺入改善了沥青的高低温性能及抗老化性能，提高了沥青的路用性能指标。

我项目处于河西走廊内陆，属于典型的大陆中温带干旱气候，其主要特点是太阳辐射强、日照充足，昼夜温差较大，降水少，蒸发量大、空气干燥等。春季大风偏多，夏季干热而较短促，秋季降温迅速，冬季寒冷而漫长。主线有结构层热熔橡胶沥青碎石封层+厚度8cm粗粒式SBS改性橡胶沥青碎石(ATB-25)+厚度4cm细粒式石墨烯复合橡胶改性沥青(Sup-13)。

下面结合我项目对热熔橡胶沥青碎石封层里的橡胶沥青从现场生产方案、现场生产工艺、现场生产指标检测三个方面进行分析。

1 橡胶改性沥青制备技术的发展

橡胶沥青制备技术专利于20世纪40年代在英国首次注册。经过不断的改进和调整，20世纪70年代橡胶沥青制备技术已基本形成，提出了材料性能更好的橡胶改性沥青制备技术。进入21世纪后，橡胶改性沥青技术在道路、公路工程中得到了广泛的应用。同时提出了橡胶改性沥青制备工艺的相应评价参数标准，主要用于评价相角差剪切敏感性、粘度剪切敏感性等性能参数。我国对橡胶改性沥青制备技术的研究始于20世纪70年代。主要研究方向为高速公路应用研究。通过橡胶改性沥青在公路及道路工程建设中的应用，达到改善路面环境的目的。在中国，橡胶改性沥青首次实际应用是在2001年的钢桥面施工中。在施工中，采用30%胶粉橡胶改性沥青粘结剂作为道路沥青路面的主要材料。经过4年的超重交通试验,取得了良好的应用效果，经过试验，道路各项性能指标保持在良好水平。2006年应用于四川省某景区道路改造，2007年应用于江苏省某公路项目，2008年应用于南京某公路项目。最终工程施工效果令人满意。

2 橡胶改性沥青的适用范围

橡胶改性沥青主要可用于道路加铺工程、吸收层和防水层的施工。以橡胶改性沥青为道路吸收层的主要建筑材料，借助橡胶改性沥青的强粘结性能，可以有效改善道路吸收层与道路水泥路面之间的紧密连接，通过橡胶改性沥青在路面上形成厚度约1cm的防裂层，有效地解决了路面裂缝问题，提高了路面对疲劳裂缝和反射裂缝的抵抗能力。另外，用橡胶改性沥青粘结剂施工的道路防水层具有较强的抗渗性，能有效避免水对路基结构的渗透，能更好地避免水对道路路基结构的侵蚀，大大降低使用寿命。最后，橡胶改性沥青材料具有较强的塑性和延性。作为道路、公路工程的路面施工材料，还能有效解决我国北方冬季低温路面结构的负面影响，既能有效减少温度收缩裂缝的发生，又能提高路面的防滑能力。橡胶改性沥青中含有抗氧化剂，对道路的抗老化、抗氧化和道路耐久性有积极的作用，也有助于降低道路的维护成本。

3 橡胶沥青现场生产方案

简单来讲就是橡胶沥青的原材料选择、搅拌温度、搅拌时间、橡胶粉掺量四个板块的结合。

3.1 橡胶沥青原材料的选择

(1)基质沥青：橡胶沥青是由基质沥青掺加一定量的橡胶粉拌制而成，与其他改性沥青相同，基质沥青的性质对橡胶沥青的性能影响很大。基质沥青的选择在一定程度上受当地气候条件的影响。按照国内参考文献及规范指导，严寒地区采用90号沥青，南方夏热地区采用70号沥青。我项目对本年度韩国SK90#基质沥青和中国石油化工有限公司镇海炼化分公司东海牌90#基质沥青各项指标进行了检测汇总。检测结果见下表1。

表1 沥青基本性能指标检测结果(90号A级石油沥青)

(2)橡胶粉：橡胶改性沥青的制备工艺主要采用传统的热熔法或高剪切法。热熔法的制备过程如下：首先，热沥青和橡胶粉、加热材料放入搅拌混合槽，充分混合，然后将粘结剂为高温反应罐溶胀，加热温度可控制在60℃。制备工艺操作相对简单，工艺要求低。然而，由于材料机械混合简单，橡胶粉颗粒较粗，最终橡胶改性沥青具有较高的弹性。用于路面施工时，将路面碾压起来会比较困难，这也会导致一些路面结构由于压实不足而产生较大的空隙。高剪切法在热熔法的基础上加强了胶粉的研磨，通过高剪切胶体研磨降低了橡胶颗粒的粒径，不仅降低了粘结剂的弹性，还提高了物料储存的稳定性。我项目选用山东省滨州市有志经贸有限公司生产的40目橡胶粉，橡胶粉技术指标见表2。

表2 40目橡胶粉材料基本性能检测指标

(3)界面剂：废旧橡胶粉和沥青都是惰性物，为促进两者之间的反应，常在橡胶沥青中加入一定比例的外掺剂，以增强废旧橡胶粉与沥青的反应，使废旧橡胶粉充分、均匀地分散在沥青中。界面剂是外掺剂的一种，属于高分子聚合物。该外掺剂为白色透明球状与絮状混合体，按一定的比例加入到高温基质沥青中，一方面可以减少发育时间，提高生产效率，满足搅拌设备的生产要求；另一方面可以有效降低橡胶沥青的黏度，不易使管道堵塞或者损坏橡胶沥青生产设备。同时可以降低油石比，节约建设成本。

3.2 搅拌温度

搅拌温度是影响废旧轮胎橡胶粉和沥青反应效果的重要参数。在橡胶沥青加工过程中，搅拌温度直接影响到最终生产的橡胶沥青性能。一般来说，沥青温度越高，其黏度越小，废旧轮胎橡胶粉越易分散和溶胀，沥青中的轻质油分减少，橡胶沥青的黏度升高；但是搅拌温度越高，沥青老化越严重，同时在高温条件下，废旧轮胎橡胶粉的脱硫反应更加严重，使得橡胶沥青的黏度降低。大量研究表明，搅拌温度并不是越高或者越低就越好，而是存在一个合理的温度范围。根据试验研究表明，橡胶沥青的合理搅拌温度适宜控制在175℃-185℃。

3.3 搅拌时间

国内外研究资料表明，搅拌时间对橡胶沥青的各项指标影响很大，并且性能指标并不是随着时间的变化呈现简单的线性变化，而是时有增大时有减小，有所反复。橡胶沥青的延度随着搅拌时间的增加而不断增加，而黏度则均呈现先增加后减小的变化趋势。究其原因：橡胶粉与沥青接触后随即发生溶胀。反应时间过短，胶粉溶胀过少，致使橡胶改性沥青只是成为橡胶粉与沥青的简单混合物。反应时间过长，胶粉反应过度，不仅使得橡胶沥青丧失持有的物理、力学性质，而且影响生产效率，增加燃油成本。通过总结国内外先进经验，确定搅拌最佳时间为45min-60min。

3.4 橡胶粉掺量

一般来说，废胎胶粉的掺量越大，相应的路用性能越好，会使橡胶沥青的黏度增大，施工和易性下降。如果黏度过大，橡胶沥青设备管道容易堵塞，这样会影响施工进度，增加施工成本。因此废胎胶粉的掺量有一定的合理范围，一般为基质沥青的15%-25%。ASTM(美国材料和试验协会)规定，橡胶沥青中废胎胶粉掺量不少于15%(内掺)，相当于外掺的17.6%。我国交通运输部行业标准规定橡胶沥青中废旧橡胶粉的掺量一般为基质沥青质量的17.6%-30%。

由于废胎胶粉和基质沥青的品质不同，为了达到某种路用性能，废胎胶粉的掺量也是不一样的，有时会有较大的差异，我项目确定橡胶沥青的生产配合比：橡胶粉∶界面剂∶基质沥青=18%∶2%∶80%。两种不同基质沥青按同样比例生产的橡胶沥青技术指标见下表3。

表3 现场生产橡胶沥青技术指标

4 橡胶沥青施工控制措施

(1)科学控制沥青、集料在制造过程中的温度，特别是沥青混合料在加工过程中必须将出厂温度控制到高标准。一般情况下，热混合物的贮存温度不得降低10℃以上。生产中混合物的温度如下。

(2)混合时间应根据试混合情况合理安排。搅拌时，应将所有集料颗粒均纳入沥青粘结剂中，整个搅拌过程应均匀适宜。

(3)混合过程中应进行相应的检查，主要检查混合均匀性和异常问题，包括灰色、冒烟、离析等问题。如有异常，应立即采取措施，防止损坏沥青质量。

(4)搅拌站应定期对混合料进行性能测试，通常进行马歇尔试验、萃取筛选试验等，并对油集料比、矿集料级配、沥青性能等指标进行测试。残留物稳定性每周定期检测，频率为1-2次。橡胶沥青用量与理论用量的误差为±0.4%。

(5)施工作业完成后，要用印刷材料的数量来控制整个材料消耗。根据所有仓库耗用和筛选数据，核对矿料集料状况，科学计算作业级配和沥青集料比，并与设计标准进行对比，加强各方面数据的验证。详见JTT 799-2011公路工程橡胶沥青加工设备技术要求。

5 橡胶沥青应力吸收层施工技术

橡胶沥青应力吸收层技术是指在市政道路铺装面涂敷的粘合剂层完全干燥后，将橡胶沥青应力吸收层布设，将碎石铺装、碾压。在这个阶段，橡胶沥青应力吸收层技术得到了广泛的应用。在实践过程中，技术不断改进和优化，效果逐步提高。在施工过程中，应合理控制橡胶改性沥青的用量和温度。橡胶改性沥青用量一般控制在2-3kg/m,温度一般为180℃,误差为-0.20-0.20kg/m。铺石时,先进行砾石预混，并控制沥青集料比和温度。沥青集料比一般控制在0.30%-0.40%,温度160℃。

另外,还需要对石料的健全度、破碎值和针片状颗粒含量进行测试，使其满足相关技术指标要求。橡胶沥青应力吸收层技术还需要合理控制应力层的级配、橡胶沥青加热温度、矿物骨料温度、混合料输送温度、混合料输送至场地温度、铺装温度、初压、再压实、碾压结束温度。铺石时，铺石量控制在15kg/m ,各工序施工按施工标准进行，有效发挥施工技术优势，有效提高道路施工质量，保证后期运营安全。

粘接层干燥后，应力吸收层的施工应从以下三个方面进行。

(1)分布：温度应控制在180度左右。在数量的基础上，每平方米应控制至3公斤。本施工方法适用于橡胶改性沥青。预拌碎石时，沥青集料比一般在0.30%-0.40%之间,且搅拌温度需要控制在160℃左右，因此预包沥青比较常见。喷涂时误差应控制在±0.2kg/m以内，分布应尽量均匀。

(2)铺石：要按具体规定确定相关标准，必须做好补充工作。因此，如果在局部铺筑中有不稳定的地方，应在喷洒后及时铺筑碎石，铺筑量控制在每平方米15kg之间。

(3)路面滚动的完成需要轮胎压路机的帮助，将路面清理好，保证正常的交通，施工才能顺利进行。

6 结 语

总之，随着科技的发展废胎胶粉在改性沥青发展的过程中会发挥越来越多的作用，例如现在运用较为成熟的SBS橡胶改性沥青和近些年较为先进的石墨烯复合橡胶改性沥青都和废胎胶粉息息相关，欧美及日本最新的研究表明，丁苯橡胶高分子改性沥青这些高科技的沥青产物将是未来几年甚至十几年的公路工程发展趋势，希望能在节能减排，“变废为宝”的发展中让废胎胶粉发挥出更大的余热。