橡胶沥青的研究与应用

1、橡胶沥青的研究与应用 耿磊耿磊 东南大学东南大学 交通学院交通学院 2010.10 汇报提纲 一，研究背景一，研究背景 二，国内外研究进展与应用现状二，国内外研究进展与应用现状 三，橡胶沥青的路用性能及评价三，橡胶沥青的路用性能及评价 四，需要继续研究的问题四，需要继续研究的问题 一 研究背景 1 1. . 路面作用呈三高趋势：路面作用呈三高趋势： 高温、高荷载、高动水压力高温、高荷载、高动水压力 2. 2.早期病害以高温稳定类和水稳定类为主早期病害以高温稳定类和水稳定类为主 3. 3.路面功能性要求（如除冰、降噪、排水、耐久、环保路面功能性要求（如除冰、降噪、排水、耐久、环保) 4. 4.

2、传统改性沥青和纤维类材料成本高传统改性沥青和纤维类材料成本高 5. 5. 汽车工业汽车工业 废旧轮胎废旧轮胎 黑色污染黑色污染！ 300万万t 一 研究背景 废胶粉的化学组成废胶粉的化学组成 硫、碳黑、氧化钙、氧化铁、氧化硅等硫、碳黑、氧化钙、氧化铁、氧化硅等 一 研究背景 物理改性物理改性 是否存在是否存在 生物改性？生物改性？ 橡胶沥青与橡胶沥青与SBSSBS改性沥青的成本比较改性沥青的成本比较 原料名称原料名称用量用量/t单价单价/(元元/t)金额金额/元元成本成本/元元 AH70沥青1.0040004000 4906 SBS0.60200001200 AH70沥青1.004000400

3、0 4000 胶粉（80目）0.154000600 节约节约 18.5% 一 研究背景 二 国内外研究进展与应用现状 橡胶沥青橡胶沥青 根据根据ASTM的定义，是沥青、回收轮胎橡胶和某的定义，是沥青、回收轮胎橡胶和某 些添加剂混合而成的胶合料。橡胶成分最少占到混合料总质量些添加剂混合而成的胶合料。橡胶成分最少占到混合料总质量 的的15，并且与热沥青充分反应，使橡胶颗粒产生溶胀。，并且与热沥青充分反应，使橡胶颗粒产生溶胀。 二 国内外研究进展与应用现状 目前国内外对胶粉改性沥青研究与应用目前国内外对胶粉改性沥青研究与应用 关注的问题关注的问题 1）以前：以处理废旧轮胎为主，以改善沥青性能为辅。）

4、以前：以处理废旧轮胎为主，以改善沥青性能为辅。 现在：增强胶粉改性沥青的性能，使其适应性更广泛。现在：增强胶粉改性沥青的性能，使其适应性更广泛。 2）以前：评价方法主要以针入度分级为主。）以前：评价方法主要以针入度分级为主。 现在：性能评价方法需要进一步研究现在：性能评价方法需要进一步研究 3）以前：对影响胶粉改性沥青性能的因素进行了一定研究）以前：对影响胶粉改性沥青性能的因素进行了一定研究 u 现在：开始关注掺加助剂的橡胶沥青。现在：开始关注掺加助剂的橡胶沥青。 u （如（如TOR） TOR橡胶沥青橡胶沥青 TOR具有双键结构的辛烯聚合物，具有双键结构的辛烯聚合物， 它可以将硬沥青质和软沥青

5、质中的它可以将硬沥青质和软沥青质中的 硫与橡胶屑表面的硫交联起来形成硫与橡胶屑表面的硫交联起来形成 一大环状和链状聚合物组成的网状一大环状和链状聚合物组成的网状 结构，形成新分子。结构，形成新分子。 改善橡胶沥青的相容性；改善橡胶沥青的相容性； 降低粘度，提高施工和易性；降低粘度，提高施工和易性； 进一步改善橡胶沥青的低温性能；进一步改善橡胶沥青的低温性能； 施工工艺：维他干法和湿法 维他干法维他干法 胶粉胶粉 TOR 集料集料 沥青沥青 橡胶橡胶 沥青沥青 混合混合 料料 湿法湿法 胶粉胶粉 沥青沥青 橡胶橡胶 沥青沥青 集集 料料 两种工艺的比较 胶粉粒径胶粉粒径胶粉掺量胶粉掺量胶粉作用胶

6、粉作用工艺设备工艺设备 干法干法16.3mm 1%5% (相对于集料干重相对于集料干重) 充当部分集料充当部分集料 改性作用甚微改性作用甚微 不需要特殊设备不需要特殊设备 或较大设备改装或较大设备改装 湿法湿法AR-Sup13- WSBS-Sup13AR-Sup13-D） 湿法工艺存在的优缺点湿法工艺存在的优缺点 需增加现场橡胶沥青生产设备；需增加现场橡胶沥青生产设备； 拌和温度高，生产效率低；拌和温度高，生产效率低； 稳定性和沉淀问题稳定性和沉淀问题; 空气污染和劳动保护问题。空气污染和劳动保护问题。 控制条件多（胶粉参量、搅拌时控制条件多（胶粉参量、搅拌时 间、沥青温度、胶粉粒径）间、沥青

7、温度、胶粉粒径） 对混合料要求宽松对混合料要求宽松 加小粒径胶粉，分布均匀，不易加小粒径胶粉，分布均匀，不易 产生离析，利于泵送产生离析，利于泵送 贮存稳定性问题贮存稳定性问题 l贮存稳定性是由胶粉和沥青两相的贮存稳定性是由胶粉和沥青两相的相容性、密度差、相容性、密度差、 胶粉颗粒大小胶粉颗粒大小决定的决定的,两者相容性越好、密度差越小两者相容性越好、密度差越小 和废旧胶粉颗粒越小和废旧胶粉颗粒越小,贮存就会越稳定。贮存就会越稳定。 l关键是如何提高两者的关键是如何提高两者的相容性相容性,增大废旧胶粉与沥青增大废旧胶粉与沥青 的界面层。针对二者的相容性的界面层。针对二者的相容性,什瓦尔茨指出废

8、旧胶什瓦尔茨指出废旧胶 粉与沥青的共混过程是不能自发进行的粉与沥青的共混过程是不能自发进行的,即废旧胶粉即废旧胶粉 与沥青是不相容的与沥青是不相容的,即使采用剪切、搅拌等机械方法即使采用剪切、搅拌等机械方法 将其混合将其混合,从热力学的角度来看也是不稳定的从热力学的角度来看也是不稳定的,其分其分 散作用具有自动凝结、离析的能力。散作用具有自动凝结、离析的能力。 橡胶沥青路面降噪机理：橡胶沥青路面降噪机理： 橡胶沥橡胶沥 青青 多孔型多孔型 小粒径小粒径密实型密实型 u橡胶粉或橡胶颗粒的高弹性橡胶粉或橡胶颗粒的高弹性, 使得路使得路 面具有面具有吸收轮胎振动和冲击吸收轮胎振动和冲击的效果。的效果

9、。 同时橡胶粉改性沥青混合料是一种同时橡胶粉改性沥青混合料是一种 内阻尼较大的高分子复合材料内阻尼较大的高分子复合材料,它对它对 轮胎的振动具有较大的轮胎的振动具有较大的衰减衰减功能功能, 因因 而大大降低轮胎而大大降低轮胎路面的振动噪声。路面的振动噪声。 橡胶路面降噪问题橡胶路面降噪问题 获得低噪音路面的获得低噪音路面的3种方法种方法: ( 1) 使用小粒径沥青混凝土使用小粒径沥青混凝土; ( 2) 多孔隙沥青混凝土多孔隙沥青混凝土; ( 3) 采用相对柔性的路面材料。采用相对柔性的路面材料。 二 国内外研究进展与应用现状 目前国内外对胶粉改性沥青研究与应用目前国内外对胶粉改性沥青研究与应用

10、 关注的问题关注的问题 4）橡胶沥青存储稳定性）橡胶沥青存储稳定性 5）不同橡胶沥青性能的量化比较）不同橡胶沥青性能的量化比较 6）成本问题）成本问题 7）降低施工敏感性）降低施工敏感性 国际上橡胶沥青的应用 橡胶沥青砼橡胶沥青砼(AR-AC) 磨耗层磨耗层(AR-ACFC、PFC) 应力吸收层应力吸收层(SAM) 应力吸收中间层应力吸收中间层(SAMI) 碎石封层碎石封层(CHIP SEAL) 路面防水材料路面防水材料(TACKCOAT) 填缝料等填缝料等 上面层上面层 中面层中面层 下面层下面层 沥青稳定基层沥青稳定基层 美 国 美国部分州对AR的研究 州名州名工艺工艺应用层应用层级配级配

11、研究结论研究结论 佛罗里达佛罗里达湿法湿法 应力吸收层应力吸收层 磨耗层磨耗层 开级配开级配 密级配密级配 现有设备适合改性沥青混合料生产。相现有设备适合改性沥青混合料生产。相 对开级配混合料对开级配混合料,颗粒大小及橡胶沥青含颗粒大小及橡胶沥青含 量的变化对于密级配混合料影响更大量的变化对于密级配混合料影响更大 亚利桑那亚利桑那湿法湿法 磨耗层磨耗层 结构加铺层结构加铺层 开级配开级配 断级配断级配 磨耗层既有良好的抗滑性能磨耗层既有良好的抗滑性能,抗反射裂缝，抗反射裂缝， 抗疲劳性能，又能防止面层老化，并具抗疲劳性能，又能防止面层老化，并具 有良好的降噪功能。有良好的降噪功能。 德克萨斯德

12、克萨斯 干法干法 湿法湿法 排水磨耗层排水磨耗层 开级配开级配 密级配密级配 CRM改性降低混合料的温度敏感性改性降低混合料的温度敏感性,单轴单轴 蠕变实验密级配较开级配效果好。蠕变实验密级配较开级配效果好。PFC有有 良好的抗反射裂缝能力良好的抗反射裂缝能力 加利福尼亚加利福尼亚 干法干法 湿法湿法 应力吸收层应力吸收层 结构层加固结构层加固 密级配密级配 橡胶沥青混凝土路面在抵抗轮胎表纹摩橡胶沥青混凝土路面在抵抗轮胎表纹摩 擦和抗反射裂缝方面效果显著。早期开擦和抗反射裂缝方面效果显著。早期开 裂不明显裂不明显, 后期损坏发展较慢。后期损坏发展较慢。 法国 南非 橡胶粉改性橡胶粉改性PAC

13、(多孔多孔 隙混凝土隙混凝土)比普通比普通PAC （1）持久排水性能强）持久排水性能强 （2）抵抗重交通）抵抗重交通 （3）抗剪切）抗剪切 （4）抵抗不良气候）抵抗不良气候 应用领域包括：应用领域包括： 混合料混合料(AR-AC) 应力吸收层应力吸收层(SMA) 应力吸收中间层应力吸收中间层(SMAI) 60% 国际发展历程国际发展历程 中 国 功能功能应用应用 间断级配实现抗高温抗车辙性能间断级配实现抗高温抗车辙性能重载交通路面重载交通路面 细粒径开级配橡胶降噪路面细粒径开级配橡胶降噪路面城市主干道，人群聚居区城市主干道，人群聚居区 抗裂抗裂粘轮粘轮 6.生产中温度要求高，能量消耗大生产中温

14、度要求高，能量消耗大 7.干法不适合密级配混合料干法不适合密级配混合料 8.不宜长期储存，要现加工现使用不宜长期储存，要现加工现使用 9.能否适应我国重交通、多样气候的路况尚待检验能否适应我国重交通、多样气候的路况尚待检验 10.橡胶沥青行业标准与沥青路面施工技术标准不一致橡胶沥青行业标准与沥青路面施工技术标准不一致 三三 路用性能及评价路用性能及评价 胶粉改性沥青的性能影响因素胶粉改性沥青的性能影响因素 四 需要进一步研究的问题 1.橡胶沥青的老化问题橡胶沥青的老化问题 2.橡胶沥青的再生问题橡胶沥青的再生问题 (再生剂、再生混合料设计、施工设备再生剂、再生混合料设计、施工设备.) 总结美国

15、的研究成果，得到以下结论：总结美国的研究成果，得到以下结论： (1)回收的沥青混合料可以用于生产再生橡胶沥青混合料回收的沥青混合料可以用于生产再生橡胶沥青混合料 (2)采用普通沥青混合料再生方法与设备可以完成橡胶粉沥青混采用普通沥青混合料再生方法与设备可以完成橡胶粉沥青混 合料的再生合料的再生 (3)再生热拌橡胶沥青混合料可以用常用设备摊铺和压实再生热拌橡胶沥青混合料可以用常用设备摊铺和压实 (4) 再生的橡胶粉改性沥青混合料与再生的普通沥青混合料在路再生的橡胶粉改性沥青混合料与再生的普通沥青混合料在路 用性能方面没有太大差异用性能方面没有太大差异 (失去橡胶沥青的改性优势？失去橡胶沥青的改性

16、优势？) (5) 橡胶粉沥青混合料再生过程中散发的污染物质橡胶粉沥青混合料再生过程中散发的污染物质 与量级与普通与量级与普通 沥青混合料再生时相当。沥青混合料再生时相当。 五 需要进一步研究的问题 3.橡胶沥青生产、施工、运营（橡胶沥青生产、施工、运营（?）中的环境评价问题）中的环境评价问题 密歇根州对连续散发气体的检测结果密歇根州对连续散发气体的检测结果 散发气体散发气体普通沥青混合料普通沥青混合料胶粉改性沥青混合料胶粉改性沥青混合料 CO/%6.006.48 O/%12.8712.18 CO/(mg/m)430.5259.5 氧化氮/(mg/m)139.63124.4 SO/(mg/m)7

17、4.476.7 非甲烷碳氢化合物/(mg/m)225.5183.0 CH/(mg/m)27.710.6 四 需要进一步研究的问题 挥发有机物检测结果挥发有机物检测结果 另外，对散发物中的另外，对散发物中的多环芳香烃化合物多环芳香烃化合物及及重金属重金属监测结监测结 果表明，普通沥青混合料与加胶粉改性后的沥青混合料含果表明，普通沥青混合料与加胶粉改性后的沥青混合料含 量量相差不大相差不大。 挥发有机物测试挥发有机物测试/(mg/m)普通沥青混合料普通沥青混合料胶粉改性沥青混合料胶粉改性沥青混合料 苯1.8031.237 甲苯1.6350.789 乙苯0.1920.130 二甲苯(m/p)0.69

18、90.862 二甲苯(o)0.2490.141 苯乙烷0.3840.181 戊酮0.0060.963 氯苯0.00270.003 四 需要进一步研究的问题 根据以上试验结果，密歇根州得到如下结论：根据以上试验结果，密歇根州得到如下结论： （1 1）胶粉改性沥青混合料生产中的有害物质散发量）胶粉改性沥青混合料生产中的有害物质散发量 与普通沥青混合料的与普通沥青混合料的大体相当大体相当，胶粉的加入并没，胶粉的加入并没 有增加有害成分；有增加有害成分； （2 2）相对于胶粉因素而言，）相对于胶粉因素而言，基质沥青的品种、混合基质沥青的品种、混合 料生产的温度料生产的温度对有害物质的散发更起关键的作用。对有害物质的散发更起关键的作用。 四 需要进一步研究的问题 罗得艾兰运输部对地下水污染的研究罗得艾兰运输部对地下水污染的研究 1.橡胶沥青混合料中橡胶沥青混合料中锌污染锌污染较其它金属污染最为严重较其它金属污染最为严重 2. 1,3-硫氮杂茚是唯一沥滤的有机化合物硫氮杂茚是唯一沥滤的有机化合物 3.研究研究没有发现没有发现采用橡胶沥青可