胶粉改性沥青知识讲解

废橡胶粉改性沥青应用与设计 作者： 发布于：2012-6-27 12:35:59 点击量： 15 一、名词解释 1、胶粉沥青——国际材料与测试协会标准ASTM D8-88 中定义为采用15%以上橡胶粉粒的沥青改性材料，在美国一般比例为18~22%，橡胶粉粒能全部通过10#筛，180~200℃温度下至少反应45min分钟；在沥青与橡胶充分熔胀，同时硫化橡胶粉粒还没有大面积降解前使用，改性后的胶结料还能显著体现硫化橡胶的特性。 2、橡胶粉(CRM)——指轮胎橡胶经过粉碎形成的粉末，用于沥青改性的材料。 3、小汽车轮胎——小汽车、敞篷小车和轻型卡车的外直径小于660毫米的轮胎。 4、卡车轮胎— 卡车和公交车上用的外径大于660mm、小于1520mm的轮胎。 5、常温粉碎法——将废橡胶轮胎在室温下或略高于室温的环境下进行粉碎的方法。常温粉碎法一般能够产生形状不规则的、表面积较大的颗粒，有利于和沥青的相 互作用。 6、冷冻粉碎法——使用液氮来冷冻废橡胶轮胎，使得废轮胎变得易碎，然后用锤磨机来打碎这些冷冻橡胶的方法，这种方法能够生成表面积较小的光滑颗粒。 7、脱硫橡胶——粉碎后经过加温加压，或者掺加软化剂改变了橡胶材料性质。 8、稀释剂——轻质石油产品，做碎石封层时，在喷洒之前添加到橡胶沥青中，使橡胶沥青容易喷洒均匀，在没有引起橡胶沥青的性质较大改变之前挥发掉。因为轻质成分要挥发，所以稀释剂不用于拌制混合料的橡胶沥青中，也不推荐用于90天内铺筑罩面的夹层中。 9、废轮胎橡胶——用过的汽车、卡车或者公交车的轮胎经加工得到的橡胶。生产过程中应排除不当轮胎料源，如实心轮胎、铲车轮胎、飞机轮胎和挖土机轮胎以及其他非汽车轮胎，这些材料的成分不适合橡胶沥青反应。 10、应力吸收层(SAMI)——一种碎石封层，用热橡胶沥青喷洒在现有的路表面，然后立即撒布单一粒级的封层集料，再进行碾压，将集料嵌入沥青膜。其厚度通常介于5到15毫米之间，取决于覆盖骨料的尺寸。应力吸收层是一种表面处治，主要是用于恢复表层抗滑性能，封住裂缝，形成防水膜来减少表层的水渗入路面结构中。应力吸收层可用于路面保存、养护和局部维修。胶粉改性沥青应力吸收层可以有效防止下层开裂的路基或路面的反射裂缝扩展至表面层，对于新建或改建的路面大大延长路面使用性能。 11、粘度——流体或者半流体抵抗流动的性质(剪切力)，是橡胶沥青现场质量控制 的指标。 二、废胶粉改性沥青综述 1、废胶粉改性沥青的发展

废胶粉改性沥青从19世纪30年代就开始用作接缝填缝料、补丁和薄膜。在19世纪50年代，美国的刘易斯和博恩等进行了大规模的实验室研究评估。一些研究成果与雷克斯和帕克合作的“橡胶沥青材料试验室研究”一起发表在1954年10月的“公路”刊物上。1960年三月，在芝加哥举办了首届橡胶沥青研讨

会。60年代和70年代，亚利桑那州查尔斯·麦克唐纳在橡胶和沥青材料上做了大量的工作，开发了胶粉沥青的“湿法”生产(也称为麦克唐纳法)，开始将胶粉改性沥青用于填补坑洞和表面处冶等，并作为常用养护方法，特别是胶粉沥青碎石封层作为凤凰城道路的主要养护方案有效地使用了将近20年，直到交通量过大才改为薄层沥青混凝土罩面，后来又开发了胶粉沥青断级配混合料成功地替代了碎石封层。1975年加州运输部开始进行胶粉沥青碎石封层试验，取得很好的效果。1980年在加州斯托贝城用“湿法”生产的胶粉沥青和密级配集料建设的路面建成，该项目是对一条极差的路面进行紧急维修，采用了路面加筋网和60毫米的密级配沥青混凝土以恢复结构承载力，其上为薄层(30mm)橡胶沥青混合料磨耗层。最早的三个项目都位于在冬天使用轮胎防滑链的高海拔的“冰冻区”，证明胶粉改性沥青混凝土路面有很好的抗磨耗和抗低温开裂性能。1983年瑞文多城建成的项目大大推动了应用粉胶改性沥青的进程，因采用沥青混凝土改造成本太高不能接受，所以采用了薄层橡胶沥青路面，这个项目设计了一系列13个试验段。试验段一直在进行跟踪监测，清楚地表明薄层胶粉改性沥青路面性能比普通沥青好，随后加州又建造了更多的胶粉改性沥青路面项目，继续研究比其他沥青路面薄的胶粉改性沥青路面性能。从1987年以后，加州每年新建一两个胶粉改性沥青路面项目，用于作路面表层，既有密级配也有开级配混合料，厚度范围从开级配最薄24mm到密级配最厚76mm。1992年3月加州运输部在这些研究项目的基础上发布了“橡胶沥青断级配混合料设计指南”，指南介绍了断级配橡胶沥青混合料相对于沥青混凝土在延缓结构裂缝和反射裂缝方面的等价关系，包括设置SAMI层和不设SAMI层的结构。这些等价关系经过证实后，收编在加州运输部柔性路面改建手册中，橡胶沥青断级配混合料在取代沥青混凝土时通常采用沥青混凝土厚度的一半。到了1995年，加州运输部建成的胶粉改性沥青路面项目超过100个，加州的市县建成了超过400个胶粉改性沥青路面项目。在设计和施工良好的情况下橡胶沥青材料能够表现出良好的性能，橡胶沥青路面与结构等价的普通路面相比，后续的损坏发展缓慢，所以在一些出现早期病害的路面中需要的养护费用大大降低。

2、胶粉改性沥青的使用 胶粉改性沥青可在各种沥青路面结构中作为胶结料。对于热拌混合料，用于断级配和开级配混合料效果最好，特别是用于薄层表面(≤60 mm)。最常用的喷洒方法是碎石封层，也称为应力吸收层，碎石封层主要用于养护和路面保存。胶粉沥青碎石封层也可以作为夹层使用，上面再用混合料罩面。适用普通沥青混凝土和表处的地方都能用胶粉改性沥青，而且抗裂性能、抗疲劳性能比普通沥青更好。在旧水泥路面或者旧沥青路面上做胶粉改性沥青薄层罩面效果更突出。断级配橡胶沥青混合料相对于普通沥青混凝土在延缓结构裂缝和反射裂缝方面有一定的等价关系，允许用一半厚度的断级配橡胶沥青混合料代替普通沥青混凝土。厚度减薄使得断级配橡胶沥青混合料可以用于垂直空间受限制的地方。温度对于橡胶沥青混合料的压实很重要，因为橡胶沥青比普通沥青粘稠，一般需要较高的摊铺和压实温度。因为橡胶沥青断级配混合料一般用于铺筑薄层罩面，环境温度、下承层表面温度、风速对压实过程中罩面的温度有很大的影响，所以橡胶沥青摊铺应选择良好天气、干燥的环境，尽量避免在早春或者晚秋季节，另外雨天、环境温度或地表温度<13℃?寒冷天气了也不适于胶粉改性沥青路面施工。当旧路面裂缝严重，宽度超过12.5mm，又没有交通量和弯沉数据等路面结构设计的基本数据的情况下，应谨慎使用，有些情况下可能需要在橡胶沥青罩面前加铺沥青混凝土或者应力吸收层，以满足路面强度要求。另外主要依靠手工作业的地方，或拌和站距离工地过远，不能保证混合料摊铺及碾压温度的地方也不宜使用胶粉改 性沥青。 3、胶粉改性沥青的特点 使用胶粉改性沥青比普通沥青工程性质明显改善。胶粉改性沥青可用于各种气候条件，在中温和高温下，胶粉改性沥青性能明显优于普通沥青，胶粉的掺入提高了胶结料稠度、提高了路面使用温度下的弹性恢复能力，降低了路面的温度敏感性。 在低温性能不降低的情况下改善了抗车辙能力和抗疲劳性能。使废轮胎得到了增值的应用。

表一、胶粉改性沥青的优缺点 序号 优点 缺点 1 有较高粘度，混合料油膜较厚而不会析漏或泛油 温度要求更严，同时由于断级配混合料集料结构较粗，石料与石料接触，难以压实 2 在高温下有较大的弹性恢复性能 有产生一些较难闻气味和空气质量问 题 3 提高耐久性 由于级配较粗、胶结料较稠，胶粉沥青混合料很难进行手工作业 4 提高路面对裂缝发生、疲劳裂缝?反射裂缝抵抗能力 生产后超过6小时未用，有可能使粘度不能满足要求而不能使用，需另加胶粉 5 降低温度敏感性 对于碎石封层，可能需预先加热集料或预裹 6 胶结料含量高、油膜厚、轮胎橡胶中含有抗氧化剂，从而?提高抗老化、 抗氧化能力

7 提高抗车辙?永久变形?能力 8 更低的路面养护费用 9 因为层厚减薄?，缩短施工时间 10 因为沥青膜较普通沥青厚，碎石封层 中碎石粘结更牢固

11 使用废料，节约了能源和自然资源 12 橡胶中的炭黑能够使路面长期保持黑 色，与标线对比度高，提高了安全性

4、使用费用比较 胶粉改性沥青材料成本中废轮胎胶粉约占20%的含量，而胶粉价格仅为基质的一半，与SBS相比，其价格仅为SBS的十分之一，因此胶粉改性沥青成本远远低于其它沥青，价格比SBS改性沥青低约20%。实践证明，用30~60 mm薄层断级配或者开级配表面罩面是胶粉改性沥青最经济实用的方法之一，特别是重交通下路面损坏较严重但结构完整性较好的路面，胶粉改性沥青是改建这种路面最有用的方式。很多情况下，橡胶沥青薄层罩面可减薄至其它沥青路面一半厚度，最小可达到30mm，使初期建设费用大大降低，铺设100公里路面，若中上面层全部采用胶粉改性沥青，可节约投资约2500万元。而且路面养护费用减少、寿命延长，更进一步提高了经济效益。 5、环境保护 5.1减轻轮胎堆放压力，节约石油资源。将产生的废轮胎进行第二次应用，而不是放到废轮胎堆场上，据估算，橡胶沥青断级配混合料每25mm厚度每车道公里用掉大约620个轮胎，或者说每吨断级配混合料消耗 大约2个轮胎。100公里的胶粉改性沥青路面约可消耗掉75万条废弃轮胎，节约沥青4000吨。是根冶“黑色污染”最有效的方法。 5.2废旧轮胎增值应用。较早的处理废轮胎的方法是将废轮胎作为燃料燃烧，虽然能够节省其他能源，但是橡胶的价值消失了，燃烧产生的灰烬废物还是个问题，而且产生的烟尘严重影响空气质量。用橡胶沥青铺筑路面提供了一种利用最有效的增值方法，橡胶增强了路面全寿命的性能，可延长公路寿命5-10年。 5.3降低噪音。降低交通噪音是应用橡胶沥青材料的另一个重要优点，在欧洲(比利时,法国,德国,奥地利,荷兰)、加拿大和美国都有记载，可以达到40~88%，不仅包括胶粉沥青开级配也包括断级配。美国环境评价部门和专门研究噪音控制的机构对橡胶沥青路面进行研究得出，橡胶沥青路面能够保持降噪效果六年，而普通路面只能保持四年。 6、胶粉改性沥青使用中的健康问题： 6.1由于胶粉改性沥青和混合料生产温度较高，有时生产时还添加芳烃油类，胶粉改性沥青生产和施工中可能会生成一些挥发物，因为人们很自然地认为强烈的气味意味着危险，所以会引起对于挥发物的担忧。美国多个洲对胶粉沥青混合料生产过程中进行过拌和站“排烟测试”，结果显示在胶粉沥青混合料生产过程中测到的挥发物与普通沥青一样，有害物含量和烟尘含量低于美国环保署EPA的AP-42普通沥青混合料拌合站挥发物因素要求。有些情况下，由于采用添加剂等油分，会引起油烟较多。另外，提高拌和温度也会加重挥发，拌合站和改性沥青生产厂的挥发现象更多地受到温度、燃烧器燃料和基质沥青等因素影响，受胶粉影响较少。胶粉本身并不含有对健康有害的化学物质，它主要由各种类型的橡胶和其他碳氢化合物、炭黑、油、和惰性填料，胶粉中的大部分化学物质在沥青中也有，只是比例可能不一样。 6.2皮肤接触影响。南非较早就已开始大量使用胶粉沥青，曾于1989年开始作过一个济南重交路桥工程有限公司JINAN ROAD ENGINEERING SERVICE地址： 中国济南高新区舜华路750 号A-105 邮编： 250100 ADD： Room 105, Building A, No.750 SHUNHUA Rd. JINAN, SHANDONG,P.R.CHINA Zip code：250100 电话/TEL： （86）531-88875661 传真/FAX： （86）531-88875662 HTTP：\\WWW.JNERB.COM 为期两年半的研究，以评价胶粉沥青混合料对摊铺工人的影响，那时的摊铺设备上没有通风设施和过滤装置，这项研究监控了混合料摊铺和沥青洒布过程中直接接触烟气的施工工人，结果研究表明“应用橡胶沥青可能引起的危险几乎没有”，“橡胶沥青挥发物与普通沥青挥发物没有什么不同”。美国国家职业安全与健康研究院与联邦公路局合作进行职业接触潜在健康影响的评价，评估橡胶沥青混合料与普通沥青混合料相比可能的差异，评价在七个路面项目上进行，时间从1994到1997年。报告显示拌合温度的提高是影响挥发量增加的主要因素，而不是胶粉。报告并不建议修改1977年NIOSH标准，这些标准可以从NIOSH和OSHA网站上获取。