廢輪胎橡膠粉(CRM)和SBS復(fù)合改性瀝青研究進展★

許志楊 高中洋 沈菊男

(蘇州科技大學道路工程研究中心，江蘇 蘇州 215000)

1 概述

改性瀝青是指摻加了橡膠、樹脂或其他聚合物改性劑，使瀝青及瀝青混合料的性能得以改善而制成的瀝青膠結(jié)料。苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性劑是如今非常成熟也是應(yīng)用最為廣泛的主導(dǎo)改性劑，SBS改性瀝青可以明顯改善瀝青混合料的高低溫性能、彈性恢復(fù)性能和路用性能[1,2]，但SBS作為石油制品，其價格高昂，使用范圍受到了極大地限制。汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，提高了人們的工作與出勤效率，也產(chǎn)生了巨量的副產(chǎn)物廢棄輪胎，對環(huán)境造成了嚴重污染與破壞，也是資源的浪費。將廢輪胎磨成橡膠粉，作為改性劑加入到瀝青中，一方面可以合理利用廢棄輪胎，緩解其對環(huán)境的污染；另一方面CRM可以很好地提高瀝青的物理力學性能，如抗老化、抗車轍、抗疲勞等性能，CRM也可以提高瀝青的低溫性能。因此CRM改性瀝青技術(shù)引起了廣泛的關(guān)注。

CRM表面呈現(xiàn)為惰性，且CRM與瀝青是熱力學不相容體系，兩種相容性很差，CRM瀝青極易離析。低摻量的CRM改性瀝青的改性效果并不明顯，但高摻量的CRM改性瀝青的粘度大，施工困難[3-5]。若把SBS與CRM復(fù)合改性，綜合他們的優(yōu)點，提高瀝青和瀝青路面的性能。在CRM和SBS復(fù)合改性瀝青中，CRM和SBS摻量相對于單改性瀝青都有所降低，盡管兩者摻量都較低，但兩者的復(fù)合改性可以彌補低摻量對改性效果的影響，瀝青性能不會降低[5]。SBS與瀝青形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以阻止CRM與瀝青的離析，提高改性瀝青的穩(wěn)定性有利于工廠化生產(chǎn)施工。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

SBS改性瀝青是如今國內(nèi)應(yīng)用最廣的一種改性工藝，相關(guān)技術(shù)及經(jīng)驗十分成熟。橡膠瀝青也有了很多的研究，在美國等國家大力推廣，但兩者都有著各自的缺陷，近年來國內(nèi)外研究者開始研究如何將CRM和SBS對瀝青進行復(fù)合改性，綜合其優(yōu)點，進一步提高其改性效果。

國外對于CRM用于瀝青改性已經(jīng)有了比較成熟的經(jīng)驗，最初是為了環(huán)?？紤]。20世紀60年代Charles McDonald首先用了濕法工藝制備了橡膠瀝青，他將橡膠瀝青用在了路面的養(yǎng)護和維修中。1991年，美國通過了“冰茶”法案(ISTEA)，對橡膠瀝青混合料的使用進行了強制的規(guī)定，促進了橡膠瀝青的發(fā)展。美國的經(jīng)驗表明濕法工藝更適合CRM瀝青混合料，混合料性能更加穩(wěn)定，且CRM瀝青混合料間斷級配要優(yōu)于連續(xù)級配[6,7]。但國外對于CRM和SBS的復(fù)合改性研究的報導(dǎo)還很少。

Dong等[8]采用流變學、熒光顯微鏡和紅外光譜等方法研究了CRM和SBS復(fù)合改性硬瀝青在制備過程中的粘彈性行為、溫度敏感性、相容性、形貌和微觀結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)評價了CRM，SBS和硬質(zhì)瀝青對上述性能的影響。CRM，SBS對復(fù)合改性硬瀝青性能的影響存在較大差異,與基質(zhì)瀝青相比，添加橡膠屑和SBS聚合物對瀝青的粘彈性性能、溫度敏感性有顯著提高。

Liang等[9]用應(yīng)力控制流變儀測量了未改性瀝青和CRM與SBS復(fù)合改性瀝青的線性粘彈性行為和粘滯特性。研究CRM和SBS對瀝青復(fù)合改性可以顯著改善瀝青的粘彈特性和粘度。因此CRM和SBS復(fù)合改性瀝青在路面上的抗永久變形能力將得到增強。當SBS用量超過1%時，失效溫度、模量和粘度都有明顯的提高，用CRM代替SBS部分生產(chǎn)CRM和SBS復(fù)合改性瀝青是可行的，但CRM和SBS復(fù)合改性瀝青由于貯存穩(wěn)定性差，在生產(chǎn)后必須迅速使用。

Xiang等[10]利用RTFOT模擬了基質(zhì)瀝青、CRM改性瀝青、SBS改性瀝青和CRM與SBS復(fù)合改性瀝青的熱氧老化過程。通過對瀝青和改性瀝青老化前后的組成和結(jié)構(gòu)分析，研究了基質(zhì)瀝青、CRM和SBS對老化性能的影響。在瀝青老化過程中，碳鏈的氧化和斷裂產(chǎn)生羰基，瀝青中的硫在熱氧條件下轉(zhuǎn)化為亞砜。瀝青向重組分方向發(fā)生轉(zhuǎn)化，改變了瀝青原有的膠體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致瀝青性能下降。在CRM與SBS復(fù)合改性瀝青老化過程中，基質(zhì)瀝青發(fā)生硬化，改性劑CRM和SBS發(fā)生脫硫和熱氧化降解。因此，基質(zhì)瀝青的“硬化”與改性劑的“軟化”相互作用和轉(zhuǎn)移。CRM與SBS復(fù)合改性瀝青具有良好的抗老化性能，改性劑CRM和SBS發(fā)揮了抗老化劑的作用。

Lin等[11]在CRM瀝青中加入SBS和聚磷酸(PPA)，通過DSR,MSCR和BBR等流變試驗和GPC,ATR-FTIR等化學試驗研究CRM,SBS和PPA在瀝青中的反應(yīng)機理。在CRM改性瀝青中加入SBS，可以使SBS與CRM形成的網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)重建，這個重構(gòu)可以讓改性瀝青的高溫性能得到明顯改善。CRM改性瀝青通過抑制羰基化合物和亞砜的形成具有抗衰老的優(yōu)勢。CRM和SBS改性瀝青的混合料具有良好的抗車轍性能和優(yōu)異的疲勞性能，說明CRM代替SBS是可行的。

韋大川[12]認為SBS物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與CRM化學交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有著相互協(xié)調(diào)與補充作用，CRM和SBS復(fù)合改性瀝青表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，是一種新的改性方法。

程健等[13]認為使用接枝膠粉來制備CRM和SBS復(fù)合改性瀝青相對于普通膠粉制備的復(fù)合改性瀝青的軟化點與低溫延度性能有顯著提高，更容易形成相界面層從而能夠改善離析效果。復(fù)合改性瀝青中接枝膠粉和SBS的總摻量控制在5%以內(nèi)，膠粉摻量明顯比其他研究低，但在提高瀝青性能的同時能夠很好地解決瀝青儲存穩(wěn)定性問題。

涂娟等[14]研究了摻入CRM對于SBS改性瀝青的老化性能影響，結(jié)果表明添加CRM可以提高瀝青的耐熱老化性能和紫外老化性能，且隨著CRM增多，抗老化性越好，CRM在SBS改性瀝青中起到了抗老化劑的作用。

張宗輝[15]對CRM與SBS復(fù)合改性瀝青的制備工藝進行了研究，發(fā)現(xiàn)在改性瀝青的制備過程中，瀝青的品種、反應(yīng)溫度、改性劑摻混量、剪切速率等因素對瀝青配伍性有很大影響。在取得較好改性效果時，CRM和SBS的摻量較高，存在著生產(chǎn)成本過高，粘度較大的問題。

劉貞鵬[16]對CRM與SBS復(fù)合改性瀝青混合料的高溫性能進行了研究。提出以針入度、軟化點、177℃布氏旋轉(zhuǎn)粘度和彈性恢復(fù)作為CRM與SBS復(fù)合改性瀝青膠結(jié)料高溫性能的評價指標，以車轍試驗及浸水車轍試驗作為CRM與SBS復(fù)合改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的主要研究手段。

楊光等[17]提出采用針入度分級和PG分級評價CRM和SBS復(fù)合改性瀝青的性能，并給出性能評價指標和范圍。研究認為CRM和SBS復(fù)合改性瀝青混合料比CRM改性瀝青和SBS改性瀝青混合料具有更優(yōu)的高低溫及疲勞性能，適用于在季凍地區(qū)路面工程應(yīng)用。

3 小結(jié)與展望

近10年來，大量的研究者對CRM和SBS復(fù)合改性瀝青進行了研究，普遍認為CRM和SBS復(fù)合改性瀝青性能比單一的改性瀝青有極大的提高。CRM和SBS能夠提高瀝青的粘彈特性和粘度，CRM和SBS在瀝青中起到了抗老化劑的作用，能夠提高瀝青的抗老化性能，CRM和SBS改性瀝青的混合料具有良好的抗車轍性能和抗疲勞性能，CRM和SBS復(fù)合改性瀝青有著優(yōu)異的路用性能。CRM和SBS摻量的提高，復(fù)合改性瀝青的性能會有所改善，CRM摻量的提高可以改善瀝青的軟化點、粘度、彈性恢復(fù)、針入度、抗老化等性能指標，SBS對瀝青的耐久性、延度、彈性恢復(fù)和彈性形變能力有了明顯提高。

如今CRM和SBS復(fù)合改性瀝青還處于一個不成熟的階段，需要研究的內(nèi)容還有很多。如何使CRM和SBS復(fù)合改性瀝青的性能達到最佳，改性劑的投入順序和拌合方式等制備工藝；CRM和SBS的復(fù)合改性微觀機理；CRM和SBS復(fù)合改性瀝青的儲存穩(wěn)定性問題；CRM和SBS復(fù)合改性瀝青的老化機理等問題還需要進一步的研究。