廢舊輪胎化身長(zhǎng)壽路面

文 朱艷永 董雨明 張琛 劉鑫磊

橡膠瀝青在我國(guó)已有40余年的發(fā)展歷史，在路面建設(shè)養(yǎng)護(hù)工程中具有綠色、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，其工藝、性能和應(yīng)用在發(fā)展的過(guò)程中不斷推陳出新。但總體而言，多數(shù)橡膠瀝青路面目前尚處于試驗(yàn)階段，但未來(lái)橡膠瀝青技術(shù)的發(fā)展還需攻克一系列應(yīng)用障礙。

橡膠瀝青是一定比例的廢舊輪胎膠粉和基質(zhì)瀝青通過(guò)混合溶脹反應(yīng)形成的膠結(jié)料，其不僅有效解決了廢舊輪胎堆放造成的環(huán)境污染問(wèn)題，并且具有優(yōu)良的路用性能，因而在國(guó)內(nèi)外得到了大量的研究和推廣，常應(yīng)用于公路結(jié)構(gòu)的表面層與層間黏結(jié)防水應(yīng)力吸收層等功能層。

材料特點(diǎn)滿足路面需要

橡膠瀝青的起源可以追溯至19世紀(jì)40年代的英國(guó)，當(dāng)時(shí)其僅是作為公路養(yǎng)護(hù)工程中的灌縫材料。1940年至1960年，美國(guó)有關(guān)研究人員研發(fā)出了干法制備與濕法制備橡膠瀝青的工藝技術(shù)，橡膠瀝青的質(zhì)量與性能因此得到長(zhǎng)足發(fā)展。20世紀(jì)90年代，經(jīng)過(guò)應(yīng)用研究，歐美國(guó)家鋪筑了大面積的橡膠瀝青路面。2001年，美國(guó)聯(lián)邦公路局（英文簡(jiǎn)稱“FHWA”）在瀝青研究中心（英文簡(jiǎn)稱“NCAT”）的試驗(yàn)環(huán)道鋪筑了不同的路面結(jié)構(gòu)，通過(guò)足尺加速加載實(shí)驗(yàn)（英文簡(jiǎn)稱“ALF”），驗(yàn)證了橡膠瀝青作為路面材料在耐久性、溫度穩(wěn)定性和抗裂性等方面的優(yōu)越性。此后，美國(guó)及南非等國(guó)家開(kāi)始不斷擴(kuò)大橡膠瀝青在路面建設(shè)養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用。

中國(guó)橡膠瀝青的研究始于20世紀(jì)80年代。其后的10年，我國(guó)交通量增勢(shì)迅猛，隨之而來(lái)的是路面使用性能要求的提高和大量廢舊輪胎引起的環(huán)境問(wèn)題，也正因如此，眾多高校和科研機(jī)構(gòu)掀起了一波關(guān)于廢舊輪胎在橡膠瀝青中應(yīng)用的科研熱潮。

將廢舊輪胎通過(guò)特殊工藝的處理，以膠粉的形式作為橡膠瀝青的原材料之一，應(yīng)用于公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)工程，是廢舊輪胎循環(huán)再利用的理想途徑之一。其不僅能提高路面的使用性能，還能消耗大量的廢舊輪胎，具有十分重要的橡膠資源再生利用意義和綠色環(huán)保意義。廢舊輪胎是有毒、有害的固體廢物，具有很強(qiáng)的抗熱、抗機(jī)械和抗降解性，數(shù)十年都不會(huì)自然消解，嚴(yán)重危害自然生態(tài)環(huán)境，將其置之不理 也是一種資源浪費(fèi)。此外，噪聲污染也是世界四大環(huán)境公害之一，其中交通噪聲約占環(huán)境噪聲的70%至80%，而采用橡膠瀝青，其中的高分子化合物膠粉能夠以高阻尼特性有效衰減聲波的傳遞，其高黏彈性能夠耗散行車(chē)荷載造成的振動(dòng)與摩擦，降低噪聲的產(chǎn)生，從而有效減少噪聲污染。

橡膠瀝青

21世紀(jì)初期，原交通部公路科學(xué)研究所（現(xiàn)交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院）完成了“廢舊橡膠粉在公路工程中的應(yīng)用”項(xiàng)目，較全面地研究了橡膠瀝青及其混合料的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

橡膠瀝青相較于基質(zhì)瀝青，因?yàn)橄鹉z成分的存在，具有優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性，彈性恢復(fù)能力更強(qiáng)，高溫環(huán)境下具有更高的黏稠度，能增強(qiáng)路面抗車(chē)轍的能力，可有效減少荷載的殘余變形，從而減少路面損害；低溫環(huán)境下，能提高路面的延展性，改善路面的低溫抗裂性能；在復(fù)雜自然環(huán)境下，能強(qiáng)化瀝青抵御氧氣、輻射和水的侵蝕破壞的能力，保持瀝青成分與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)橡膠瀝青中包含抗氧化成分，能有效延長(zhǎng)路面的抗疲勞性能與使用壽命，明顯提高路面的使用性能。

2007年以后，依托高校與研究機(jī)構(gòu)對(duì)大量試驗(yàn)路段與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的分析結(jié)論，河北、廣東、北京等多個(gè)省份相繼發(fā)表了橡膠瀝青技術(shù)規(guī)范地方標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)橡膠瀝青路面技術(shù)趨于規(guī)?；凸I(yè)化。2010年以后，我國(guó)河北、山東、湖北、四川、重慶等省份均正式在公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)工程中采用橡膠瀝青，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并將其列為高效環(huán)保重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，收獲了大量成功經(jīng)驗(yàn)。

隨著橡膠瀝青的逐步推廣應(yīng)用，其經(jīng)濟(jì)效益也逐步顯現(xiàn)，主要體現(xiàn)在全壽命周期視角下路面成本的降低。與SBS改性瀝青相比，每噸橡膠瀝青能節(jié)約10%左右的成本，而公路工程中SBS改性瀝青混合料與橡膠瀝青混合料的施工工藝基本相同，材料成本的下降就意味著建造成本的下降。同時(shí)，橡膠瀝青混合料常被用作路面的應(yīng)力吸收層或上面層，相較于SBS改性瀝青，它具有更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)承載力，能有效減少反射裂縫的產(chǎn)生，進(jìn)而在保證路面使用性能的基礎(chǔ)上減少路面厚度，節(jié)約材料成本，具體節(jié)約造價(jià)比例在18%左右。在與SBS改性瀝青厚度相同的條件下，橡膠瀝青路面壽命平均比SBS改性瀝青路面長(zhǎng)30%至80%，有效降低了公路后期運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用。不僅如此，因采用橡膠瀝青而減少的施工量也可以進(jìn)一步縮短工期，帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

工藝、性能、應(yīng)用研究多方發(fā)展

目前我國(guó)橡膠瀝青的研究，大致可以分為“工藝精細(xì)化”“性能復(fù)合化”“應(yīng)用多元化”三個(gè)方面。

工藝精細(xì)化

應(yīng)用初期，橡膠瀝青采用的是干法工藝，把膠粉作為骨料，與其他骨料、填料混合并攪拌均勻，然后添加基質(zhì)瀝青制成橡膠瀝青混合料。干法工藝雖能消耗大量廢舊輪胎，但其路面改性效果并不明顯。

干法工藝之后是濕法工藝，即在瀝青中加入膠粉，通過(guò)高溫高速剪切攪拌形成性能顯著改善的橡膠瀝青，再以橡膠瀝青作為膠結(jié)料制備瀝青混合料。

按照美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)（英文簡(jiǎn)稱“ASTM”）的有關(guān)定義，橡膠瀝青的膠粉摻量需要達(dá)到15%以上，且需要在180攝氏度以上的高溫條件下，才能與基質(zhì)瀝青混合均勻。在此過(guò)程中，膠粉會(huì)在瀝青中充分溶脹形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)降解脫硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，強(qiáng)化瀝青的性能，最終形成具有優(yōu)良高黏高彈性能的橡膠瀝青。

從干法工藝到濕法工藝的發(fā)展是橡膠再生利用由粗糙到精細(xì)的轉(zhuǎn)變，是由單純?cè)偕膹U舊輪胎到充分利用橡膠資源的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步發(fā)揮了橡膠改善瀝青路面使用性能的作用，實(shí)現(xiàn)了一舉多得的理想狀態(tài)，在公路行業(yè)具有里程碑式的意義。

性能復(fù)合化

干濕法工藝的轉(zhuǎn)變，是橡膠瀝青制備精細(xì)化的體現(xiàn)。

傳統(tǒng)橡膠瀝青雖已表現(xiàn)出其在提升瀝青路面使用性能方面的優(yōu)勢(shì)，但在推廣應(yīng)用上仍受到一些阻礙。例如，傳統(tǒng)橡膠瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性差，在高溫情況下易降解，必須現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)并及時(shí)使用，否則其性能將大大衰減，不利于施工；傳統(tǒng)橡膠瀝青在生產(chǎn)使用的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生高強(qiáng)度的降解脫硫，釋放大量有害氣體，產(chǎn)生較大的異味和煙氣，影響施工人員的身體健康，同時(shí)造成環(huán)境污染，降低改性效果；傳統(tǒng)橡膠瀝青的黏稠度較高，意味著加工溫度較高，施工和易性較差。為此，有關(guān)專(zhuān)家針對(duì)傳統(tǒng)橡膠瀝青的缺陷，不斷完善研究出了很多復(fù)合材料改性橡膠瀝青，其中性能較完善的有“SBS橡膠改性瀝青”“預(yù)處理橡膠瀝青”“復(fù)合型橡膠瀝青”。

SBS橡膠改性瀝青是在橡膠瀝青中添加約3%至6%的SBS復(fù)合改性而成的，其充分發(fā)揮了SBS與橡膠各自的優(yōu)勢(shì)性能，和相互協(xié)同補(bǔ)充的作用，促進(jìn)瀝青形成彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，綜合提高了瀝青的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和感溫性能。在此基礎(chǔ)上，專(zhuān)家又通過(guò)進(jìn)一步的改進(jìn)和探索，采用多種表面活性劑、溫拌劑和發(fā)泡工藝修飾SBS橡膠改性瀝青的性能，改善其施工和易性。

常規(guī)的膠粉與瀝青相容性不足，導(dǎo)致橡膠瀝青易離析難儲(chǔ)存、黏度大難拌和。為此，預(yù)處理橡膠瀝青應(yīng)運(yùn)而生。預(yù)處理橡膠瀝青，是先通過(guò)表面活化和脫硫再生，提高膠粉的表面活性，改善膠粉與瀝青的相容性，降低橡膠瀝青的軟化點(diǎn)和黏度，賦予橡膠瀝青良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和耐久性?；诖?，再摻加穩(wěn)定劑和除味劑，通過(guò)精確的分子量控制和穩(wěn)定的復(fù)合反應(yīng)技術(shù)，脫硫降低膠粉的分子量，促成其與添加劑、瀝青發(fā)生硫鍵斷裂、材料混煉以至交聯(lián)融合等一系列理化反應(yīng)，形成穩(wěn)定的復(fù)合型瀝青膠結(jié)料，得到環(huán)保型橡膠瀝青，進(jìn)而降低施工難度，減少煙霧和異味，減輕橡膠瀝青制備過(guò)程中可能造成的人身健康威脅和環(huán)境破壞。

復(fù)合材料改性橡膠瀝青多種多樣，各具優(yōu)勢(shì)的特殊材料在性能上與橡膠相輔相成。中交基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司 圖

復(fù)合型橡膠瀝青是通過(guò)添加無(wú)機(jī)物材料或高分子材料復(fù)合改性，完善橡膠瀝青的不足。目前專(zhuān)家研究發(fā)現(xiàn)的復(fù)合型橡膠瀝青如硅藻土橡膠瀝青，擁有比傳統(tǒng)橡膠瀝青更高的吸聲降噪性能；碳納米橡膠瀝青，具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，以及抗水、油侵蝕破壞的性能，能延長(zhǎng)路面的使用壽命；過(guò)氧化氫活化橡膠瀝青，通過(guò)過(guò)氧化氫活化的方式解決了現(xiàn)有工程中采用橡膠瀝青施工時(shí)黏度高、相容性差的問(wèn)題，同時(shí)活化能夠在一定程度上提高橡膠瀝青的性能；廢塑料橡膠瀝青，采用廢塑料裂解蠟降低橡膠瀝青拌和物溫度，提高橡膠瀝青的高溫穩(wěn)定性。

此外還有多種傳統(tǒng)橡膠瀝青的復(fù)合配方與工藝，例如二次添加膠粉工藝、摻加再生瀝青混合料、摻加玻璃纖維等，均能在一定程度上改善傳統(tǒng)橡膠瀝青的部分不足。

應(yīng)用多元化

橡膠瀝青憑借其優(yōu)良性能和綠色環(huán)保的特質(zhì)，廣泛應(yīng)用于公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)工程，形式趨于多元化和專(zhuān)業(yè)化。

橡膠瀝青應(yīng)用于溫拌橡膠瀝青路面時(shí)，相較于常規(guī)熱拌橡膠瀝青混合料的溫度要求，可利用有機(jī)添加劑、化學(xué)表面活性劑或者發(fā)泡技術(shù)，將瀝青混合料拌和、壓實(shí)的溫度降低約30攝氏度，這不僅能提高橡膠瀝青的黏結(jié)力，而且能提升節(jié)能減排、綠色環(huán)保的效果。

橡膠瀝青應(yīng)用于路面應(yīng)力吸收層時(shí)，其結(jié)構(gòu)是碎石封層，不僅能有效防止裂縫產(chǎn)生，而且還有一定的防滲水作用，性價(jià)比也相對(duì)較高，能夠有效減少原有路基造成的反射裂縫。相比于加厚瀝青層或者其他碎石封層的技術(shù)手段，橡膠瀝青應(yīng)力吸收層經(jīng)濟(jì)成本好、施工工藝簡(jiǎn)單、等待周期較短，且能削減路面厚度，降低裂縫產(chǎn)生幾率，有效延長(zhǎng)路面使用壽命，常用于路面“白改黑”和超薄磨耗層。

除了在路面結(jié)構(gòu)中發(fā)揮功用，橡膠瀝青也可應(yīng)用于橋面防水黏結(jié)層。其采用的是雙層橡膠瀝青碎石封層結(jié)構(gòu)，能有效延緩反射裂縫、加強(qiáng)層間結(jié)合，尤其在抗水損能力方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，能防止水分下滲到水泥混凝土橋面板，與鋪裝層共同承受行車(chē)荷載和外部環(huán)境變化，吸收鋪裝層之間應(yīng)力，改善橋梁受力狀況，有效延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。

此外，還有乳化橡膠瀝青的應(yīng)用，采用多類(lèi)型乳化劑復(fù)配的橡膠瀝青具有良好的路用性能，能夠降低瀝青的制備溫度，減少瀝青高溫制備時(shí)的過(guò)度老化，減少橡膠瀝青的煙氣與異味，具有良好的環(huán)保價(jià)值與發(fā)展前景。

未來(lái)發(fā)展亟需攻克應(yīng)用障礙

橡膠瀝青作為一種較特殊復(fù)雜的膠結(jié)體系，其性能會(huì)受到材料特性、外界環(huán)境及混合料結(jié)構(gòu)等各種因素的影響，在工程推廣應(yīng)用中仍然有很多障礙，未來(lái)發(fā)展過(guò)程中還存在很多亟待完善的方面——SBS橡膠瀝青路面需要采用雙重評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；環(huán)保型橡膠瀝青需要新的技術(shù)和添加劑彌補(bǔ)不足；作為長(zhǎng)壽命路面建養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)攻關(guān)……

SBS橡膠瀝青綜合性能優(yōu)越，應(yīng)用于路面工程中不僅能大大改善瀝青路面的高溫抗車(chē)轍能力，減輕瀝青路面早期破壞的程度，還能有效緩解廢舊輪胎的環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保的立體發(fā)展，具有廣闊的發(fā)展前景。但目前SBS橡膠瀝青的多數(shù)性能仍處于試驗(yàn)研究階段，更深層次、復(fù)雜化的性能反饋需要通過(guò)實(shí)際工程來(lái)總結(jié)，未來(lái)要跟蹤監(jiān)測(cè)試驗(yàn)路面的長(zhǎng)期性能表現(xiàn)，采用路用性能和節(jié)能環(huán)保的雙重評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

橡膠瀝青具有良好的降噪緩沖效果，但橡膠瀝青降噪路面的開(kāi)級(jí)配混合料容易發(fā)生孔隙堵塞問(wèn)題，影響路面耐久性，如何在保證降噪效果的同時(shí)，延緩降噪性能的衰減，是未來(lái)研究發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)和熱點(diǎn)。

環(huán)保型橡膠瀝青是橡膠瀝青重點(diǎn)發(fā)展的方向，采用溫拌技術(shù)能有效減少能耗和污染，但拌和溫度的降低，容易導(dǎo)致混合料的壓實(shí)度不足，進(jìn)而影響路面的使用壽命與長(zhǎng)期性能。采用乳化橡膠瀝青的方法能夠降低生產(chǎn)施工中產(chǎn)生的異味與煙塵，但橡膠瀝青乳化難度較大、體系不穩(wěn)定。未來(lái)的發(fā)展中，需要進(jìn)一步研發(fā)新的技術(shù)和添加劑，改善環(huán)保型瀝青的不足之處，從而推動(dòng)橡膠瀝青廣泛應(yīng)用。

當(dāng)前長(zhǎng)壽命路面建養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)是交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重點(diǎn)攻關(guān)課題，橡膠瀝青路面結(jié)構(gòu)已在交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院通州試驗(yàn)場(chǎng)環(huán)道連續(xù)觀測(cè)了數(shù)年，正在驗(yàn)證其長(zhǎng)期性能。近兩年，河北高速公路集團(tuán)有限公司在京雄高速、榮烏高速等工程路面結(jié)構(gòu)上中下面層中應(yīng)用高摻量橡膠瀝青，旨在提高路面品質(zhì)，打造環(huán)保、耐久性長(zhǎng)壽命路面。目前，國(guó)內(nèi)外一致認(rèn)同，橡膠瀝青在提高路面耐久性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，在建設(shè)長(zhǎng)壽命瀝青路面的過(guò)程中，可以考慮將橡膠瀝青用于路面結(jié)構(gòu)的不同層位，例如表面層、中面層、防水黏結(jié)層、半剛性基層應(yīng)力吸收層等。

橡膠瀝青在路面養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用日益增多，可以用于超薄罩面、大修工程路面防水黏結(jié)功能層、半剛性基層防止反射裂縫與防水功能層，以及降噪瀝青路面表面層等。此外，膠粉還可以制備高性能路面灌縫膠產(chǎn)品，具有抗裂、抗老化性能優(yōu)異的特點(diǎn)。

橡膠瀝青是一種新型、高性能、環(huán)境友好型瀝青，還是一種黏結(jié)性能相當(dāng)顯著的復(fù)合性材料，且兼具良好的高低溫穩(wěn)定性能和抗老化性能，同時(shí)又因橡膠自身所具備的黏彈性質(zhì)，可以有效提高車(chē)輛行駛的舒適度，減少因道路引發(fā)的車(chē)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)及輪胎觸地導(dǎo)致空氣振動(dòng)等所產(chǎn)生的行車(chē)噪聲。因此，推廣應(yīng)用橡膠瀝青不僅可以有效提高路面的使用壽命、使用效果，而且可以大力推動(dòng)環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)。