橡膠瀝青的研究與應用

1、橡膠瀝青的研究與應用 耿磊耿磊 東南大學東南大學 交通學院交通學院 2010.10 匯報提綱 一，研究背景一，研究背景 二，國內(nèi)外研究進展與應用現(xiàn)狀二，國內(nèi)外研究進展與應用現(xiàn)狀 三，橡膠瀝青的路用性能及評價三，橡膠瀝青的路用性能及評價 四，需要繼續(xù)研究的問題四，需要繼續(xù)研究的問題 一 研究背景 1 1. . 路面作用呈三高趨勢：路面作用呈三高趨勢： 高溫、高荷載、高動水壓力高溫、高荷載、高動水壓力 2. 2.早期病害以高溫穩(wěn)定類和水穩(wěn)定類為主早期病害以高溫穩(wěn)定類和水穩(wěn)定類為主 3. 3.路面功能性要求（如除冰、降噪、排水、耐久、環(huán)保路面功能性要求（如除冰、降噪、排水、耐久、環(huán)保) 4. 4.

2、傳統(tǒng)改性瀝青和纖維類材料成本高傳統(tǒng)改性瀝青和纖維類材料成本高 5. 5. 汽車工業(yè)汽車工業(yè) 廢舊輪胎廢舊輪胎 黑色污染黑色污染！ 300萬萬t 一 研究背景 廢膠粉的化學組成廢膠粉的化學組成 硫、碳黑、氧化鈣、氧化鐵、氧化硅等硫、碳黑、氧化鈣、氧化鐵、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？ 橡膠瀝青與橡膠瀝青與SBSSBS改性瀝青的成本比較改性瀝青的成本比較 原料名稱原料名稱用量用量/t單價單價/(元元/t)金額金額/元元成本成本/元元 AH70瀝青1.0040004000 4906 SBS0.60200001200 AH70瀝青1.004000400

3、0 4000 膠粉（80目）0.154000600 節(jié)約節(jié)約 18.5% 一 研究背景 二 國內(nèi)外研究進展與應用現(xiàn)狀 橡膠瀝青橡膠瀝青 根據(jù)根據(jù)ASTM的定義，是瀝青、回收輪胎橡膠和某的定義，是瀝青、回收輪胎橡膠和某 些添加劑混合而成的膠合料。橡膠成分最少占到混合料總質(zhì)量些添加劑混合而成的膠合料。橡膠成分最少占到混合料總質(zhì)量 的的15，并且與熱瀝青充分反應，使橡膠顆粒產(chǎn)生溶脹。，并且與熱瀝青充分反應，使橡膠顆粒產(chǎn)生溶脹。 二 國內(nèi)外研究進展與應用現(xiàn)狀 目前國內(nèi)外對膠粉改性瀝青研究與應用目前國內(nèi)外對膠粉改性瀝青研究與應用 關(guān)注的問題關(guān)注的問題 1）以前：以處理廢舊輪胎為主，以改善瀝青性能為輔。）

4、以前：以處理廢舊輪胎為主，以改善瀝青性能為輔。 現(xiàn)在：增強膠粉改性瀝青的性能，使其適應性更廣泛?，F(xiàn)在：增強膠粉改性瀝青的性能，使其適應性更廣泛。 2）以前：評價方法主要以針入度分級為主。）以前：評價方法主要以針入度分級為主。 現(xiàn)在：性能評價方法需要進一步研究現(xiàn)在：性能評價方法需要進一步研究 3）以前：對影響膠粉改性瀝青性能的因素進行了一定研究）以前：對影響膠粉改性瀝青性能的因素進行了一定研究 u 現(xiàn)在：開始關(guān)注摻加助劑的橡膠瀝青?，F(xiàn)在：開始關(guān)注摻加助劑的橡膠瀝青。 u （如（如TOR） TOR橡膠瀝青橡膠瀝青 TOR具有雙鍵結(jié)構(gòu)的辛烯聚合物，具有雙鍵結(jié)構(gòu)的辛烯聚合物， 它可以將硬瀝青質(zhì)和軟瀝青

5、質(zhì)中的它可以將硬瀝青質(zhì)和軟瀝青質(zhì)中的 硫與橡膠屑表面的硫交聯(lián)起來形成硫與橡膠屑表面的硫交聯(lián)起來形成 一大環(huán)狀和鏈狀聚合物組成的網(wǎng)狀一大環(huán)狀和鏈狀聚合物組成的網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)，形成新分子。結(jié)構(gòu)，形成新分子。 改善橡膠瀝青的相容性；改善橡膠瀝青的相容性； 降低粘度，提高施工和易性；降低粘度，提高施工和易性； 進一步改善橡膠瀝青的低溫性能；進一步改善橡膠瀝青的低溫性能； 施工工藝：維他干法和濕法 維他干法維他干法 膠粉膠粉 TOR 集料集料 瀝青瀝青 橡膠橡膠 瀝青瀝青 混合混合 料料 濕法濕法 膠粉膠粉 瀝青瀝青 橡膠橡膠 瀝青瀝青 集集 料料 兩種工藝的比較 膠粉粒徑膠粉粒徑膠粉摻量膠粉摻量膠粉作用膠

6、粉作用工藝設(shè)備工藝設(shè)備 干法干法16.3mm 1%5% (相對于集料干重相對于集料干重) 充當部分集料充當部分集料 改性作用甚微改性作用甚微 不需要特殊設(shè)備不需要特殊設(shè)備 或較大設(shè)備改裝或較大設(shè)備改裝 濕法濕法AR-Sup13- WSBS-Sup13AR-Sup13-D） 濕法工藝存在的優(yōu)缺點濕法工藝存在的優(yōu)缺點 需增加現(xiàn)場橡膠瀝青生產(chǎn)設(shè)備；需增加現(xiàn)場橡膠瀝青生產(chǎn)設(shè)備； 拌和溫度高，生產(chǎn)效率低；拌和溫度高，生產(chǎn)效率低； 穩(wěn)定性和沉淀問題穩(wěn)定性和沉淀問題; 空氣污染和勞動保護問題?？諝馕廴竞蛣趧颖Ｗo問題。 控制條件多（膠粉參量、攪拌時控制條件多（膠粉參量、攪拌時 間、瀝青溫度、膠粉粒徑）間、瀝青

7、溫度、膠粉粒徑） 對混合料要求寬松對混合料要求寬松 加小粒徑膠粉，分布均勻，不易加小粒徑膠粉，分布均勻，不易 產(chǎn)生離析，利于泵送產(chǎn)生離析，利于泵送 貯存穩(wěn)定性問題貯存穩(wěn)定性問題 l貯存穩(wěn)定性是由膠粉和瀝青兩相的貯存穩(wěn)定性是由膠粉和瀝青兩相的相容性、密度差、相容性、密度差、 膠粉顆粒大小膠粉顆粒大小決定的決定的,兩者相容性越好、密度差越小兩者相容性越好、密度差越小 和廢舊膠粉顆粒越小和廢舊膠粉顆粒越小,貯存就會越穩(wěn)定。貯存就會越穩(wěn)定。 l關(guān)鍵是如何提高兩者的關(guān)鍵是如何提高兩者的相容性相容性,增大廢舊膠粉與瀝青增大廢舊膠粉與瀝青 的界面層。針對二者的相容性的界面層。針對二者的相容性,什瓦爾茨指出廢

8、舊膠什瓦爾茨指出廢舊膠 粉與瀝青的共混過程是不能自發(fā)進行的粉與瀝青的共混過程是不能自發(fā)進行的,即廢舊膠粉即廢舊膠粉 與瀝青是不相容的與瀝青是不相容的,即使采用剪切、攪拌等機械方法即使采用剪切、攪拌等機械方法 將其混合將其混合,從熱力學的角度來看也是不穩(wěn)定的從熱力學的角度來看也是不穩(wěn)定的,其分其分 散作用具有自動凝結(jié)、離析的能力。散作用具有自動凝結(jié)、離析的能力。 橡膠瀝青路面降噪機理：橡膠瀝青路面降噪機理： 橡膠瀝橡膠瀝 青青 多孔型多孔型 小粒徑小粒徑密實型密實型 u橡膠粉或橡膠顆粒的高彈性橡膠粉或橡膠顆粒的高彈性, 使得路使得路 面具有面具有吸收輪胎振動和沖擊吸收輪胎振動和沖擊的效果。的效果

9、。 同時橡膠粉改性瀝青混合料是一種同時橡膠粉改性瀝青混合料是一種 內(nèi)阻尼較大的高分子復合材料內(nèi)阻尼較大的高分子復合材料,它對它對 輪胎的振動具有較大的輪胎的振動具有較大的衰減衰減功能功能, 因因 而大大降低輪胎而大大降低輪胎路面的振動噪聲。路面的振動噪聲。 橡膠路面降噪問題橡膠路面降噪問題 獲得低噪音路面的獲得低噪音路面的3種方法種方法: ( 1) 使用小粒徑瀝青混凝土使用小粒徑瀝青混凝土; ( 2) 多孔隙瀝青混凝土多孔隙瀝青混凝土; ( 3) 采用相對柔性的路面材料。采用相對柔性的路面材料。 二 國內(nèi)外研究進展與應用現(xiàn)狀 目前國內(nèi)外對膠粉改性瀝青研究與應用目前國內(nèi)外對膠粉改性瀝青研究與應用

10、 關(guān)注的問題關(guān)注的問題 4）橡膠瀝青存儲穩(wěn)定性）橡膠瀝青存儲穩(wěn)定性 5）不同橡膠瀝青性能的量化比較）不同橡膠瀝青性能的量化比較 6）成本問題）成本問題 7）降低施工敏感性）降低施工敏感性 國際上橡膠瀝青的應用 橡膠瀝青砼橡膠瀝青砼(AR-AC) 磨耗層磨耗層(AR-ACFC、PFC) 應力吸收層應力吸收層(SAM) 應力吸收中間層應力吸收中間層(SAMI) 碎石封層碎石封層(CHIP SEAL) 路面防水材料路面防水材料(TACKCOAT) 填縫料等填縫料等 上面層上面層 中面層中面層 下面層下面層 瀝青穩(wěn)定基層瀝青穩(wěn)定基層 美 國 美國部分州對AR的研究 州名州名工藝工藝應用層應用層級配級配

11、研究結(jié)論研究結(jié)論 佛羅里達佛羅里達濕法濕法 應力吸收層應力吸收層 磨耗層磨耗層 開級配開級配 密級配密級配 現(xiàn)有設(shè)備適合改性瀝青混合料生產(chǎn)。相現(xiàn)有設(shè)備適合改性瀝青混合料生產(chǎn)。相 對開級配混合料對開級配混合料,顆粒大小及橡膠瀝青含顆粒大小及橡膠瀝青含 量的變化對于密級配混合料影響更大量的變化對于密級配混合料影響更大 亞利桑那亞利桑那濕法濕法 磨耗層磨耗層 結(jié)構(gòu)加鋪層結(jié)構(gòu)加鋪層 開級配開級配 斷級配斷級配 磨耗層既有良好的抗滑性能磨耗層既有良好的抗滑性能,抗反射裂縫，抗反射裂縫， 抗疲勞性能，又能防止面層老化，并具抗疲勞性能，又能防止面層老化，并具 有良好的降噪功能。有良好的降噪功能。 德克薩斯德

12、克薩斯 干法干法 濕法濕法 排水磨耗層排水磨耗層 開級配開級配 密級配密級配 CRM改性降低混合料的溫度敏感性改性降低混合料的溫度敏感性,單軸單軸 蠕變實驗密級配較開級配效果好。蠕變實驗密級配較開級配效果好。PFC有有 良好的抗反射裂縫能力良好的抗反射裂縫能力 加利福尼亞加利福尼亞 干法干法 濕法濕法 應力吸收層應力吸收層 結(jié)構(gòu)層加固結(jié)構(gòu)層加固 密級配密級配 橡膠瀝青混凝土路面在抵抗輪胎表紋摩橡膠瀝青混凝土路面在抵抗輪胎表紋摩 擦和抗反射裂縫方面效果顯著。早期開擦和抗反射裂縫方面效果顯著。早期開 裂不明顯裂不明顯, 后期損壞發(fā)展較慢。后期損壞發(fā)展較慢。 法國 南非 橡膠粉改性橡膠粉改性PAC

13、(多孔多孔 隙混凝土隙混凝土)比普通比普通PAC （1）持久排水性能強）持久排水性能強 （2）抵抗重交通）抵抗重交通 （3）抗剪切）抗剪切 （4）抵抗不良氣候）抵抗不良氣候 應用領(lǐng)域包括：應用領(lǐng)域包括： 混合料混合料(AR-AC) 應力吸收層應力吸收層(SMA) 應力吸收中間層應力吸收中間層(SMAI) 60% 國際發(fā)展歷程國際發(fā)展歷程 中 國 功能功能應用應用 間斷級配實現(xiàn)抗高溫抗車轍性能間斷級配實現(xiàn)抗高溫抗車轍性能重載交通路面重載交通路面 細粒徑開級配橡膠降噪路面細粒徑開級配橡膠降噪路面城市主干道，人群聚居區(qū)城市主干道，人群聚居區(qū) 抗裂抗裂粘輪粘輪 6.生產(chǎn)中溫度要求高，能量消耗大生產(chǎn)中溫

14、度要求高，能量消耗大 7.干法不適合密級配混合料干法不適合密級配混合料 8.不宜長期儲存，要現(xiàn)加工現(xiàn)使用不宜長期儲存，要現(xiàn)加工現(xiàn)使用 9.能否適應我國重交通、多樣氣候的路況尚待檢驗能否適應我國重交通、多樣氣候的路況尚待檢驗 10.橡膠瀝青行業(yè)標準與瀝青路面施工技術(shù)標準不一致橡膠瀝青行業(yè)標準與瀝青路面施工技術(shù)標準不一致 三三 路用性能及評價路用性能及評價 膠粉改性瀝青的性能影響因素膠粉改性瀝青的性能影響因素 四 需要進一步研究的問題 1.橡膠瀝青的老化問題橡膠瀝青的老化問題 2.橡膠瀝青的再生問題橡膠瀝青的再生問題 (再生劑、再生混合料設(shè)計、施工設(shè)備再生劑、再生混合料設(shè)計、施工設(shè)備.) 總結(jié)美國

15、的研究成果，得到以下結(jié)論：總結(jié)美國的研究成果，得到以下結(jié)論： (1)回收的瀝青混合料可以用于生產(chǎn)再生橡膠瀝青混合料回收的瀝青混合料可以用于生產(chǎn)再生橡膠瀝青混合料 (2)采用普通瀝青混合料再生方法與設(shè)備可以完成橡膠粉瀝青混采用普通瀝青混合料再生方法與設(shè)備可以完成橡膠粉瀝青混 合料的再生合料的再生 (3)再生熱拌橡膠瀝青混合料可以用常用設(shè)備攤鋪和壓實再生熱拌橡膠瀝青混合料可以用常用設(shè)備攤鋪和壓實 (4) 再生的橡膠粉改性瀝青混合料與再生的普通瀝青混合料在路再生的橡膠粉改性瀝青混合料與再生的普通瀝青混合料在路 用性能方面沒有太大差異用性能方面沒有太大差異 (失去橡膠瀝青的改性優(yōu)勢？失去橡膠瀝青的改性

16、優(yōu)勢？) (5) 橡膠粉瀝青混合料再生過程中散發(fā)的污染物質(zhì)橡膠粉瀝青混合料再生過程中散發(fā)的污染物質(zhì) 與量級與普通與量級與普通 瀝青混合料再生時相當。瀝青混合料再生時相當。 五 需要進一步研究的問題 3.橡膠瀝青生產(chǎn)、施工、運營（橡膠瀝青生產(chǎn)、施工、運營（?）中的環(huán)境評價問題）中的環(huán)境評價問題 密歇根州對連續(xù)散發(fā)氣體的檢測結(jié)果密歇根州對連續(xù)散發(fā)氣體的檢測結(jié)果 散發(fā)氣體散發(fā)氣體普通瀝青混合料普通瀝青混合料膠粉改性瀝青混合料膠粉改性瀝青混合料 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 非甲烷碳氫化合物/(mg/m)225.5183.0 CH/(mg/m)27.710.6 四 需要進一步研究的問題 揮發(fā)有機物檢測結(jié)果揮發(fā)有機物檢測結(jié)果 另外，對散發(fā)物中的另外，對散發(fā)物中的多環(huán)芳香烴化合物多環(huán)芳香烴化合物及及重金屬重金屬監(jiān)測結(jié)監(jiān)測結(jié) 果表明，普通瀝青混合料與加膠粉改性后的瀝青混合料含果表明，普通瀝青混合料與加膠粉改性后的瀝青混合料含 量量相差不大相差不大。 揮發(fā)有機物測試揮發(fā)有機物測試/(mg/m)普通瀝青混合料普通瀝青混合料膠粉改性瀝青混合料膠粉改性瀝青混合料 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 需要進一步研究的問題 根據(jù)以上試驗結(jié)果，密歇根州得到如下結(jié)論：根據(jù)以上試驗結(jié)果，密歇根州得到如下結(jié)論： （1 1）膠粉改性瀝青混合料生產(chǎn)中的有害物質(zhì)散發(fā)量）膠粉改性瀝青混合料生產(chǎn)中的有害物質(zhì)散發(fā)量 與普通瀝青混合料的與普通瀝青混合料的大體相當大體相當，膠粉的加入并沒，膠粉的加入并沒 有增加有害成分；有增加有害成分； （2 2）相對于膠粉因素而言，）相對于膠粉因素而言，基質(zhì)瀝青的品種、混合基質(zhì)瀝青的品種、混合 料生產(chǎn)的溫度料生產(chǎn)的溫度對有害物質(zhì)的散發(fā)更起關(guān)鍵的作用。對有害物質(zhì)的散發(fā)更起關(guān)鍵的作用。 四 需要進一步研究的問題 羅得艾蘭運輸部對地下水污染的研究羅得艾蘭運輸部對地下水污染的研究 1.橡膠瀝青混合料中橡膠瀝青混合料中鋅污染鋅污染較其它金屬污染最為嚴重較其它金屬污染最為嚴重 2. 1,3-硫氮雜茚是唯一瀝濾的有機化合物硫氮雜茚是唯一瀝濾的有機化合物 3.研究研究沒有發(fā)現(xiàn)沒有發(fā)現(xiàn)采用橡膠瀝青可