国内外轮胎橡胶在路面工程中的应用及研究

国内外轮胎橡胶在路面工程中的应用及研究黄文元ｌ上海交通大学化工学院２徐立廷２２广州金邦创新环保有限公司关键词：道路建筑材料轮胎橡胶路面工程应用研究背景一直以来，废弃轮胎的处置是发达国家面临的一项重大环境问题。

以美国为例，全美每一年大概要废弃２．３５亿只汽车轮胎（小车轮胎约有２亿只），以各种状态堆积的轮胎数量大致为２０～２５亿只。

废弃轮胎难以降解，堆积填埋占据大量土地，滋生有害生物，一旦发生火灾，将导致环境灾难。

采用环境友好的处置替代填埋是唯一的出路。

广为接受的处置途径主要有：轮胎翻新、制造橡胶粉和燃料等。

从环境友好程度和轮胎资源不可再生的角度，翻新和制造工业用橡胶粉无疑是最优选择。

我国２００２年的废旧轮胎达到８０００万条，并将以每年１２％的速度增加，到２００５年将达到１．２亿条，到２０１０年将达到２亿条。

但是，目前我国并未见大面积的轮胎堆积。

原因是，我国具有相当规模的再生橡胶企业群和民间的轮胎土法炼油作坊群。

由于高耗能和严重污染。

限制和引导橡胶再生，取缔土法炼油，是未来国家政策的大势所趋。

２００５年７月６日，国务院发布“关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知”，明确“以再生金属、废旧轮胎、废旧家电及电子产品回收利用为重点，推进再生资源回收利用”。

国家发改委目前正在加紧制定《资源综合利用条例》、《废旧家电及电子产品回收处理管理条例》、《废旧轮胎回收利用管理条例》、《包装物回收利用管理办法》等循环经济专项法规。

以橡胶粉制造和橡胶粉应用为方向的新材料产业，将得到国家在财税、投资、信贷、价格、收费等方面越来越多的政策支持。

轮胎橡胶在路面工程中的应用，最早始于２０世纪４０年代的美国。

上世纪６０年代，ＣｈａｒｌｅｓＨ．ＭｃＤｏｎａｌｄ发明橡胶沥青。

在美国的亚利桑那、加州、德州、佛州和南非等国家和地区，橡胶沥青已经成为最常用的道路罩面材料。

在葡萄牙、西班牙、澳洲、法国、巴西等国，相关应用蓬勃发展。

轮胎橡胶在路面工程中的应用，社会和经济效益显著，应用前景广阔。

主要体现在三个方匿：一是，我国目前仍处在公路建设大发展时期，在路面中使用轮胎橡胶能够提供大量原质利用废弃轮胎的途径，是建立节约型社会的具体行动；二是，橡胶沥青抗裂缝和抗老化能力强，一般用于长寿命方案或薄罩面方案，对资源和能源的消耗大幅减少，符合交通可持续发展战略目标：三、橡胶沥青是公认的低噪声路面胶结材料，对于拥挤城市改善人居环境具有重大意义。

２００５年以来，国际原油市场波澜起伏，原油价格持续高涨，石油衍生产品价格水涨船高。

由于原料充足，橡胶粉价格一直保持稳定．与其他高聚物改性剂的成本优势持续拉大。

第六储全国路面材料及新技术研讨会论文集１国外轮胎橡胶在路面工程中的应用与研究轮胎橡胶在路面工程中的应用有湿法和干法两种工艺模式，湿法是橡胶与沥青先共炼发育成新的胶结材料，干法是橡胶粉以纤维、填料甚至矿料添加模式进行混台料拌台。

漏法获得的胶结料称为“橡胶沥青”，干法和湿法得到的沥青混合料可以统称为橡胶改性混合料。

由于其突出的环保意义、技术前景（减薄路面、延长路面使用寿命、延缓反射裂缝、减轻行车噪声、优良的冬季柔性等）和潜在的经济价值，从橡胶粉工业化实现开始，橡胶沥青及橡胶改性沥青混凝土就吸引了大量的研究者、政府决策高层和公共事业管理机构的关注，各类相关研究和试验路项目相继实施。

开始阶段的研究内容主要有：（１）橡胶沥青工艺、干法改性沥青混合料工艺、混合料摊铺和压实工艺和装备的研究；（２）橡胶沥青路用性能指标的研究、混合料的室内性能指标的研究、混合料设计方法和指标的研究；（３）各类配方和添加工艺的橡胶添）Ｊｉｌｌ沥青混合料试验路建设，路面使用性能的研究。

（４）橡胶粉改性沥青砼路面的全寿命经济分析、预测（试验路阶段和工业化后的预测）；（５）橡胶粉改性沥青混合料路面可再生性和再生工艺的研究；（６）橡胶粉改性沥青混合料生产和摊铺过程中环境代价和劳动保护研究；阿拉斯加州在１９７９～】９８１三年中，用干法铺设了七段试验路。

橡胶粉路段较对比路段抗滑能力有了很大的提高，温度越低，提高的幅度增大。

疲劳性能得到较大的改善，疲劳寿命增加将近ｌＯ倍。

１９８３．１９８５和１９９１年，俄勒冈州针对干法、湿法分别建设了橡胶粉改性试验路，在前两个工程完工近１０年时，俄勒冈州立大学Ｌｕｎｄｙｌｌｌ等人总结认为：１．橡胶粉的加入显著地改善了路面的抗裂缝特别是低温裂缝的性能；２．只要认真施工，不会发生比普通沥青路面更多的剥落等水害；３．橡胶粉的加入使得材料的模量等强度指标有较大的下降，但抗疲劳眭能大大增加。

４．试验路所有路段均保留完好。

１９８８年，佛罗里达州运输部委托全菱沥青技术中心（ＮＣＡＴ）对当时橡胶粉应用于沥青混合料的研究状况进行了全面回顾，在此基础上，佛罗里达运输部于１９８９年又组织了两个试验项目。

这些试验路和相关研究，奠定了佛罗里达州橡胶沥青抗滑表层的应用基础。

１９７７～１９８４年，有１６个州参加了由联邦公路管理局组织的研究项目，总共铺设了２１９段试验路段。

Ｓｃｈｕｌｅｒ口１等人研究了在四种橡胶粉（包括一种冷冻法）、四个橡胶粉添加剂量（１８％／２２％／２４％／２６％）、三个共熔水平（轻／中／重，共熔温度和时间增加）在实验室和实际生产各样的橡胶沥青的性能情况。

研究采用了旋转粘度计、改进的测力一延度计、环球软化点法和分子量光谱分析等手段。

一定程度揭示了共熔反应的规律与机理。

在此基础上，分别于１９８３和１９８４年，在两段老路上（分别为水泥砼和连续配筋水泥砼路面），用橡胶沥青铺设了应力吸收中间层（ＳＡＭＩ），起到了比一般粘接层要好的防止反射裂缝的作用。

１９９０～１９９１，加拿大安大略省用两种橡胶颗粒建设了橡胶粉热拌混合料的试验路工程。

由于颗粒过粗（粗过１０目），路面施工时遇到了明显的压实困难。

路面病害也较多。

同时，过１０号筛的橡胶颗粒路段比过４号筛的路段的使用性能要好很多，并且要优于对比段落。

１９８９～１９９２年，美国工程兵部队、国际罩面公司、内华达雷诺大学和亚利桑那大学合作实施了针对橡胶沥青的综合室内研究。

研究的结论是：１橡胶沥青较其基质沥青有明显好的温度敏感性；２．对较软的基质沥青，橡胶粉改性效果更好；３．在模拟拌和老化和环境老化两种条件下，橡胶沥青的抗老一１８６—第六届全国路面材料及新技术研讨会论文集化性能均优于其基质沥青；４．在对设计指标（如流值、稳定度）做必要的调整后，传统的马歇尔和维姆混合料设计法仍然适合于橡胶沥青提合料的设计；５橡胶沥青的采用可以明显改善开级配磨耗层的耐久性和蹬级配混合料的低温抗裂性能；６．橡胶沥青的采用可以提高混合料的抗永久形变性能。

１９９１年，美国通过了联邦地表出调联运效率法案（ＩＳＴＥＡ）１０３８条款（要求在路面工程中逐步增加回收橡胶的用量）。

极大地促进了废旧轮胎在道路工程中的利用。

截止到１９９３年。

有２７个州研究了橡胶粉，颗粒改性沥青及混合料，３８个州在沥青混合料中使用过回收橡胶粉，颗粒。

同样还是ＩＳＴＥＡ，启动了耗资５０００万美元的ＳＨＲＰ沥青研究计划和长期使用性能研究计划。

在这两股力量的共同推动下，国际上橡胶粉的道路应用及其研究进入了一个由环保理念和新技术驱动的时代。

这一段的研究重点，集中于以下几个方面：（１）在上世纪８０年代到９０年代初铺设的试验路的长期性能观羽４和研究；（２）橡胶粉与沥青共炼的机理研究，不同的共炼工艺对最终产品的性质影响的研究；（３）橡胶粉应用于各种新型沥青混合料（如ＰＡＣ／ＳＭＡ等）对其路用性能的影响研究；（４）Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ评价橡胶粉改性沥青和沥青混合料的性能，方法和指标的适用性；（５）Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ混合料设计方法和传统的马歇尔法、维姆法用于设计橡胶粉改性沥青掘合料的研究（包括相应的设备和标准的修正问题、Ｓｔｕ＇ｐｅｒｐａｖｅ性能指标的有效性）。

１９９６年，伊利诺伊卅ｉ大学的Ａｂｄｅｌｒａｈｍａｎｆ”博士在其提交ＴＲＢ７８届年会的论文中，陈述了沥青和橡胶粉的共炼反应机理的研究成果（利用Ｇ＋和６的不同意义和变化规律）。

加拿大安大略的Ｚａｎｚｏｔｔｏ等人研究了温度、剪切和时间对拌合效果（脱硫、裂解）的影响，并用ＳＨＲＰ技术评价了不同的添加比例对橡胶沥青性能的影响。

１９９０～１９９３年，弗吉尼亚州用ＭｃＤｏｎａｌｄ法（掺量约１８％）和Ｒｏｕｓｅ法（掺量５，ｌＯ％）建设了５段试验路。

最长４年的行车后的性能检测表明，添加橡胶粉的段落比对比的普通段落的车辙要明显小、抗滑性能略强。

１９９０到１９９２年，在环境及能源部和运输部的资助和管理下，加拿大安大略省在１１个段落修建了橡胶粉改性试验路（包括全新路面、橡胶改性沥青路面再生、一般路面冷再生添加剂等）。

阿拉斯加在１９８３～１９８６年又用ＰｌｕｓＲｉｄｅ铺设了八段总计４５车道公里路面并于１９８８年首次应用了湿法。

Ｔｒｏｙ等人研究了橡胶粉改性沥青及其混台料的性能评价系统（包括维姆和Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ方法和相应的性能评价指标），研究了动态剪切流变仪和弯曲粱流变仪对各类橡胶沥青的适用性和修正。

Ｌｉａｎｇ和Ｌｅｅ［４］采用Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度仪和动态剪切流变仪研究了旋转薄膜烘箱前后的沥青性质变化，采用间接抗拉试验研究了短期和长期老化后混合料的抗拉强度。

研究发现，橡胶粉混合料质量损失减少，但粘度增加，而老化抗拉强度较小。

罗得岛大学的研究者用ＳＨＲＰ和马歇尔方法研究了干湿法橡胶粉路面材料，并ＶＥＳＹＳ系统预估了材料的永久形变性能，证明了橡胶粉加入对路面永久形变性能的改善。

北卡罗来州大学的Ｍａｌｐａｓｓ等人做了类似的工作。

Ｔａｋａｌｌｏｕｌ５１等人研究了用Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ技术进行橡胶粉改性沥青混合料设计和路面铺筑的情况，并结合路用的实际成功经验作出了适用性判断和改进建议。

除了综合性的研究外，许多学者针对橡胶粉改性沥青及混合料的单项性能展开了专门的研究。

马里兰大学的Ａｙｒｅｓ等人就试验路的野外调查和钻件，用闭环伺服液压ＭＴＳ系统和数理统计手段研究了橡胶粉混合料的回弹模量。

女王大学的Ｈｕｉ等用抗折试验研究了橡胶沥青混合料的低温抗裂性能。

堪萨斯州立大学的Ｈｏｓｓａｉｎ等研究了橡胶沥青混合料面层的结构换算系数问题。

阿拉斯加大学的Ｒａａｄ研究了四个温度水平下的混合料（干、湿法和普通混合料）的疲劳问题（以梁弯曲劲度将为初始值一半为疲劳破坏依据）。

在多孔隙路面的发源地法国，截Ｉｊ＝：到１９９５年，橡胶沥青多孔隙混凝土累积已经摊铺了超过１００万１１１２路面。

ＡｌａｉｎＳＡＩＮＴＯＮ［６１在总结多年的ＰＡＣ路面室内研究和实际应用经验后认为：由于沥青膜较厚，橡胶沥青ＰＡＣ比较普通ＰＡＣ在保持持久排水性能，在重交通、高剪切和不良气候影响的条件下使用性能有明显的优势。