橡胶沥青的制备技术及制备设备 - 图文

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摘 要

汽车工业的发展使废旧轮胎成了全世界关注的问题，橡胶沥青的研究正是解决废旧轮胎问题的关键，因此对橡胶沥青的研究十分重要。

本文以试验为基础，根据大量试验数据分析了橡胶沥青的性能及影响因素、作用机理，并对橡胶沥青的制备工艺以及制备设备的构造和改进进行了研究。

经过分析研究，得到了以下结论：（1）橡胶粉的掺入改善了沥青的高温性能、低温性能、抗老化性能和弹性恢复性能；（2）橡胶沥青的影响因素与加工工艺和材料因素有关，搅拌时间过长则性能下降；胶粉粒径大的橡胶沥青温度稳定性、高温及弹性性能优异，低温性能与胶粉粒径小橡胶沥青相当；斜交胎胶粉的橡胶沥青性能明显好于子午胎胶粉；基质沥青轻组分含量高的橡胶沥青，其温度稳定性差、低温性能好；(3)橡胶沥青的作用机理是胶粉吸收沥青轻组分发生溶胀，表面形成界面层和界面过渡层，胶团填充于胶粉的网络结构，形成三维空间网络结构，从而产生对沥青性能的改善；（4）橡胶沥青的基本工艺过程包括原材料的准备、沥青和橡胶粉的预混合以及沥青反应三个过程，反应的温度控制在180℃—210℃；（5）橡胶沥青的制备设备基本构造相同，但结构上上也有差异，因此制备过程存在差异。

关键词：沥青；废胎胶粉；橡胶粉改性沥青；改性机理；制备工艺；制备设备

ABSTRACT

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The car industry caused waste tire become concern, and rubber asphalt research is the only one key to solve the problem , so for rubber asphalt research is very important.

This paper is based on the test, the test of experiment data analyzed rubber asphalt performance and the impact of factors, mechanisms and for rubber asphalt preparation process and the preparation of the structure and improve the study.

Through analysis，the main conclusions are as follows：(1) Rubber powder into the asphalt with the improvement of the high performance, a low

temperature performance, the ageing of the performance and flexibility will be resumed ；(2)The factors that influence the performance of crumb rubber modified asphalt are summed up to two types：one for factors of the processing technology(mixing temperature，mixing time)，and the other for factors of the materials(powder type，particle size and the types of base asphalt),if mixing time is too long, the performance is degradate；Asphalt modified by crumb rubber of large size has better temperature sensitivity,high temperature and elastic performance，which has nearly equal effect in low temperature performance；The performance of modified asphalt of oblique crumb rubber is significantly better than meridian crumb rubber；Asphalt modified by base asphalt of high content light components，has bad temperature sensitivity and good low temperature performance;(3) Modified mechanism of crumb rubber modified asphalt Can be explained as，crumb rubber absorb Light component of asphalt，and then their swelling happens，which form boundary layer and boundary transition layer．Micelle fill in the network structure of crumb rubber，which forms three-dimensional network structure，resulting in the improvement of asphalt’S performance；(4) Rubber bitumen production processes include the basic raw material preparation, bitumen and rubber powder and asphalt response to a three course, the control of temperature in 180 ℃ — 210 ℃ ；(5) Rubber asphalt preparation of basic equipment structure, but also structural difference, so the preparation of process are different.

KEY WORDS：asphalt；crumb rubber；crumb rubber modified asphalt；

influencing modified mechanism；manufacturing technique；faseraufbereitung

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目录

摘要 ................................................................... 1 ABSTRACT ............................................................... 1 目录 ................................................................... 3 第一章 绪论 .......................................................... 5

1.1橡胶沥青研究的目的及意义 ........................................ 5

1.1.1问题的提出 ................................................ 5 1.1.2橡胶沥青研究的目的 .............................................................................................. 6 1.1.3橡胶沥青研究的意义 ........................................ 6 1.2国内外橡胶沥青的研究与应用现状 .................................. 7

1.2.1国外橡胶沥青的应用现状 .................................... 7 1.2.2国内橡胶沥青的应用现状 .................................... 8 1.3橡胶沥青研究的思路与内容 ........................................ 9

1.3.1研究思路 .................................................. 9 1.3.2橡胶沥青研究的内容 ........................................ 9

第二章 橡胶沥青的性能研究 ............................................ 10

2.1橡胶沥青的定义 ................................................. 10 2.2橡胶沥青的性能分析 ............................................. 11

2.2.1橡胶沥青的高温性能 ....................................... 11 2.2.2橡胶沥青的低温性能 ....................................... 13 2.2.3橡胶沥青的抗老化性能 ..................................... 15 2.2.4橡胶沥青的弹性恢复性能 ................................... 16 2.3影响橡胶沥青性能的因素 ......................................... 17

2.3.1废胎胶粉的因素 ........................................... 17 2.3.2基质沥青的品质 ........................................... 19 2.3.3外掺剂的影响 ............................................. 20 2.3.4搅拌工艺的影响 ........................................... 21 2.3.5反应温度的影响 ........................................... 22 2.3.6反应时间的影响 ........................................... 23 2.4橡胶沥青的优点及其应用 ......................................... 25

2.4.1橡胶沥青的优点 ........................................... 25 2.4.2橡胶沥青的应用 .......................................... 25

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第三章 橡胶沥青的制备工艺研究 ........................................ 27

3.1橡胶沥青的作用机理 ............................................. 28

3.1.1 物理改性作用 ............................................. 28 3.1.2化学改性作用 ............................................. 29 3.1.3改性机理物理模型 ......................................... 30 3.1.4废胎胶粉在沥青混合料中的机理分析 ......................... 31 3.2橡胶沥青的制备方法 ............................................. 33 3.3橡胶沥青的设计和制备工艺 ....................................... 35

3.3.1橡胶沥青的设计 ........................................... 35 3.3.2橡胶沥青的加工工艺 ....................................... 37 3.3.3橡胶沥青的储存 ........................................... 40 3.4橡胶沥青的质量控制 ............................................. 41 第四章 橡胶沥青制备设备 .............................................. 42

4.1橡胶沥青生产设备的分类 ......................................... 43 4.2橡胶沥青的主要结构及工作原理 ................................... 45

4.2.1基质沥青供给系统 ......................................... 46 4.2.2胶粉和掺加剂添加系统 ..................................... 47 4.2.3高速剪切机和胶体磨 ....................................... 48 4.2.4计量控制系统 ............................................. 53 4.2.5反应罐 ................................................... 54 4.2.6电气控制系统 ............................................. 55 4.3典型橡胶沥青设备产品的分析 ..................................... 55

4.3.1国内典型橡胶沥青设备产品 ................................. 55 4.3.2国外典型橡胶沥青生产设备产品 ............................. 59 4.4橡胶沥青生产设备装置的改进 ..................................... 64 第五章 研究的结论与展望 .............................................. 64

5.1主要研究结论 ................................................... 65 5.2展望 ........................................................... 66 致谢 .................................................................. 66 参考文献 .............................................................. 67

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第一章 绪论

1.1橡胶沥青研究的目的及意义

1.1.1问题的提出

随着汽车工业的迅速发展，越来越多的废旧轮胎形成的“黑色污染”，正在威胁着全人类的生存环境。据统计，全世界每年有超过10亿只轮胎报废。以往的废轮胎带来的环境问题主要集中在欧、美、日等发达国家；在美国，据统计1997年报废轮胎为2.7亿条，另外历年堆放累积的废旧轮胎已经超过8亿多条；日本每年的废旧轮胎约为5000万条，德国和英国每年各自报废的轮胎各为55万吨和45万吨。如今，随着我国经济的腾飞，汽车工业在我国迅猛发展，我国已成为世界上第三大轮胎生产国，仅次于美国和日本。在北京、上海等大城市的市郊结合处都能看见堆积如山的废旧轮胎。“黑色污染”和“白色污染”危害一样，甚至远远地超过了白色污染。

废轮胎是一种工业有害的固体废弃物，是一种难以被生物化学作用降解的高分子化工材料，无论采用填埋、堆放或焚烧都不会给环境带来许多灾难性的污染。它是破坏自然环境和植被生长、影响人类健康、危及地球生态环境的最有害垃圾之一。

如将废轮胎填埋处理，其大分子分解到不影响土壤中植物生长的时间需要长达一百多年，可谓“顽固不化”，若采用燃烧的处理方式，其释放出来的二氧化硫有毒烟雾和一氧化碳气体，则会严重的污染大气，对人类健康危害很大。对于废旧轮胎的处理，许多国家正寻求有效地解决方法，既不污染环境，又可以处理废旧轮胎。目前主要采用的是化学的方法对其进行处理，但同样会造成二次污染。随着我国汽车工业的迅速发展，产生的废轮胎越来越多，大量的废轮胎长期露天堆放，不仅占用了大块土地，而且经过日晒雨淋，极易滋生蚊虫和散发严重气味，传播疾病，并且还容易引发火灾。

美国、加拿大、日本等许多国家，历史上都曾因废轮胎起火而蒙受了巨大的损失。1996年到1998年之间，美国的废轮胎处理厂接连发生大火，2000万条轮胎被烧。最为严重的是1999年9月22日，美国的斯坦尼斯劳斯县有超过700万条的废旧轮胎发生自燃起火。大伙的温度超过1000℃，浓烟直达600多米的高空，方圆几十公里都可以看见。15天以后大伙才逐渐得到控制，大火至少熔化出8万加仑油脂，流进附近的一口水塘，水塘变为油塘后又继续燃烧。这次燃烧使数百吨的污染物飘落到100多公里外的旧金山和加州首府萨克拉门托，附近的一些城市在刮风时下起了“黑雨”。同时这次大火产生的废气使附近许多居民都患了呼吸道感染病，甚至死亡。2001年1月7日，我国广东省云浮市郊区一废旧轮胎收购点不慎失火，虽然有13台消防车紧张投入工作，300多名消防官兵和干部群众积极参与扑救，但由于轮胎燃烧的火势太

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猛，短短的一个多小时，堆积如山的废旧轮胎全部被大火吞没，浓烟直冲云霄。

如何无害化、资源化充分利用这些废旧轮胎，变废为宝，消除“黑色污染”已经迫在眉急.这必将对我国经济的可持续发展以及经济、环境的和谐发展，缓解环境和橡胶资源匮乏带来的压力起到积极的作用。因此，废橡胶的利用成为我国乃至全世界关注的问题。

1.1.2橡胶沥青研究的目的

废旧轮胎既是一种固体废弃物，同时也是一种可再生资源，把废旧橡胶制成橡胶粉添加到沥青中，再添加一定的添加剂制成橡胶沥青用于公路工程中，不仅解决了废旧轮胎的存储和再利用问题，而且改善了沥青的性能，使橡胶沥青成为解决废旧轮胎的主要途径。

与传统废旧轮胎生产再生胶相比，胶粉无需脱硫，所以生产过程中耗费能源大大减少，工艺也较再生胶简单得多，不排放废水、废气污染环境，而且胶粉性能优异，用途极其广泛。通过胶粉来回收废旧轮胎是集环保与资源再利用于一体的很有反战前途的方式，这也是发达国家摒弃再生胶的生产，将废旧轮胎利用重点由再生胶转向胶粉和开辟其它利用领域的根源。专家们预言，制造胶粉有望成为排在翻新、热能利用之后的第三种主要途径。

橡胶粉添加到橡胶沥青中，改善了基质沥青的性能，使橡胶沥青既有橡胶的部分特性，也具有沥青的特性。实践证明:掺有废橡胶粉的改性沥青路面可比原来纯沥青路面减薄一半,使用期增加一倍,减少道路噪音70 % ,且防湿滑与碎冰雪，尤其是橡胶沥青用作应力吸收层，可以有效防止反射裂缝。

随着我国经济的持续高速增长，公路建设也迅速发展，尤其是在2008年经济危机中，国家为扩大内需，投资4万亿用于基础设施建设，公路建设更是突飞猛进。我国高速公路里程已突破6万公里，根据规划，在建和待建高速公路还有2万多公里，公路交通建设达到了空前的繁荣。另一方面，我国一些早期修建的高等级公路相继进入大中修和改建阶段，每年约有2000-3000公里的高速公路需要大修罩面。橡胶沥青优良的使用性能，既可以延长路面使用寿命，节约建设资金，也可以消除黑色污染，因此，研究橡胶沥青既成为我国公路建设和发展的需要，也成为解决废旧轮胎问题的关键，这些都是研究橡胶沥青的直接目的。 1.1.3橡胶沥青研究的意义

国外发达国家的研究表明，胶粉改性沥青不但在成本上较SBS改性沥青优越，在性能上也确有其独到之处。多年的研究结果和工程实践表明橡胶粉沥青混凝土能改善沥青的耐高、低温性能，减少其对温度的敏感性，而且在降低路面噪音，延缓反射裂缝，减薄沥青路面厚度，抵抗重交通和不良气候都有明显的优势。

利用废橡胶粉改性沥青在环保上有重要的意义，现阶段橡胶回收与再利用一直是

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一个世界性的难题，这是由于不同于塑料材料，橡胶材料中大分子链被化学交联，并且填充有高比例的填料(主要是炭黑)、软化油等。目前，我国是世界上第三大轮胎生产国，我们每年轮胎产量超过1亿条，仅次于美国和日本，每年生成的废旧轮胎达5000多万条，约1400kt，而每年的处理量却只有200kt。加之其他废弃的橡胶材料，对环境造成了黑色污染，环境保护的压力也随之增大。同时，随着石油等资源的逐渐减少和价格的不断攀升，废橡胶的再利用也倍受人们的关注。

从国内外多年的成功应用经验可以看出，橡胶粉用于筑路工程环保公益作用明显，不仅能够解决废旧轮胎带来的社会问题，而且可以减薄路面、延长路面使用寿命、延缓反射裂缝、减轻行车噪声，具有优良的冬季柔性等，是解决我国当前面临的重载交通、早期损坏问题的有效途径之一。对于公路建设来说，还可以节约建设投资，对我国当前在有限的财力和物力下，修建出优质沥青路面是一种很好的可选方案，具有良好的应用前景。

1.2国内外橡胶沥青的研究与应用现状

1.2.1国外橡胶沥青的应用现状

橡胶沥青已经有百余年的历史。早在1873年，英国人Samuel Whiting 就申请了有关在沥青中加入1%的天然橡胶对沥青改性的专利，但这一专利产品没有在实际工程中使用。1898年法国也开始在沥青中掺配天然橡胶。1902年，法国修筑了掺有橡胶的沥青路面。

现代意义上的橡胶沥青混合料首先出现在上世纪40—60年代的美国。美国橡胶回收公司（Rubber Reclaiming Company）在上世纪40年代首先采用干拌法的生产工艺生产了Ramfaex TM橡胶粉沥青混合料，美国专家McDdonald则首先采用湿拌法的生产工艺，在20世纪60年代生产了Overflex TM橡胶沥青混合料。1976年，美国联邦公路局正式启动检验橡胶粉性能的37号工程“废弃轮胎在公路工程中的应用”，作为示范工程，鼓励各州公路局现场应用研究应力吸收层。1991年美国国会通过了一个综合运输经济法案，其中第1038条款，即关于再生路面使用条款，要求从1994年起凡使用联邦经费的热拌沥青混合料都必须以5%的经费用于废橡胶粉改性沥青混合料的研究，以后每年再增加5%，直至1997年达到20%。法案颁布后，许多州进行了橡胶粉改性沥青的研究，其中包括德克萨斯州、加利福尼亚州、佛罗里达州、维吉尼亚州、俄勒冈州、犹他州、亚利桑那州、纽约、怀俄明州、堪萨斯州、华盛顿、新墨西哥州。1992年，美国联邦公路局发行《胶粉改性沥青铺路材料的设计与施工》，加利福尼亚州出版了《断级配热拌橡胶改性沥青混合料设计指南》。到上世纪末，美国使用废旧胶粉改性沥青修筑的道路已达1.1万千米。2003年，美国加州发行了“橡胶沥青使用指南”，围绕橡胶沥青的设计、选择和使用，橡胶沥青结合料及热拌橡胶沥青混凝土设计、施工等几个大的方面进行了详细的阐述和规定。

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在多空隙（PAC）路面的发源地法国，截止到1995年，橡胶沥青多空隙混凝土路面摊铺面积已经累计超过100万㎡，Alain SAINTON总结多年的PAC路面室内研究和实际应用效果，发现橡胶粉改性沥青PAC比普通PAC在保持持久排水性能、抵抗重交通、抗剪切和不良气候影响等方面有明显的优势。

南非的废旧轮胎橡胶粉在公路行业中的应用十分成功：南非和美国加利福尼亚州一样拥有历时20—25年仍然完好的橡胶沥青路面；应用领域包括混合料、应力吸收层、应力吸收中间层等，基本上已经拥有了一整套橡胶沥青相关的技术指标。据了解，目前南非60%以上的道路沥青使用橡胶沥青，而且根据他们的相关经验，对于超重轴载的使用环境，橡胶沥青混凝土尤为有利。

此外，日本、俄罗斯、加拿大、瑞典、韩国、芬兰等亦已成功地将橡胶改性沥青用于修建高等级公路或高速公路。近年有国家利用胶粉及添加剂开发出橡胶沥青产品作为沥青改性剂，一些品牌橡胶沥青也开始出现。废旧橡胶粉改性沥青在技术上日趋成熟，得到广泛的应用。 1.2.2国内橡胶沥青的应用现状

我国是世界上最大的橡胶消费国之一，但是胶粉改性沥青的试验研究在我国起步较晚。始于上世纪70年代末80年代初，并陆续在许多省内铺筑试验路段。广东、山东、辽宁、北京、田径、江西、湖北、杭州、沈阳等省市都开展了想胶粉改性沥青的应用研究，并取得了一定的实践结果和经验。

上世纪90年代初，哈尔滨建筑大学采用室内的方法评价了橡胶沥青的性能；江苏石油化工学院、上海沥青混凝土二厂等单位研究了橡胶沥青的加工工艺；华东冶金学院研究了废胎胶粉与煤沥青性质和族组成的变化情况；辽宁省交通科研所研究了橡胶改性乳化沥青的路用性能，并试验用于稀浆封层的施工。与此同时，许多地方也开始了用橡胶沥青铺筑试验路段。

1993年沈阳市在交通量较大的繁华道路路段上用废轮胎胶粉改性沥青试铺了1万㎡的路面，经过一个冬天和夏天的考验，效果良好，并于1994年通过了市科委组织的技术论证，又于1995年在新开的五爱路至浑河大坝间扑住了3万㎡的废旧轮胎胶粉改性沥青路面，经过多年的高负荷运行考验，效果良好。因此近年已在沈哈高速公路上使用橡胶粉改性沥青铺筑一段试验路面，效果同样良好。北京路翔技术有限公司于1995年在北京小红门和广东韶关地区218国道上用胶粉+PE符合改性沥青试铺了一段路面，效果良好。该公司还研制成功生产改性沥青的专用设备—高速混炼机，用这套设备生产出来的胶粉改性沥青质量优良，今年也在京石高速公路上涌橡胶粉改性沥青铺筑了一段试验路面。此外，我国已研制成功适用于胶粉改性沥青防堵塞的喷洒机，为橡胶粉改性沥青用于修筑公路提供了施工配套的设施。

某些省份已经开始尝试制定橡胶沥青的有关技术标准。目前，江苏省已发布《江

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苏省橡胶沥青路面技术规程》，包括《橡胶沥青产品建议技术标准》、《橡胶沥青应力吸收层施工技术指南》、《断级配橡胶沥青混合料施工指南》。北京出台了《北京市废胎胶粉改性沥青及混合料设计施工技术指南》。天津给出了《应力吸收层技术指标及施工方法》，天津市建设管理委员会发布了《天津市废胎胶粉改性沥青路面技术规程》。 随着我国公路建设事业的飞快发展，橡胶沥青的应用再次引起交通部的重视。2001年，交通部科技项目中专门立项开展“废旧废胎胶粉用于逐鹿的技术研究”。该项目由交通部公路科学研究院主持，联合河北、山东、广东、四川等省的公路部门以及同济大学、长沙理工大学等单位，在前人的研究基础上，借鉴国外成功经验，从废胎胶粉的路用标准到橡胶沥青的技术指标；从橡胶沥青的混合料配合比设计方法到混合料的加工生产工艺；从橡胶沥青路面的设计体系到质量控制措施，开展了大规模的、系统的室内外研究试验。特别是结合我国重载交通的使用环境和半刚性基层沥青路面的结构特点，提出了适合我国国情的废胎胶粉橡胶沥青及混凝土应用技术。2004年北京市交通委员会结合绿色奥运、人文奥运的主题，立项开展了“废胎胶粉改性沥青的应用研究”。2007年，交通部西部科技推广项目一5万平方米的橡胶沥青混凝土路面摊铺工程，在湖北省沪蓉西高速公路(沪渝国家高速公路湖北西段)试验段获得成功，这是橡胶沥青在我国高速公路上首次大面积应用。

近年来，广东、江苏、四川、天津等省份的有关单位分别引进国外成套技术，开展了橡胶沥青混凝土的用用技术研究和试验路、实体工程的铺筑，对于推进橡胶粉改性沥青在我国公路工程中的应用做出了一定的贡献。

1.3橡胶沥青研究的思路与内容

1.3.1研究思路

本文主要针对废胎胶粉橡胶沥青的制备技术和设备，结合国内外的经验，利用大量试验和分析测试方法，首先对橡胶沥青的性能及其影响因素进行性分析，然后通过分析其作用机理和制备工艺，探讨橡胶沥青制备过程中材料因素（基质沥青、胶粉目数、种类、掺量、添加剂）以及制备工艺因素（搅拌工艺、反应时间、反应温度）对橡胶沥青性能的影响，最后分析了橡胶沥青制备设备的组成及功能，以及对加工设备装置提出一些改进。研究思路图如1—1下所示。 1.3.2橡胶沥青研究的内容

由图1-1的研究思路可知，本文的主要研究内容如下：

1.橡胶沥青的性能及其影响因素，其中包括材料因素和加工因素；

2.橡胶沥青的制备技术，包括橡胶沥青的作用机理、制备方法、制备工艺流程以及制备中质量控制因素；

3.橡胶沥青的制备设备，包括其基本设备组成、功能以及对装置的改进。

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材料因素 性能影响因素 加工因素 橡 作用机理 胶 沥 青 制备设备 制备技术 加工工艺 质量控制 组成功能 装置改进

图1-1 橡胶沥青研究思路图

橡胶沥青的性能

第二章 橡胶沥青的性能研究

2.1橡胶沥青的定义

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废轮胎胶粉改性沥青是废轮胎胶粉以某种方式与沥青混合形成的胶结材料。废轮胎胶粉改性沥青从生产至今已经有150多年的历史了，是废轮胎胶粉在公路行业中应用最广泛的材料。美国联邦公路局使用（Crumb rubber modifier （CRM））废轮胎胶粉改性剂来表示废轮胎胶粉加入沥青材料中的概念。

废轮胎胶粉改性沥青根据其加工高工艺和添加剂量、材料的不同，具有不同的名称，一般来说包括橡胶沥青（Asphalt Rubber）、掺加废轮胎粉的改性沥青等，其种类和组成成分有:

(1) 废轮胎胶粉+沥青；

(2) 废轮胎胶粉（改性）+沥青；

(3) 废轮胎胶粉+沥青+添加剂（芳香烃、油分）； (4) 废轮胎胶粉+沥青+天然橡胶；

(5) 废轮胎胶粉+沥青+聚合物（如SBS、PE）等。

1997年美国ASTM将Asphalt Rubber（直译为沥青橡胶，在我国习惯称之为橡胶沥青）定义为：由沥青、回收轮胎橡胶及一定量的添加剂组成的混合料，其中废轮胎胶粉的含量不少于总质量的15%，且要求橡胶粉颗粒在热沥青中充分反应并膨胀。这个定义不仅明确了橡胶沥青的成分，还明确了其加工工艺和废轮胎胶粉的掺加量等主要材料要素。除橡胶沥青外，还有一种称作Terminal blend的废轮胎胶粉改性沥青技术，是湿法的一种形式。它是由低剂量（相当于干拌法和湿拌法废胎胶粉一半的剂量）、细胶粉和添加剂组成。过去这种沥青一般包含10%或更少的很细的废胶粉和解决搅拌问题的其它添加剂（不符合ASTM D8关于橡胶沥青的定义），但新开发的配方含有15%的废轮胎胶粉。

2.2橡胶沥青的性能分析

橡胶沥青不但具有沥青的部分性质，而且具有橡胶的部分特性。本节通过大量的试验资料分析，说明橡胶沥青的高温性和低温性性能、抗老化性能以及弹性恢复等性能。

2.2.1橡胶沥青的高温性能

交通部公路科学研究院采用中海90号重交沥青，子午胎和斜交胎常温研磨法的目数为40目、80目、120目的废胎胶粉，掺量为5%、10%、20%（外掺），使用高速剪切机拌合，制备成18种不同掺量和目数的橡胶沥青进行橡胶沥青的各种性能研究试验，研究出橡胶沥青的橡胶性能特性。山东交通科研所研究了不同掺量的橡胶沥青的性能(采用70号基质沥青，常温研磨法生产的80目子午胎废胎胶粉，掺量为5%、10%、15%、20%、25%、30%六种不同掺量)。同济大学进行了橡胶沥青的性能研究试验，采用斜交废胎胶粉，用针入度、软化点、运动黏度以及美国SHRP的动态剪切流变（DSR）等几个指标来评价沥青的高温性能。

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1.针入度

2—1表为采用中海90号重交沥青加工而成的18种不同胶源种类、不同目数、不同掺量的橡胶沥青，分别在15℃、25℃、30℃时针入度的试验结果。

表2—1 两种胶源废胎胶粉改性沥青针入度试验结果（0.1mm）

从表中可以看出，沥青中掺入橡胶粉后，沥青的针入度存在不同程度的变化。当胶粉掺量比较少时，与基质沥青相比大多数是明显变硬的，也有比基质沥青更软的，这与胶粉的种类、掺量有较大的关系。当胶粉掺量较高时，橡胶沥青都存在着随胶粉剂量的增加，沥青逐渐由硬变软的现象，可能是由于胶粉吸收沥青中的油分，溶胀后

胶子午胎 温度15 25 30 斜交胎 15 25 30 中海22 75 124 22 75 124 40目+5% 13.7 43.7 40目+10% 21.7 74.3 40目+20% 28.0 84.0 80目+5% 20.3 69.0 80目+10% 21.7 66.3 112.0 14.2 47.4 85.0 80目+20% 24.7 68.5 123.7 26.0 77.0 135.0 15.8 61.3 106.0 15.7 44.5 82.0 23.5 61.7 104.3 120目+5% 15.3 49.0 79.3 120目+10% 21.0 62.3 120目+20% 24.0 67.0 源 (℃) 90号 70.3 121.3 132.3 109.7 19.0 61.0 110.0 20.0 67.0 27.7 79.3 18.0 65.3 107.7 110.0 110.0 117.0 115.8 均匀分布在基质沥青中，使得沥青变软。 2.软化点

表2—2为18中沥青软化点的测定结果。从试验结果可以看出，由于橡胶粉的加入，橡胶沥青的软化点明显提高，提高幅度一般在2—8℃之间。但是，软化点随橡胶粉的掺量变化并不明显，有时出现橡胶粉掺量的增加，软化点反而下降的现象，这只能说明现行的软化点试验方法并不太适合于橡胶沥青。

表2—2 两类废胎胶粉橡胶沥青软化点试验结果

软化点 0% 40目 80目 120目 43 43 43 子午胎 5% 50.5 45.8 49.3 10% 45.4 47.2 47.8 20% 46.5 49.1 48.7 斜交胎 5% 47.3 46.3 47.2 10% 47.6 51.3 50.8 20% 48.9 48.3 49.3 3.当量软化点Tsoo 根据表1的试验数据，计算了18种沥青的当量软化点，见表2—3，其变化情况与软化点基本一致，不再赘述。

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表2—3 两类废胎胶粉改性沥青当量软化点试验结果（℃）

当量软0% 化点 40目 80目 120目 45.52 45.52 45.52 子午胎 5% 51.8 46.9 50.7 10% 46.0 45.7 48.4 20% 46.9 47.8 49.4 斜交胎 5% 47.3 45.3 45.7 10% 47.0 48.7 51.0 20% 46.9 46.2 50.7 4.黏度 黏度是沥青材料重要的技术指标，黏度大的沥青在荷载作用下产生较小的剪切应变，弹性恢复性能好，与沥青混合料的动稳定度有很好的相关关系。对以上18种沥青采用毛细管法测得的运动黏度如2—4。从这个指标看出，橡胶粉的掺量大大提高了沥青的黏度，而且随掺量的增加，橡胶沥青的黏度表现出良好的规律性。对于两类橡胶粉、三个目数的橡胶沥青，随着橡胶粉掺量的增加，黏度呈指数变化。

表2—4 两类橡胶粉改性沥青黏度试验结果

黏度（㎡/s） 40目 80目 120目 3.22×10-4 3.22×10-4 3.22×10-4 5.40×10-4 7.32×10-4 0% 5% — 子午胎 10% 6.33×10-4 8.12×10-4 8.19×10-4 20% 1.28×10-3 1.70×10-3 1.42×10-3 5% 6.75 ×10-4 6.05×10-4 6.03×10-4 斜交胎 10% 9.52×10-4 1.22×10-3 1.17×10-3 20% 1.70×10-3 1.57×10-3 1.63×10-3 2.2.2橡胶沥青的低温性能 由于橡胶沥青是由废胎胶粉和沥青组合成的混合体系，采用常规的的沥青标准体系对橡胶沥青的评价不全面。当前国际上使用PG分级的流变学性能来评价橡胶沥青在全温度域流变学性能，分析橡胶的高低温性能及温度敏感性。

废胎胶粉本身为柔性材料，废胎胶粉在与沥青搅拌过程中，产生脱硫反应，将有利于改善沥青在低温下的韧性。本研究通过低温延度（5℃）、当量脆点T1.2等试验来评价橡胶沥青的低温性能。

1. 低温延度

对橡胶沥青的15℃下延度进行测试的结果表明，橡胶沥青的延度基本数值都在20cm左右，远远小于基质沥青(15℃时延度大于150mm)，而且数据没有体现很好的规律性，也没有反映出橡胶粉延度和掺量的影响，说明15℃的延度不适合用来评价橡胶沥青的延伸性能。从橡胶沥青常温下延度破坏的表象可以看出，橡胶沥青的拉断形

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式和基质沥青有明显不同，，破坏的形式是脆性破坏，但也不是常见的黏性破坏，断裂时明显的撕拉破坏，表面参差不齐。其原因是在接近常温条件下，沥青受拉产生的变形远远大于橡胶颗粒的变形，在两者的界面上会产生很大的应力集中，最终导致提前拉断。常温条件的沥青延度拉到近100mm以上时，沥青丝的直径已经远远小于橡胶颗粒尺寸，故在常温条件下，橡胶沥青理论上不存在高延度值的可能性。

要想通过延度反映橡胶沥青的低温性能，就必须采用降低试验温度的方法，表2—5为前面提到的18种沥青在5℃时延度的试验结果汇总表。从表中试验结果可以看出，橡胶沥青5℃的延度显著大于基质沥青5℃时的延度，且橡胶粉掺量对橡胶沥青5℃时的延度有显著地规律性的影响，表现为随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青的低温延度明显增加。

表2—5 两类橡胶粉改性沥青的5℃延度试验结果

延度0% 子午胎 5% 7.00 7.00 7.00 — 10.43 5.50 10% 9.93 10.93 11.17 20% 24.67 19.50 21.50 斜交胎 5% 9.33 7.83 7.40 10% 13.77 8.75 9.75 20% 19.00 20.67 15.83 （cm） 40目 80目 120目 考虑到低温条件下沥青的脆性较大，5cm/min的拉伸速率的对实验结果的影响较大，对不同掺量的橡胶沥青进行4℃的延度试验如表2—6。从试验结果可以看出胶粉的掺量对沥青的低温延度有显著的规律性，且4℃延度普遍大于5℃延度。这说明低温下拉伸的速率对测试的结果影响比较大，对橡胶沥青宜采用低温拉伸速率的试验方法来测试橡胶沥青的延度。

表2—6 橡胶沥青4℃和5℃延度试验结果（cm）

含量% 5℃延度 4℃延度 0 0 0 5 5.5 8.5 10 7.0 10.2 15 9.2 12.5 20 13.5 16.7 25 23.7 27 30 34.5 39.5 通过以上试验分析可以看出，在低温条件下橡胶沥青具有良好的延展性，而且温度越低，橡胶沥青的低温延展性越突出。

2．当量脆点T1.2

有资料证明，当量脆点作为评价沥青结合料低温抗裂性能的指标是合理的，与路用性能也有很好的相关性。表2—7为这18种沥青针入度试验结果计算的当量脆点汇总表。从表中试验结果可以看出，随着胶粉掺量的增加，橡胶沥青的当量脆点明显降低。在掺量较高时橡胶沥青的当量脆点低于不掺橡胶粉沥青的当量脆点。

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表2—7 两种类型废胎胶粉改性沥青的当量脆点试验结果（℃）

T-1.2 40目 80目 120目 0% -9.74 — — 5% -7.23 -10.27 -8.18 子午胎 10% -10.2 -7.8 -11.3 20% -15.3 -13.2 -14.5 5% -9.2 -6.8 -5.2 斜交胎 10% -9.7 -5.7 -8.3 20% -15.3 -13.0 -15.0 从以上结果可以看出，橡胶粉掺入对沥青的低温性能改善很大，随橡胶粉掺量的增大，橡胶沥青5℃延度显著提高，当量脆点显著降低。但常规沥青的延度试验不适合作为评价橡胶沥青的延伸性能，对橡胶沥青宜采用低温拉申速率的方法测试研读来评价橡胶沥青。

2.2.3橡胶沥青的抗老化性能

沥青老化是一个逐渐发展的过程，它的速率直接影响着路面的使用寿命，是影响路面耐久性的一个主要因素。常用的评价沥青短期老化的试验方法有薄膜加热试验（TFOT）及旋转式薄膜加热试验（RTFOT），他们的试验条件比较苛刻，接近于强制搅拌中的老化过程。薄膜加热试验被认为是反映拌合过程中热老化最好的试验方法。

表2—8和表2—9是采用SK70号沥青为基质沥青掺加80目子午胎橡胶粉配制的橡胶沥青进行薄膜加热试验的结果。

表2—8 旋转薄膜烘箱后的指标

项目 TFOT针入度比（%） TFOT黏度比（%） TFOT软化点比（%） 表2—9 薄膜烘箱前后沥青指标 项目 温SK AH-70SK AH-70SK AH-70SK AH-70试验路 号+5% 18.5 50.3 号+10% 19.0 60.3 号+15% 17.0 61.7 SK AH-70号+15% 针入15 — 度25 60.75 17.7 51.0 度 号 111.7 98.0 110.8 103.4 106.4 137.9 182.6 222.2 210.7 133.7 70号基质沥青 74.2 87.5 96.5 94.4 81.5 SBS 88—10M 80—17J 120—17J 共 69 页 第 15 页

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（0.1mm） PI T1.2(℃) T800(℃) 软化点(℃) 延度 （cm） 弹性恢复 30 — — — — — — — — 49.3 5 — 15 ＞100 25 17.0% 82.5 -0.49 -12.6 52.9 49.6 — 18 30.3% 6.6910-4 0.06 75.1 81.8 62.6 95.3 -1.07 -10.6 49.3 48.8 — 25 42.5% ×8.1210-4 0.05 72.9 62.8 80.8 99.7 -1.66 -7.4 47.0 50.0 — 28 36.0% ×1.3110-4 0.14 76.2 70.8 101.4 79.0 -0.58 -11.8 52.8 53.7 12 — 67.6% ×2.21×10-4 0.12 96.1 98.3 60.0 黏度（㎡/s） 135 4.24×10-4 后 质量损— 0.00 失（%） 比（%） 延度比15 31.6 （%） 弹性恢25 — 复比（%） 黏度比135 116.2 （%） TFOF 针入度25 70.0 103.7 133.7 111.0 123.9 从薄膜烘箱前后的针入度比可以看出，橡胶沥青的延度比比基质沥青的值大，且都大于75%；其烘箱后的延度比比基质沥青的延度比提高了；烘箱前后的弹性恢复也都大于80%。薄膜烘箱后的黏度也提高了。软化点比比基质沥青的低，黏度比提高，说明橡胶沥青的抗老化性能比基质沥青强。从几个指标的综合可以看出薄膜烘箱后，橡胶沥青比基质沥青的抗老化性能强，但掺量对老化程度的影响已被试验误差掩盖。 2.2.4橡胶沥青的弹性恢复性能

废胎胶粉本身是一种良好的弹性材料，有助于弹性恢复能力的提高。沥青弹性能力的提高可以减少荷载作用的残余变形，减少路面的损坏。弹性恢复指标作为评价改性沥青性能的新指标已经被广泛使用。橡胶沥青的弹性恢复性能随着橡胶粉的掺量的增加而显著提高，但掺量超过20%后，其弹性恢复增加的幅度减小。表2—10为以上18种沥青测定的弹性恢复指标。

表2—10 两种胶源橡胶粉改性沥青的弹性恢复试验结果

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胶粉粒度 40目 80目 120目 0% 5% 18.4 — — — 25.8 36.2 子午胎 10% 38.0 39.0 42.6 20% 52.5 61.3 54.3 5% 43.7 38.8 35.0 斜交胎 10% 50.4 59.6 56.7 20% 62.7 61.2 60.9 从弹性恢复的实验结果看，橡胶粉的掺入大大改善了橡胶沥青的弹性恢复性能，掺量的增加能显著提高橡胶沥青的弹性恢复性能。

2.3影响橡胶沥青性能的因素

废胎胶粉对沥青的作用既有物理作用又有化学作用，从而大大改善了沥青的高温性能、低温性能和弹性恢复性能。橡胶沥青的形成机理比较复杂，因而影响其性能的因素也就特别多，如2—11图所示。综合分析影响橡胶性能的因素，可以将其分为两大类:一类是材料因素，具体包括废胎胶粉的因素、基质沥青的因素，废胎胶粉的掺配比例和外掺剂等；二是加工因素，如拌合工艺、反应温度和时间等。本节将对其中的一些因素进行分析。

废胎胶粉因素 基质沥青因素 橡胶沥青的影响因素 材料因素 剂量因素 外掺剂因素 拌合工艺 加工因素 反应时间 反应温度

图2—11 影响橡胶沥青品质的主要因素

2.3.1废胎胶粉的因素

废胎胶粉是橡胶沥青的基本组成成分之一，对橡胶沥青的影响主要体现在废胎胶粉的种类、目数和掺量等因素。下面结合大量相关试验介绍废胎胶粉的种类、目数和掺量对橡胶沥青性能的影响。

1．胶粉的种类对改性沥青性能的影响

两种胶粉均以相同的用量(20% )对沥青改性,改性沥青的性能列于表2—12。

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表2—12 胶粉种类对改性沥青性能的影响

胶粉种类 未改性 胎胶粉 鞋胶粉 46 72 75 软化点(℃) 25℃ >150 25.7 25.5 延度 5℃ 4.5 11.6 8.1 针入度(0.1mm) 57 33 33 弹性恢复（%） 10 87 80 从表1可见两种胶粉均对沥青表现出优良的改性效果。软化点和弹性恢复均显著增加,针入度和25℃延度下降,但5℃延度增加。这表明经胶粉改性后,沥青的耐高低温性均得到了改善。相比较而言,胎胶粉比鞋胶粉在低温延度(5℃)和弹性恢复方面的改性效果略好。

2.胶粉的目数对橡胶沥青性能的影响

将不同粒径胶粉用于沥青的改性,在胶粉用量为10%时改性沥青的性能，如表2—13 所示。

表2—13 胶粉粒径对改性沥青性能的影响

胶粉粒径 未改性 30目 40目 60目 80目 软化点(℃) 46 60 61 57 56 延度(25℃)/cm >150 20.3 21.2 28.0 33.2 针入度(25℃)/0.1mm 57 43 41 50 52 弹性恢复（%） 10 78 74 71 67 表2表明:胶粉的粒径不同,对沥青的改性结果有一定的差异。粒径大的胶粉对沥青的软化点、弹性恢复的改善效果较好,而粒径小的胶粉对沥青的延度的提高更为明显,沥青针入度的降低也较小。这是因为胶粉越细,在沥青中溶胀越容易,对提高沥青的延度和针入度有利,但若胶粉在沥青中溶胀性有限,则过细的胶在沥青中将难以形成骨架结构,会使沥青的弹性恢复减弱,并在温度升高时易流动变形,即软化点会降低。由此可见,对沥青改性而言，并非胶粉越细越好。

3.胶粉掺量对橡胶沥青性能的影响

两种胶粉以不同用量分别对沥青改性,橡胶粉改性沥青的性能随胶粉用量的变化如图2—14，图1～图4分别是胶粉用量对软化点、延度、针入度和弹性恢复的影响。

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图1 胶粉用量对软化点的影响 图2 胶粉用量对延度的影响

图3 胶粉用量对针入度的影响 图4 胶粉用量对弹性恢复的影响

图2—14 胶粉用量对橡胶粉改性沥青性能的影响

结果表明:两种胶粉对沥青的软化点、延度、针入度和弹性恢复的影响规律是基本相同的,即胶粉用量在20% 以下时,沥青软化点与胶粉用量呈线性增加,此后增加速度减缓;延度随胶粉用量增加而下降;针入度在胶粉用量20%以内时,呈线性降低,随后基本稳定;弹性恢复在胶粉用量为10% 以内时,增加速度很快,继续增加胶粉量,则增加较少,特别是在胶粉用量达20% 以上时,弹性恢复不再增加。胎胶粉对弹性恢复的提高更为明显,在相同用量条件下,改性效果更好。 2.3.2基质沥青的品质

试验研究表明基质沥青品质的不同，相同掺量的橡胶沥青的品质也不一样，说明基质沥青对橡胶沥青的性能有一定的影响。表2—15为两种胶粉在相同用量下对3基质沥青改性后性能测试的结果。

表2—15 沥青的品质对胶粉改性沥青性能的影响

沥青种类 软化点(℃) 针入度(25℃)/0.1mm 延度(25℃)/cm 弹性恢复（%） 共 69 页 第 19 页

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A B C 61 57 52 43 50 103 21.2 24.0 53.0 63 65 76 从表3可以发现,基质沥青对胶粉改性沥青的性能有很大的影响,在用相同种类和用量的胶粉改性后,3种沥青的软化点提高幅度相近(14～15℃),但针入度、延度和弹性恢复有明显差异。C沥青改性后不仅保持了较高的针入度,同时其延度和弹性恢复也明显优于其它两种沥青的改性结果。显然,这种差异与基质沥青的性能有关,C沥青改性前,软化点较低,针入度很大,表明其组成中轻质组份(油份、树脂质)含量高,在改性过程中轻组份对胶粉有很好的溶胀性(图2—15),从而使胶粉对沥青有更好的改性作用。

图2—16 胶粉改性沥青的显微照片

2.3.3外掺剂的影响

胎胶粉改性A 沥青荧光显微照片（×300） 胎胶粉改性B沥青荧光显微照片（×300）

废胎胶粉和沥青都是惰性物，为了促使两者之间的反应，常在橡胶沥青中掺加一定比例的添加剂或改善废胎胶粉的活性，以增强废胎胶粉和沥青的反应，是废胎胶粉更容易分散在基质沥青中，充分发挥其优良的性能。另外，为了某种特殊的路用性能，满足特定的需要还可以添加一些针对沥青的改性剂。

目前国内外橡胶沥青中的添加剂种类主要有以下几种：（1）活化剂（苯酚二硫化物）、优质芳烃油、松香丁苯橡胶和溶剂等；（2）采用重油剂和脂肪酸等与废胎胶粉混合后再与沥青反应；（3）还有成批生产的活性废胎胶粉。

表2—17为采用一种芳香烃添加剂，按照不同的比例掺加到橡胶沥青中后进行有关试验的结果汇总。

表2—17 掺加添加剂1的橡胶沥青指标

沥青品种 黏度（pa .s） S(mm) 测力延度 F(N) W（J） S(mm) F(N) W（J） 共 69 页 第 20 页

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温度（℃） 90号+21@ 90号+21@+0.5% 90号+21@+1% 90号+21@+2% 175 160 145 135 130 10 5 6.29 — 10.21 28 36 190 33 4.665 133.5 92.5 10.08 — 5.3 — — 16 176.5 26 3.08 120 57 4.875 — 5.86 — — 24 185 27 3.71 139.5 54 5.435 — 6.8 — — 32 176.5 26.5 3.505 124.5 74.5 6.665 从表中可以看出，在掺入添加剂后，橡胶沥青的高温黏度以及测力延度结果都显著降低。但是当添加剂掺量逐渐增加后，其黏度和测力延度结果又逐渐增加，这说明添加剂掺量并不是越多越好，应根据工程需要进行试验，应确定最佳的比例。 2.3.4搅拌工艺的影响

橡胶沥青的改性机理和普通高聚物改性沥青最大的不同在于橡胶沥青的改性剂颗粒较大，在改性成品中颗粒还会溶胀变大，而且胶粉颗粒还具有较高的韧性和弹性，为了使胶粉均匀分布在橡胶沥青中，因此在高温下胶粉颗粒和沥青反应时应采用搅拌工艺或剪切工艺。表2—18对比了高速剪切和简单搅拌工艺对橡胶沥青常规指标的影响。

表2—18 高速剪切与普通搅拌工艺的对比

编号 软化点）（℃） 15℃延度（cm） 15℃针入度（0.1mm） 25℃针入度（0.1mm） 60.0 40.3 35.8 38.8 57.0 38.7 19.0 16.5 16.3 17.3 24.5 16.0 150.0 17.5 19.5 20.5 35.0 14.5 70号基质沥青 47.0 53.3 60.3 57.2 55.3 66.0 80+10M 80+17M 8+17J 80+24M 80+24J 共 69 页 第 21 页

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30℃针入度（0.1mm） PI 单搅拌）

101.0 -1.25 67.0 -0.05 59.0 0.57 61.0 0.66 88.2 0.52 52.2 0.95 注：编号说明:80（胶粉目数）+10（添加剂量）M（工艺，M为高速剪切，J为简从表中可以看出，当掺量为17%时，两种工艺指标相差不大，但当掺量达到24%时，高速剪切的各项指标却明显下降，甚至还比不上17%掺量时的指标。从而得出，搅拌工艺的作用是使胶粉在沥青中分散均质，因此对橡胶沥青而言，最节约、最实用的搅拌工艺是简单搅拌和低速剪切。搅拌的速率需由试验确定，以达到使废胎胶粉在沥青中更好分散为目的，其一般与废胎胶粉的产量也有以一定的关系。 2.3.5反应温度的影响

反应温度是影响橡胶沥青一个重要的参数。在橡胶沥青加工过程中，反应温度直接决定着橡胶沥青的性能。一般来说，沥青的温度越高，黏度越小，废胎胶粉在沥青中越容易分散，也容易溶胀，橡胶沥青的黏度升高；但反应温度越高，沥青老化越严重。同时在高温下，废胎胶粉脱硫反应增强，橡胶沥青黏度降低。表2—19为一组不同加工温度下橡胶沥青的老化试验结果。表2—20中为不同反应温度下生产的橡胶沥青的黏度变化情况。

表2—19 不同加工温度下的沥青指标

不同加工温度（℃） 170 180 200 220 240 48 40 43 56 56 57 59 78 62 109 129 95 102 62 5.80 5.74 6.52 5.88 6.31 0. 8 0.07 0.11 0.14 0.06 40 38 39 50 46 61 18 61 40 60 77 59 — 58 85 138 159 112 — 109 1.96 5.09 6.03 — 5.59 84.7 95.8 90.1 88.4 83.0 106.4 103.4 98.4 104.5 105.5 23.5 64.5 73.7 — 51.7 针入度软化（℃） S老化前 延度（5℃） FW （mm） （N） (J) 质量损失针入度老化后 软化（℃） S 延度（5℃） FW(J) （mm） （N） 老化后/老化前 针入度比（%） 软化点比(%) 延度比(%) （0.1mm） 点（%） （0.1mm） 点61 105 57 102 55 164 表2—20 不同加工温度下的黏度（Pa .s） 不同加工温度（℃） 50%扭矩黏度 不同加工温度（℃） 50%扭矩黏度 共 69 页 第 22 页

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170 180 200 0.789 0.958 0.723 220 240 0.849 0.581 综合两个表的试验结果可以看出：180℃—200℃加工的橡胶沥青黏度比较高，同时抗老化性好于170℃和240℃加工的橡胶沥青。以上试验结果表明，橡胶沥青的加工温度并不是越高越好，也不是越低越好，而是存在一个合理的范围。根据现有试验结果，橡胶沥青的合理加工温度应控制为180℃—200℃。 2.3.6反应时间的影响

除了反应温度外，反应时间是直接影响橡胶沥青的另一个重要的因素。大量试验结果表明，在高温下橡胶沥青的反应时间越长，橡胶沥青的高温性能会降低。图2—21、2—22、2—23、2—24为橡胶沥青的黏度、软化点、针入度、弹性恢复等主要性能参数随反应时间的变化外而变化的关系曲线。

1cp=1×10-3pa.s

图2—21 常温法废胎胶粉在190℃条件下反应的黏度—反应时间曲线

图2—22 常温法废胎胶粉在190℃条件下反应的针入度—反应时间曲线

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图2—23 常温法废胎胶粉在190℃条件下反应的软化点—反应时间曲线

图2—24 常温法废胎胶粉在190℃条件下反应的弹性恢复—反应时间曲线 由上面的图可知，反应时间对黏度、软化点、针入度、弹性恢复等都有显著的影响，且影响规律与普通沥青不一致。

结合大量的室内试验和现场施工研究结果分析，可以得到以下一些结论： 1.橡胶粉的掺入能改善沥青的高温性能，对沥青的软化点、当量软化点、黏度等高温性能指标都有显著的改善。

2.橡胶粉的掺入对沥青的低温性能改善显著，随着橡胶粉掺量的增大，橡胶沥青5℃延度显著提高，当量脆点显著降低。

3.在薄膜烘箱老化情况下，橡胶沥青的前后沥青指标的差别都比基质沥青小，综合分析可以认为橡胶沥青的抗老化性能比基质沥青有所提高。

4.橡胶粉的掺入大大改善了沥青的弹性恢复性能。

5.总体来说，斜交胎橡胶粉改性沥青明显好于子午胎橡胶粉改性沥青。

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6.反应温度直接影响着橡胶沥青的性能，对橡胶沥青的黏度影响更显著。 7.搅拌工艺对橡胶沥青的性能影响显著，只有好的搅拌设备和工艺，才能生产出均匀、合格的橡胶沥青。

2.4橡胶沥青的优点及其应用

2.4.1橡胶沥青的优点

与普通的改性沥青相比，橡胶沥青中掺加了橡胶粉，提高了胶结料的黏度和路面使用温度下的弹性、降低了路面的温度敏感性并且在低温性能不降低的情况下改善了抗变形能力和抗疲劳开裂的性能，因此橡胶沥青（AR）具有以下优点：

1.优异的抗疲劳性提高路面的耐久性能；

2.由于胶结料含量高、弹性好，提高了路面对疲劳裂缝、反射裂缝的抵抗能力；

3.较强的低温柔韧性减轻了路面的温度敏感性；

4.因为胶结料含量高、油膜厚以及轮胎中含有抗氧化剂，故提高了道路抗老化、抗氧化能力；

5.优异的抗车辙、抗永久变形能力；

6.由于道路的耐久性得到提高，使得道路的养护费用显著降低； 7.大量使用废旧轮胎，既节约了能源，也有利于环境保护；

8.橡胶中的炭黑能够使路面黑色长期保存，与标线的对比度高，提高了道路的安全性；

9.橡胶沥青用于沥青混合料时，由于施工厚度薄，施工迅速，缩短了施工时间。

2.4.2橡胶沥青的应用

由于橡胶沥青具有以上的优点，因此在公路工程中被大量使用。在实际应用中，橡胶沥青不但可以与集料、矿粉拌合，生产橡胶沥青混凝土，还可以应用于应力吸收层（SAM）、应力吸收中间层(SAMI)、碎石封层（CHIP SEAL）、路面防水材料（TACK COAT）和填缝料等。近年来在高等级公路养护中，也开始大量使用橡胶沥青。

下面简单介绍橡胶沥青在实际工程中的几种应用。 1.吸收层（SAM）

橡胶沥青作为应力吸收层是由于其具有良好的抗反射裂缝能力和良好的防水性，因而广泛用于路面结构表面及路面结构层中，现在也用于高等级公路路面的养护。在作为应力吸收层时，橡胶沥青和其它改性沥青一样，但其用量一般偏大，采用高粘度的沥青洒布车施工。表2—24为橡胶沥青作为表面应力吸收层时沥青表面处置材料和用量。

表2—24 沥青表面处置材料规格和用量

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沥青种类 石 油 沥 青 类型 厚度 集料（m3/1000m3） 层 量 用量 S12 7—8 S12 7—8 S12 7—8 层 用量 沥青用量（kg/m2） 层 层 层 用量 （cm） 第一层 第二第三第一第二第三合计规格用规格规格单层 1.0 1.5 双层 1.5 2.0 2.5 三层 S12 7-9 S10 12—14 S10 12—14 S9 16—18 S8 18—20 1.0-1.2 1.4-1.6 1.4-1.6 1.6-1.8 1.8-2.0 1.0-1.2 1.0-1.2 1.0-1.2 1.0-1.2 1.4-1.6 2.4-2.8 2.6-3.0 2.8-3.2 2.吸收中间层(SAMI) 沥青作为应力吸收中间层，可直接铺设在原有路面上，再铺设该功能层，然后铺设抗滑表层或在老路面上铺设调平后，再铺设该功能层，然后再铺设表面抗滑层。铺设这个功能层的主要目的是延缓原有沥青路面的裂缝反射到表面，同时加强新铺筑的沥青路面与原有路面的粘结，防止路表水渗透到路面结构内部。

3.沥青热拌合摊铺路面

橡胶沥青热拌合材料，主要用于开级配抗滑表面(ARFC)和间断级配路面(ARGAP)。 橡胶沥青热拌和摊铺路面的设计、施工过程以及施工设备和检测与传统沥青或改性沥青没有太大的差别,但由于橡胶沥青粘度高和使用温度高达190℃，故在路面设计和施工中, 还需注意以下几点：使用橡胶沥青路面厚度比传统沥青约减薄50%（表2—25）开级配或间断级配。由于胶轮压路机速度快压实宽度大高温下不粘轮,揉搓作用明显，宜用胶轮压路机进行初压和复压,终压采用钢轮压路机压实以消除轮迹。

4.材料

由于橡胶沥青具有良好的粘结性、弹性和对高低温的适应性，所以常被填缝材料。

表2—25 橡胶沥青路面等效厚度 结构等价厚度(mm) 共 69 页 第 26 页

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密集配沥青黏结料 45 60 75 90 沥青橡胶拌合-间断级配 沥青橡胶拌合-间断级配 置于应力吸收膜夹层上 30 30 45 45 —— —— 30 45

第三章 橡胶沥青的制备工艺研究

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3.1橡胶沥青的作用机理

废橡胶粉具有多种有效的化学成分，这些成分在高温条件下与沥青作用会产生某种程度的相互作用和反应，其反应过程非常复杂。

目前，关于聚合物加入到沥青中后反应的机理主要有以下三种学说，即物理共混学说、网络填充学说和化学共混学说。

物理共混学说，是指聚合物加入到沥青后，聚合物的分子受到沥青组分中芳香烃、饱和烃的作用而发生溶胀和溶解，均匀地分散在沥青中形成共混体系。在物理共混中没有发生化学作用，仅仅是物理作用而已。其要求聚合物和沥青要有较好的相容性、溶解性和分散性，以达到较好的物理混合。

网络填充学说是指在聚合物加入到沥青中后，聚合物分子受到沥青中油分和芳香分的作用而被分开，发生溶胀作用和部分溶解过程，然后是扩散或溶胀团粒的分散过程，聚合物以微粒或丝状随机均匀地分布在沥青基体中。聚合物分子自由基相互结合和交联，形成松弛的网状结构存在于沥青基体中。由于聚合物和沥青各自形成连续的网络结构而相互贯穿，在流动时，只能处于介稳定状态，随着温度的下降，沥青和聚合物的黏度变大，一直成为半固体或固体。这种互穿的网络结构则保存了下来，从而增加了聚合物分子的可流动性，使沥青呈现出很好的塑性和弹性。

化学共混学说是指在沥青中不仅有烷属烃、烯属烃和芳香烃，还含有极性和非极性化合物，存在着羟基、脂基等有机官能团，可以和许多物质发生化学反应，产生化学交联或化学合成，生成新的化学键的结合。

废轮胎粉和沥青在高温下共混合成橡胶沥青。废轮胎粉与沥青之间的作用十分复杂，这些学说所论及的废轮胎粉和沥青的相互作用，在其共混过程中都有可能存在，只是程度不同而已。

废胎胶粉改性沥青的性能来自于胶粉与沥青的相互作用。废胎胶粉与沥青的相互作用既存在物理改性又存在化学改性。物理改性主要体现在废胎胶粉的溶解、废胎胶粉吸附溶胀、废胎胶粉颗粒的增强与填充作用；化学改性体现在相互作用后各自成分的变化(废胎胶粉的脱硫、解聚和沥青的胶体结构变化)及物质交换造成的成分变化(废胎胶粉内化学物质进入沥青后对沥青的作用)。 3.1.1 物理改性作用

(1)相容性改性

荧光显微镜图像(如图3．1左)表明，废胎胶粉在沥青分布是细分布，由于吸附轻组分发生部分溶解，在颗粒表面形成沥青质含量很高的凝胶膜。废胎胶粉颗粒通过凝胶膜连接，形成一个粘度很大的半固态连续相的体系，从而使沥青性能得到改善。

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图3.1胶粉改性沥青荧光显微图像

(2)溶胀性改性

荧光显微镜图像(如图3．1左)表明，废胎胶粉加入沥青后，在高温及机械力的作用下，胶粉吸收了沥青中轻质油分子，胶粉颗粒逐渐软化，网状结构逐渐被撑开．部分交联点及分子链发生断裂，上述过程称为橡胶颗粒的“溶胀”。溶胀部分恢复了生胶的性质，橡胶颗粒重新具有一定的粘性，并由原来的紧密结构变成相对疏松的絮状结构，制备后的溶胀橡胶颗粒能够较均匀地悬浮分散在沥青中。

基质沥青也因部分油分被吸收而变得黏稠；这种混溶改性材料不仅保持了基质沥青材料的主要物理力学性质和恢复橡胶材料部分生胶的粘性和可塑性，而且两者的共同作用也改变了基质沥青材料的物理特征、粘结性、感温性和耐久性，产生了改性效果。

(3)废胎胶粉的颗粒增强及填充作用

荧光显微镜图像(如图3．1右)表明，废胎胶粉粒子在胶粉改性沥青体系中起着增强作用：废胎胶粉颗粒体积小，数量多，在低温时它们与沥青基体的模量不同，可产生高度的应力集中，诱发大量银纹和剪切带，银纹和剪切带的产生和发展消耗大量的能量，而较大的橡胶粒子能防止单个银纹的生长和断裂，使其不至于很快发展为破坏性裂纹，改善沥青的低温柔韧性。同时，一定掺量下，粗的废胎胶粉颗粒可以形成骨架结构，从而可以提高沥青的弹性恢复能力。 3.1.2化学改性作用

如图3.2，沥青改性前后红外光谱(IR)产生了变化，说明了胶粉存在化学作用。胶粉的化学改性作用表现为：

(1)废胎胶粉的脱硫和解聚

与溶胀过程同时发育的还有胶粉颗粒的脱硫和橡胶分子的降解过程。在高温搅拌条件下，橡胶体型网状大分子结构适度氧化解聚，变成大量的小体型网状结构和少量

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链状物，从而获得部分塑性和粘性，但同时也失去部分原有橡胶的弹性。

图3.2胶粉改性沥青红外光谱图

(2)沥青胶体结构的变化

废胎胶粉的加入能吸附沥青中的轻组分，沥青中与胶粉结构相似的轻组分(主要是油蜡)经过渗透，扩散进入橡胶网络，使胶粉溶胀，从而有效地降低游离蜡含量，组分的变化使得高蜡含量的沥青从溶胶结构变为溶—凝胶型结构。

(3)废胎胶粉化学物质对沥青的改性

废胎胶粉是由弹性体(天然橡胶和人工合成橡胶)、硫化剂(硫、过氧化物等)、硫化活化剂(硬脂酸等)、充填物、增固剂(炭黑)、油分、增颦剂和添加剂(抗氧化剂，抗臭氧剂等)组成。在与沥青的高温混溶过程中，部分胶粉颗粒会经历解聚和脱硫过程，胶粉颗粒会与沥青发生物质交换，橡胶颗粒中的硫、炭黑、氧化硅、氧化铁等活性物质进入沥青胶体体系中，起到改善沥青温度敏感性、低温性能及耐老化性能的作用。

3.1.3改性机理物理模型

根据以上分析，建立废胎胶粉改性沥青改性机理的物理模型(如图6．3)。借助此物理模型，废胎胶粉改性沥青的改性机理如下：

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图3.3改性机理物理模型

废胎胶粉加入沥青后，吸收沥青的轻组分而溶胀。废胎胶粉不断溶胀的同时，其表面的高分子链段可以扩散到沥青中，也有少数残链高分子和链长度较短的高分子脱离废胎胶粉而溶解于沥青中。扩散到沥青中的高分子链被沥青中起溶剂作用的沥青轻质组分所饱和，同时，这部分起溶剂作用的沥青轻质组分进入了废胎胶粉的高分子网络。扩散到沥青中的高分子链和起溶剂作用的沥青轻质组分构成了界面层。在分子力长程效应下，界面层的外围吸附了沥青中的胶质形成界面过渡层。界面层与沥青中胶团(沥青质和胶质)的外层胶质有亲和作用。这样，在高温下，由于沥青中分子热运动的作用，使沥青中的胶团与废胎胶粉表面的界面层通过界面过渡层紧紧的结合为一体。在胶粉表面结合处(节点)，胶团填补了废胎胶粉的网络结构，从而形成了废胎胶粉和沥青连续或相互交错的三维空间网络结构。

三维空间网络结构的“节点”在沥青中形成局部应力吸收中心，当外力作用时，先在网络“节点”周围产生应力剪切银纹，应力要克服网络“节点\的阻滞才能作用到沥青分子，表现出高温变形受阻和低温松弛能力的加强，从而改善废胎胶粉改性沥青的高温和低温性能。

值得注意的是：(1)上述改性沥青形成的三维空间网络结构是在废胎胶粉“合 理掺量¨隋况下，胶粉粒子缩短间距，使众多粒子通过界面层的长程效应而协同作用，形成成本—效能比最低的较好改性效果；(2)从废胎胶粉改性沥青的红外光谱上看，废胎胶粉的改性大多为物理改性，因此，三维网络结构的“节点”，它们之间的联系多由范德华力来缔结。范德华力是比化学键小得多的力，因而靠范德华力缔结的结构是比较脆弱的，因此废胎胶粉改性沥青不是稳定体系，其性

能品质呈现很强的时间依赖性与温度依赖性，长时间和高温下的储存都是不利的。 3.1.4废胎胶粉在沥青混合料中的机理分析

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以上均为由橡胶粉沥青混合料湿法工艺制备的胶粉改性沥青的机理研究。实际上橡胶粉沥青混合料有两种生产工艺：一种是湿法工艺，另一种是干法工艺。湿法工艺是指将废胎胶粉或颗粒与沥青混炼或混合形成橡胶沥青，然后作为黏结剂再与矿料拌和的工艺；干法工艺则是指将废胎胶粉与集料先行拌和共混后再喷入沥青混合料的工艺。

不论废胎胶粉以单独状态(干法)或以橡胶沥青状态(湿法)加入到沥青混合料中，均使得沥青混合料由一般的两相混合物(沥青和矿料)，转变为三相混合物(沥青、矿料和废胎胶粉)。由于混合料物相的变化，使得混合料技术性能发生了改变。其中的核心问题是废胎胶粉在沥青混合料中的作用机理。

废胎胶粉在沥青混合料中的作用机理与废胎胶粉与沥青的作用机理紧密相关。由于单独的废胎胶粉和矿料之间不能有效黏结，需要通过沥青介质将两者形成一个整体。因此无论是干拌工艺还是湿拌工艺，废胎胶粉在高温拌和过程中均会与沥青产生一定程度的反应。

之前介绍的废胎胶粉在沥青中产生了溶胀反应，废胎胶粉颗粒的体积增加若干倍，沥青中的轻质组分减少，沥青变得更加黏稠。这将导致沥青混合料产生两种性能变化：一是混合料弹性增加，二是混合料中沥青的用量增加。

混合料弹性的弹性增加是由于废胎胶粉本身具有弹性。弹性的增加可以缓解汽车荷载对路面的作用，从而达到改善路面的受力状态、延长使用寿命的目的，同时可以大大降低路面行车荷载的噪声，成为一种低噪声路面。这两点是国际上公认的橡胶沥青混合料的两大技术特点，其原理是混合料的“弹性增加”。另一方面，混合料的弹性程度并不是越大越好，超过某一界限时，就会造成混合料碾压不实、容易松散。为了避免这种现象的产生，废胎胶粉掺加的数量、类型需要进行选择，对于混合料的级配应选择断级配，而不宜选择连续级配。

沥青混合料因胶粉的掺加，需增大沥青用量，否则矿料表面的沥青膜将会减薄，影响混合料的耐久性。两种工艺，混合料的油石比都会不同程度的增大，相比较而言，湿拌工艺的沥青用量略高于干拌工艺，因为湿拌工艺时废胎胶粉与沥青反应更为充分。

对于干拌法工艺生产的沥青混合料，无论从反算、测试的胶粉密度，还是抽提后沥青性能的变化，都证明废胎胶粉对干拌法沥青混合料绝不是简单的物理填充作用H羽。湿拌法沥青混合料的沥青性能试验表明废胎胶粉对沥青的改性作用是客观存在的，但从微观照片和密度测试中，仍能看到废胎胶粉在橡胶沥青中单独存在的影子。因此，不宜以简单的物理、化学作用区分干拌法和湿拌法中废胎胶粉对沥青混合料的作用机理，相比较而言，干拌法沥青混合料的物理作用多一些，湿拌法的化学作用会明显一些。

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总之，废胎胶粉在沥青混合料中的作用是比较复杂的，概括起来分为物理作用和化学作用两方面，正是在这种双重作用下，使得废胎胶粉沥青混合料的受力特性发生了变化，赋予了废胎胶粉沥青混合料良好的降噪性能、减薄路面厚度的作用、抗高温性能和重载性能、抗疲劳性能。

本节对废胎胶粉和沥青的相互之间的物理、化学改性作用进行了分析，建立 了改性机理模型，并对废胎胶粉改性沥青的改性机理进行了阐述，并进一步探讨分析了废胎胶粉在沥青混合料中的作用机理。主要结论如下：

(1)废胎胶粉改性沥青的性能来自于胶粉与沥青的相互之间的物理、化学改性作用，物理改性主要体现在废胎胶粉的溶解、废胎胶粉对吸附溶胀、废胎胶粉颗粒的增强与填充作用：化学改性体现在相互作用后各自成分的变化(废胎胶粉的脱硫、解聚和沥青的胶体结构变化)及物质交换造成的成分变化(胶粉内化学物质进入沥青后对沥青的作用)。

(2)废胎胶粉改性沥青的改性机理可以解释为，沥青中的芳香分、饱和分等轻质组分被胶粉吸附到其高分子网络中，使胶粉发生溶胀。同时，其表面的高分子链和溶解其的沥青轻质组分在胶粉表面形成界面层，界面层吸附沥青中的胶质形成界面过渡层。通过界面过渡层，界面层对胶团中的胶质吸附使胶团填充于胶粉的网络结构，形成废胎胶粉和沥青连续或相互交错的三维空间网络结构。网络结构的节点可使沥青高温变形受阻和低温松弛能力加强，从而改善废胎胶粉改性沥青的高温和低温性能。

3.2橡胶沥青的制备方法

利用废胶粉改性石油沥青是解决废旧轮胎和橡胶制品回收利用问题的一个方向。橡胶粉在铺设路面、建筑物屋顶防漏敷料和各种防腐蚀密封胶方面获得了广泛应用。

聚合物沥青混合料(ПБК) 的性能决定于分散相粒子的尺寸和在沥青基质中的用量。当聚合物的用量最适宜、分散最好时, 聚合物沥青的物理机械性能指标也最好。在聚合物粒子的尺寸不大时, 分散相对混合料中的不可逆变形后产生轻微的影响, 当粒子尺寸增大并超过临界值时, 聚合物沥青混合料将出现分层倾向。

实践证明, 由于橡胶颗粒比较大，胶粉难以在沥青的烃基质中溶解, 因此, 沥青的溶解能力差。橡胶沥青的制备方法也影响了混合料的流变性能, 胶粉塑化的难度也较大, 所以, 目前对用硫化胶改性沥青的兴趣已大大减弱。

橡胶沥青的制备加工与一般的改性沥青的制备加工既有相似之处，也有明显的不同。两者都需要有专门的加工设备，在加工过程中均需要一定的反应过程。但由于橡胶粉与沥青反应的特殊性，在制备加工中，对加工高温度和加工方法、反应时间尤需强调。橡胶沥青的常用制备方法有湿法、干法和混合法三种，每种方法都有自己的特点和设备。

1.湿法

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湿法，即McDonald法。这是将CRM先在160℃—180℃的热沥青中拌和2小时，制成改性沥青悬浮液，所得到的混合物称为沥青橡胶（asphalt rubber），然后拌入混合料中。同济大学及江西、湖北、杭州的公路部门曾用来铺筑沥青混凝土磨耗层作养护或罩面，剂量一般为沥青的6%—15%。如果橡胶粉剂量太多，改性沥青的粘度太大，泵送有困难，所以从技术、经济的角度出发，橡胶粉的用量不宜超过沥青质量的20%。当橡胶粉改性沥青是使用于应力吸收膜时，橡胶粉剂量宜为25%—32%。

湿法制备改性沥青的工艺比较简单，不过改性效果与胶粉的细度关系很大，粒度越细，越易拌和均匀，且不易发生离析、沉淀现象，有利于管道输送或泵送。橡胶粉与沥青混溶过程中，可加入适量的活化剂，如多烷基苯酚二硫化物等，但量不能太多，否则会造成橡胶过度裂解，反而影响橡胶改性沥青的质量。据国外资料，如果将橡胶粉先经少许重油浸泡融涨，再与沥青混融，将有利于胶粉在沥青中的分散，提高改性沥青的效果。 2.干法

干法，即Piusride法。这是CRM直接喷入拌和锅中拌和而制备废胶粉改性沥青混合料的方法（剂量为混合料的2%—3%），所得到的混合料称为橡胶改性混合料，交通部重庆公路研究所曾与重庆市合作用来铺筑了试验路。上海交通轮胎翻修厂将废橡胶粉经活化处理制成活化胶粉，掺入沥青中，使之与沥青结合更为紧密，效果更好，但价格偏高，未在工程上应用。美国明尼苏达州在干法生产改性沥青时，橡胶粉的颗粒超过6mm，但对改性沥青的效果并不明显，仅仅是为了处理废橡胶轮胎。

3. 混合法

混合法是干法和湿法的混合方法，是先将废旧轮胎磨制成细胶粉,再将细胶粉与基质沥青混合、搅拌得到橡胶沥青；采用断级配集料,将集料进行筛分得到粗、细集料;胶粉与粗、细集料混合、搅拌均匀后加入橡胶沥青搅拌,最后加入矿粉搅拌混合制得产品。该方法结合了干、湿两种工艺,达到充分利用废旧轮胎和改善路用性能的目的;同时,沥青与沥青混合料的高、低温性能得到大幅改善,路面使用寿命延长,噪声降低。

一般来说，湿法橡胶粉改性沥青常用于填缝料、封层（应力吸收膜），也可用于热拌沥青混合料。干法的仅用于热拌沥青混合料。据报道CRM对沥青路面的高低温性能均有所改善，但日本专家认为，在日本，橡胶粉改性沥青路面的成功与失败大概各占一半。之所以失败，主要是橡胶粉使路面有弹性，碾压比较困难，由于压实不足使空隙率增大，所产生的负面影响抵消了橡胶粉改性沥青的效果。

近来，用湿法生产沥青橡胶的工艺又有了重大的改进，即橡胶粉混入沥青以后，不仅仅是简单的机械搅拌，而且还要通过高速剪切装置，如胶体磨的加工。由于橡胶粉在加工过程中得到了进一步的溶胀和粉碎，在沥青中的分散更加均匀，因而有更好

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的改性效果。

湿法橡胶改性沥青的生产，利用胶体磨的工艺，使它有可能与其他聚合物改性沥青混用，例如与SBS、PE、EVA等等混用成为综合改性沥青，这对于提高改性沥青的性能，更有效的使用废橡胶粉有很大的好处。不过，混进若干废橡胶粉以后，改性沥青的质量评价方法就必须考虑。因为，掺加的废橡胶粉是无论如何也粉碎不到像聚合物改性剂那样细的，因此对延度、软化点、弹性恢复等等反而有所降低。

3.3橡胶沥青的设计和制备工艺

在橡胶沥青生产过程中，由于在高温条件下，橡胶粉与沥青一直处于反应的不稳定态，为了确保橡胶沥青的生产质量，橡胶沥青的设计和制备工艺都有严格的要求。由于橡胶粉颗粒比较大，不会溶解在沥青中，常用于改性沥青加工的胶体磨设备并不适合橡胶沥青的生产。因此，国内外一般采用剪切和搅拌的工艺进行加工。本节将主要介绍橡胶沥青的设计和加工工艺。 3.3.1橡胶沥青的设计

与其它改性沥青生产一样，为了满足工程需要，橡胶沥青生产之前需要进行必要的结合料设计，又称配方设计。配方设计对提高橡胶沥青的性能有巨大的帮助，同时，基本每个项目都要根据不同的使用要求和原材料情况进行结合料的设计。

橡胶沥青结合料设计应与当地气候状况和交通水平相适应,根据美国加州运输部橡胶沥青特别条款要求,在开始施工的两星期前承包商应将橡胶沥青胶结料配方(规定指标的试验和原材料试验结果及橡胶沥青样品) 提交质监机构检验并批准。当前加州运输部橡胶沥青特别条款要求胶粉含量要达到总成品重量20 ±2% ,胶粉必须含有25 ±2%富含天然橡胶的胶粉和75 ±2%废轮胎胶粉,两种橡胶必须符合规定的物理化学要求,包括粒度、纤维含量和金属丝含量。废轮胎胶粉主要含有2mm～600μm的颗粒(No. 10～No.30筛孔) ,富含天然橡胶的胶粉要稍微细一些,通常为1.18mm～300μm。沥青改性剂为高闪点芳香烃化合物,胶粉要求按照沥青量的2.5%～6%掺加,AR—4000常作为基质沥青生产橡胶沥青。

大部分橡胶沥青生产后很快使用,但有时由于天气或其他因素影响施工,可能在高温下存放24小时,甚至更长,重要的是在使用时橡胶沥青性质要符合规范要求,特别是现场粘度,这就是说橡胶沥青性质随着时间变化应该保持相对稳定。结合料性质的稳定也有利于混合料生产、摊铺和碾压,因此一些承包商宁愿将他们用的不同的橡胶沥青设计在相对较窄的范围,例如2000～3000cP,以便在不同的工程上关键的施工操作能够按照一样的方式进行。

我国橡胶沥青生产之前，也同样应根据实际工程的技术要求进行相应的配方设计。比如:当橡胶沥青应用于应力吸收层、碎石封层或多空隙沥青混合料时，橡胶粉的颗粒可比较粗些，最大粒径达到10—20目；当其用于密实型混合料时，橡胶粉的粒

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径比较细，一般不超过30—40目。又如当采用AH-90号基质沥青加工橡胶沥青时，橡胶粉的掺量一般略高于AH-70号基质沥青的橡胶沥青。再如，当选用天然胶含量比较低的子午胎橡胶粉时，在相同的技术标准要求下，其掺量应高于天然胶含量较高的斜交胎胶粉。

根据我国工程特点，和国外橡胶沥青的生产经验，其配方设计需要确定的技术内容主要有以下几个方面:

1.橡胶沥青的技术指标； 2.基质沥青的标号及品质； 3.橡胶粉的品种、目数及掺量；

4.是否需要添加剂，以及掺加剂的品种和掺量； 5.橡胶沥青的加工时间和加工温度。

橡胶沥青配方设计的流程图共分为四步，如图3—4。

第一步为选择橡胶沥青的技术指标。根据工程的自然环境、交通特点和使用目的，选择橡胶沥青的技术标准。

第二部为材料配方选择。具体包括基质沥青、橡胶粉和添加剂3种材料，其中添加剂为选择性使用。基质沥青一般选用我国现行规范的AH-70号或AH-90号。橡胶粉主要包括斜交胎、子午胎粉的选择，橡胶粉目数范围的选择，橡胶粉掺加量的选择（一般不低于外掺的20%）。在实际工程中一般选择3—4种材料配方组合进行设计和技术比较，并从中选择一个最佳的配方组合。在选择材料配方是应考虑三方面的因素：一是橡胶沥青满足技术要求；二是工程造价经济；三是易于施工。

第三部为施工参数的选择，主要是加工温度和加工时间的选择。橡胶沥青的加工温度一般不低于160℃，且不超过210℃。加工时间一般为45min—2h。橡胶沥青的加工温度和时间的确定对其最终的品质有至关重要的影响。

第四步为橡胶沥青品质的验证。当用于应力吸收层或碎石封层等热洒铺工艺时，可直接检验生产的橡胶沥青的技术指标是否满足相关的技术要求，如不满足需要调整材料配方或施工参数。如用于混合料生产，则不仅检验橡胶沥青的品质，还需要进行相关的混合料试验检验。当一切检验合格后才可以确定橡胶沥青的材料配方和施工参数。

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图3—4 橡胶沥青设计流程图

3.3.2橡胶沥青的加工工艺

1. 工艺原理

1.1废旧轮胎橡胶粉主要化学成分是天然橡胶和合成橡胶，还有硫、炭黑、氧化钙、氧化铁、氧化硅等添加剂成分，以上这些都是良好的沥青改性剂。

1.2废胎胶粉和沥青在高温下共混成为橡胶沥青，橡胶粉和沥青产生化学反应和物理作用，使得橡胶粉溶胀，但橡胶粉不会溶解在沥青中，在经过长时间反应后，胶粉依然在沥青中稳定存在。

1.3废胎胶粉和沥青混合成为分散相共混结构，胶粉为分散相，沥青为分散介质，形成了废胎胶粉和沥青连续或相互交错的三维空间结构，使得橡胶沥青既具有了沥青介质的部分性能，也具有了废胎胶粉的部分性能。

2．制备工艺

橡胶沥青是通过一定的工艺设备制作出来的，其工艺过程随生产规模、工艺条件和设计思想不同而有所差别，但制作过程的基本原理是一致的。其一般加工流程图如图3—5。

将计量的热沥青和按比例计量的胶粉同时加入掺配反应罐内，而后加入添加剂1、添加剂2等，在这里混和溶胀，并进行搅拌、剪切和进一步加热。当这一混和物——橡胶沥青反应到一定时间后即可通过剪切泵打入成品存储发育罐内。橡胶沥青在发育罐内将继续搅拌、保温和进一步反应，并等待使用。

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图3—5 橡胶沥青加工流程图

图3—6 橡胶沥青生产过程图

橡胶沥青的一般工艺工艺流程包括原材料的准备、沥青和橡胶粉的预混合以及沥青反应三个过程。其生产过程如图3—6所示，加工工艺为：首先将橡胶粉与沥青（有些还掺加一定比例的添加剂）在一定温度条件下进行混合，其中基质沥青和橡胶粉是橡胶沥青加工的两种基本成分，而扩展油和聚合物则为辅助材料，在实际工程中可根据橡胶粉的技术性能和橡胶沥青的技术要求选择添加。橡胶粉和沥青在混合罐中通过

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高速剪切或搅拌方式经过短时间的初步预混（时间一般为1—2min），然后将混合物输送到反应罐中，在规定的时间和温度条件下进行反应，其间要不断监测橡胶沥青的品质（主要是黏度指标），当反应结束后，检验橡胶沥青是否满足有关技术要求（如表3—7），如果合格则可用于生产或施工，否则需要重新橡胶沥青的配比，进行进一步加工。

图3—7 橡胶粉改性沥青技术质量要求表

检测项目 针入度（25℃,100g，5s）Min（0.1mm） 针入度指数PI Min 延度（5℃,5cm/min） 软化点TRAB Min（℃） 活动黏度（135℃）Ma×（Pa*s） 闪点Min(℃) 溶解度Min(%) 离析，软化点差 Ma×（℃） 弹性恢复（℃） Min（%） 质量损失Ma×（%） 针入度比（25℃）Min（%） 延度（5℃）Min(%) 20 GB/T4508 JTJ052-93 橡胶沥青的设备和工艺是橡胶沥青制备的两个重要条件，图3—8为橡胶沥青的制备设备制备橡胶沥青的过程，其制备如下：

设备正式工作之前首先要热机，所谓热机就是把各动力系统运转起来，保持其良好的工作状态。然后启动加热装置，把所有接触到沥青的罐、管、阀等部件都升温到100℃以上，并保持各用热部位加热状态良好。为保证沥青橡胶生产工艺过程顺利进行，待用的基质沥青必须升温至200～220℃，把符合温度要求的基质沥青，按批量

1.0 60 GB/T5304 GB/T4509 JTJ052-93 JTJ052-93 70 - JTJ052-93 235 99 2.5 GB/T267 GB/T11148 - JTJ052-93 JTJ052-93 JTJ052-93 3 - JTJ052-93 55 GB/T4507 JTJ052-93 -0.2 30 - GB/T4508 JTJ052-93 JTJ052-93 质量指标 60 GB/T4500 分析方法 JTJ052-93 共 69 页 第 39 页

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计算值打入计量罐，此时准备工作即告完成。

生产过程可用手动操作，亦可用自动操作，但不管哪种操作，其工艺过程是相同的。设备启动后，将已称量的热沥青打入预混反应罐，与之同时把已称量的常温胶粉和计量的常温添加剂1也送入预混反应罐进行混合，混合后的沥青混合物将降温约40～50℃。在预混反应罐内搅拌器和加热管供热的作用下，胶粉就地溶胀，沥青混合物逐渐升温，黏度逐渐降低。经t1时间后，可以启动剪切机，对罐内的沥青混合物进行反复剪切。在温度+搅拌+剪切的作用下，经过t2时间后，胶粉将彻底（或基本）溶胀并溶解到沥青中，变成所谓橡胶沥青。

橡胶沥青经t1和t2时间加工反应后，用剪切机把罐中的橡胶沥青导入到成品储罐内，这一过程将把橡胶沥青彻底剪切一遍。橡胶沥青在成品储罐中可保持进一步反应，并等待使用。

图3—8 橡胶沥青设备制备橡胶沥青的流程图

3.3.3橡胶沥青的储存

刚生产出来的橡胶沥青，可以在反应罐中短时间存储。大量试验结果表明，橡胶沥青的性能指标随反应时间的增长一直在持续变化，并没有达到稳定不变状态。一般来说只要橡胶沥青在液体状态下存储，其内部的化学反应就一直存在。这说明橡胶沥青不适合在高温下长期存储，因此橡胶沥青的生产一般采用现场加工的方法。当由于客观因素（下雨、拌和机故障），不能及时使用时，就涉及橡胶沥青的储存问题。橡胶沥青在储存时需要不断搅拌，国外橡胶沥青技术的应用指南中都明确规定了存储温度及时间、容许再加热次数、再加热的措施等并明确表明橡胶沥青在存储过程中性能会变化，经存储过的橡胶沥青再使用时，必须检测橡胶沥青的技术性能的主要指标，不合格时则采用一些弥补措施。美国的规范要求，在反应45min后取样进行技术性能

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