道路铺筑材料——橡胶沥青

第４期　文兴．道路铺筑材料——橡胶沥青　３ｌ　道路铺筑材料　橡胶沥青　文　兴　编译　摘要：橡胶沥青（ＡＲ）是一种混合物，它由５％一２３％橡胶成分、沥青膏、再生轮胎胶粉和一些配合剂混合而成。本研究　用称为“湿法”工艺制备了试样，这种方法能使与热沥青膏混合的橡胶产生平稳的膨胀和反应。用ＡＲ作为道路铺筑材料可　以提高路面质量，例如使路面具有耐热龟裂性、抗车辙、高防滑性能和低道路噪声等。　我们已经研究了影响废胶粉在沥青中的膨胀和降解的因素。通过研究我们可以提供有利于设计日本ＡＲ道路铺筑材料　的试验结果。日本ＡＲ道路铺筑材料要求具有特佳的质量。　关键词：废胶粉；橡胶沥青；沥青路面　１　橡胶沥青的开发历史　过添加胶粉可以强化骨材之间的相互啮合，大幅　在日本，每年约有ｌ亿条废轮胎产生。这些　度提高耐龟裂性等的路面性能。　废轮胎中约有一半作为水泥和造纸工业的燃料，　约２０％用于翻新轮胎等；而约有１０％处于流通　普通沥青路面　ＡＲ路面　或在库存中，其用途不得而知；其余就是不合理　的废弃和堆积在野外，造成污染问题。为了解决　这些问题，有必要开发出废轮胎和废橡胶新的回　收再利用技术。适用于道路铺筑材料的美国橡　沥青皮膜鲁材胶粉／景鬈墓　胶沥青（ＡＲ）引人注目。根据实地调查结果显　示，在日本也可用ＡＲ作为道路铺筑材料。日本　图１　ＡＲ材料的示意图　橡胶沥青研究会率先开始了ＡＲ道路铺筑材料的　开发。以下介绍美国ＡＲ道路铺筑材料的发展趋　势和１３本ＡＲ道路铺筑材料的现状。　２．２　ＡＲ的开发历史及其普及状况　ＡＲ最早由Ｃｈａｒｌｉｅ　Ｍａｃｄｏｎａｌｄ于ｌ９６６年开　发成功并用于道路的修补材料。其后，又用于　２美国ＡＲ的发展趋势　２．１　ＡＲ的定义和特征　ＳＡＭＩ（应力吸收中间层）等的抗龟裂增长材料。　进入７Ｏ年代，普遍用作密级系路面、ＯＧＦＣ（开级　美国材料实验协会标准ＡＳＴＭ　Ｄ８—８８给　配防滑跑道材料）等的沥青复层材料。　ＡＲ下的定义为，ＡＲ为在膨润状态下含有１５％以　将废胶粉普及用于ＡＲ只集中在美国南部４　上橡胶的沥青。橡胶铺筑材料协会（ＲＰＡ）则简　个州（亚利桑那州、加利福尼亚州、佛罗里达州和　单地定义为“含８０％沥青、２０％橡胶的粘合剂”。　得克萨斯州），其原因并不是由于气候的制约．亚　这两个协会的定义都是指用沥青与胶粉预混合　利桑那州的高寒地带也可以普及。美国南部４　并进行膨润熟化的湿法橡胶沥青。　个州的普及进展见图２。　图１为图示用经膨润的胶粉（０．４～２．０ｒａｍ　另外，用与制造改质沥青同样的方法——预　直径）使沥青产生高粘度化而在骨材周围形成厚　混合法制造的ＡＲ有１．４万ｔ（２００３年）。今后将　皮膜（最厚为仅采用沥青的４倍）的模式图。通　以上述４个州为主采用ＡＲ。在全美国，约有７　维普资讯 http://www.cqvip.com

３２　现代橡胶技术　２００６第３２卷　万ｔ胶粉用于ＡＲ铺筑材料。这相当于全美国产　生废轮胎约２．８亿条／年的约５％。　果小，但其橡胶与沥青的混合设备的投资为前者　的一半，在成本方面具有优势。　另外，在美国，通过采用ＡＲ使铺筑排水性路　面成为可能，这样就可以防止水滑现象的产生，　进而大大提高了安全性。　２．４根据美国ＡＲ的发展选择研究课题　在日本，要普及采用ＡＲ，有必要考虑如下课　题并采用相应的对策。　蛐　旺　垡　（１）必需进行搅拌混合设备的投资，其投资　额为数千万日元（移动型）～１亿日元（固定型），　图２　美国用于ＡＲ的废胶粉用量　应采用预混合式胶粘剂，这样可降低成本。　（２）由于ＡＲ本质上属于高粘度材料，所以　２．３　ＡＲ的种类　在冬季施工难度大。在美国的亚利桑那州等正　在逐步克服这一难题，在日本也要采取在寒冷地　区施工的相应对策。　ＡＲ如表１所示，可分为胶粉高浓度类和低　浓度类两种。前者首先在亚利桑那州使用，随后　在加利福尼亚等西部的州使用，其粗胶粉（约　１．４ｍｍ）的配合量为相对于沥青的１４％～２３％。　由于其可提高耐龟裂性和抗车辙性，所以可以减　小表层铺筑厚度，降低初期和长期维修成本。另　（３）在佛罗里达州使用复层材料有问题，必　须解决采用复层材料所存在的问题。　（４）必须根据施工条件解决挥发成分和橡胶　特有的臭气问题。有时可以通过混入少量芳香　剂来解决上述问题。虽然没有观测到在挥发成　分中有有害物质，但今后有必要进行进一步的验　证。　外还具有降低道路噪声和最大的分贝（ｄＢ）值，乘　坐舒适性好，不影响道路周边居民的“低噪声”特　征。　（５）必需进行回收再利用的研究。　表１　美国各地采用的ＡＲ道路材料和橡胶粒径的差异　州名　应用　重量％　粘结剂中的胶粉　粒径　２．００ｍｉｌｌ（１ｏ目　３　ＡＲ胶粘剂的发展　在日本采用ＡＲ时，掌握胶粘剂和复层材料　亚利桑那州　ＧＧＦＣ、０ＧＦＣ　２０％　的物理性能以及对施工和供应有影响的胶粘剂　粘度和胶粉的变化是极其重要的。在混合搅拌　和熟化原材料时，应对原材料的粘度和胶粉有什　么样的变化加以研究。　３．１材料的使用和混合、熟化方法　加利福尼亚州３层体系（ＤＧＦＣ、ＳＡＭＩ、０ＧＦＣ）１４％一２３％　佛罗里达州　ＡＲＭＩ、ＤＧＦＣ、０ＧＦＣ　５％埘％　５０￣ｍ（２　４Ｌ（Ｉ）　南卡罗莱纳　得克萨斯州　ＤＧＦＣ、ＳＡＭＩ、０ＧＦＣ　ＧＧＦＣ、０ＧＦＣ　１０％一２０％叭　ｏ％　４２５￣ｍ（４０日）　．ＯＯ　ｍ　ｍ．８　（（　ｌ　２｛　用于制作ＡＲ胶粘剂的胶粉列于表２。用于　注：ＧＧＦＣ一防滑路面材料；　ＳＡＭＩ一应力吸收膜内层；　ＯＧＦＣ一户外防滑路面材料；ＡＲＭＩ一橡胶沥青膜内层　ＤＧＦＣ一密级系防滑路面。　试验的胶粉有两种，一种为由以天然橡胶为基料　的载重汽车和公共汽车轮胎制得的胶粉（ＴＢ）；另　一种为由以合成橡胶为基料的乘用车轮胎制得　的胶粉（ＰＳ）。而用于试验的沥青则为纯地沥青　（以下称为Ｓｔａｓ６０／８０、Ｓｔａｓ８０／１００）。为了进行对　后者在佛罗里达州和南卡罗莱纳州等东部　地区使用。这种ＡＲ采用细粒径的胶粉（４０目，　约０．４ｍｍ（密级系的胶粉含量为５％，ＯＧＦＣ的胶　粉含量为１２％）。虽然这种ＡＲ改善耐久性的效　比，也对从美国和台湾进口的原材料进行了试　验。混合方法为用容量为１升的ＳＵＳ烧杯将各　７００ｇ的Ｓｔａｓ６０／８０、Ｓｔａｓ８０／ｌＯ０加热到２００ｏＣ，用　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４期　文　兴．道路铺筑材料——橡胶沥青　３３　通用的搅拌叶片搅拌约１５～３０分钟使材料充分　分散，然后停放在１８０￣Ｃ的炉中（不搅拌）熟化　１～４小时。　表２用于ＡＲ的胶粒种类　３．２评价方法　在１８０±１℃的标准条件下用ＶＥ一０４粘度　计测定粘度；在ｌＯＯｒｐｍ／１８０￣Ｃ下用克鲁克菲尔德　回转式粘度计（Ｂ・Ｆ粘度计）测定粘度与温度的　关系。　将０．５～１．Ｏｍｍ　ｘ　２ｒａｍ　ｘ　２ｒａｍ的胶片和沥青　一起放入罐内用ＴＭＡ测定温度一橡胶接触膨润　的关系。　３．３试验结果　３．３．１　胶粉大小和熟化与粘度的关系　虽然ＡＳＴＭ将ＡＲ胶粘剂的粘度范围规定为　１　５００ｍＰａ・ｓ／３５０下，但在改变胶粉粒径时的粘度　变化见图３。从图３可以看到，胶粉粒径越小，配　合量越多，则粘度越高。另外，由于熟化而产生　的粘度变化见图４。图４表明，通过熟化会使粘　度更高。从沥青种类看，以Ｓｔａｓ６０／８０为基料的　ＡＲ的粘度比Ｓｔａｓ８０／１００的高。　一￣：５００　３０００　－＿２５００　２０００　１５００　—１．０００　５００　摇　ｎ　０　５　１０　１５　２０　胶粉配合量／重量％　图３粘度与胶粉粒径的关系　４５００　０　４０００　曷３５００　＝；３０００　２５００　２０００　—１５００　越１０００　撂５００　０　０　１　２　３　４　ｊ　熟化时间（在１８０￣Ｃ下熟化）／小时　图４　由于熟化而产生的粘度变化　如果是以Ｓｔａｓ６０／８０为基料的ＡＲ，则其胶粉　粒径为０．４ｍｍ，胶粉配合量为１５重量份，ＡＳＴＭ　粘度范围为１　５００～５　０００ｍＰａ。如果配合量超过　１５重量份，则粘度会急剧上升。ＴＢ胶粉与ＰＳ胶　粉相比，ＴＢ胶粉具有更高的粘度。　一　ｌ０∞＿【／ｓ南（ＩｕＪ一＼世杂　３．３．２　ＡＲ胶粘剂的粘度与剪切速度的关系　ｍ　ｍ　ｍⅢ　　用克鲁克菲尔德回转式粘度计测定ＡＲ胶粘　剂（Ｓｔａｓ６０／８０）的粘度与剪切速度的关系，测定结　果示于图５。测定结果表明，改性Ⅱ型粘合剂与　高粘度粘合剂的关系趋势正好相反，ＡＲ粘合剂　与速度的关系大（具有触变性），这被认为是ＡＲ　胶粘剂所具有的主要特征。　）４０　８０　旋转速度／ｒｐｍ　图５　剪切速度与ＡＲ粘度的关系　３．３．３　ＡＲ胶粘剂中的胶粉状态　不管哪一种橡胶，橡胶本身会产生膨胀，如　果从室温加热到１８０￣Ｃ，则会产生约４％的膨胀。　如果与沥青并用，ＴＢ橡胶的膨胀率为ＰＳ橡胶的　近２倍（图６）。另外，沥青种类不同也会使膨胀　率不同，因此在考虑调整粘度的同时还要考虑膨　胀率。　０　维普资讯 http://www.cqvip.com

３４　现代橡胶技术　２００６第３２卷　４．２使用的材料、试验项目、条件　４．２．１使用材料　本研究所使用的ＡＲ是在纯地沥青６０／８０中分　别添加８％、１２％、１５％的载重汽车、公共汽车轮胎胶　粉并在１８０￣（２下搅拌熟化１小时的ＡＲ。另外，ＡＲ　再生混合物为添加１５％胶粉的密级沥青混合物。　图６　ＡＲ中的胶粉因温度而产生的膨胀趋势　再生骨材配合量分别为０，３０％和６０％。　４．２．２试验项目　４应用于道路铺筑材料的ＡＲ　４．１　ＡＲ用于密级混合物、ＳＭＡ和再生复层材料　为了比较动态稳定性（ＤＳ），进行了轮轨试验　（试件尺寸：３０×３０×５ｃｍ）；为了比较低温时的变　形随动性，进行了单纯的弯曲试验（试件尺寸：５　×５×３０ｃｍ；加载速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ；温度：一１０～　１５ｃｃ；距离：２００ｍｍ）。　４．３试验结果　比较了以ＡＲ作为粘合剂的密级沥青混合物　（以下称为ＡＲ密级混合物）、碎石胶粘剂混合物　（以下简称ＡＲ—ＳＭＡ）、纯地沥青和改质Ⅱ型沥　青（以下简称改质Ⅱ型）混合物的特性并研究了　采用ＡＲ的可行性。另外，由于在日本生产的沥　青混合物中约有２／３（２００２年度为６５．７％）为再　生沥青混合物，所以，在以ＡＲ作为沥青混合物用　的胶粘剂时，不仅希望ＡＲ能用于新的沥青混合　物（以下简称新混合物），而且还希望能用于再生　沥青混合物。因此，通过比较以ＡＲ作为新粘合　剂的再生沥青混合物（以下简称ＡＲ再生混合　物）、纯地沥青和用改质Ⅱ型的新混合物的性能，　以确定ＡＲ是否适用于再生沥青混合物。　由于ＡＲ密级混合物的粘合剂量比纯地沥青　的多，所以其动态稳定性也有很大的提高。为了　防止骨材分离，往往在ＳＭＡ中添加０．３％～　０．５％的植物纤维（以下简称ＭＣ）。在使用纯地　沥青６０／８０和改质Ⅱ型时，添加０．３％ＭＣ，而使　用ＡＲ时则不添加ＭＣ。另外，通过添加ＭＣ和调　整胶粉的添加量，可望获得与改质Ⅱ型同等的动　态稳定性，同时在低温状态下具有优越的弯曲随　动性（表３）。　表３　ＡＲ—ＳＭＡ的耐久性　ＡＲ再生混合物的Ｄｓ会随着再生骨材配合率　增加而有所提高，如果再生骨材的配合率为３０％～　６０％，则ＡＲ再生混合物具有用改质Ⅱ型的新的混合　ｌ０ｒ啪　Ｃ　物大体相等的Ｄｓ（图７）。因此，它适用于要求耐疲　劳和耐磨性好的交通要道的路面材料。　５　ＡＲ的实用化　昌　寇１０００　＼　墨　日本ＡＲ研究会研制了ＡＲ混合装置（Ｍａｘ３．０ｔ），　从２００４年５月开始在两个地方进行施工试　新的　ＡＲ　ＡＩｅ再生　；昆台物　．Ａｌｌ再生　混合物　改性　ＩＩ型　１０　图７　ＡＲ再生道路铺筑材料的动态稳定性　维普资讯 http://www.cqvip.com

第４期　郭梦华．轮胎定型硫化机的发展现状及趋势　３５　６今后的发展方向和需要解决的课题　利用ＡＲ铺筑道路不仅可以回收再利用　废旧轮胎，还可以提高铺筑道路的性能（高耐　久性、防滑性和低噪声等）。今后，应在解释　清楚ＡＲ的作用机理的基础上研制出最近引　人注目的适用于低噪声、行驶安全的排水性　道路铺筑材料。将来的目标应该是可利用于　从生活区道路到主要干线道路的具有广泛用　途的理想道路铺筑材料。　图８　ＡＲ混合装置的外观　编译自日本］　厶协会志，２００５，７８（１０）：３８８　—验（图８）。通过试验可以确认，用原有的设备可　以进行复层材料施工且路面状况良好。　３９２　资讯速递　普利司通公司开发成功内支撑环式泄气保用轮胎　普利司通公司从２００２年开始与德国大陆公　在轮胎产生漏气时，支撑环起支撑车辆作用，轮　胎的胎圈部分固定在车轮的轮辋上。“Ｂｒｉｇｅｓｔｏｎｅ　Ｓｕｐｏ￣Ｒｉｎｇ”适用于装用高扁平率轮胎的乘用车　和ＳＵＶ车。　司、横滨橡胶公司进行技术合作，开发的内支撑　环式泄气保用系统“Ｂｒｉｇｅｓｔｏｎｅ　Ｓｕｐｏ￣Ｒｉｎｇ”已经　成功地实现了实用化，已经装用于出口欧洲的新　型“ＲＡＶ４”丰田汽车。　“Ｂｒｉｇｅｓｔｏｎｅ　Ｓｕｐｏ￣Ｒｉｎｇ”是一种在漏气状态　普利司通公司今后的研究开发目标是开　发出适用于装用普通车轮的所有乘用车和　ＳＵＶ车。　下也能以一定速度行驶一定距离的系统。它是　由轻质金属环和橡胶制成的挠性支撑物构成。　李汉堂摘译自月刊夕／ｆ　，２００５，（１１）：ｌ５．　普利司通公司在中国建合成橡胶厂　普利司通公司经理渡边惠夫宣布，为了适应　售对象为中国和其它亚洲地区的工厂。普利　轮胎原材料——合成橡胶的全球需求量增加，决　定在中国广东省惠州市大亚湾石化开发区建合　成橡胶新工厂。经惠州市批准，已经于２００５年　１２月２２日成立了新公司——“普利司通（惠州）　司通公司在北美拥有２个合成橡胶生产厂，　由于估计包括中国在内的亚洲地区的高性能　橡胶需求量增加，所以这次在中国建设和经　营新的工厂。关于生产技术，已经与日本合　成橡胶公司（ＪＳＲ）签订了特许权协议，目标是　生产高性能合成橡胶。　李汉堂摘译自　，　一／ｆ、／　灭卜ｌＪ一，　２００６，（２）：３６．　合成橡胶有限公司”。计划投资约１亿美元，　２００８年上半年开始投产。　新工厂生产主要用于轮胎的丁苯橡胶　（ＳＢＲ），计划年生产能力约为５万吨，主要销