橡膠瀝青的研究與應(yīng)用

1、橡膠瀝青的研究與應(yīng)用,耿磊東南大學(xué) 交通學(xué)院2010.10,匯報提綱,一，研究背景二，國內(nèi)外研究進展與應(yīng)用現(xiàn)狀三，橡膠瀝青的路用性能及評價四，需要繼續(xù)研究的問題,一 研究背景,1. 路面作用呈三高趨勢： 高溫、高荷載、高動水壓力2.早期病害以高溫穩(wěn)定類和水穩(wěn)定類為主3.路面功能性要求（如除冰、降噪、排水、耐久、環(huán)?！?4. 傳統(tǒng)改性瀝青和纖維類材料成本高,5. 汽車工業(yè) 廢舊輪胎

2、 黑色污染！,,,300萬t,一 研究背景,,廢膠粉的化學(xué)組成,硫、碳黑、氧化鈣、氧化鐵、氧化硅等,一 研究背景,,物理改性,是否存在生物改性？,橡膠瀝青與SBS改性瀝青的成本比較,節(jié)約18.5%,一 研究背景,,二 國內(nèi)外研究進展與應(yīng)用現(xiàn)狀,橡膠瀝青 根據(jù)ASTM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)量的15％，并且與熱瀝青充分反應(yīng)，使橡膠顆粒產(chǎn)生溶脹。,,二 國內(nèi)外研究進展與應(yīng)用現(xiàn)狀,

3、目前國內(nèi)外對膠粉改性瀝青研究與應(yīng)用 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。 現(xiàn)在：增強膠粉改性瀝青的性能，使其適應(yīng)性更廣泛。 2）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3）以前：對影響膠粉改性瀝青性能的因素進行了一定研究 現(xiàn)在：開始關(guān)注摻加助劑的橡膠瀝青。 （如TOR）,TOR橡膠瀝青,TOR具有雙鍵結(jié)構(gòu)的辛

4、烯聚合物，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。改善橡膠瀝青的相容性；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；,施工工藝：維他干法和濕法,維他干法,濕法,,集料,,兩種工藝的比較,干法消耗橡膠是濕法的2~4倍,兩種工藝的優(yōu)缺點,干法工藝存在的優(yōu)缺點,壓實難、粘輪、氣味、不相容性;應(yīng)用范圍小，只用于拌制瀝青砼；不適用于密級配（?）降噪粘度

5、下降熱穩(wěn)定性稍好成本最低（AR-AC13>AR-Sup13-W>SBS-Sup13>AR-Sup13-D）,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；拌和溫度高，生產(chǎn)效率低；穩(wěn)定性和沉淀問題;空氣污染和勞動保護問題?？刂茥l件多（膠粉參量、攪拌時間、瀝青溫度、膠粉粒徑）對混合料要求寬松加小粒徑膠粉，分布均勻，不易產(chǎn)生離析，利于泵送,貯存穩(wěn)定性問題,貯存穩(wěn)定性是由膠粉和瀝青兩相的相容性、密度差、膠粉

6、顆粒大小決定的,兩者相容性越好、密度差越小和廢舊膠粉顆粒越小,貯存就會越穩(wěn)定。關(guān)鍵是如何提高兩者的相容性,增大廢舊膠粉與瀝青的界面層。針對二者的相容性,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,即廢舊膠粉與瀝青是不相容的,即使采用剪切、攪拌等機械方法將其混合,從熱力學(xué)的角度來看也是不穩(wěn)定的,其分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：,橡膠粉或橡膠顆粒的高彈性, 使得路面具有吸收輪胎振動和沖擊的效果。同時橡

7、膠粉改性瀝青混合料是一種內(nèi)阻尼較大的高分子復(fù)合材料,它對輪胎的振動具有較大的衰減功能, 因而大大降低輪胎—路面的振動噪聲。,橡膠路面降噪問題,獲得低噪音路面的3種方法:( 1) 使用小粒徑瀝青混凝土;( 2) 多孔隙瀝青混凝土;( 3) 采用相對柔性的路面材料。,二 國內(nèi)外研究進展與應(yīng)用現(xiàn)狀,目前國內(nèi)外對膠粉改性瀝青研究與應(yīng)用關(guān)注的問題4）橡膠瀝青存儲穩(wěn)定性5）不同橡膠瀝青性能的量化比較6）成本問題7）降低施工敏感性,國

8、際上橡膠瀝青的應(yīng)用,橡膠瀝青砼(AR-AC)磨耗層(AR-ACFC、PFC)應(yīng)力吸收層(SAM) 應(yīng)力吸收中間層(SAMI) 碎石封層(CHIP SEAL) 路面防水材料(TACKCOAT)填縫料等,,,美 國,美國部分州對AR的研究,法國 南非,橡膠粉改性PAC (多孔隙混凝土)比普通PAC （1）持久排水性能強（2）抵抗重交通（3）抗剪切（4）抵抗不良氣候,應(yīng)用領(lǐng)域包括：混合料

9、(AR-AC)應(yīng)力吸收層(SMA)應(yīng)力吸收中間層(SMAI),>60%,國際發(fā)展歷程,中 國,三 路用性能及評價,膠粉瀝青與普通瀝青性能比較,三 路用性能及評價,橡膠瀝青的優(yōu)點1.提高軟化點，降低針入度（高低溫穩(wěn)定性）2.降低噪聲（50%—70%）3.良好的抗滑性、散光反射，提高行車安全性4.減少灰塵污染（橡膠瀝青路面的導(dǎo)電性能低?）5.提高耐疲勞性能6.改善水穩(wěn)定性7.減薄面層厚度，降低成本8. 成本低于

10、其他改性劑9.使用壽命長，維修費用低10.大量消耗廢輪胎，減少污染,三 路用性能及評價,橡膠瀝青的缺點1.成本較普通瀝青高（15%）設(shè)備更新、技術(shù)成本2.拌合、攤鋪、壓實過程條件要求嚴格3.受橡膠性質(zhì)、粒徑影響大，對級配敏感4.可能會對環(huán)境造成污染5. 施工時，壓實度不好控制;粘輪6.生產(chǎn)中溫度要求高，能量消耗大7.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9.能否適應(yīng)我國重交通、多樣氣候的路況尚待檢

11、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,三 路用性能及評價,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老化因素：氧氣、溫度、紫外線、水分、風(fēng)速2.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….)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(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合料的再生(

12、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(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用性能方面沒有太大差異 (失去橡膠瀝青的改性優(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) 與量級與普通瀝青混合料再生時相當(dāng)。,五 需要進一步研究的問題,3.橡膠瀝青生產(chǎn)、施工、運營（?）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,四 需要進一步研究的問題,揮發(fā)有機物檢測結(jié)果

13、另外，對散發(fā)物中的多環(huán)芳香烴化合物及重金屬監(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量相差不大。,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：（1）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大體相當(dāng)，膠粉的加入并沒有增加有害成分；（2）相對于膠粉因素而言，基質(zhì)瀝青的品種、混合料生產(chǎn)的溫度對有害物質(zhì)的散發(fā)更起關(guān)鍵的作用。,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1

14、.橡膠瀝青混合料中鋅污染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3.研究沒有發(fā)現(xiàn)采用橡膠瀝青可能對環(huán)境和人類健康造成危害的證據(jù)。,四 需要進一步研究的問題,4.膠粉與瀝青之間的作用機理問題物理共混說、網(wǎng)絡(luò)填充說、化學(xué)共混說、溶脹降解說,膠粉顆粒是不同大小混合還是單一大??？對性能有沒有影響？,5. 標準、規(guī)范的制定問題,膠粉改性瀝青分級標準 按針入度分級？粘度分級？PG分級？還是建立新的分級標準？