行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

  隨著社會的發(fā)展，越來越多的人意識到依靠SBS解決所有問題也不現(xiàn)實，而且SBS也不是解決某些特殊問題的更優(yōu)方案。本世紀初開始，橡膠瀝青和干法PE改性粒子（抗車轍劑）開始走向行業(yè)的前臺。近10年來，幾乎所有省市都展開了相關研究和應用，橡膠瀝青在抗老化、抗（疲勞、低溫、反射）裂縫、降噪聲等方面的性能突出，抗車轍劑在提高高溫穩(wěn)定性和混合料模量方面的顯著優(yōu)勢，已經(jīng)得到了行業(yè)的普遍認可。但是，兩種改性劑，在瀝青中均很容易分離，尚未實現(xiàn)改性瀝青的集中式生產(chǎn)和供應。橡膠瀝青，還需依賴現(xiàn)場供應模式，而PE粒子，則干脆向拌合鍋直接投放，組織和工藝成本高、質(zhì)量穩(wěn)定性差、過程控制難。目前市場總體處在無序和惡性競爭的混亂狀態(tài)，沒有進入規(guī)?；l(fā)展道路，早期進入行業(yè)的企業(yè)發(fā)展普遍不利。因此，實現(xiàn)工廠化供應，已經(jīng)成為橡塑類改性技術廣泛應用必須跨越的門檻。

  總結(jié)橡膠瀝青發(fā)展的市場因素，主要有以下兩點：一是汽車保有量快速增長后帶來的廢棄輪胎大量堆積，路面中使用能夠提供大量消耗的途徑；二是，輪胎橡膠設計和制造的標準，遠遠高于瀝青膠結(jié)料的路用技術標準，各方面路用性能全面優(yōu)于瀝青，因而是非常有應用前景的瀝青改性劑。而輪胎橡膠相對于路面材料的改性潛質(zhì)主要有：路面受力來自輪胎胎面的傳遞，輪胎橡膠受力狀態(tài)遠比路面材料復雜；輪胎橡膠設計目標是要承受持續(xù)的拉壓動態(tài)作用，而且不像路面材料那樣允許考慮荷載間隙時間，抗疲勞和耐老化能力突出；輪胎不像路面是固定設施，材料設計時必須考慮道路的各種極端氣候條件。

  技術路線和性能

  傳統(tǒng)的回收輪胎膠粉在瀝青路面的應用主要有干法、濕法兩大類。目前被普遍采用的方式主要是現(xiàn)場生產(chǎn)的濕法，即在拌和樓附近搭接連續(xù)式的橡膠瀝青生產(chǎn)設備，將生產(chǎn)出來的橡膠瀝青盡快地用于混和料拌合工藝上。而現(xiàn)場生產(chǎn)的濕法，在國內(nèi)應用有很大的局限性，主要有：瀝青油膜厚，油量高，混合料技術體系與現(xiàn)有SBS改性瀝青體系差異大，不利于進入改性瀝青主體市場；設備門檻高、項目門檻高，適合對接商品化大規(guī)模拌站（連續(xù)式拌和樓）。在對接間歇式拌和樓時，容易因產(chǎn)能閑置導致單位成本偏高；成品存儲不穩(wěn)定、性質(zhì)不穩(wěn)定，依賴嚴格的過程控制，穩(wěn)定的原材料供應和專業(yè)的機手隊伍，質(zhì)量風險大，監(jiān)管難度大。

  要像SBS改性瀝青一樣實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，首先要解決橡膠瀝青的離析問題。橡膠粉與瀝青在高溫狀態(tài)下混合后，橡膠粉吸收瀝青輕質(zhì)組分溶脹，體積迅速膨脹，顆粒之間發(fā)生相對移動越來越困難。此外，輕質(zhì)組分被吸收后，自由瀝青的粘度也相應升高，兩者共同導致在橡膠瀝青粘度快速增加。研究表明：在與各種不同瀝青充分熔脹后，橡膠粉的體積膨脹比例為0.73到1.78倍（橡膠粉的粒徑一般在0.5mm左右）。膨脹后的橡膠粉將占據(jù)40%甚至更大的體積。

  橡膠粉的顆粒如此之大（超過1mm），超出了膠體的研究范圍（膠體顆粒大小在1nm～1000nm），也完全超出了膠體體系穩(wěn)定性研究手段表面化學的研究范圍。常規(guī)的表界面活性劑對橡膠瀝青體系穩(wěn)定性難以起到作用，所以決定橡膠瀝青穩(wěn)定性的關鍵因素，是固相和液相的比例和相對密度差。表1顯示，溶脹后，橡膠粉與瀝青之間的密度差仍然達到3%～5%。在儲存過程中，橡膠瀝青的離析是必然的，橡膠粉的用量高，粘度大，離析的過程會延長。為了解決離析問題，有人采用高溫和高強度剪切的方式，利用機械力和高溫膠粉的脫硫降解反應，將膠粉磨細，能夠一定程度改善離析，但是，過度的降解容易使膠結(jié)料失去更為重要的彈性性能。

  如何能夠即更大限度的維護橡膠的化學穩(wěn)定性，同時大幅度改善橡膠瀝青的存儲離析問題，是擺在瀝青供應行業(yè)一個重大的產(chǎn)業(yè)性難題。浙江公路物質(zhì)公司，與大學化工學院和輪胎橡膠回收再生產(chǎn)業(yè)合作，開發(fā)了穩(wěn)定型橡膠瀝青生產(chǎn)工藝。

  輪胎橡膠粉的選型和預處理不同來源的輪胎橡膠粉在加工過程中和存儲過程中的表現(xiàn)有較大的差異，需要兼顧加工工藝的工作性和橡膠的化學穩(wěn)定性，選擇天然膠含量在適當范圍的輪胎橡膠粉。橡膠粉的預處理的目的是減輕污染、降低工藝難度、減少工藝過程對橡膠彈性的損害。具體的作法是在密閉條件下，對橡膠粉施加短時間高溫和強大的剪切力，促使膠粉內(nèi)部可能阻滯加工工作性的鏈接提前斷裂。經(jīng)過這樣的預處理后，就無需在后續(xù)的加工工藝過程中施加嚴酷的工藝條件。橡膠瀝青加工流程無需考慮超高溫和串聯(lián)膠體磨等重大設備改造，只需1臺膠體磨，保持兩次過膠體磨的可能。

  生產(chǎn)過程穩(wěn)定化處理生產(chǎn)過程中添加特殊的穩(wěn)定劑，該穩(wěn)定劑能夠在加工過程中與分散后的活化膠粉發(fā)生化學結(jié)合，形成網(wǎng)絡粘結(jié)結(jié)構(gòu)，橡膠粉的沉降行為從單個膠粉顆粒的行為變成了整體性地行為，與此同時，與膠粉的密度大于瀝青密度相反，穩(wěn)定劑密度小于瀝青密度。在與膠粉協(xié)同作用時，客觀上還能夠起到調(diào)節(jié)混合物密度差的租用，在這兩個因素的共同作用下，離析問題得到大幅度改善。

  采用穩(wěn)定型橡膠瀝青的工廠化供應模式，相比于現(xiàn)場生產(chǎn)橡膠瀝青，具有如下優(yōu)點：可直接對接已經(jīng)非常成熟的SBS改性瀝青的生產(chǎn)和物流體系，采用同樣的驗收和質(zhì)量控制流程，質(zhì)量穩(wěn)定性大幅度提高，產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管的難度大幅度下降。特別適合于我國普遍采用的間歇式拌合樓的混合料生產(chǎn)工藝條件，有利于實現(xiàn)橡膠瀝青靈活供應和普遍應用；通過膠粉預處理工藝和加工工藝的配合，能夠?qū)崿F(xiàn)膠粉的細化和勻化，有效降低油膜厚度，實現(xiàn)對SBS改性瀝青混合料體系的兼容。在混合料性能相同的前提下，穩(wěn)定型橡膠瀝青完全可能對SBS改性瀝青實現(xiàn)替代；可能進行精細化配方設計，滿足多元化的瀝青改性需求，實踐靈活的橡膠復合改性瀝青供應。在室內(nèi)研究的基礎上，浙江公路物質(zhì)公司，利用位于杭州油庫的SBS改性瀝青設備，進行了環(huán)保改造和膠體磨維護后，進行了穩(wěn)定型橡膠瀝青的放量生產(chǎn)，獲得的橡膠瀝青成品指標如表2。從表看，存儲軟化點差大幅下降，已經(jīng)逼近SBS改性瀝青的水平。

  其他進一步的膠結(jié)料性能測試也顯示：該穩(wěn)定型橡膠瀝青的性能水平與常規(guī)現(xiàn)場生產(chǎn)橡膠瀝青的性能水平接近。橡膠的加入，能夠明顯地增加瀝青的粘度，從而明顯提高抗高溫變形能力。相比于基質(zhì)瀝青，60℃旋轉(zhuǎn)粘度提高約6倍，軟化點提高10℃。SHRP儀器動態(tài)剪切蠕變儀的結(jié)果表明：SHRP高溫分級比基質(zhì)瀝青高12℃。當然，瀝青的高溫性能只是路面高溫性能的一個影響因素。

  混合料膠結(jié)料用量、材料級配等因素也會明顯影響路面的高溫性能。瀝青路面分析儀（APA）的車轍試驗結(jié)果表明：橡膠瀝青混合料較其基質(zhì)瀝青的混合料車轍明顯減少，與SBS改性瀝青相當。

  低溫性能實際上包括兩個方面。一個是低溫脆性、一個是低溫抗裂性能。由于硫化膠本身的低溫柔性要超過其他改性劑，并且橡膠瀝青中改性劑的含量要大大高于其他改性劑，橡膠瀝青的低溫柔性和抗裂能力都是非常突出的。彎曲梁流變儀（BBR）試驗結(jié)果表明，橡膠瀝青低溫模量降低近一倍。直接抗拉試驗（DT）來看，橡膠瀝青的斷裂變形是基質(zhì)瀝青的4倍，比SBS改性瀝青高50%。

  在橡膠制作輪胎的配方中，曾加入了大量的防老化劑，包括抗氧劑（主抗氧化劑的作用就是要抑制甚至終止游離基形成和積累過程。還有輔助防老劑專門用于破壞氫過氧化物）、熱穩(wěn)定劑、變價金屬抑制劑、紫外線吸收劑和光屏蔽劑等。

  加上對光屏蔽非常有效的碳黑填充劑，以及橡膠瀝青混合料較厚的膠結(jié)料膜，都會顯著地提高路面的抗老化性能。這是一般高聚物改性瀝青做不到的。應用類型與案例從2008年開始，浙江省逐步將橡膠瀝青應用于高速公路和大橋，技術上趨于成熟，其中大部分是工廠化供應的穩(wěn)定型橡膠瀝青。

  改性瀝青防水粘結(jié)層是常用的剛性材料與瀝青路面的粘結(jié)方案，通常為2kg/m2的SBS改性瀝青外加60%～70%滿鋪的碎石構(gòu)成。橡膠瀝青極大地拓展了這個應用方案，除了保持和提升原有的功用外，瀝青噴灑量可以增加到2.7kg/m2，同時，碎石滿鋪。由于橡膠瀝青中接近40%的橡膠體體積含量，以及嵌擠形成的近5mm的瀝青厚度，該粘結(jié)層具有非常突出的抗反射裂縫能力，通常被稱為橡膠瀝青應力吸收防水粘結(jié)層。

  在之江大橋橡膠瀝青防水粘結(jié)層施工中，采用橡膠瀝青后，膠結(jié)料提現(xiàn)了很好的延展性，與下層的粘結(jié)難以剝除。2008年在浙江上三高速公路罩面工程中，2011年在甬臺溫高速公路罩面工程中，分別實施了橡膠瀝青降噪路面和間斷級配密實型混合料，見圖2。瀝青混合料的疲勞主要有兩種類型，一種是溫度循環(huán)或者荷載造成的材料的拉疲勞破壞，一類是反射裂縫造成的純剪切疲勞破壞。這兩類破壞的均主要發(fā)生在瀝青混合料材料呈現(xiàn)脆性特征的時間段，比如低溫季節(jié)、氣候更替季節(jié)，而材料老化變脆后兩類疲勞可能發(fā)生的時間段還更長。傳統(tǒng)的提高瀝青混合料的疲勞壽命的方法，是采用高標號的瀝青以及采用更高的膠結(jié)料用量等，實際作用就是提高混合料在各種季節(jié)下的柔性。輪胎橡膠寬廣的彈性溫度工作區(qū)間和橡膠瀝青的高橡膠粉體積含量，決定了橡膠瀝青混合料是一種性能突出的柔性路面材料，擁有優(yōu)異的耐疲勞、抗反射裂縫能力和變形適應能力。