国外研究现状
早在1845年,英国就进行了往沥青中掺加橡胶以改善其性能的尝试,1901 年法国修筑了试验路段,1937年英国在波兰修筑了几段路面,1947年美国也采用合成橡胶粉和胶乳改性修筑路面,日本于1942年开始采用天然橡胶胶乳掺入沥青乳液中。
1952年在东京,1945年北海道,都修筑了这种改性沥青的路段。
以后,天然橡胶、合成橡胶或掺入乳胶的沥青于1960年左右就开始在日本其它地方的路面工程中使用,并且用量剧增。
由此可见,在国外橡胶改性沥青已成为一种发展趋势。
从上世纪六、七十年代以来,美国、瑞典、英国、法国、比利时、澳大利亚、日本、南非、印度等国家先后开展了橡胶沥青和橡胶沥青混凝土的应用研究。
近20年来,美国、加拿大、韩国、日本等国成功的应用胶粉改性沥青修筑高速公路、高等级公路。
美国用废轮胎作为改性剂制造改性沥青用于修筑公路已经有了20年的历史。
1982年~ 1986年间已试验铺筑210多个路段,共1.1万km,这种路面的热稳定性能和防冻性能都比较好,并可以减少维修费用。
美国联邦法院在1991年颁布了在新修筑的沥青路上必须掺用20%的胶粉的立法,极大地促进了废旧胶粉的利用,橡胶粉改性沥青已在美国加州、佛罗里达州、俄亥俄州等广泛使用。
据美国联邦统计局统计,到1997年废胶粉改性沥青已消耗了8000万t废轮胎。
德日耗200t废轮胎用于修筑公路、运动场及机场跑道。
法国、比利时、奥地利在公路建设中亦广泛采用废胶粒、胶粉配料;俄罗斯伏尔加格勒公路交通部门将废轮胎粒用于铺设路面,可有效地预防冬季路面结冰而产生交通事故。
他们的做法是在用沥青铺筑路面后,当沥青尚未干时在上面洒一层废轮胎胶粒。
这样,冬季路面的冰块容易被压碎,车辆行驶就不会因为打滑而发生冲撞事件。
为了减少车辆行驶时的噪音,英国在萨里郡交通繁忙的4条道路上用废轮胎胶粒铺设路面,测定胶粉配料路面与传统配料路面是否坚固耐用,如果结果令人满意,英国柯拉斯将获得这种方法的广泛使用权。
据称,用这种方法可以使噪音减少70%。
这种技术是将3mm粒径的废轮胎胶粉混入热沥青中并搅拌均匀,用量为沥青总量的3%。
这种技术优点之一是胶粉粒取自于再回收利用的废旧轮胎,有利于环境保护。
此外, 这些橡胶颗粒还具有吸收光线, 缓减强光刺眼的好处, 与传统的
路面相比, 驾驶员在胶粉改性沥青路面上行驶感觉到眼睛更舒适些。
美国公路战略研究计划(SHRP)完成后,公路沥青的应用、改性沥青胶接料的检测将更为完善。
在这种情况下,为求路面的质量,废胶粉的应用反而放慢了速度,原因是许多工作尚不成熟。
但废胶粉改性沥青的研究则加快了脚步。
有的研究认为在胶粉加入到沥青之前,先进行改性,在表面加入所谓自由基,然后加入到改性沥青中去,并且与改性沥青中少量的丁苯橡胶发生共聚,从而使体系更为稳定。
这种化学改性胶粉(Chemically Modified Crumb Rubber,简称CMCR)由格林曼(Green Man)科技公司生产,细度为80目。
利用于2种基质沥青的试验结果表明:CMCR改性后的沥青使用温度区间较基质沥青扩展了19~22℃,而且4℃时的延伸值可由12cm增至56cm,分层离析(按AASHTO PP5-93试验法)也得到很大的改善:未经化学改性的胶粉(CRM)和CMCR相比,其在沥青中的分层离析要多出20%;而较大规模的试验室研究表明,用常温法制作的胶粉和低温法制作的胶粉改性的性能几乎一致。
较大粒径(40目)的胶粉在少量酸存在的沥青中共混,可以明显改善沥青低温性能及贮存性能。
对胶粉沥青的使用范围及胶粉沥青在雨水冲刷下对地下水的影响研究表明,并没有发现废胶粉本身的溶出物会对环境发生影响。
实际上胶粉的燃烧对环境造成的污染更大,特别是硫化物对水的酸化是非常显著的。
相比之下,在沥青中利用废胶粉是技术含量较高,而实施效果更好。
国内研究现状
总的来说,我国胶粉改性沥青的应用技术分为三个阶段:
(1)八十年代——起步阶段
相比于国外,国内的研究起步并不晚,早在70年代末80年代初(几乎是与美国在路面工程中使用橡胶粉的同一时期)我国老一辈公路科技工作者就对橡胶沥青技术开展过相关研究。
1982年以来,国内江西、四川、辽宁、新疆、宁夏、云南、河南等地在筑路中都多次使用胶粉。
经过二十多年高负荷运营和考验,对于减少光线的反射和路面裂缝及提高路面的热稳定性能等均有良好的效果。
由于90年代以前,我国社会汽车保有量较少,废旧轮胎总量不大,使用者随意丢弃,分散度较高也就掩盖了其危害。
再加上废旧轮胎粉碎处理技术无法满足路用要求,装备水平落后和国内复杂的社会环境,该项技术在我国在很长一段时间并没有被
人们所重视。
(2)九十年代——技术积累阶段
随着我国经济的快速发展,我国的加工制造业水平不断提高,发展橡胶沥青技术具备了一定的基础和条件,在这段时间里,1993年沈阳市在交通繁华的道路上用废轮胎胶粉改性沥青试铺了1万㎡的路面,经过一个冬季和夏季的考验,效果良好,并于1994年通过市科委组织的技术论证。
故又于1995年在新开的五爱路至大坝间试铺了3万㎡的废轮胎橡胶粉改性沥青路面,经过多年的高负荷运行考验,效果良好。
北京路翔技术发展有限公司于1995年在北京小红门和广东韶关地区323国道上用胶粉+PE复合改性沥青试铺了4km的路面,效果良好。
但制约该技术发展的一些技术瓶颈依旧没有得到根本的解决,广大工程技术人员还在不断探索和积累经验。
(3)2000年后——快速发展阶段
进入21世纪,我国汽车工业迅速发展,我国政府对环境保护和经济可持续发展日益重视,整个经济环境和国家政策为橡胶沥青的发展提供了良好的社会基础。
国外橡胶沥青技术及成套装备先后进入我国,并在一些项目上得到应用。
同时我国的一批科研工作者展开了一系列橡胶沥青技术研究,取得了丰富的研究成果。
2001年春,交通部公路科学研究所首次在钢桥桥面铺装中采用了30%(相对于沥青用量)80目的橡胶粉,该桥面铺装经受了六个夏季的超重交通考验,基本保持完好,各项性能指标保持优良。
同年,交通部公路科学研究所主持了交通部西部科研项目------废旧橡胶粉用于筑路的技术研究,对橡胶沥青及橡胶粉沥青混合料的路用性能及力学特性开展了全面、系统的试验研究。
该项目对橡胶粉在沥青混合料中的作用机理以及橡胶沥青、橡胶沥青混合料的力学特性和路用性能进行了试验研究,结合我国实际,提出了路用橡胶粉、橡胶改性沥青和橡胶粉沥青混合料技术标准的建议稿。
并在广东、山东、河北、四川、贵州等地修筑总长近30km的试验路和实体工程,课题涉及到华南地区、西南地区、轻冰冻地区等3个气候片区,经近6年的行车考验,应用效果良好。
2004年,由交通部公路院和道路学会在北京联合召开第一次“橡胶粉改性沥青及混合料应用技术国际研讨会”;2006年,由交通部公路院和中国公路学会道路分会在海南召开了“橡胶沥青在路面工程中应用技术交流会”;2007年,交通部公路科学研究院承担的
“橡胶粉在逐鹿工程中应用”项目列为交通部第一批科技推广项目;2008年,编制了交通部《废胎胶粉沥青及混合料设计施工技术指南》,出版了《橡胶沥青及混凝土成套技术》,“橡胶沥青加工工法”、“橡胶沥青混凝土施工工法”、“热洒布式改性沥青(橡胶沥青)防水黏结层施工工法”被制定为中国公路工程工法。
此外,天津海泰公司、四川新筑公司等专门从事橡胶沥青生产和加工的民营企业先后成立,北京路翔技术发展有限公司成功开发出生产改性沥青的专用设备------高速混练机,西安达刚公路机电科技有限公司已研制成功防堵塞的胶粉喷洒机,这些新成果为我国废橡胶粉改性沥青修筑道路工程提供了施工配套的硬件,也为我国今后在道路工程中大规模推广应用废橡胶粉技术奠定了基础。
经过近30年曲折的发展过程,通过学习国外先进的技术经验,引进先进的技术设备,经过自主研发和创新,并经过各种气候环境、交通环境下的工程验证,逐步形成了适合我国道路建设的橡胶沥青技术。