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２０１１年“华夏建设科学技术奖＂获奖项目（三等奖）
主要宕震章位 主要完露．‘
天津方声改工翟研究 一 宋晓燕 杨明、吴景海、高伯翔， 天津高速公路集团有限公司 商耀祥、李正中，周卫峰、侯岩峰、 天津市公路处 苏国柱、汪东升、王婷、余强 天津海泰环保科技发展有限公司
一、立项背景
天津市市政公路管理局２００７年度科技项目“废轮胎胶粉改
性沥青及混合料成套技术研究”由天津市市政工程研究院主持完 成。该课题项目自２００７年４月开始实施，课题组经过调研国内外
大量相关资料、理论定性分析、室内试验研究及实体工程铺筑总
结等工作，历时两年半时间，完成预定研究内容。
＝、项目简介 １、所属科学技术领域 本项目属于土木建筑专业的市政工程和公路工程科学技术领 域．取得的成果主要针对路面新建工程，也可用于维修工程。
２，主要研究内容 本项目从原材料的选择、评价、优化设计到实体工程施工． 属于成套技术。具体内容包括： （１）废轮胎胶粉与沥青混熔机理 研究， （２）胶粉改性沥青评价指标研究： （３）胶粉改性沥青生
产工艺优化： （４）用旋转剪切方法（简称ＧＴＭ）对胶粉改性沥 青混合料进行组成设计； （５）胶粉改性沥青用作桥面防水粘结层 研究； （６）胶粉改性沥青路面施工技术研究。
３、主要特点 用废轮胎胶粉作为改性剂不仅能够有效地提高普通沥青的性
质．改善路面使用性能．而且还可以降低工程建设造价．节省项 目投资。同时．该技术还能够洽理废旧轮胎所带来的”黑色污染” 问题．有效利用废物 节约资源 能够更好地促进公路建设与环
境保护工作的可持续发展。
三 研究成果
本课题项目自２Ｏ０７年４月起开始实施．依据合同确定的研究
内容开展工作．主要研究结论如下： １、胶粉改性沥青作用机理研究 胶粉颗粒与基质沥青在高温充分混合条件下．首先会吸收
沥青中的轻质成分而熔胀并粘聚 同时在颗粒表面形成沥青质含
量较高的凝胶膜，随着反应时间的增加，胶粉颗粒通过凝胶膜连 接，形成一个粘度较大的半固态连续相的混溶体系；伴随着胶粉 颗粒与沥青的熔胀过程．部分胶粉颗粒还会发生脱硫和分子降解
过程，交联剂硫、抗老化剂等外加剂和炭黑等活性成分会通过界 面交换作用进入沥青胶体体系．而未裂解的胶粉颗粒在沥青悬浮 液中均匀分布．从而最终使混溶体系达到相对的稳定状态。
２、路用废轮胎胶粉物理化学性能分析 （１）工程应用中应根据胶粉改性沥青的使用部位对纤维含量进 行控制：（２）在现有制备工艺下，天然橡胶含量应大于２０％，当其 含量小于２０％时应该掺加一定比例的天然橡胶．掺加比例应根据 粘度要求通过试验进行确定；（３）仅有少部分胶粉在与沥青的混溶
过程中能够发生脱硫、降解反应，且胶粉中的炭黑活性成分并不 可能会完全弥散在沥青中，应对炭黑含量指标适当提高，提高程
度取决于混溶体系的发育程度。 ３ 胶粉改性沥青评价体系研究 （１）胶粉改性沥青性能评价体系较为简单．仅控制粘度就能很 好地控制其高温性能和施工性能；（２）针入度以及经针入度计算所 得的针入度指数、当量软化点、当量脆点等指标不适宜用于评价
胶粉改性沥青的性能 （３）软化点不适宜用于评价胶粉改性沥青高 温性能的优劣 （４）延度指标不适宜用来评价胶粉改性沥青的拉伸
性能．（５）胶粉改性沥青具有优越的抗老化性能，不需要对其抗老
化性能进行评价：（６）旋转粘度、弹性恢复７￣ＳＨＲＰ体系中的ＤＳＲ 动态剪切试验￣ｎＢＢＲ弯曲梁蠕变试验在机理上适合用于评价胶粉
改性沥青的性能。 ４、胶粉改性沥青性能影响因素研究 （１）考虑到工程造价及施工性能．建议生产时选用粒径为４０目
的常温粉碎法斜交胎胶粉颗粒 掺量为外掺２０％；（２）考虑到提高 生产效率以及胶粉结团等实际问题，建议制备工艺以简单搅拌为
主．同时采用低速剪切辅助加工。
５ 胶粉改性沥青加工工艺研究 采用常温粉碎法斜交胎胶粉 胶粉粒径为４０目 掺量为外掺 ２０％．基质沥青采用７０＃Ａ级沥青：确定／］Ｎ－ｒ＿Ｔ＿艺为 将基质沥青加 热至１ ８０。Ｃ～１ ９０ Ｃ，然后加入胶粉搅拌熔胀４０分钟左右．泵入胶
体磨，剪切研磨，然后打八发育罐低速搅拌．添加稳定剂备用。 ６、胶粉改性沥青混合料基于ＧＴＭ旋转剪切方法的组成结构
优化研究 采用ＧＴＭ旋转剪切方法对胶粉改性沥青混合料的组成结构进 行优化研究，经过大量试验分析，认为：（１）ＧＴＭ旋转剪切方法更 适宜于胶粉改性沥青混合料的组成设计；（２）胶粉改性沥青混合料 可以采用粗集料含量相对较多的连续型级配，胶粉改性沥青中的
胶粉颗粒并未对混合料的组成结构产生较大的干涉作用而影响使 用性能；（３）基于ＧＴＭ旋转成型方式 连续型级配的胶粉改性沥青
混合料更易压实．其路用性能整体上优于断级配的胶粉改性沥青 混合料，（４）对于胶粉改性沥青混合料，建议采用沥青浸渍法实测 合成矿料的有效相对密度，然后依次计算胶粉改性沥青混合料的
体积参数。在此基础上 提出胶粉改性沥青混合料基于ＧＴＭ旋转 剪切方法的优化级配控制范围．如表１所示。 ７．胶粉改性沥青防水粘结层性能及施工应用研究
基于室内剪切试验和拉拔试验，对胶粉改性沥青作为水泥混凝 土桥面防水粘结层的层间结合性能进行研究．确定施工工艺为：沥 青喷洒温度控制在１９０。Ｃ－－２００。Ｃ，喷洒用量设定在２．０ ｋｇ／ｍ 左右： 撒布洁净碎石，碎石撒布量为１０ｋｇ／ｍ ．将撒布碎石在１６０－－１６５ Ｃ 环境下进行预热处理：现场采用离心式压力抛丸机对水泥混凝土桥
面板进行喷砂打毛预处理．粗糙程度控制在４５～５５之间。
８ 胶粉改性沥青路面施工质量控制 基于ＧＴＭ旋转剪切方法对胶粉改性沥青混合料的组成结构进行 优化设计。并基于现有机械设备及施工技术水平，提出与室内设计 方法相适应的碾压工艺：两台３０ ｇＥ胶轮压路机各自紧跟１台摊铺机 在高温下进行碾压．其后各自紧跟１台１２吨以上的双钢轮振动压路
机，胶轮压路机与钢轮压路机同进同退同错轮 以固定的速度较慢 碾压．形成碾压列车组 最后用１２吨以上的双钢轮压路机进行静压 收面。由实体工程压实度检测数据可以看出．基于上述碾压工艺，
对于胶粉改性沥青混合料，完全可以将ＧＴＭ成型试件密度作为压实 度的控制标准 从而大大提高路面碾压效果，延长路面使用寿命。
四、创新点
１、基于对现有沥青混合料设计方法的比选分析，确定并验
证ＧＴＭ旋转剪切方法是胶粉改性沥青混合料的最优设计方法 在
表１胶粉改性沥青混合料基于ＧＴＭ旋转成型方式下的优化级配控制范围 建筑材料与城市环境 ②
此基础上．提出嵌挤偏骨架型密实结构作为胶粉改性沥青混合料组 成结构的优化方案 通过路用性能试验比选，确定相应的优化级配 控制范围。２、采用现行《公路沥青路面施工技术规范》中相关公 式所计算的合成矿料的沥青吸收系数偏大，使得依此计算的混合料 的空隙率偏大，将直接影响最佳沥青用量的确定。建议采用沥青浸
渍法实测合成矿料的有效相对密度，依次计算胶粉改性沥青混合料 的体积参数。３ 基于目前国外对于胶粉改性沥青性能评价的已有 研究，确定以粘度作为关键控制指标的新的胶粉改性沥青质量评价
体系；同时，对现有评价指标及试验检测手段进行适应性分析，确 定适用于胶粉改性沥青作用机理并能真实反映其技术性能的评价指 标。４、基于特定来源的胶粉及基质沥青．系统研究胶粉粒径、胶 粉掺量、基质沥青等级．拌和方式、拌和时间、拌和温度、存储方
式等方面对胶粉改性沥青性能的影响．在此基础上确定加工工艺， 并经应用验证。５、以室内剪切试验和拉拔试验为手段，从胶粉改
性沥青喷涂量、碎石撤布、界面处理、温度等方面研究其作为水泥 混凝土桥面防水粘结层的层间结合性能，以此对其施工工艺进行优 化并确定施工质量控制方案。６、基于实体工程，从原材料 生产
拌和及摊铺碾压等方面确定胶粉改性沥青混合料的质量控制方案及 关键控制项目：基于现有机械设备及施工技术水平，针对胶粉改性
沥青混合料的特性．确定新的碾压工艺。
六、应用情况
本课题研究成果已先后成功应用于天津市杨北公路大中修工
程、南京路试验段工程和京沈、津蓟、丹拉等高速公路的养护维 修工程等项目，实体工程涉及沥青混合料、应力吸收层及防水粘 结层等各个方面，均取得了较好的效果。上述胶粉改性沥青路面
实体工程均采用ＧＴＭ旋转剪切方法在优化级配控制范围内对混合 料的组成结构进行优化设计，并采用建议碾压工艺进行铺筑，通 过路用性能的对比 充分验证了ＧＴＭ方法能够有效地模拟实际碾
压工况，更加适宜于胶粉改性沥青混合料的组成设计，而且课题 确定的优化级配能够更好地发挥其成型优势．使混合料具有更好 的路用性能。胶粉改性沥青在水泥混凝土桥面防水粘结层方面的
成功应用，也充分说明了该材料在此项领域内也具有较好的施工 性能，在推荐的施工工艺下可以达到良好的使用效果，有效地提
高层间结合稳定性．从而延长结构的使用寿命。 利用废旧汽车轮胎胶粉作为主要原料来制备胶粉改性沥青并
应用于公路建设，不仅能够有效地提高普通沥青的品质．改善路 面使用性能．而且还可以降低工程建设造价，节省项目投资。该
技术推广前景极好，必将产生显著经济．环境及社会效益。固
各对应筛孔尺寸（ｍｌｎ）下的通过率范围， ％ 级配类型 ２６．５ １９ ｌ６ ｌ３．２ ９．５ ４．７５ ２．３６ １．１８ Ｏ．６ Ｏ．３ Ｏ．１５ ０．０７５
ＡＲ２Ｏ型 １Ｏ０ ９５—１００ ８２ ９１ ７０－８１ ５３—６７ ３０－４５ ２１－３４ ｌ５—２５ １１一ｌ９ ８—１４ ６—１１ ４—８
ＡＲ１３型 １ＯＯ ９５—１００ ６５ ７５ ３０ ５０ ２０—３５ １５—２５ １２—２０ ８—１５ ６—１２
４—１Ｏ