橡胶沥青在中国的发展现状及其技术特点和原理

我国改性沥青的应用发展历程与现状“沥青混合料路面”最为关键的材料即为其中的沥青，我国从开始引进沥青混合料路面方案至今也有近二十年的发展历程，从最初的普通沥青发展到后来的改性沥青，现在已经有多种改性沥青面世，但其中应用最为广泛还是SBS改性沥青。据国家统计局相关数据：目前我国每年SBS改性沥青使用量价值约在400亿左右，所以现在我国的改性沥青以SBS改性为主流，约占市场95%份额。但任何一种产品都不能离开产品的发展规律：研发期、成长期、成熟期、衰退期。SBS改性沥青经过近二十年的使用，它的一些性能弱点也开始突现来，比如低温性较差，抗裂缝性极弱等等方面。其次SBS改性沥青在经营方式上也突现问题：由于其在全国这么多年的广泛应用，其生产工艺与技术已经完全为业内人所掌握，所以目前在全国各地都有SBS改性沥青的生产企业，正因如此，目前SBS改性沥青的经营利润空间极低，所以目前SBS改性沥青的竞争只能以量取胜，许多企业都在极积寻求新的替代产品。虽然2004年才开始引进橡胶沥青，但橡胶沥青本身在全球也有近四十年的应用与发展，有着极为成熟的应用经验，而且性能明显优越，所以橡胶沥青在中国市场有着极大的潜力替代SBS改性沥青产品。橡胶沥青的发展历程与中国应用现状橡胶沥青起源于上世60年代，由美国道路工程师CharlesH.McDonald发明，至今已有近五十年的应用历史。在美国的亚利桑那州、加州、德州、佛州都地区，橡胶沥青已经成为最常用的道路材料。而且橡胶沥青在全球也开始广泛的使用：美国、南非、葡萄牙、西班牙、澳洲、法国、巴西等国。在亚洲日本与韩国率先应用，我国早在上世纪80年代也在实验室里进行相关的实验，并且取得了不少的先进成果，但由于受当时机械制造的能力限制，无法把实验成果转化为产业化生产应用，所以直至2003年才开始向国外学习与引进生产设备，全国第一条橡胶沥青试验路于2004年10月份在北京开铺，从此拉开了橡胶沥青在中国的应用序幕。经过前两年的推广，现在橡胶沥青已经开始被行业所接受，2005至2006两年中，在全国各省相继施工了近500万平方米的道路，2007年是突飞猛进一年，在江苏、四川、沈阳等省市出现在橡胶沥青的应用热潮。2009年，在我党实践科学发展观活动的指导下，河北省开始大面积应用橡胶沥青，预计到年底，仅石家庄地区橡胶沥青道路施工面积就将超过120万平方米。橡胶沥青产品分析介绍一、橡胶沥青改性原理橡胶沥青是轮胎橡胶粉粒在充分拌合的高温条件下（180度以上）与基质沥青充分熔胀反应形成的改性沥青胶结材料。橡胶粉不发生裂解，吸收基质沥青中轻质部分，一方面直接改善基质沥青，另一方面达到橡胶与沥青充分复合的效果。橡胶沥青中橡胶粉的含量在18%以上，熔胀反应后，橡胶颗粒的体积比重在30－40%左右，胶结料和混合料都能显著表现出橡胶的物理、力学、化学性能。二、橡胶沥青性能优点1、优异的低温性能在弯曲梁流变议试验中结果表明，橡胶沥青低温模量降低近一倍。并且在低温高寒地区，橡胶沥青可以用于自动除冰路面。直接抗拉试验（DT）结果表明，橡胶沥青的断裂变形能力是基质沥青的7倍，比SBS改性沥青高出近1倍。2、较强的高温稳定性加入橡胶粉后，能够明显地增加基质沥青的粘度，从而显著的提高抗高温变形能。SHEP仪器动态剪切蠕变仪的高温分级结果为:橡胶沥青(76°C)，SBS改性沥青(70°C)，基质沥青(64°C)。3、突出的抗老化性能橡胶轮胎在生产过程中，加入了大量的防老化剂，包括抗氧化剂、热稳剂、变价金属抑制剂、紫外线吸收剂和对光屏蔽的碳黑填充剂，所以添加了废旧轮胎橡胶粉的橡胶沥青具有较强的抗老化性能。4、抗裂、和大变形能力橡胶沥青混合料可以在较宽的温度范围内都能保持柔性特征，所以橡胶沥青路面拥有非常优异的耐疲劳、抗反射裂缝能力。5、提高水稳定性由于橡胶沥青混合料具有较好的粘结力，同时具备更厚的胶结料膜，可以确保路面的水稳定性。6、降低路面行车噪音另外利用橡胶本身特有的弹性和吸音特性，同时可降低路面的行车噪音。三、橡胶沥青工程应用建造比较根据橡胶沥青的性能特点，美国经过40年的路面使用，总结出了一整套的路面设计应用方案，在保证同样使用年限的情况下，橡胶沥青路面方案与其它沥青路面方案相比较，可降低约1/3的厚度，则可省下大量的建设资金。若同样厚度的方案比较，则橡胶沥青以其高低温稳定、抗裂、抗变形能极强的特性，可延长道路约1/3的寿命，同样可省下了大量的维护费用。四、橡胶沥青的生产工艺与应用流程1、橡胶沥青生产工艺2、橡胶沥青应力吸收防水粘接层施工工艺3、橡胶沥青混合料面层施工工艺废旧轮胎橡胶粉橡胶沥青生产设备基质沥青橡胶沥青橡胶沥青生产工艺流程图注入洒布车路面洒铺橡胶沥青撒铺碎石胶轮碾压成品橡胶沥青橡胶沥青应力吸收防水粘接层橡胶沥青应力吸收防水粘接层施工工艺流程图施成品橡胶沥青注入拌合楼与碎石、沙等拌合型成级配料现场摊铺钢轮碾压橡胶沥青混合料面层橡胶沥青混合料面层施工工艺流程图五、竞争分析1、橡胶沥青与SBS改性沥青的技术原理比较图1SBS改性机理vs橡胶沥青的改性机理如图1所示，SBS在剪切作用下，于基质沥青内部形成一个加劲网络，通过网络约束来达到改变沥青粘温性的效果，基本不改变基质沥青的性质。所以，在网络约束（固体物为分散相）较少起作用的情况下（如低温开裂），基质沥青的性能是决定性的。橡胶沥青是轮胎橡胶粉在充分拌合的高温条件下（180℃以上）与沥青熔胀反应得到的改性沥青胶结材料。如图1所示，橡胶沥青不形成微观的网络结构。橡胶沥青的加工强调搅拌和反应时间。橡胶粉在与沥青高温充分混合状态下吸收沥青轻质组分而熔胀，同时在颗粒表面形成沥青质含量很高的凝胶膜。橡胶沥青中橡胶粉掺量通常很大，熔胀后橡胶粉体积达到胶结料的30~40%，橡胶粉颗粒通过凝胶膜连接，形成一个粘度很大的半固态连续相的体系。橡胶沥青性质的变化是体系结构变化和基质沥青品质变化双重作用的结果。GordonAirey[1]等人研究了橡胶沥青加工前后基质沥青的组分变化，发现沥青质的含量显著增加，对于较软的沥青，沥青质含量甚至增加一倍以上。研究了基质沥青在与橡胶沥青作用前后基质沥青的密度变化，发现密度与橡胶粉的掺量呈现显著的线性关系，二者相关系数达到0.99。与熔胀过程同时发育的还有橡胶颗粒的脱硫和橡胶分子的降解过程。图2是典型的橡胶粉与沥青反应时间与粘度的关系曲线（温度190℃）。在最初阶段，橡胶粉熔胀是主要的，粘度持续增加，但增幅趋缓。熔胀达到一定程度后，脱硫和降解过程加速发展，最后导致粘度下降。粘度的发展变化，与基质沥青、胶源、胶种、橡胶粉颗粒大小等均有关系。Abdelrahman[3]等研究了两个过程消长对动态剪切流变仪的动态复数模数和相位角参数的影响，表明不同的阶段对这两个参数的影响是不同的。粘度一般作为橡胶沥青质量控制体系中最重要的指标。050010001500200025003000060120180240300360420480时间min粘度CP图2反应时间vs粘度F.J.Navarro[2]等人研究了橡胶沥青粘度测试的影响因素。研究表明橡胶沥青是典型的非牛顿流体，温度越高，橡胶粉颗粒越大，则非牛顿趋势越显著。研究表明，胶粉来源、粗细、掺量、反应条件、测试条件均会显著影响粘度。材料配方设计的灵活性和适用面因此大大改善。参考资料：[1]GordonAirey,MujiburRahman,Theinfluenceofcrudesourceandpenetrationgradeontheinteractionofcrumbrubberandbitumen,AsphaltRubber2003,2003.12.[2]F.J.Navarro,P.Partal,F.Martínez-BozaandC.Gallegos,Thermo-RheologicalBehaviourandStorageStabilityofGroundTireRubber-ModifiedBitumen,Fuel,Volume83,Issues14-15,October2004,Pages2041-2049[3]AbdelrahmanandCarpenter,MechanismofInteractionofAsphaltCementwithCrumbRubberModifier,TransportationResearchBoard,ResearchRecord1661,pp.106-113,1999.