国内外橡胶沥青应用现状及发展趋势

国内外橡胶沥青应用现状及发展趋势背景国际上应用现状国际上研究现状国内研发历程我国应用技术对策•高速公路建设：高速公路2008年底通车里程达到5.3万公里，2010年我国高速公路通车里程将达到6.5万公里，沥青路面以其良好的行驶性能和维修方便等特点，成为高等级公路主要的路面结构形式。•废旧轮胎污染：我国的汽车工业发展迅速，2005年全国汽车保有量为3300万辆，废旧轮胎产生量约为1.2亿条，并以每年12%的速度增加，到2010年将达到2.21亿条。废旧轮胎造成严重的环境问题•废旧轮胎处理方式:‹传统方式：堆放、填埋、焚烧。造成问题：污染环境、占用土地资源、滋生蚊虫、传播疾病。‹目前处理方式：¾生产胶粉：国家政策鼓励推广（占10%）。¾再生胎：脱硫工艺污染大、能耗高,被国家限制（占90%）。¾土法炼油：污染严重，国家严令禁止。背景•我国处在社会经济迅速发展的时期，交通量增长迅速，再加上我国的气候环境相对恶劣，夏季炎热冬季寒冷，公路处在严峻的考验中，道路的使用性能需要改善和提高。背景废胎胶粉在路面工程中应用•一站式综合利用，不产生二次污染废胎胶粉沥青橡胶沥青矿料路面防水黏结材料橡胶沥青混凝土废轮胎废轮胎＋＋＋＋＋＋干拌工艺干拌工艺湿拌工艺湿拌工艺•利国——固体废弃物的再生利用•利民——改善人民生活环境•利路——改善路面使用性能背景背景国际上应用现状国际上研究现状国内研发历程我国应用技术对策什么是橡胶沥青€英文：AsphaltRubber，直译：沥青橡胶€是橡胶粉（CRM）与沥青拌和而成的一种产物。€美国ASTM定义：由沥青、回收轮胎橡胶及一定的添加剂组成的混合物，其中胶粉的含量不少于总重的15％，且要求橡胶颗粒在热沥青中充分反应并膨胀。€橡胶沥青有多种形式：y橡胶粉+沥青y橡胶粉（改性）+沥青y橡胶粉+沥青+添加剂（芳香烃油分）y橡胶粉+沥青+天然橡胶y橡胶粉+沥青+聚合物（如：SBS、PE）（橡胶改性沥青，RubberModifiedAsphalt）国外发展现状€最早橡胶沥青：1843年英国专利€现代意义上的使用y二十世纪四十年代，美国，干拌RamflexTM，RubberReclaimingCompanyy二十世纪六十年代，美国，湿拌OverflexTM，CharlesMcDonald€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粉沥青混凝土的应用研究。•美国通过了1991年联邦地表协调联运效率法案（ISTEA）1038条款（要求在路面工程中逐步增加回收橡胶的用量），同时，大多数州启动了相关立法程序，极大地促进了废旧轮胎在道路工程中的利用，橡胶粉路用研究进入了新的阶段。•目前橡胶沥青在美国使用相当成功的州，有亚利桑那州、加州、佛罗里达州、俄勒冈州等，多使用湿法工艺，并将湿法工艺生产的橡胶沥青视为一种公路常规使用的材料，且已有完整的技术标准体系、设计与使用指南。从1987年开始，加利福尼亚州每年都铺筑一条或两条橡胶沥青工程，混合料采用密实级配或开级配，铺筑厚度为24～76mm。南加利福尼亚州采用干法（PlusRide）、湿法和Trickle法铺筑了数条试验路。美国亚利桑那州橡胶沥青磨耗层应用统计表表1年份项目数混合料（t）结合料（t）集料（t）沥青含量（%）橡胶粉（t）轮胎(10lbs)200133181,43416,234165,2008.9%3,247649,360200038206,57818,654187,9249.0%3,731746,160199948266,13324,197241,9369.1%4,839967,880199839376,81433,621343,1938.9%6,7241,344,840199722115,69610,424105,2729.0%2,085416,960199621122,94711,004111,9439.0%2,201440,160199530196,82618,380178,4469.3%3,676735,200199414136,70312,611124,0929.2%2,522504,440199312116,48610,866105,6209.3%2,173434,640199210106,9709,95497,0169.3%1,991398,1601991318,6501,74216,9089.3%34869,6801990578,5295,35373,1766.8%1,071214,120198916,8306496,1819.5%13025,960198814,0803903,6909.6%7815,600142771,934,676174,0791,760,5979.0%34,8166,963,160美国州际高速公路美国州际高速公路从美国各州的研究和应用来看•推荐采用的方法是湿法工艺，•集料的级配采用间断级配和开级配，一般不采用密实级配混合料。•橡胶粉的掺量为沥青质量的5%～25%。•与普通沥青路面相比，橡胶粉改性沥青混合料提高了路面的高温抗车辙、低温抗裂能力和耐久性。•橡胶沥青的应用类型包括热拌沥青混合料、稀浆封层和应力吸收层等。南非•南非自上世纪60年代研究沥青橡胶，至今已有几十年的研究与应用历史，并形成了一套理论及工艺，技术上已经趋于成熟。•据统计，目前南非60%以上的道路沥青使用橡胶沥青，而且根据他们的经验，认为对于重载交通环境，橡胶沥青路面比较有利。1999199910年后南非思沃特里普到西桑塞特的开普N2[国道]1989年加铺的沥青橡胶混凝土。2002;13年后法国•1900年在法国首先铺筑了第一条橡胶沥青路面。•同时法国也是多孔性路面的发源地。法国在多孔性沥青路面中大量采用橡胶沥青作为黏结料。据统计，截止到1995年底，橡胶沥青多孔性路面已经累计摊铺了超过1000,000m2。•研究与应用的实践表明：采用橡胶沥青铺筑的多孔性路面，比普通多孔性路面在保持排水性能、抵抗重交通、抗剪切和不良气候影响等方面有明显的优势。•瑞典、日本等还将废旧轮胎橡胶颗粒用于防冻路面。•该路面的基本概念是在60年代由瑞典道路研究所提出的。日本从70年代末期开始进行防冻路面的研究开发，当时是参考瑞典的资料，采用日本国内使用的沥青混合料试验方法进行室内试验的。从1979年开始，日本在北海道及本州的山间公路上已铺筑了十几处这种掺橡胶颗粒的路面。在有积雪的情况下有较好的防滑性能。但由于橡胶颗粒的混入，路面不易达到充分的密实度。德国澳大利亚西班牙葡萄牙澳大利亚城市干线公路澳大利亚城市干线公路橡胶粉在筑路中应用的发展历程应力吸收膜（应力吸收膜（SAMSAM））应力吸收中间层（应力吸收中间层（SAMISAMI））开级配沥青混合料开级配沥青混合料连续级配沥青混合料连续级配沥青混合料断级配混合料断级配混合料1960196019701970198019801990199020002000沥青混合料沥青混合料（（HotMixHotMix））德国、英国、墨西哥、加拿大、美国、澳大利亚、德国、英国、墨西哥、加拿大、美国、澳大利亚、葡萄牙、沙特阿拉伯、韩国、南非、新西兰、瑞典葡萄牙、沙特阿拉伯、韩国、南非、新西兰、瑞典国际橡胶沥青联合会成员国际橡胶沥青联合会成员废胶粉湿法干法原料过程代表性技术产品PlusPlus--RideRide，，GenericGeneric，，ChunkChunkMcDonaldMcDonald，，OnOn--SiteASiteA--RRTerminalBlendTerminalBlend，，OtherSpecialtyOtherSpecialty沥青—胶粉（改性沥青）集料-胶粉-沥青（改性混合料）胶粉改性沥青概况国际上几种主要的橡胶沥青及混合料专利技术方法描述说明Arm-R-Shield含有颗粒和溶解的轮胎橡胶的改性沥青（湿法）结合料为80%的AR4000沥青+19%橡胶粉+1%扩展油ISIARCInternationalSurfacingInc.AsphaltRubberCement含有颗粒和溶解的轮胎橡胶的改性沥青（湿法）基质沥青使用AC-5和PBA-2。77~81%的沥青+17~19%的橡胶粉+0~6%的扩展油PRARCPowderedRubberAsphaltRubberCement含有橡胶粉的改性沥青（湿法）基质沥青为PBA-2。79%沥青+15%橡胶粉+6%扩展油PBA-6GRPerfoemanceBasedAsphaltwithGroundRubber。橡胶粉改性沥青（湿法），与PBA-6有两种变化。加10~12%80目的橡胶粉。PlusRide12干法工艺，为专利设计AC-20沥青混合料+3%的橡胶粉METRORUMACMETRORubberModifiedAsphaltConcrete。干法工艺，用于密级配混合料PBA-2,3,5的沥青混合料中加入1.5%~2%的橡胶粉。€国外技术在特定的环境下是成熟的。当前国际上一些先进技术纷纷引入国内，有美国（2~3家）、南非、欧洲等技术。€但是针对我国非常的交通环境、复杂的自然环境和超常的建设速度。橡胶沥青应用需要本土化研究。•背景•国际上应用现状•国际上研究现状•国内研发历程•我国应用技术对策•橡胶粉与沥青的作用机理•橡胶粉的改性技术•橡胶沥青混凝土的使用性能•相对于当前大规模的橡胶沥青应用的工程状况而言，橡胶粉在沥青中的作用机理并不明确，橡胶粉在沥青中的化学作用和物理作用依然停留在定性描述和证明中，由于橡胶粉和沥青本身化学组成和物理结构的复杂性，当前大量的研究都没有从根本上分析出橡胶粉和沥青的化学成分和物理构成，从而不能解决橡胶粉和沥青的作用机理。•在2003年的国际橡胶沥青会议之前开展了大量的宏观现象研究，证明其中物化反应。美国学者H.BarryTakallou博士和MojieB.Takallou博士对在163℃下反应45min橡胶沥青进行抽提试验表明，91％的废胎胶粉能够回收，并且回收的废胎胶粉保持与加入时相似的级配。这些研究都表明橡胶粉在沥青中以物理作用为主，化学反应也存在。•橡胶沥青的流变特性分析在2005年～2007年间，美国克莱姆森大学的BradleyJ.Putman和SerjiN.Amirkhanian等人，采用黏度和DSR等SHRP设备，对橡胶粉掺量在10～15%的橡胶沥青的作用机理进行细致的分析，提出了一些基本的概念和想法。借助现代的设备进行微观性能分析：红外吸收光谱（IR）；核磁共振波谱（NMR）；荧光显微镜；扫描电镜（SEM）。目前橡胶沥青作用机理分析所期望解决的问题：橡胶粉和沥青的配伍问题；橡胶沥青的指标体系问题；橡胶沥青的存储问题；橡胶沥青混凝土的评价指标。橡胶粉的改性技术•胶粉表面改性•控制性降解-再生工艺•机械力化学改性•再生脱硫降解改性•接枝或互穿聚合物网络改性•聚合物涂层改性•核-壳改性•气体改性•物理辐射改性•磺化和氯化反应改性橡胶粉的表面改性技术美国联邦公路局加速加载试验橡胶沥青混凝土的使用性能南非加速加载试验南非加速加载试验作用次数荷载水平沥青混凝土罩面（75mm）橡胶沥青混凝土断级配38mm）橡胶沥青混凝土断级配25mm）0~100,00040KN出现微小裂缝————100,000~175,00040KN出现块状裂缝————荷载增加到80KN175,000~200,00080KN完全开裂——细微裂缝200,000~237,00080KN试验结束——完全开裂表面温度降低到-5℃237,000~250,00080KN试验结束1/2路段开裂试验结束75mmAC38mmARAC75mmAC38mmARAC--GG25mmARACGG25mmARAC--GGGG背景国际上应用现状国际上研究现状国内研发历程我国应用技术对策八十年代：起步阶段–伴随着我国高等级沥青路面的发展，老一辈公路科技工作者进行了橡胶沥青技术的科研研究，研制出了简单的橡胶沥青生产设备并铺筑了部分试验段，但由于当时的橡胶粉技术装备水