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1、专业硕士学位论文橡胶沥青在路面养护工程中的应用技术研究Study on application technology of rubber asphalt in pavement maintenance engineeringA Thesis Submitted for the Degree of MasterCandidate：Zhu DongSupervisor：Prof. Ma Feng Changan University, Xian, China摘 要随着经济和汽车工业的发展，我国的汽车使用量越来越大，而大量的废旧汽车轮胎的处理也成为了一项重要的研究课题。本文以橡胶沥青技术在浙江的研究
2、和应用为背景，结合新昌江拔线的工程案例，从橡胶沥青的性能、评价指标，橡胶沥青的配合比设计以及橡胶沥青的生产工艺等几个方面进行了研究，并就以下内容进行了试验：1、新昌橡胶沥青试验路段ARAC-13集料采用玄武岩，同时添加占集料2%的矿粉；2、ARAC-13混合料配合比设计根据新昌项目特点，结合橡胶沥青及混合料设计施工技术指南的要求，采用了断级配密实骨架嵌挤式级配，采用马歇尔击实法（双面各75次），击实温度控制在175180；3、采用的集料毛体积相对密度2.8，初始油石比采用6.5%，采取双面75次制作马歇尔试件，经过试验确定ARAC1-13的最佳油石比为7.0%。结合江拔线试验路段的铺设应用，并
3、对该路段橡胶沥青混合料的使用情况进行了跟踪检测，为橡胶沥青在路面养护工程中的应用提供了数据和技术支持。通过研究，得出如下结论：1、从试验结果来看，ARAC1-13沥青混合料各项体积指标、水稳定性能、高温性能均满足要求。2、试验结果表明，橡胶沥青混合料回弹模量值要高于改性沥青混合料，说明橡胶沥青混合料强度要优于改性沥青混合料，抗变形能力更强。关键词：橡胶沥青，配合比，评价指标，生产工艺AbstractWith the development of economy and the automobile industry, Chinas automobile use is more and more
4、, and the processing of a large number of scrap tires has become an important research topic.This paper takes the rubber asphalt technology research and application in Zhejiang as the background, combined with the new Changjiang pull line engineering case, from the performance, the evaluation index
5、of asphalt rubber, compound rubber asphalt was studied more than several design and rubber asphalt production technology and other aspects, and carries out the experiment on the following contents:1.Xinchang test section of asphalt rubber ARAC-13 aggregate by basalt, while adding powder for aggregat
6、e 2%;2.Mix design according to the characteristics of the project, Xinchang 2 ARAC-13 mixture, combined with the rubber asphalt and mixture design and construction technical guidelines requirements, the fault graded dense skeleton using block extrusion type gradation, using Marshall compaction metho
7、d (75 sides), compaction temperature control at 175 to 180 DEG c;3.The aggregate gross volume relative density 2.8, than the 6.5% initial Whetstone, taking sides 75 product Marshall sample, after the optimum asphalt test to determine the ARAC1-13 ratio of 7%.Combined with the application of test sec
8、tion of river pull line laying, and properties of the sections is tracking detection and comprehensive evaluation, provide data and technical support for the study of the use of rubber asphalt mixture in China on the road. Through the research, draws the following conclusion:1.the experimental resul
9、ts show that the ARAC1-13 asphalt mixture volume index, water stability, high temperature properties are satisfied.2.the test results show that the material modulus of resilience of rubber asphalt mixture was higher than that of modified asphalt mixture, shows the rubber asphalt mixture strength is
10、superior to the modified asphalt mixture, stronger deformation resistance.Key words: Rubber asphalt，The mixture ratio，Evaluation index，Production process目 录第一章 绪论11.1 研究背景和意义11.2 研究概况51.3 研究内容与目标10第二章 橡胶沥青的性能研究122.1 橡胶沥青混合料特点122.2 橡胶沥青的性能分析132.3 橡胶沥青性能影响因素172.4 橡胶沥青的性能评价指标202.5 小结22第三章 橡胶沥青混合料配合比设计2
11、33.1原材料233.2矿料的级配设计233.3橡胶沥青混合料试件的制作243.4密度和空隙率的计算243.5马歇尔试验与最佳沥青用量的确定253.6橡胶沥青混合料的技术标准253.7橡胶沥青混合料试验设计263.8小结34第四章 橡胶沥青生产工艺354.1 干法生产工艺354.2 湿法生产工艺364.3 干、湿两种生产工艺的比较364.4 橡胶沥青生产设备374.5 小结37第五章 橡胶沥青在新昌江拔线路面工程的应用395.1新昌江拔线介绍395.2橡胶沥青的生产395.3橡胶沥青路面施工435.4橡胶沥青路面质量检测515.5存在的问题525.6小结52结论53参考文献54致 谢56III
12、第一章 绪论第一章 绪论1.1 研究背景和意义1.1.1 研究背景随着我国经济持续快速的发展，在短短的二十年呈现了迅猛的发展势头。截至2011年，我国高速公路总通车里程数达到了8.5万公里，居世界第二，而我国新建的高速公路大多是沥青路面。按照国家高速公路发展的规划，我国到2020年将实现高速公路总通车里程10万公里。我国近年来新建的沥青路面中，受到环境和人为的破坏，出现了个各种损坏和永久变形，不得不进行修复和改建。我国每年有大约有23千公里的路面需要大修罩面。因此，我国公路建设行业为了节约建设资金，提高公路使用质量和性能，必须研究经济优质的路面建设方案，我国的汽车保有量随着汽车工业技术的进步和
13、发展，每年呈上升趋势。每年有大批的废旧汽车轮胎等待处理。据统计，2010年全国民用汽车保有量为9088万辆，产生的废旧轮胎数量超过2亿个，我国正面临大量废旧轮胎处理的问题。大量的废旧轮胎不利于存放，更会严重污染环境。从国外的研究和应用经验看，废旧轮胎加工成废胎胶粉并且用于公路建设工程，不仅可以化废为宝，合理利用资源，更能降低对环境的污染，符合我国发展资源节约型、环境友好型社会的战略。废旧轮胎中的主要成分天然橡胶、合成橡胶等成分，都是良好的沥青改性剂，加工后的橡胶沥青用于路面建设不仅可以节约建设成本，增加使用寿命，还能减少路面反射裂缝，提高公路的使用性能。1.1.2 研究意义1.1.2.1 社会
14、效益废旧橡胶轮胎目前已成为我国污染环境的隐患，因此，对于废旧橡胶轮胎的处理，具有显著的社会效益。废旧轮胎具有抗热、抗机械性等特点，一般很自然降解，长期堆放，造成了大量资源的浪费，而且易滋生细菌、引发火灾等。 图1.1 大量废旧轮胎堆放引发的环境灾难我国是橡胶消耗大国，2002年起，年消耗橡胶已居世界第一位。浙江地处长三角地区，经济发达，汽车保有量高，截至2009年底，浙江省汽车保有量达到433.3万辆，每年产生的废旧轮胎达数百万条，如何合理有效地利用废旧轮胎已成为相关部门亟待解决的问题。据统计，我国公路总里程数，截止到2010年，已达到了309.4万公里，其中高速公路为6.4万公里。与此同时，
15、高速公路里程的快速增加对我国公路的使用质量也提出了更高的要求。到2010年浙江省公路总里程超过10万公里，高速公路3500公里，一级公路3500公里，二级公路8000公里。浙江省近些年已经开始开展橡胶沥青的应用研究，并取得了一定的成果。2007年依托黄衢南高速公路，开展了橡胶粉改性沥青路面(干法)设计与应用研究的课题研究，积累了干法橡胶沥青混合料的应用经验，2008年开展了浙江省橡胶沥青路面（湿法）应用技术研究的课题研究，并积累了相关的应用经验。总体上说，橡胶沥青在浙江省的应用尚处于探索和发展阶段，可以预见，路面工程中大规模的使用橡胶沥青，不仅可以很好的解决废旧轮胎日益增长的问题，又可以提高浙
16、江省道路的服务质量，促进浙江省公路行业科技发展，推动多个产业发展，同时可以改善沿线居民生活环境质量，促进社会和谐进步，经济持续发展，有利于建设资源节约型、环境友好型社会，是提升公路建设单位企业形象的一项好举措。1.1.2.2 经济效益从目前的研究成果和使用情况来看，使用橡胶沥青用于路面工程将比普通沥青路面工程或者改性沥青路面工程具有更好的经济效益。1）原材料成本目前每吨橡胶沥青价格在5500元左右，比SBS改性沥青低。2）橡胶沥青路面结构造价大量的研究和使用经验证明，橡胶沥青混凝土的使用从路面结构承载能力和抗反射裂缝角度都可以有效减薄路面结构厚度。表1.1和表1.2所示分别为橡胶沥青混凝土和普
17、通沥青混凝土在路面结构承载能力和反射裂缝角度两方面的对比数据。表1.1 路面结构承载能力对比表（in）一般密实型沥青混凝土断级配橡胶沥青混凝土断级配橡胶沥青混凝土与SAMI组合0.150.200.250.300.350.400.450.100.100.150.150.200.20-0.100.100.150.200.20表1.2 反射裂缝对比表（in）一般密实型沥青混凝土断级配橡胶沥青混凝土断级配橡胶沥青混凝土与SAMI组合0.150.200.250.300.350.100.100.150.150.150.20-0.10注：1 in=25.4mm从上述对比表可以看出，在承载能力和反射裂缝的减少
18、上，橡胶粉的加入可以使沥青厚度明显减少。以浙江省沥青路面结构为例，浙江省目前的高速公路普遍采用4cm+6cm+8cm的结构形式，在基层相同情况下，从考虑抗车辙角度出发，橡胶沥青的使用减少了路面铺设厚度，缩减了费用。同时，由于减薄的路面结构可以缩短施工工期，所带来的社会效益和经济效益将更为显著。另一方面，我省目前普遍使用半刚性基层，其自身存在的缺陷将导致沥青路面产生大量的反射裂缝，严重影响路面使用质量，当使用橡胶沥青作为应力吸收层和结构层时，按照抗反射裂缝标准设计路面结构可以有效减薄路面厚度，节省路面建设、养护成本，避免重复投资的作用。通常情况下橡胶沥青路面可以延长道路养护维修周期3年以上，每公
19、里每年的养护成本费用在2万元左右。3）道路运营及用户成本橡胶沥青路面由于其良好的路用性能，道路日常养护维修及大修的次数、时间有所缩减，同时避免或减少了道路交通事故的发生概率，给公路交通运输通畅、高效、安全带来很好的经济效益，另外从用户角度出发，橡胶沥青路面可以节省汽车行驶油耗约0.6%，按照一辆汽车每百公里油耗15升计算，200km橡胶沥青路面每年可节省燃油费约194万元。4）路面周期费用由于国内橡胶沥青混凝土路面试验数据较少，目前还没有可供参考的橡胶沥青路面周期费用分析。借鉴2002年美国亚利桑那州交通厅和亚利桑那州立大学联合开展的橡胶沥青路面与传统路面结构的寿命周期费用分析结果：该研究采用
20、40号洲际公路里程范围196204西侧路段橡胶沥青路段，路面结构为20.32cm破旧混凝土路面+7.62cm传统沥青混凝土+5.08cm橡胶沥青混凝土+1.27cm橡胶沥青开级配磨耗层，总厚度34.4cm，作为对比采用传统路面结构的路段为40号洲际公路，里程范围为191194的西侧路段，路面结构为10.16cm级配碎石基层+15.24沥青处治基层+27.94cm沥青混凝土面层，总厚度为53.34cm。对比路段中传统结构类型的单位造价为1515008美元，橡胶沥青路面单位造价为875776美元，从1991年到2001年，使用11年后在橡胶沥青铺设路段路面效果良好，路面情况明显优于传统路面结构。根
21、据该路段的统计数据，采用世界银行公路设计和养护系统HDM-4和NCHRP开发的MicroBENCOST系统，进行两种路面的全寿命周期费用分析，分析周期取25年，平均折现率4%，表1.3所示为采用MicroBENCOST系统计算分析两种路面的建设费用、养护费用和用户费用情况，结果显示：相比于传统沥青混凝土路面，采用橡胶沥青混凝土路面可以大大降低道路的寿命周期费用。表1.3 建设、养护和用户费用比较（MicroBENCOST）年份传统沥青混凝土橡胶沥青混凝土差价MC（$）UC($1000)MC（$）UC($1000)MC（$）UC($1000)051015202515150081844747710
22、4711199812649/122961270513288139811480087577613174295585364716683/12325122881289013172135656392325273182461855275966/-294173988091235注：0为初始建设费用，MC为养护费用，UC为用户费用。1.2 研究概况橡胶沥青的应用最早于1984年起源于英国，20世纪40年代，美国的橡胶回收公司首次采用了干拌法生产出了橡胶沥青混合料。20世纪60年代，亚利桑那州凤凰城的工程师Charles McDonald开发出了橡胶沥青的“湿法”工艺，生产了OverflexTM橡胶沥青混合料
23、，并在路面养护工程中大量的使用了橡胶沥青，从而开启了橡胶沥青大规模应用时代。橡胶沥青根据其加工工艺的不同可以分为两类：“干法”和“湿法”。“干法”生产工艺是将橡胶粉作为细集料与集料拌合，喷入沥青后制成橡胶粉（屑）改性沥青混合料。“湿法”是指将橡胶粉（屑）与沥青拌合，通过一定工艺制成橡胶沥青，再与集料拌合成橡胶沥青混合料。本项目主要是研究“湿法”橡胶沥青在路面工程中的应用。1.2.1 国外研究概况国外对于橡胶沥青的研究较早，英国、美国、法国、澳大利亚、南非等国家都在橡胶沥青的研究和应用上积累了丰富技术经验。国外应用研究成果，橡胶沥青在路面工程中的应用大致经历了以下几个阶段，见图1.2所示。图1.
24、2 橡胶沥青在路面工程中的应用过程橡胶沥青在20世纪60年代最早是被用于应力吸收层（SAM），直到70年代美国一家精炼公司才开始了废胎胶粉改性沥青的研究。瑞典一家公司也在同时期研制开发了干法混合料工艺，该工艺后被引进美国，并申请了专利。美国在19791981年间进行了多条橡胶沥青路段的实验，数据表明，实验路段具有良好的性能。干法和湿法工艺分别铺设的橡胶沥青路面，经过10年观测，结果表明橡胶沥青具有较好的低温抗裂性。19771984年间，美国16个州共铺设219段试验路，若干年后的观测表明橡胶沥青路面在抗滑除冰、防反射裂缝、温度裂缝、抗永久变形等方面具有特有的优势。美国于1991年通过了一项综合
25、运输经济法案，其中对于路面使用橡胶沥青混凝土的建设进行了规定，规定各州新建和维修路面工程必须使用废旧轮胎橡胶粉，对于使用联邦经费的废橡胶沥青混合料所占的比例不能低于5%，并且每年以5%递增，直到达到总费用的20%。该法案出台，有效的减少了废轮胎带来的环境压力。据统计，到1997年美国共消耗掉8000万吨废旧轮胎。美国现已将废旧轮胎橡胶沥青普遍应用于路面工程，并且形成了相应的技术规范和标准。美国加州政府规定2007年起将橡胶沥青路面的使用比例提高到20%，2013年将达到35%。美国费吉尼亚州也于90年代铺筑了5条试验路段，经过使用后，检测性能良好，橡胶沥青路面明显车辙减小，抗滑性能明显增加。加
26、拿大于1990年首次将废胎粉应用于试验路，分别铺筑了6.5km的橡胶沥青混合料路面和普通沥青路面。经过使用后的比较，橡胶沥青混合料所铺路面明显优于普通沥青路面性能。该省目前将橡胶沥青混合料大量用于公路路面工程建设。法国最早开始多孔隙路面的研究，1995年，法国已累计铺设了100万m2的多孔隙混凝土路面。多孔隙路面的研究和使用性能表明了橡胶沥青多空混凝土更容易保持持久排水性能和抵抗气候天气的影响。南非在公路建设中废旧轮胎橡胶粉的应用是非常成功的。据了解，目前已经有超过60%的路面工程中使用橡胶沥青，经验表明橡胶沥青在超重轴载的环境中更加具有优势。南非的橡胶沥青路面在使用超过年限25年仍然较完好，
27、南非在橡胶沥青路面的研究和应用上取得了一定的成就。橡胶沥青首次被发现1981年，比利时的布鲁塞尔，橡胶沥青首次被发现具有降低道路交通噪声的功能，被称作“Drain asphalt”。随后，许多国家开始研究和评估橡胶沥青作为降噪措施的功效。1984年，法国对采用沿塞纳河采用Draina sphalt铺筑的城市道路进行研究，发现在没有载重车时路面噪声降低35dB，有5%的重车时，噪声可降低23dB。加拿大，荷兰，南非等国家也先后展开了橡胶沥青对于路面减噪性能的研究，均得到了不同程度的减噪效果。美国的加利福尼亚，亚利桑那，德克萨斯，俄勒冈州在1989至今对多条橡胶沥青混凝土路段进行了噪声测试，研究表
28、明，与传统的沥青路面相比，橡胶路面噪音的降低在3dB以上，其中凤凰城的降噪效果达到10dB，即声音强度降低了88%。2003年，德克萨斯的检测结果发现，使用橡胶沥青的开级配抗滑层(OGFC)平均降噪5dB，而且路表磨擦提高了两倍以上。为了有效利用废胶粉，当前许多国家的政府提供优惠政策，鼓励废胎胶粉用于公路工程。到1998年，美国铺设的废胎胶粉改性沥青路面已超过1.1万公里，加利福尼亚州、德克萨斯州、福罗里达州等地已有成功使用10年以上的工程。此外，澳大利亚、南非、加拿大、日本、俄罗斯、瑞典、韩国等国家也已成功将废胎胶粉改性沥青应用于修建高速或高等级公路。1.2.2 国内研究概况我国于20世纪7
29、0年代末80年代初开始开展橡胶沥青及混合料技术的研究。为修建高级路面，解决优质沥青缺乏，改善与提高沥青路面性能，在八十年代中后期，加深了废旧轮胎橡胶粉在沥青混合料应用，并逐渐成为路面材料的应用热点。2001年底，交通部开展了废旧橡胶粉在路面应用的研究课题，在全国各地进行了总共近30公里的试验路段，覆盖可华南、西南、冰冻地区等多个气候分区，为我国在橡胶沥青的研究和应用推广奠定了理论和实践基础，到目前为止，取得了良好的应用效果，并于2004年通过了交通部鉴定和验收。基于提高沥青路面使用性能和解决废旧轮胎环境污染问题的双重考虑，2007年交通部进行了废旧橡胶轮胎用于路面工程的研究课题，由交通部公路科
30、学研究院承担，2011年4月通过鉴定和验收。目前全国已有20多个省市开展橡胶沥青的研究与应用。2008年，交通部编制出版了橡胶沥青及混合料设计施工技术指南。各个地方省市也出版了各自的地方标准，北京市2006年出版了北京市废胎胶粉沥青及混合料设计施工技术指南，江苏省于2005年出版江苏橡胶沥青路面技术规程，天津市于2006年颁布天津市废轮胎胶粉改性沥青路面技术规程等，各个规程和指南的出现极大程度地推动了橡胶沥青在我国的应用与发展。近些年，橡胶沥青路面在我国逐步得到推广应用，先后铺筑了一些试验路段和实体工程，部分项目的橡胶沥青路面使用情况摘述如下：2001年使用橡胶沥青混合料对马房桥进行路面改建，
31、通车两年后。极端最大车辙深度5mm，3段路段车辙平均深度3.9mm，实现了良好的抗车辙效果。2002年广东105国道改造工程，沙朗路段自改建后，在大交通量的环境下使用至今没有发生结构性破坏。四川石胜路试验段于2002年完成一期工程，2003年完成二期工程，一期工程至今使用情况良好，但是二期工程由于当时质量控制不到位，沥青混合料拌合温度过高出现老化，基层施工不到位导致个别路段出现了松散和不均匀沉陷等问题，可见铺设好的橡胶沥青路面离不开严格的施工质量控制。河北京秦高速罩面工程于2004年完成，通车观测一年后发现构造深度较高，车辙较少，行车道出现1处油斑，此外由于原有路面裂缝多，仅采用玻纤格栅和封缝
32、处理，导致橡胶沥青出现较多的反射裂缝，说明在利用橡胶沥青罩面之前，对原有路面的结构性破坏处进行彻底处理方能保证新铺橡胶沥青路面的质量。北京门头沟南雁路试验段于2005年完工，目前使用情况良好。1.3 研究内容与目标1.3.1 研究内容1）橡胶沥青材料性能研究橡胶沥青做为结合料，其特性对橡胶沥青混凝土的性能有着重要的影响。而橡胶沥青作为沥青和橡胶粉的共混体系，橡胶粉的性质、沥青的性质、两者之间的共混方式都可能影响到橡胶沥青的性能。从橡胶粉、沥青和拌和工艺三个角度，对橡胶沥青的性能进行深入的研究，研究不同类型的橡胶粉、不同的掺加剂量等对橡胶沥青性能的影响及各个因素的影响程度，研究橡胶粉对沥青的改性
33、作用机理，橡胶沥青材料的评价指标及标准，比较橡胶沥青和基质沥青以及其它改性沥青的性能特点，分析橡胶沥青的优势与劣势。2）橡胶沥青混合料的配合比设计和性能研究通过室内试验对橡胶沥青混凝土的性能进行系统的研究，分析矿料级配、不同结合料等对橡胶沥青混合料性能的影响，用合理的方法结合现有的经验对橡胶沥青混合料进行配合比设计，针对橡胶沥青作为水泥混凝土加铺层的特点，采用马歇尔试验、渗水试验、低温弯曲试验、车辙试验等试验方法对橡胶沥青的各种性能进行评价，为橡胶沥青混凝土的配合比设计提供相应的技术指导。并结合实体工程对橡胶沥青混合料的路用性能进行评价。3）橡胶沥青混凝土的施工工艺研究通过试验路段橡胶沥青的铺
34、设，研究橡胶沥青的施工工艺和生产工艺。试验路铺筑路段位于省道S309江拔线新昌段K60+300K62+200，K60+300K62+562段，共计2.262公里。实验对象为橡胶沥青混合料ARAC-13的试验路的铺筑。江拔线该试验段铺筑面积近1万平方米。1.3.2 研究目标本论文研究主要针对废轮胎胶粉橡胶沥青混合料湿法生产工艺，借鉴国内外研究经验，采用目前国内己有的试验手段展开室内试验研究。通过大量试验分析了不同改性工艺参数对橡胶沥青技术性质的影响，采用粘度、弹性恢复、软化点、针入度、延度等指标对橡胶沥青进行评价。开展了ARAC-13橡胶沥青混合料配合比设计研究，并在省道S309江拔线新昌段K6
35、0+300K62+200进行了试验路铺筑。55第二章 橡胶沥青的性能研究第二章 橡胶沥青的性能研究2.1 橡胶沥青混合料特点橡胶沥青由于在沥青中加入了废橡胶粉（屑），并通过剪切搅拌使橡胶颗粒充分溶胀，极大地改变了原有沥青的物理化学性质，使橡胶沥青混合料具有良好的路用性能。橡胶沥青混合料的使用优点可以概述为如下：1）可以有效利用废旧轮胎，减少环境污染 橡胶沥青铺筑路面提供了一种利用废橡胶的“增值”的方法，减轻了废轮胎堆放对环境产生的压力，大量堆放的废旧轮胎极易引起火灾，造成二次污染。经过估算，每吨断级配橡胶沥青混合料消耗大约2个废轮胎，橡胶沥青路面每25mm厚度，每车道公里可用掉大约620个废轮
36、胎。2）可以提高沥青路面的抗车辙能力。橡胶粉改性沥青由于胶粉在沥青中反应时吸收了沥青中的轻质油分，明显提高了沥青的粘度、软化点、弹性恢复等指标（橡胶沥青在高温下更粘稠、更有弹性），使橡胶沥青路面在热季具有更好的抗车辙变形能力。3）提高沥青路面的抗老化能力橡胶沥青混合料中沥青胶结料含量较高、油膜厚较大，沥青路面的抗老化能力显著增加。4）减少沥青路面夏季泛油，提高沥青路面耐久性橡胶沥青由于胶粉颗粒的存在，并吸收轻质油分，使沥青的粘度增大，在沥青膜厚较大的情况下减少了夏季沥青路面的泛油现象，并大大提高了沥青路面的耐久性。5）提高路面抗冲击性和可塑性胶粉可以应用于橡胶沥青可以有效提高抗冲击性和可塑性，
37、减少橡胶沥青路面低温裂缝；橡胶沥青混合料中沥青胶结料的含量较大、弹性好，减少了橡胶沥青路面疲劳裂缝和反射裂缝的产生。6）减薄路面厚度，节约路面建设和养护成本在按结构层整体强度标准和按反射裂缝同标准前提下，橡胶沥青混合料可减薄路面厚度。如橡胶沥青薄层罩面（普通路面厚度的一半，最小可达到30mm）使初期建设中材料费用降低，同时橡胶沥青可延长路面寿命，减少养护费用，提高经济效益。7）降低沥青路面噪音橡胶沥青混合料一般采用间断级配或者开级配，成型的沥青路面具有较大的表面构造深度，另外由于胶粉颗粒的存在，增加了路面的弹性，在行车条件下，减少了轮胎和路面接触时产生的气压爆破声，从而降低了行车噪音。根据美国
38、亚利桑那州和加利福尼亚州的相关记载，使用橡胶沥青的路面其交通噪声明显降低，降低幅度可以达到40%88%。8）提高行车安全性受橡胶颗粒中炭黑的影响，橡胶沥青路面能够保持长期的黑亮特性，与标志标线形成强烈的色差，增加了沥青路面的美观，提高了行车安全性。2.2 橡胶沥青的性能分析沥青由沥青质和可溶质两部分组成，被视为可溶质的粘度小的低分子油分和蜡占沥青成分的54以上，由于硫化橡胶与沥青同属非极性材料，橡胶经过一定的处理能溶解于沥青低分子油分中，所以沥青本身也是硫化橡胶再生的良好软化剂。橡胶与沥青的关系是溶质与溶剂的关系。橡胶粉和沥青在高温下混合、反应成为橡胶沥青，橡胶粉与沥青之间的相互作用十分复杂，
39、一般认为，橡胶粉和沥青在高温状态下存在溶胀反应、物理分散和化学反应三种作用。1）溶胀反应橡胶颗粒加入沥青中后，首先是发生溶胀和部分溶解过程，使橡胶颗粒以微粒或丝状随机分布在沥青中，这些微粒与沥青之间形成网络结构，增加了沥青的弹性和塑性。另一方面是在溶胀和溶解的过程中，部分橡胶颗粒还会发生脱硫和橡胶粉与沥青在高温下混和，沥青中的芳香烃和轻质油份会被橡胶粉吸收，产生溶胀反应。橡胶沥青溶胀后黏度变大，体积会增大。下图显示了橡胶颗粒与沥青在拌合前后的照片，很直观的可以看到，拌合后橡胶颗粒明显增大。 拌和前 拌和后图2.1 橡胶颗粒与沥青拌合前后照片2）物理分散橡胶粉颗粒的微观状况分析表明，常温法生产的
40、橡胶粉颗粒的表面凹凸不平，呈长条形的撕裂棱，其比表面积较大。橡胶粉掺入沥青中后，橡胶粉表面选择性的吸附了沥青中的小分子，沥青质和轻质油份在橡胶颗粒表面反应，形成凝胶体颗粒，橡胶粉颗粒膨胀。且随着反应时间的增长，发生溶胀的橡胶粉会产生部分的溶解，橡胶粉和沥青之间的界面状况逐渐模糊，但橡胶粉颗粒不会溶解在沥青中，橡胶粉颗粒在沥青中仍始终存在。采用显微镜观察橡胶粉掺入沥青中后，在不同拌和时间下的橡胶粉分布状况如图2.2所示，橡胶粉在沥青中会产生溶胀反应，且随着拌和时间的延长，橡胶粉在沥青中逐渐分散，并逐渐融入沥青中，橡胶粉在沥青中的界面也越来越模糊。这说明随着时间的延长，橡胶粉与沥青的溶胀反应越来越
41、充分，橡胶粉逐渐融入沥青中，两者之间存在明显的相互化学作用，但在反应两小时后橡胶沥青中仍然有橡胶粉颗粒的存在，说明橡胶沥青中橡胶粉的物理作用也是存在的。搅拌30min 搅拌60min 搅拌120min图2.2 不同拌和时间下橡胶粉掺入沥青的分布状况橡胶沥青的一个本质特征就是粗颗粒的橡胶屑在高温的沥青中浸泡，并与沥青中的轻质油分发生溶胀后，仍然保持着固体颗粒的核心。正是由于存在着通过凝胶体与沥青分子相连的谷子橡胶颗粒核心，因此橡胶沥青黏结剂所呈现的特征就不仅仅与基质沥青和凝胶体的特征有关，而且也反映了固体橡胶颗粒的性质。一般来说可以通过控制橡胶屑在基质沥青中的溶胀过程来调节橡胶沥青的液相和固相性
42、质的比例，从而调整橡胶沥青黏结剂的特性使之满足不同应用条件的需要。3）化学反应橡胶粉和沥青间的化学作用非常复杂，可以从脱硫反应、硫化沥青等角度，来分析橡胶沥青中化学反应。a） 脱硫反应橡胶是线状直链高分子聚合物塑性体，其相对分子质量为10100万，它通过硫黄等物质在一定条件下进行化学反应，形成网状三维结构形态的无规则高分子弹性体。脱硫是切断己形成的、牢固的以硫键为主的交联网点，硫黄并没有从橡胶中脱掉，实际上仍然如数残留于橡胶之中，确切的说脱硫是硫键交联网点的断裂。一般通过加热、氧化及再生剂的作用，使硫化胶中的CSC交联键断裂，发生降解，将橡胶中的多硫化物转为二硫化物、二硫化物进而转为一硫化物，
43、而后再将一硫化物切断，导致硫化胶从弹性状态变成塑性状态，促其最终重新成为具有原来橡胶状塑性的再生橡胶。具体的脱硫工艺有：快速脱硫工艺、低温脱硫工艺、高温连续脱硫工艺、螺杆挤出脱硫工艺、高温高压动态脱硫工艺、低温化学法脱硫工艺等。脱硫工艺的关键是脱硫的温度和时间。橡胶沥青的加工温度在180以上，最高能达到230，在沥青介质中橡胶粉能持续保持高温状态，同时橡胶沥青加工过程要采用高速剪切设备进行分散，并采用搅拌设备使其保持运动状态，因此橡胶沥青的加工工艺符合橡胶粉脱硫再生的工艺过程。通过对橡胶的脱硫再生工艺过程和条件的分析，结合沥青材料的化学组成情况，不难看出橡胶沥青的加工工艺和温度要求正好满足橡胶
44、粉的脱硫再生的工艺要求，沥青中的一些油份和芳香份又能起到一定的软化剂作用。因此，从理论上来说，在橡胶沥青的加工工程中，脱硫反应是一定存在的，只是程度不同而已。b）硫化沥青硫黄可以提高沥青质量，早期研究工作已经证明硫化沥青更具有抗老化的能力，更耐久，特别是在低温寒冷地区。当前硫黄作为一种添加剂，可根据施工要求，改变硫黄替代沥青比例来满足公路所要求的凝聚剂粘滞性和混凝土的粘度，从而提高了铺路材料的性能。改善沥青的低温弹塑性以及与石料的浸润性。在180以上时，沥青与元素硫的反应进行得相当迅速，反应的结果生产硫化氢及沥青质。反应过程中，硫的原子可能直接联到沥青分子上生成更大的分子，也可能是沥青断裂后生
45、产较小的分子后又加硫。在高温(240)下加硫时，主要进行的是脱氢反应，在低温(140左右)下则是硫直接加到沥青上的反应。橡胶沥青的加工是将沥青和胶粉在180以上的温度下进行搅拌共混，其温度和工艺过程都与橡胶粉的脱硫工艺过程相当，最大的差别是橡胶沥青中没有特别加入软化剂成分。但由于沥青中含有油份、极性芳香份和饱和芳香份等成份，都可以起到使橡胶粉分子溶胀，达到消弱分子间作用力，同时搅拌的作用保证橡胶粉的温度和橡胶粉处于运动状态更易于脱硫。因此从工艺角度来说，橡胶沥青中脱硫过程是肯定存在，只是其脱硫程度的不同而已。我们知道，以目前的脱硫工艺，橡胶的交联网点仅能够减少50左右，有效硫键交联网点的切断不
46、过是硫化橡胶的5，同时橡胶分子的主链也有33遭到损害，橡胶沥青中还存在高分子橡胶的解聚反应。因此，橡胶粉颗粒不会全部与沥青产生化学反应，橡胶粉还会在橡胶沥青中存在，同时破坏的主链破坏的橡胶也会和沥青产生一定的反应。2.3 橡胶沥青性能影响因素橡胶沥青性能的影响因素，从原材料角度来说，胶粉、外掺剂及橡胶沥青混合料配合比对橡胶沥青的性能起直接的作用，从加工工艺来说，反应时间、温度以及搅拌方式等对橡胶沥青的性能产生影响。2.3.1 胶粉掺量对橡胶沥青的影响交通部公路科学研究院、山东交通科研所等单位用子午胎和斜交胎废胎胶粉制各了18种橡胶沥青，通过大量试验，将相同掺量不同目数条件下的沥青指标平均，研究
47、表明：橡胶沥青的针入度存在不同程度的变化，与基质沥青相比大多数是变硬，并随胶粉掺量增大，其针入度也逐渐减小。在胶粉掺量较低时，橡胶沥青针对度指数并没有得到提高，反而有所降低，只有在胶粉掺量较高时(10以上)，针入度指数才有所提高，基本上随掺量增加而逐渐增大。随着胶粉掺量增大，橡胶沥青弹性恢复增大，不同基质沥青的橡胶沥青弹性恢复差距越来越小，基质沥青的影响逐渐减小。橡胶沥青的测力延度试验结果离散性较大，不同批次的大量的橡胶沥青测力延度并不能得到很好的相关性，但总的来说，随着胶粉掺量增加，延度增大。在胶粉掺量达到20时，橡胶沥青的黏韧性达到峰值。从掺量对橡胶沥青各项性能的影响规律可以看出，胶粉掺量是橡胶沥青性能指标最重要的影响参数，对橡胶沥青各项性能都有非常显著的规律性影响。在掺量较低时，橡胶沥青显示出基质沥青的一些性能。随胶粉掺量的增加，橡胶沥青逐