橡胶沥青的研究与应用

橡胶沥青的研究与应用,耿磊东南大学 交通学院2010.10,汇报提纲,一，研究背景二，国内外研究进展与应用现状三，橡胶沥青的路用性能及评价四，需要继续研究的问题,一 研究背景,1. 路面作用呈三高趋势： 高温、高荷载、高动水压力2.早期病害以高温稳定类和水稳定类为主3.路面功能性要求（如除冰、降噪、排水、耐久、环保)4. 传统改性沥青和纤维类材料成本高,5. 汽车工业 废旧轮胎 黑色污染！,300万t,一 研究背景,废胶粉的化学组成,硫、碳黑、氧化钙、氧化铁、氧化硅等,一 研究背景,物理改性,是否存在生物改性？,橡胶沥青与SBS改性沥青的成本比较,节约18.5%,一 研究背景,二 国内外研究进展与应用现状,橡胶沥青 根据ASTM的定义，是沥青、回收轮胎橡胶和某些添加剂混合而成的胶合料。橡胶成分最少占到混合料总质量的15，并且与热沥青充分反应，使橡胶颗粒产生溶胀。,二 国内外研究进展与应用现状,目前国内外对胶粉改性沥青研究与应用 关注的问题1）以前：以处理废旧轮胎为主，以改善沥青性能为辅。 现在：增强胶粉改性沥青的性能，使其适应性更广泛。 2）以前：评价方法主要以针入度分级为主。 现在：性能评价方法需要进一步研究3）以前：对影响胶粉改性沥青性能的因素进行了一定研究 现在：开始关注掺加助剂的橡胶沥青。 （如TOR）,TOR橡胶沥青,TOR具有双键结构的辛烯聚合物，它可以将硬沥青质和软沥青质中的硫与橡胶屑表面的硫交联起来形成一大环状和链状聚合物组成的网状结构，形成新分子。改善橡胶沥青的相容性；降低粘度，提高施工和易性；进一步改善橡胶沥青的低温性能；,施工工艺：维他干法和湿法,维他干法,湿法,集料,两种工艺的比较,干法消耗橡胶是湿法的24倍,两种工艺的优缺点,干法工艺存在的优缺点,压实难、粘轮、气味、不相容性;应用范围小，只用于拌制沥青砼；不适用于密级配（?）降噪粘度下降热稳定性稍好成本最低（AR-AC13AR-Sup13-WSBS-Sup13AR-Sup13-D）,湿法工艺存在的优缺点,需增加现场橡胶沥青生产设备；拌和温度高，生产效率低；稳定性和沉淀问题;空气污染和劳动保护问题。控制条件多（胶粉参量、搅拌时间、沥青温度、胶粉粒径）对混合料要求宽松加小粒径胶粉，分布均匀，不易产生离析，利于泵送,贮存稳定性问题,贮存稳定性是由胶粉和沥青两相的相容性、密度差、胶粉颗粒大小决定的,两者相容性越好、密度差越小和废旧胶粉颗粒越小,贮存就会越稳定。关键是如何提高两者的相容性,增大废旧胶粉与沥青的界面层。针对二者的相容性,什瓦尔茨指出废旧胶粉与沥青的共混过程是不能自发进行的,即废旧胶粉与沥青是不相容的,即使采用剪切、搅拌等机械方法将其混合,从热力学的角度来看也是不稳定的,其分散作用具有自动凝结、离析的能力。,橡胶沥青路面降噪机理：,橡胶粉或橡胶颗粒的高弹性, 使得路面具有吸收轮胎振动和冲击的效果。同时橡胶粉改性沥青混合料是一种内阻尼较大的高分子复合材料,它对轮胎的振动具有较大的衰减功能, 因而大大降低轮胎路面的振动噪声。,橡胶路面降噪问题,获得低噪音路面的3种方法:( 1) 使用小粒径沥青混凝土;( 2) 多孔隙沥青混凝土;( 3) 采用相对柔性的路面材料。,二 国内外研究进展与应用现状,目前国内外对胶粉改性沥青研究与应用关注的问题4）橡胶沥青存储稳定性5）不同橡胶沥青性能的量化比较6）成本问题7）降低施工敏感性,国际上橡胶沥青的应用,橡胶沥青砼(AR-AC)磨耗层(AR-ACFC、PFC)应力吸收层(SAM) 应力吸收中间层(SAMI) 碎石封层(CHIP SEAL) 路面防水材料(TACKCOAT)填缝料等,美 国,美国部分州对AR的研究,法国 南非,橡胶粉改性PAC (多孔隙混凝土)比普通PAC （1）持久排水性能强（2）抵抗重交通（3）抗剪切（4）抵抗不良气候,应用领域包括：混合料(AR-AC)应力吸收层(SMA)应力吸收中间层(SMAI),60%,国际发展历程,中 国,三 路用性能及评价,胶粉沥青与普通沥青性能比较,三 路用性能及评价,橡胶沥青的优点1.提高软化点，降低针入度（高低温稳定性）2.降低噪声（50%70%）3.良好的抗滑性、散光反射，提高行车安全性4.减少灰尘污染（橡胶沥青路面的导电性能低?）5.提高耐疲劳性能6.改善水稳定性7.减薄面层厚度，降低成本8. 成本低于其他改性剂9.使用寿命长，维修费用低10.大量消耗废轮胎，减少污染,三 路用性能及评价,橡胶沥青的缺点1.成本较普通沥青高（15%）设备更新、技术成本2.拌合、摊铺、压实过程条件要求严格3.受橡胶性质、粒径影响大，对级配敏感4.可能会对环境造成污染5. 施工时，压实度不好控制;粘轮6.生产中温度要求高，能量消耗大7.干法不适合密级配混合料8.不宜长期储存，要现加工现使用9.能否适应我国重交通、多样气候的路况尚待检验10.橡胶沥青行业标准与沥青路面施工技术标准不一致,三 路用性能及评价,胶粉改性沥青的性能影响因素,四 需要进一步研究的问题,1.橡胶沥青的老化问题老化因素：氧气、温度、紫外线、水分、风速2.橡胶沥青的再生问题 (再生剂、再生混合料设计、施工设备.)总结美国的研究成果，得到以下结论：(1)回收的沥青混合料可以用于生产再生橡胶沥青混合料(2)采用普通沥青混合料再生方法与设备可以完成橡胶粉沥青混合料的再生(3)再生热拌橡胶沥青混合料可以用常用设备摊铺和压实(4) 再生的橡胶粉改性沥青混合料与再生的普通沥青混合料在路用性能方面没有太大差异 (失去橡胶沥青的改性优势？)(5) 橡胶粉沥青混合料再生过程中散发的污染物质 与量级与普通沥青混合料再生时相当。,五 需要进一步研究的问题,3.橡胶沥青生产、施工、运营（?）中的环境评价问题密歇根州对连续散发气体的检测结果,四 需要进一步研究的问题,挥发有机物检测结果 另外，对散发物中的多环芳香烃化合物及重金属监测结果表明，普通沥青混合料与加胶粉改性后的沥青混合料含量相差不大。,四 需要进一步研究的问题,根据以上试验结果，密歇根州得到如下结论：（1）胶粉改性沥青混合料生产中的有害物质散发量与普通沥青混合料的大体相当，胶粉的加入并没有增加有害成分；（2）相对于胶粉因素而言，基质沥青的品种、混合料生产的温度对有害物质的散发更起关键的作用。,四 需要进一步研究的问题,罗得艾兰运输部对地下水污染的研究1.橡胶沥青混合料中锌污染较其它金属污染最为严重2. 1,3-硫氮杂茚是唯一沥滤的有机化合物3.研究没有发现采用橡胶沥青可能对环境和人类健康造成危害的证据。,四 需要进一步研究的问题,4.胶粉与沥青之间的作用机理问题物理共混说、网络填充说、化学共混说、溶胀降解说,胶粉颗粒是不同大小混合还是单一大小？对性能有没有影响？,5. 标准、规范的制定问题,胶粉改性沥青分级标准 按针入度分级？粘度分级？PG分级？还是建立新的分级标准？一种是依据胶粉改性沥青的组成进行分级。如亚利桑