1、前言

  “橡胶沥青”是指把废轮胎橡胶粉作为改性剂添加到基质沥青中，在高温、添加剂和剪切混合等作用下制成的粘合材料。橡胶沥青作为路用材料，对基质沥青的使用性能有一定的改善；再者汽车工业的发展直接导致了废旧轮胎数量大增，许多国家均面临大量废旧轮胎如何处理的问题。利用橡胶沥青首先是出于环保上的考虑，至于改性沥青的效果到底怎样，国际上一直有不同的看法。美国曾迫于环境压力，于1991年通过“冰茶”法案，其中第1038条款要求从1994年起凡使用联邦经费的热拌沥青混合料都必须用5%的经费用于橡胶沥青混合料，以后每年增加5%，直至1997年达20%。这种强制性的规定一定程度上造成了废轮胎橡胶的滥用，最后演变成在任何液态沥青中都使用再生橡胶，而毫不考虑所使用的沥青结合料种类、再生橡胶的来源、所应用的地区或是路面的交通荷载，致使部分橡胶沥青路面几年内便出现了大量的严重病害，后来再加上诸多公路专家的反对，该法案停止实施。此后人们自是对橡胶沥青这种环保再生材料有了更为清醒的认识并开始理智地使用橡胶沥青。

2、橡胶沥青的生产工艺

2.1 传统热熔法

    橡胶沥青的生产工艺目前主要有两种，一种是传统热熔法，将加热后的基质沥青和胶粉加入到混合罐中进行混合，然后泵送入反应罐进行高温溶胀，采用这种方法生产的橡胶沥青通常称之为沥青橡胶。传统热熔法早在30多年前就已在国外开始应用，这种工艺比较简单，不过改性效果与所使用的胶粉粒径关系很大。从国际上橡胶粉的应用来看，各国对胶粉的级配都有要求。当前国外使用胶粉一般为16-100目，有的地区还根据需要将胶粉的粗细进一步分级，如美国的ARIZONA与FLORIDA（见本文“原料”一节的分类等级）。澳大利亚则是根据不同用途将胶粉分为洒布用沥青橡胶胶粉与混合料用沥青橡胶胶粉两种，与后者相比前者较粗。

    沥青橡胶因其高粘性在美国已成为用于OGFC（开级配磨耗层）的主要沥青结合料，其60℃粘度即可达高粘沥青要求（20000Pa.s）。开级配磨耗层通常由大量单一尺寸的粗集料配合少许细集料组成跳跃级配，可获得约15% -20%左右的孔隙率，由于粗集料之间的空隙没有足够的细集料可填充，传统的低粘度沥青容易因重力导致垂流造成沥青含量的降低，而各种颗粒的沥青橡胶可有效地抵抗此状况。开级配磨耗层具有较大的摩擦阻力以及大量的孔隙，使落在路面上的水能够迅速排除，确保路面的抗滑能力，增强路面的耐久性并可有效降低行车所造成的噪音；但多孔隙的特性导致其服务年限缩短，级配偏细,其内含孔隙容易被灰尘或砂石填塞而降低其透水性，被砂石淤积的孔隙所承接之水气使沥青结合料的老化作用加速发生,造成剥脱,甚至导致OGFC与下层混凝土的分离；而且清洗路面需要特殊的清洗设备，造价昂贵，因此OGFC不适用于落尘量大的道路，相对而言比较适合欧美等空气干净的国家，对我国部分地区尤其是灰尘较多、风沙较大、污染较重的地区要选择性地应用。

    再者这种热熔法工艺中只是经过简单的机械搅拌，胶粉粒子较粗，使路面弹性较大，碾压比较困难，部分路面由于压实不足空隙率较大，所产生的负面影响反而抵消了沥青橡胶的性能改善效果。日本专家认为，在日本，使用沥青橡胶铺设的路面，成功和失败的机率大概各占一半。

 2.2 高剪切法

    为了解决沥青橡胶路用性能的局限性，国内外近年来随着研究的深入在橡胶沥青的生产工艺上有了重大改进，胶粉混入沥青中以后不仅仅通过简单的机械搅拌，还要通过胶体磨的剪切研磨，称之为高剪切法。将加热后的基质沥青和胶粉及添加剂等在预混罐中搅拌混合后泵送至高剪切胶体磨，最后在发育罐中进行均匀的溶胀，采用这种方法生产的橡胶沥青通常称为橡胶改性沥青。由于采用高剪切胶体磨，胶粉和沥青粒子被剪切研磨的很细，胶粉在沥青中的分散更加均匀，显著提高了改性效果及成品的储存稳定性。当然胶粉无论如何不会粉碎到像聚合物改性剂那样细，橡胶改性沥青在路用性能及成品储存上与SBS改性沥青相比仍有差距，而且所用轮胎种类及部位的不同也使胶粉成分可能会呈现很大不同，橡胶改性沥青的质量稳定性容易受到影响。

    不过值得重视的是，利用高剪切胶体磨的工艺为胶粉与其它聚合物的混用提供了可能，例如与SBS、PE、EVA等混用生产复合改性沥青。目前美国更多的州已着手研究并开始使用橡胶/SBS复合改性沥青，以适宜比例将两者同时加入沥青中，这种复合橡胶改性沥青同只使用SBS或废轮胎橡胶的改性沥青均不相同，比沥青橡胶或橡胶改性沥青具有更高的路用性能。

3、橡胶/SBS复合改性沥青的性能特征
  3.1 SBS与GTR（轮胎橡胶）分析
    普遍存在一个误解，认为弹性体聚合物特别是SBS （苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）合成橡胶与轮胎橡胶（GTR）是相同的。使用SBS或GTR对沥青进行改性，对沥青路面的高低温性能均有所改善，但事实上它们在成分、形态、物理性能以及与沥青的化学反应上都不相同。如果将SBS与轮胎橡胶分别加入沥青中，所产生的两种改性沥青的性能有很大不同。简单而言，弹性体聚合物特别是SBS主要提高沥青结合料的高温性能，而适当地使用再生轮胎橡胶能够明显地改善沥青结合料的低温性能，沥青的低温性能是指沥青的脆性和抗裂性。据南非某公司试验比较，橡胶沥青的弗拉氏脆点与4%SBS改性沥青比较，降低约9℃，达-17℃至-19℃。橡胶沥青良好的低温性能，在寒冷地区将会明显减少路面开裂，延长道路使用寿命。
3.2 橡胶/SBS复合改性沥青性能分析
  3.2.1 微观分析
    再生轮胎橡胶是一种由橡胶、碳黑、软化剂、硫化剂、促进剂等多种材料组成的含交联结构的材料，其颗粒表面呈惰性。由于橡胶主体材料性质的不同，其表面性质不同，在沥青中溶解分散性能很差，掺加到沥青中，胶粉颗粒表面难以形成较好的粘接界面。因此，需要采用必要的相溶性手段，需要有物理混合中外加能量的帮助，才能形成稳定的共混体系。而热塑性树脂在沥青中的溶解分散性比较好，如SBS热塑性丁苯橡胶，橡胶粉同SBS等高分子材料一起加入到沥青中，胶粉可起到增量、增强或赋予新功能等作用。橡胶粉在沥青中形成的网络结构是不规则的，而橡胶粉+SBS共混，橡胶粉的不规则网络结构随SBS网络结构形式而存在。沥青中加入橡胶材料及SBS后在高剪切胶体磨剪切、研磨、加热综合作用下逐渐变细，最终以细小颗粒分布于沥青中而形成橡胶网络，使沥青针入度下降，软化点上升，路用性能得到很好的改善。 

 3.2.2 试验分析

    以#90沥青为基质沥青，根据SUPERPAVE体系（基于使用性能的沥青结合料规范、混合料配比设计和分析）对其进行PG性能等级确定，所测试的相关规格如下所示：

  原样沥青

  旋转薄膜烘箱试验残留沥青

根据SUPERPAVE 体系#90基质沥青的PG等级确定为58-22，实际性能等级为62-25，有效温度范围为87℃。

如果在#90基质沥青中加入8%的废胶粉及2%的SBS，实验室测定相关性能如下：

    所得橡胶/SBS复合改性沥青的性能等级由基质沥青的PG58-22（实际62-25）上升到PG70-28（实际70-31），高温性能上升了两个等级，低温性能上升了一个等级。这就证实了橡胶/SBS复合改性沥青的优越性，同只用SBS或轮胎橡胶进行单一改性的沥青结合料相比其无论是高温性能还是低温性能都有提高。通常加入2.0%SBS的改性沥青只能提高一个高温等级，例如由PG58-22至PG64-22；相类似地，不加入SBS添加8%的轮胎橡胶只能稍微提高低温等级，例如PG58-22至PG58-28。

4、橡胶/SBS复合改性沥青生产工艺及设备
4.1 工艺及设备
    橡胶/SBS复合改性沥青的生产工艺及设备随生产规模、工艺条件和设计思想不同而有所差别，但基本都由加热单元、生产单元及发育单元构成。美国道维施DALWORTH橡胶沥青设备的生产工艺流程如下图，该设备同时适用于采用热熔法生产沥青橡胶，又可采用高剪切法生产橡胶改性沥青或SBS改性沥青，是目前世界上真正的“一机两用”。

    先预热基质沥青至190-200℃，然后将计量的热沥青和预定剂量的SBS同时加入高剪切搅拌系统，剪切研磨后的SBS-沥青混合物进入指定的发育罐进行发育，保持发育温度为190-200℃，进行强劲搅拌并打循环持续约3个小时（不能产生涡流，否则强劲搅拌过程中会有空气进入混合物中）。

    然后将第一次发育完成的SBS-沥青混合物再次进入高剪切胶体磨并加入预定剂量的轮胎橡胶，剪切研磨后含有轮胎橡胶的SBS-沥青混合物进入发育罐进一步反应混合，然后在发育罐中加入以浓缩比例配制的添加剂与废胶粉及SBS改性沥青进一步反应，发育/反应约3小时，发育过程中进行强劲搅拌，第二次发育完成后的橡胶/SBS复合改性沥青便可用于热拌和。
    橡胶/SBS复合改性沥青与橡胶改性沥青相比具有更好的储存稳定性，不易发生离析、沉淀现象，因此既可以工厂化生产，也可以现场生产就地使用。国内目前尚无成品橡胶沥青的技术标准，但此种工艺生产的橡胶/SBS复合改性沥青符合我国交通部关于SBS改性沥青的技术要求。

4.2 注意事项
橡胶/SBS复合改性沥青的生产和使用过程还要特别注意以下环节：
4.2.1 温度

    温度是橡胶/SBS复合改性沥青生产过程控制的重要参数之一。温度对橡胶/SBS复合改性沥青反应时间有较大影响，试验表明，橡胶/SBS复合改性沥青生产中基质沥青的温度应较SBS改性沥青的生产提高10℃~20℃，达185℃~200℃，这就对导热系统有更高要求。

    生产过程中发育罐的温度也要保持185℃~200℃，这不是一件容易的事，加入常温胶粉对基质沥青产生一定程度的降温，计算表明200℃的基质沥青加入20%常温胶粉，平均温度将降至约163℃，因此发育罐要具备很好的加热保温装置。
4.2.2 原料
    复合改性沥青的原料包括基质沥青、SBS、废胶粉、添加剂等，它们的特性与配伍十分重要，决定着生产和使用的时间框架。产品的反应时间还与胶粉颗粒大小有关，一般胶粉颗粒越细，越容易在沥青中混合分散，反应时间越短。但过细的胶粉在沥青中容易被“消化”或“油化”，使橡胶沥青过早失去弹性，缩短了保持特性的时间窗口，为操作增加了困难。一般认为橡胶沥青保持特性的时间历程应大于4-6小时，时间过短不利于使用。生产橡胶粉与SBS共混改性沥青，胶粉的粒度以40-120目为宜，通常橡胶粉含量为8%～12%。
    此外胶粉的质量应符合标准，不能含金属杂志及纤维，湿度及比重需在所要求范围之内，其天然胶碳氢化合物含量应大于30%。以下为美国佛罗里达州交通厅2004年路桥建设标准中对生产橡胶沥青所应用的废轮胎橡胶物理性能的相关规定，供参考：