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摘 要

橡膠瀝青作為一種環(huán)保型路面材料，在過去幾十年里已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。為進一步推動、推廣橡膠瀝青及橡膠瀝青混合料的應(yīng)用，掌握其發(fā)展現(xiàn)狀并梳理發(fā)展需求，系統(tǒng)匯總了膠粉應(yīng)用于瀝青改性技術(shù)中的指標要求、制備工藝、性能評價與工程難題。首先，回顧了國內(nèi)外膠粉應(yīng)用于瀝青改性技術(shù)的發(fā)展歷程，并對國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)規(guī)范中膠粉的相關(guān)物理技術(shù)指標要求進行了總結(jié)分析瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。其次，以1.0mm為粒徑界限，對比分析了膠粉在瀝青和瀝青混合料中的干法工藝和濕法工藝，揭示了膠粉在瀝青中的改性機理，包括瀝青膠體結(jié)構(gòu)變化、膠粉顆粒體積溶脹、膠粉顆粒脫硫和降解。進而，圍繞膠粉粒徑、膠粉摻量等膠粉材料組成特點，總結(jié)歸納了其對瀝青及瀝青混合料路用性能的影響。最后，闡述了主要由膠粉和橡膠瀝青自身物理性質(zhì)所導(dǎo)致的工程應(yīng)用中的常見難點問題及對應(yīng)解決措施，包括高質(zhì)量膠粉供應(yīng)渠道與加工處理問題、橡膠瀝青高溫貯存穩(wěn)定性差問題、橡膠瀝青及其混合料高溫拌合與施工及其能耗和排放問題等。

關(guān)鍵詞

道路工程 | 橡膠瀝青混合料 | 綜述 | 膠粉粒徑 | 改性機理 | 路用性能

0、引言

隨著環(huán)境保護受到廣泛關(guān)注，越來越多的可回收材料被應(yīng)用于公路建設(shè)與養(yǎng)護維修領(lǐng)域。廢舊輪胎屬于有害固廢，被稱為“黑色污染”，其回收和處理技術(shù)一直是世界性難題。將廢舊輪胎加工成膠粉并應(yīng)用于瀝青改性和路面鋪筑是公認的廢棄輪胎橡膠資源化、無害化利用的主要途徑之一，可以有效解決廢棄輪胎帶來的環(huán)境壓力[1-2]。國內(nèi)外科研人員在膠粉改性瀝青技術(shù)領(lǐng)域經(jīng)過了幾十年的研究探索，已經(jīng)驗證膠粉改性瀝青及其混合料作為一種環(huán)保型路面材料，在高低溫性能、疲勞性能以及降噪環(huán)保等方面具有良好的性能優(yōu)勢，由此也進一步推動了膠粉改性瀝青技術(shù)的廣泛應(yīng)用[3-5]。隨著綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展成為現(xiàn)代公路建設(shè)的發(fā)展主題，綜合考慮經(jīng)濟、環(huán)保、使用效果和使用壽命等因素，進一步完善和推廣膠粉改性瀝青技術(shù)，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。

基于宏觀需求，國內(nèi)外研究人員圍繞橡膠瀝青改性機理、膠粉的理化特性、膠粉摻量以及改性效果等方面開展了深入研究。雖然相關(guān)研究成果已充分證明膠粉對瀝青及其混合料的性能提升作用明顯，但由于研究手段、原材料來源、測試及應(yīng)用場景等多種不可控因素的影響，使得多個國家、地區(qū)和組織頒布的相關(guān)技術(shù)要求和規(guī)范中，針對膠粉物理性質(zhì)的要求存在較大差異，主要體現(xiàn)在對膠粉的粒徑和級配的要求上。此外，相關(guān)研究也揭示了膠粉粒徑等物理性質(zhì)對橡膠瀝青路用性能有著重要影響。

鑒于此，本文在回顧國內(nèi)外膠粉改性瀝青技術(shù)發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，針對國內(nèi)外技術(shù)規(guī)范中膠粉相關(guān)物理性質(zhì)的要求進行了總結(jié)與比較；進而重點基于膠粉粒徑，圍繞膠粉應(yīng)用于瀝青混合料生產(chǎn)的2種工藝，分析了膠粉的不同作用原理；并在此基礎(chǔ)上，對膠粉材料的性能特點及其對瀝青及瀝青混合料路用性能的影響進行了歸納總結(jié)；最后對當(dāng)前由膠粉以及橡膠瀝青自身物理性質(zhì)所導(dǎo)致的工程難題及其對應(yīng)解決措施進行了概括。

1、膠粉用于瀝青改性的技術(shù)發(fā)展與規(guī)范

1.1 國外膠粉改性瀝青技術(shù)概況

國際上，橡膠改性瀝青的文獻始見于1843年的英國專利，該專利首次嘗試將天然橡膠拌合到基質(zhì)瀝青中用以制備改性瀝青。此后，合成橡膠和天然橡膠開始被用來改性基質(zhì)瀝青。但是直到1930年，橡膠改性瀝青的制備過程才得到了更有效的完善。

20世紀60年代，通過加工處理廢棄輪胎得到的膠粉，開始被一些國家添加到基質(zhì)瀝青中用以制備橡膠瀝青并將其應(yīng)用于修筑道路[6]。

應(yīng)用橡膠瀝青已經(jīng)成為國際上公認的提高道路長期使用壽命的有效手段之一。美國、南非、西班牙等國家是應(yīng)用橡膠瀝青或橡膠瀝青混合料較多且具有代表性的國家。尤其是美國擁有長期的橡膠瀝青使用歷史與豐富的使用經(jīng)驗，更重要的是其很多州都有使用橡膠瀝青及其混合料完善的技術(shù)規(guī)范。此外，加拿大和澳大利亞是近年來有強烈意向使用橡膠瀝青作為筑路材料的代表性國家。本文在總結(jié)國外橡膠瀝青技術(shù)發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，重點歸納對比了各個國家常用規(guī)范里對膠粉的技術(shù)要求，這對于深入理解膠粉應(yīng)用于瀝青改性技術(shù)有著重要的輔助作用。

1.1.1美國

美國是將膠粉應(yīng)用于瀝青改性技術(shù)最早的國家之一，也是橡膠瀝青用量最大、經(jīng)驗最豐富的國家之一。在20世紀中葉，橡膠被用作改性劑應(yīng)用于美國各州的道路工程中[1]。1965年，將廢舊輪胎加工成膠粉的工藝便在亞利桑那州的鳳凰城發(fā)展起來。自1978年起，美國新澤西州、俄勒岡州、華盛頓州、阿拉斯加州、佛羅里達州、亞利桑那州和加利福尼亞州運輸部分別對膠粉應(yīng)用的干法和濕法技術(shù)進行了大量的對比試驗與試驗路段鋪筑驗證。

1978年，在加利福尼亞州的高海拔地區(qū)鋪筑了第1條橡膠瀝青路面，橡膠的添加起到了良好的抗滑和抗反射裂縫的效果。1989年，佛羅里達州開展了橡膠瀝青道路的試驗項目，并將橡膠瀝青成功應(yīng)用于密級配和開級配面層結(jié)構(gòu)。亞利桑那州在現(xiàn)有道路和新建道路上應(yīng)用橡膠瀝青混合料作為加鋪的磨耗層，橡膠瀝青磨耗層除了起到良好的抗滑與抗老化作用以外，也提高了路面的抗反射裂縫和抗疲勞開裂的性能。此外，在鳳凰城居民區(qū)鋪筑的橡膠瀝青磨耗層被證明起到了良好的降噪作用，其在提高道路使用舒適性的同時改善了周圍居民的生活品質(zhì)。德克薩斯州將橡膠瀝青用于開級配排水磨耗層，多年使用后路用性能依舊良好，并發(fā)現(xiàn)橡膠瀝青的應(yīng)用對抗剝落和抗反射裂縫均具有顯著的效果[7-8]。1994年，美國參眾兩院立法規(guī)定：自該年起，5％的熱拌瀝青混合料聯(lián)邦經(jīng)費必須用于廢橡膠瀝青混合料。值得注意的是，該數(shù)值于1997年漲至20％。縱觀美國聯(lián)邦，各州也相繼通過法令推廣膠粉改性瀝青的應(yīng)用，在美國橡膠瀝青也被視為常規(guī)的公路鋪筑使用材料之一[1]。至今，膠粉改性瀝青技術(shù)已經(jīng)在美國40多個州得到了廣泛應(yīng)用。

在橡膠瀝青及其混合料的相關(guān)規(guī)范方面，美國國家或州級機構(gòu)都有自己的規(guī)范標準。下文分別節(jié)選了美國各級機構(gòu)一些比較有代表性的相關(guān)規(guī)范，并對其要求使用的膠粉參數(shù)進行了歸納，其中包括美國材料試驗學(xué)會(American Society for Testingand Materials，ASTM)、加利福尼亞州交通部(Californian Department of Transportation)、亞利桑那州交通部(Arizona Department of Transportation)德克薩斯州交通部(Texas Department of Transportation)以及弗羅里達州交通部(Florida Department of Transportation)。

(1)美國材料試驗學(xué)會[9]

美國材料試驗學(xué)會(ASTM)編寫的《橡膠瀝青施工規(guī)范(ASTMＤ6114/Ｄ6114Ｍ-19)》建議了3類用于不同氣候區(qū)域的不同勁度模量的橡膠瀝青。勁度模量最高的一類橡膠瀝青適用于熱帶地區(qū)，勁度模量較低的二類橡膠瀝青適用于溫帶地區(qū)，勁度模量最小的三類橡膠瀝青適用于寒帶地區(qū)；同時要求橡膠瀝青混合料中的纖維最大含量不應(yīng)超過0.5％。該規(guī)范對膠粉材料的級配未作詳細要求，但建議2.36mm的篩孔通過率應(yīng)達到100％，表1總結(jié)了其詳細的技術(shù)指標要求。

(2)加利福尼亞州交通部[10]

加利福尼亞州交通部(Caltrans)的《橡膠瀝青施工規(guī)范》分別針對橡膠瀝青用于間斷級配、開級配和封層中有不用的技術(shù)指標要求。規(guī)范要求橡膠瀝青的制備需要包含基質(zhì)瀝青、添加油和膠粉。用于間斷級配和開級配瀝青混合料中的橡膠瀝青，其膠粉摻量應(yīng)為橡膠瀝青總質(zhì)量的20％±2％，添加油的摻量應(yīng)為基質(zhì)瀝青的2.0％~6.0％，拌合橡膠瀝青的制備溫度應(yīng)該在191℃~218℃之間，膠粉與瀝青需攪拌至少45min。針對膠粉，該規(guī)范要求必須來源于產(chǎn)自美國本土的廢棄橡膠輪胎，且由75％±2％普通廢棄輪胎膠粉和25％±2％的含天然橡膠量高的廢棄輪胎膠粉，按照規(guī)定級配組成。普通廢棄輪胎一般是來自廢棄的加州小汽車和卡車輪胎，其天然橡膠的含量在22％~39％之間；高天然橡膠含量廢棄輪胎主要來自于廢棄卡車輪胎，其天然橡膠含量在40％~48％之間。加利福尼亞州交通部給出的膠粉材料詳細技術(shù)要求見表1，針對膠粉的具體化學(xué)性能指標要求見表2。

(3)亞利桑那州交通部[11]

亞利桑那州交通部(ADOT)在《橡膠瀝青施工規(guī)范》中分別提出了膠粉材料和橡膠瀝青的技術(shù)指標要求。針對膠粉材料的詳細技術(shù)要求見表1。規(guī)范要求膠粉應(yīng)來自美國本土的機動車、卡車或其他設(shè)備的廢棄橡膠輪胎，且提出了2類膠粉材料的技術(shù)指標要求：A類相對較粗級配的膠粉用于瀝青應(yīng)力吸收層；B類相對較細級配的膠粉用于開級配和間斷級配瀝青混合料。規(guī)范要求橡膠瀝青中的膠粉含量不得少于基質(zhì)瀝青質(zhì)量的20％，且不得使用添加油、煤油，或者其他溶液；拌合橡膠瀝青的溫度需要維持在163℃~191℃之間，拌合時長不得短于1h。依據(jù)所使用地區(qū)的氣候特點，可以選擇3種不同的基質(zhì)瀝青制備橡膠瀝青，分別是適用于熱帶地區(qū)的PG64-16，適用于溫帶地區(qū)的PG58-22及合適用于寒帶地區(qū)的PG52-28基質(zhì)瀝青。

(4)德克薩斯州交通部[12]

德克薩斯州交通部(TxDOT)在《建設(shè)和養(yǎng)護高速公路、城鎮(zhèn)街道和橋梁施工技術(shù)規(guī)范》中分別提出了膠粉材料和橡膠瀝青的技術(shù)指標要求。規(guī)范要求膠粉材料需要由機動車和卡車的廢棄輪胎經(jīng)常溫研磨制成。膠粉的添加量不得小于橡膠瀝青質(zhì)量的15％。規(guī)范建議了3種可以使用的不同級配的膠粉，分別為A等級(最粗的)、B等級(較細的)和C等級(最細的)。A等級和B等級的膠粉適用于制備填縫類材料，B類膠粉也可以用于封層技術(shù)。B類和C類膠粉可用于瀝青混合料不同級配中，例如，瀝青瑪蹄脂碎石(Stone Mastic Asphalt)、透水磨耗層(Permeable Friction Course)、開級配磨耗層(Operrgraded Friction Course)等。用于瀝青混合料中的B類和C類膠粉材料的詳細技術(shù)要求見表1。該規(guī)范對于橡膠瀝青的技術(shù)指標要求采用了上文提到的美國材料試驗學(xué)會(ASTM)《橡膠瀝青使用規(guī)范》(ASTMＤ6114／Ｄ6114Ｍ-19)中的相關(guān)要求。因此，該規(guī)范依據(jù)不同地區(qū)的氣候特征也建議了3類橡膠瀝青。其中，用于熱拌瀝青混合料的一類和二類橡膠瀝青是由Ｃ等級膠粉摻拌制得，用于表面處置的二類和三類橡膠瀝青是由Ｂ等級膠粉摻拌制得。

(5)弗羅里達州交通部[13]

弗羅里達州交通部(FDOT)在《道路和橋梁施工技術(shù)規(guī)范》中明確了膠粉材料和橡膠瀝青的技術(shù)指標要求。除了PG76-22橡膠瀝青以外，其他等級的橡膠瀝青不做特殊要求。PG76-22橡膠瀝青需要符合一些外加要求：膠粉含量不得少于基質(zhì)瀝青質(zhì)量的7％；可以選擇性添加多聚磷酸作為額外添加劑，但其用量不得多于基質(zhì)瀝青質(zhì)量的0.75％。規(guī)范要求膠粉必須由廢棄橡膠輪胎加工制得，且膠粉中的天然橡膠含量應(yīng)該在16％~45％之間。規(guī)范中還對膠粉的化學(xué)性能指標做出了相關(guān)要求(表2)：丙酮抽出物不得大于25％，橡膠烴含量要求在40％~60％之間，天然橡膠含量要求在16％~45％之間，炭黑含量要求在20％~40％之間，灰分要求小于8％。弗羅里達州交通部給出的膠粉材料的詳細技術(shù)要求見表1。

1.1.2南非

在南非，橡膠瀝青首次使用于1980年，至今有近40年的使用經(jīng)驗與歷史。據(jù)統(tǒng)計，由于橡膠瀝青路面在超重超載環(huán)境下表現(xiàn)出了優(yōu)良的路用性能，南非有60％以上的道路使用了橡膠瀝青。橡膠瀝青既應(yīng)用于封層技術(shù)，例如應(yīng)力吸收層(Stress Absorbing Membrane)，也應(yīng)用于連續(xù)級配、間斷級配和開級配的瀝青混合料中。在過去，常常用干拌工藝制備橡膠瀝青混合料。近年來，由于通過濕拌工藝能夠更加優(yōu)化混合料的路用性能，因此用濕拌工藝先制備橡膠瀝青再制備橡膠瀝青混合料，成為工程上更常用的技術(shù)方法。南非瀝青組織(Southern African Bitumen Association)編寫的《手冊19：設(shè)計、生產(chǎn)和鋪筑橡膠瀝青路面指南》，要求在加入膠粉之前，在基質(zhì)瀝青中加入添加油，添加油的最大用量不得超過總瀝青混合物(即基質(zhì)瀝青、膠粉和添加油)的3％；建議使用的基質(zhì)瀝青為針入度分級50/70(熱帶地區(qū))和70/100(溫帶地區(qū))瀝青；使用的膠粉必須由回收的廢棄汽車和卡車輪胎加工制得。2015年南非瀝青組織出版的《技術(shù)指南：應(yīng)用改性瀝青修筑道路》里指出炭黑含量超過30％以上的膠粉可以提高橡膠瀝青的耐久性[14]，并建議膠粉的摻加量應(yīng)為瀝青混合物總質(zhì)量的18％~24％，摻加膠粉的拌合溫度應(yīng)在170℃~210℃之間，且拌合時間不短于45min[15]。南非瀝青組織(SABITA)給出的膠粉的詳細技術(shù)要求見表1。

1.1.3西班牙

橡膠瀝青在西班牙道路修筑方面的應(yīng)用已經(jīng)有近20年的歷史。據(jù)統(tǒng)計，截止到2018年，西班牙應(yīng)用橡膠瀝青修筑的道路總里程長達1600km。西班牙交通、運輸和城市發(fā)展部(Ministry of Transport，Mobility and Urban Agenda)編寫的規(guī)范對應(yīng)用在道路建設(shè)的橡膠瀝青技術(shù)提出了明確規(guī)定要求。規(guī)范里提到瀝青應(yīng)采用針入度等級評定，干拌工藝和濕拌工藝均可用于制備橡膠瀝青混合料，濕拌工藝制備的橡膠瀝青根據(jù)膠粉的添加量和測得的橡膠瀝青技術(shù)指標可使用在不同工程項目上。橡膠瀝青有3種，分別是橡膠改性瀝青(Rubber-modi-fied Bitumen)、加強型橡膠瀝青(Enhanced  Rubber Bitumen)和高黏度橡膠改性瀝青(High Viscosity Rubber Bitumen)。規(guī)范要求，在西班牙使用的橡膠瀝青需要滿足西班牙《改性瀝青規(guī)范》(PG-3)里對傳統(tǒng)改性瀝青的技術(shù)指標要求。橡膠改性瀝青和加強型橡膠瀝青中膠粉的摻加量不得高于橡膠瀝青總質(zhì)量的8％。高黏度膠粉改性瀝青的膠粉摻量很高，但規(guī)范中并未對膠粉摻量給出建議，而是提到除膠粉外允許添加其他聚合物改性劑以達到規(guī)范要求的技術(shù)指標。高黏度橡膠改性瀝青可有效抑制反射裂縫的產(chǎn)生，因此其混合料常用作水泥處治基層和混凝土路面的面層。此外，規(guī)范要求所使用廢棄橡膠輪胎的主要成分應(yīng)為天然橡膠和合成橡膠[16]。西班牙交通、運輸和城市發(fā)展部(MITMA)給出的膠粉材料的詳細技術(shù)要求見表1。

1.1.4加拿大

加拿大安大略省第1條6.5km長的橡膠瀝青試驗路鋪筑于1990年。到目前為止，橡膠瀝青在加拿大主要用做裂縫和路面接縫處的填補材料。由于橡膠瀝青在道路建設(shè)中并不常用，因此加拿大的交通部門并沒有專門編制橡膠瀝青技術(shù)的相關(guān)規(guī)范。安大略省交通部在《道路設(shè)計與修復(fù)手冊》中聲明，使用膠粉修筑道路遵循了回收再利用材料的省級倡議[17]。2002年，加拿大西部的亞伯達省成功修筑了間斷級配橡膠瀝青試驗路段。此路段設(shè)計與制備的橡膠瀝青及其混合料，均基于與亞利桑那州交通部和亞利桑那州施工單位的多次深入探討與經(jīng)驗借鑒，并且嚴格遵循了上文提到的亞利桑那州交通部《橡膠瀝青施工規(guī)范》。用于試驗路的膠粉來自于加工處理回收的廢棄卡車輪胎，膠粉的級配嚴格遵循亞利桑那州交通部規(guī)范里的B類膠粉級配要求(表1)。膠粉的摻加量為橡膠瀝青總質(zhì)量的19％。此橡膠瀝青試驗路段的長期使用效果還在密切的觀察與檢測中。與此同時，在得出該路段的全壽命周期費用后，相關(guān)部門才會考慮是否將膠粉納入規(guī)范并作為主流的筑路材料之一[18]。

1.1.5澳大利亞

在澳大利亞，橡膠瀝青主要應(yīng)用于路面的封層技術(shù)，而很少應(yīng)用在混合料中。隨著澳洲聯(lián)邦政府大力支持將廢棄材料回收利用于工程建設(shè)中，在過去的幾年里，越來越多的國家級道路科研項目開始試用橡膠瀝青。2017年，昆士蘭州鋪筑了2條開級配橡膠瀝青試驗路段，膠粉含量均為橡膠瀝青總質(zhì)量的18％，其中一條添加了0.5％的溫拌劑。2018年，昆士蘭州鋪筑了間斷級配的橡膠瀝青試驗路段，使用的橡膠瀝青是由澳洲的C170基質(zhì)瀝青中摻加17％~18％的膠粉制得。這3條鋪筑在昆州的橡膠瀝青試驗路段，其路用性能都在密切的觀察與檢測中，并將與同期鋪筑的常規(guī)改性瀝青路段的長期路用性能進行對比分析[19]。

西澳洲將橡膠瀝青應(yīng)用在封層技術(shù)中已經(jīng)有近30年的使用經(jīng)驗，但是并沒有將橡膠瀝青應(yīng)用于混合料中的相關(guān)科研項目。近幾年，國家相關(guān)機構(gòu)通過西澳洲道路研究和創(chuàng)新項目(Western Australian Road Research and Innovation Program)大力推動橡膠瀝青路面的相關(guān)科研項目。2019年，在西澳的珀斯市修筑了4條開級配橡膠瀝青試驗路段，膠粉摻量分別為5.0％和5.5％，并且橡膠瀝青混合料中均添加了溫拌劑以降低混合料的生產(chǎn)溫度并提高施工和易性。同年，在南澳也鋪筑了一條橡膠瀝青試驗路段，其膠粉摻量為橡膠瀝青總質(zhì)量的15％[20]。維多利亞州交通部也在推動橡膠瀝青的使用，其于2020年在墨爾本市修筑了4條橡膠瀝青試驗路段，并分別采用密級配(Densegraded Gradation)、瀝青碎石瑪蹄脂級配(Stone Mastic Asphalt)和間斷級配(Gap-graded Gradation)。

澳洲道路協(xié)會(Austorads)編寫的《技術(shù)規(guī)范ATS3110：改性瀝青的制備》，給出了膠粉以及橡膠瀝青的詳細性能指標要求。規(guī)范要求只有16目和30目的膠粉可以用來制備改性瀝青。16目的膠粉顆粒較粗，用來制備用于封層技術(shù)的橡膠瀝青；30目膠粉顆粒較細，建議采用干拌工藝制備橡膠瀝青混合料[21]。澳洲道路協(xié)會給出的膠粉的詳細技術(shù)要求見表1。

1.2 中國膠粉改性瀝青技術(shù)概況

在中國，將橡膠瀝青用于道路研究始于20世紀80年代，至今已經(jīng)有30多年的發(fā)展與使用歷史(表3)。90年代伴隨著技術(shù)的積累分別解決了廢胎膠粉低成本加工工藝、橡膠瀝青規(guī)模化制備工藝以及橡膠瀝青混合料級配構(gòu)成原理3個技術(shù)瓶頸問題。從2000~2010年，在交通運輸部的大力倡導(dǎo)，以及諸多省、市交通部門的積極推動下，通過大量的研究試驗和實踐驗證，形成了一整套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的中國橡膠瀝青技術(shù)[1]。

隨著技術(shù)的發(fā)展與完善，橡膠瀝青的工程應(yīng)用也越來越廣泛。2002年，廣東中山105國道(9km＋3km)、河北滄州二級路(4km)、衡小高速公路(2km)、山東(6km)和四川成都(3km)均鋪筑了橡膠瀝青試驗路段和實體工程，分別涉及到華南地區(qū)、西南地區(qū)，輕冰凍地區(qū)等3個氣候片區(qū)，總修筑里程近30km，為橡膠瀝青在中國實現(xiàn)規(guī)?；褂门c推廣奠定了良好技術(shù)基礎(chǔ)[1]。自2007年國家號召建設(shè)“資源節(jié)約、環(huán)境友好”型社會起，回收利用廢棄輪胎膠粉并將其用于瀝青改性技術(shù)的工程應(yīng)用得到了極大的關(guān)注與積極的推廣[22]。同年，交通運輸部編制了橡膠瀝青路面設(shè)計、施工技術(shù)指南，并大力推廣應(yīng)用與研究橡膠瀝青筑路技術(shù)。2009年，鋪筑了22km橡膠瀝青路面的滬蓉高速公路被評為示范項目。2010年，鋪筑80km橡膠瀝青路面的忻阜高速公路被評為交通運輸部的科技示范項目。2014年底，拓寬改造的京港澳高速河北段全線采用了橡膠瀝青材料。2016年通車的吉林省鶴大高速也應(yīng)用了橡膠瀝青技術(shù)并被評為“雙示范”工程[23]。表3為部分省份應(yīng)用橡膠瀝青的高速公路工程情況。

中國橡膠瀝青技術(shù)中，常用的膠粉目數(shù)有30目、40目、80目、120目，膠粉摻量有10％、20％、30％，添加工藝有人工添加法和機械添加法，適用的混合料級配有SAC10，OGFC10，SMA10，SMA13，SUP10，SAC16等。橡膠瀝青混合料適用的公路等級包括了高速、一級、二級及城市道路。交通運輸部發(fā)布的《路用廢胎膠粉橡膠瀝青》(JT/T798-2019)行業(yè)標準給出了橡膠瀝青的詳細技術(shù)指標要求，建議使用的基質(zhì)瀝青為Ａ級和Ｂ級道路石油瀝青或SBS改性瀝青，膠粉的摻加量不得小于基質(zhì)瀝青質(zhì)量的20％[24]。交通運輸部發(fā)布的《路用廢胎橡膠粉》(JT/T798-2019)行業(yè)標準對膠粉材料提出了相關(guān)技術(shù)要求，膠粉規(guī)格主要分為3類：Ⅰ類(30目及以下)、Ⅱ類(30~80目)、Ⅲ類(80~200目)，未對膠粉的級配提出要求，但對膠粉的物理性能(表4)和化學(xué)性能指標(表2)做出了要求[25]。

綜上所述，不同國家和地區(qū)針對橡膠瀝青和膠粉材料給出的性能指標參數(shù)以及建議的拌和工藝要求均有所不同，其主要原因與該國或地區(qū)的廢棄輪胎種類及產(chǎn)量、膠粉處理工藝、地理氣候、交通流量、設(shè)計使用目的等各種主客觀因素密切相關(guān)。其中部分國家及州級機構(gòu)明確了用于瀝青混合料中的膠粉級配，例如美國的亞利桑那州、弗羅里達州、德克薩斯州以及澳大利亞。而其他國家或州級機構(gòu)只給出了允許的膠粉最大粒徑要求值，以此來控制在改性瀝青應(yīng)用中允許使用的膠粉粒徑。此外，在節(jié)選的上述國家以及州級規(guī)范中僅有美國的加利福尼亞州交通部、美國的弗羅里達州交通部以及中國交通運輸部頒布的規(guī)范里對廢棄膠粉的化學(xué)性能指標做出了要求，并且要求的化學(xué)組分指標范圍基本相似。其中，美國的加利福尼亞州和弗羅里達州交通部規(guī)范里特別對天然橡膠含量進行了要求。因為廢棄橡膠輪胎主要組成為小車輪胎和貨車輪胎，相較于小車輪胎，貨車輪胎中含有較高的天然橡膠與丁苯橡膠，天然橡膠含量高可以有效地加快膠粉改性瀝青的反應(yīng)速率且增加改性瀝青的黏附性；丁苯橡膠(SBR)作為一種常用的瀝青改性聚合物可以有效改善瀝青的延度與黏度。因此，對膠粉中的天然橡膠含量提出要求也是為了保證廢棄輪胎原材料的來源與應(yīng)用，進而保障膠粉對瀝青的改性效果[26]。

總體而言，膠粉摻量較低(10％左右)的橡膠瀝青性能改善也相對較弱，其使用的主要目的是提高瀝青-集料的黏附性和降低瀝青路面的溫度敏感性，該種橡膠瀝青多用于較低交通量的瀝青路面面層；膠粉摻量居中(15％左右)的橡膠瀝青性能得到明顯改善，使用橡膠瀝青能減緩路面病害的發(fā)生并提高路面的耐久性，且兼具抗滑及耐磨的優(yōu)勢，這種橡膠瀝青多用于交通量較大、原路況較差以及急需養(yǎng)護修復(fù)的干線公路路面面層；膠粉摻量大(20％~30％以上)的橡膠瀝青具有顯著的高黏結(jié)特性和突出的路用性能，其橡膠瀝青路面也具有優(yōu)異的抗疲勞和抗反射裂縫性能以及較高的回彈模量，常作為高等級公路的面層使用[27]。使用大膠粉摻量橡膠瀝青的國家或地區(qū)多為廢棄輪胎產(chǎn)量較大的區(qū)域，除了利用橡膠瀝青的優(yōu)異路用性能外，還兼具有效合理消耗大量廢棄輪胎，從而緩解環(huán)境壓力的目的。但是，大膠粉摻量的橡膠瀝青往往對施工工藝的要求也相對更高，除了需要較高的橡膠瀝青拌和溫度(230℃~270℃)以外，對于攤鋪機械與工藝也有特定要求。

2、膠粉用于瀝青改性的技術(shù)原理與方法

將膠粉應(yīng)用于瀝青改性的技術(shù)手段主要分為干法(Dry Process)和濕法(Wet Process)。根據(jù)美國加州橡膠瀝青使用指南的定義，干法是將膠粉作為一部分細集料先與石料干拌，然后噴入瀝青拌制成橡膠瀝青混合料；濕法是將膠粉先與瀝青拌和，制備成被稱為橡膠瀝青的改性瀝青膠結(jié)料，然后再與集料拌和制備橡膠瀝青混合料。

2.1 干法生產(chǎn)工藝

如圖1所示，干法工藝是將膠粉顆粒充當(dāng)集料使用，可替代部分細集料，亦可直接投入集料。膠粉用量占集料總質(zhì)量的1％~5％，膠粉顆粒尺寸為1.0~6.3mm。干法工藝可以使用顆粒尺寸較粗的膠粉，并且可以有效地消耗大量廢棄輪胎膠粉。由于拌合過程中不需要特殊設(shè)備，干法工藝還有施工方便的優(yōu)勢[28]。

干法工藝主要將膠粉作為部分集料參與混合料拌合，因此膠粉對瀝青的改性作用有限。但是高彈性膠粉作為骨料的一般分，在混合料中起到了阻尼的作用并增加了路面的彈性，從而起到了提高瀝青路面減震、降噪的作用[28]。

但是，干法工藝容易導(dǎo)致集料和膠粉攪拌不均勻，也難以控制集料級配和膠粉在施工過程中的體積變化，因此容易存在混合料性能不穩(wěn)定的問題。由于需要熱瀝青膠漿將膠粉與集料有效黏結(jié)，因此干法工藝只適用于熱拌瀝青混合料，并不適用于以乳化石油瀝青或稀釋瀝青生產(chǎn)的常溫瀝青混合料。上述施工特點使得干法工藝橡膠瀝青混合料主要適用于瀝青路面上面層[28-29]。

2.2濕法生產(chǎn)工藝

如圖2所示，在濕法工藝中，膠粉主要作為改性劑發(fā)揮改性基質(zhì)瀝青的作用。通過特殊設(shè)備在高溫、高速剪切攪拌條件下將膠粉與基質(zhì)瀝青混溶，使之在基質(zhì)瀝青中溶脹或溶解，獲得橡膠瀝青膠結(jié)料。相較干法工藝，濕法工藝宜采用顆粒尺寸較小的細膠粉，尺寸一般在1.0mm以下。濕法工藝的膠粉摻量一般為瀝青總質(zhì)量的5％~20％[28]。

國內(nèi)外專家學(xué)者通過宏觀性能試驗(如針入度、軟化點、延度、彈性恢復(fù)等試驗)與微觀結(jié)構(gòu)分析(如紅外光譜、核磁共振、熒光顯微鏡、電子顯微鏡等試驗)對濕法工藝橡膠瀝青的改性機理進行了大量研究。研究結(jié)果表明，膠粉加入瀝青后發(fā)生相互滲透作用，在共混的過程中會產(chǎn)生一系列不同程度的物理和化學(xué)反應(yīng)[30-31]。從形態(tài)學(xué)角度分析高溫充分拌合后的橡膠瀝青可知，膠粉顆粒會吸收基質(zhì)瀝青中的輕質(zhì)組分而發(fā)生溶脹，并且會在膠粉顆粒表面形成瀝青質(zhì)含量很高的一層凝膠膜[32]。溶脹后的膠粉體積可增長150％~200％，并通過凝膠膜相互牽連形成高黏度的半固態(tài)連續(xù)項體系。該連續(xù)項體系的形成與基質(zhì)瀝青的輕質(zhì)組分含量以及膠粉溶脹程度(小顆粒膠粉易充分溶脹)是密不可分的。此外，通過對基質(zhì)瀝青四組分(瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、芳香分、飽和分)的分析得知，膠粉的加入會改變基質(zhì)瀝青的組分和結(jié)構(gòu)類型。膠粉發(fā)育過程中的溶脹降低了基質(zhì)瀝青中的游離蠟含量，增加了基質(zhì)瀝青中的瀝青質(zhì)含量，使瀝青膠體結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)向溶凝膠型結(jié)構(gòu)，從而降低基質(zhì)瀝青的溫度敏感性，提高基質(zhì)瀝青的黏結(jié)性和耐久性[30-31]。

然而，隨著橡膠瀝青拌合時間的增長，橡膠顆粒的脫硫和橡膠分子的降解2個化學(xué)反應(yīng)會隨著膠粉在瀝青中的溶脹過程慢慢發(fā)生。在初期的發(fā)育與溶脹中，膠粉與瀝青進行物質(zhì)交換，從而提高了基質(zhì)瀝青的黏度、耐久性、低溫性能等性能指標；隨著拌合時間的增加，膠粉在瀝青中的溶脹達到一定程度，脫硫和降解反應(yīng)開始加速發(fā)展；脫硫和降解反應(yīng)導(dǎo)致橡膠分子鏈斷裂且橡膠分子量下降，因此橡膠瀝青的黏度開始降低，力學(xué)性能也開始下降，并預(yù)示著有效膠粉含量的減少和橡膠性質(zhì)的喪失，最終將導(dǎo)致橡膠瀝青的失效[31]。

總體而言，橡膠瀝青的最終性能，與基質(zhì)瀝青的化學(xué)組分、膠粉的物理化學(xué)性能(如種類、粒徑、用量等)、制備工藝(如制備溫度、剪切速度、拌合時長等)均密切相關(guān)，只有從原材料質(zhì)量到制備工藝均嚴格把控，才能制備出性能優(yōu)異的橡膠瀝青。

3、膠粉用于瀝青改性的路用性能影響

通過上文對國內(nèi)外規(guī)范的總結(jié)可以看出，各國對于膠粉材料自身性能指標的規(guī)范和把控均非常嚴格，其目的是針對不同工程應(yīng)用提供質(zhì)量可靠、性能優(yōu)異的橡膠瀝青膠結(jié)料。而分析國內(nèi)外研究成果也發(fā)現(xiàn)，大量文獻研究了膠粉粒徑和級配對橡膠瀝青或其混合料性能的影響，說明這2項指標在膠粉材料質(zhì)量控制環(huán)節(jié)中的重要性。因此，本文通過回顧、概括國內(nèi)外學(xué)者研究成果，重點歸納總結(jié)膠粉粒徑和摻量對橡膠瀝青和橡膠瀝青混合料路用性能的影響。

3.1 瀝青性能影響

Singh等[33]研究了膠粉粒徑對橡膠瀝青流變性能的影響。試驗采用的基質(zhì)瀝青是AC-10(為瀝青黏度分級體系，等同于中國針入度分級體系中70＃瀝青)，摻加的膠粉粒徑尺寸分別為ASTM＃30~40和ASTM＃60~80，膠粉的摻加量為橡膠瀝青總質(zhì)量的13％。如圖3~5所示，隨著膠粉顆粒尺寸的增大，瀝青的黏度、車轍因子G＊/sin(δ)、彈性恢復(fù)均有明顯提高，說明大尺寸的膠粉顆?？梢杂行岣呋|(zhì)瀝青的彈性恢復(fù)和剛度，使得瀝青具有更優(yōu)的高溫抗車轍性能。如圖6所示，線性振幅掃描試驗結(jié)果表明，大粒徑膠粉在提高基質(zhì)瀝青的疲勞性方面也有顯著的積極作用，可以將基質(zhì)瀝青的疲勞壽命從103提高到106。此外，其還對橡膠瀝青的高溫存儲穩(wěn)定性進行了試驗研究，對高溫貯存后的橡膠瀝青的上部分和下部分別進行軟化點測試，＃30~40較大顆粒的膠粉改性橡膠瀝青上下部分軟化點的差值為11.1℃，而＃60~80較小顆粒的膠粉改性瀝青上下部分軟化點差值為8.2℃。試驗結(jié)果表明，相比較大粒徑膠粉，較小粒徑膠粉更易于在瀝青中擴散和溶脹，因此其拌合而成的橡膠瀝青高溫貯存穩(wěn)定性更好。

在Qian等[34]的研究也發(fā)現(xiàn)了膠粉粒徑對瀝青改性效果的相似趨勢。試驗采用了3種不同粒徑的膠粉(0.15~0.30mm，0.30~0.45mm，0.45~0.60mm)且摻加量均為10％，并與摻加量為3％的SBS改性劑一起復(fù)合改性＃60~80基質(zhì)瀝青。試驗結(jié)果表明，較大粒徑的膠粉能夠顯著提高基質(zhì)瀝青的抗車轍性能與抗疲勞性能，然而對瀝青的低溫性能與高溫貯存穩(wěn)定性有不利影響。膠粉與SBS改性劑復(fù)合改性瀝青有較好的協(xié)同作用，在降低2種添加劑的用量以減少造價的同時可以有效提高瀝青的流變性能。

Lei等[35]研究了生物油預(yù)處理不同粒徑膠粉對基質(zhì)瀝青的改性效果。通過對高溫性能、疲勞性能以及高溫貯存性能的試驗結(jié)果進行分析可知，較大粒徑膠粉能夠有效改善瀝青的黏彈性，并提高瀝青的抗車轍性能與抗疲勞性能。為了減輕離析的產(chǎn)生，建議使用膠粉粒徑為40目(0.38mm)到80目(0.15mm)。Huang等[36]在不同粒徑膠粉對瀝青抗車轍、低溫性能和疲勞性能的研究中也得到了相似結(jié)論。

Khalili等[37]基于一系列流變性能指標試驗研究了膠粉粒徑和摻量對橡膠瀝青性能的影響。試驗采用的基質(zhì)瀝青為PG64-16，PG58-28，AC-20(為瀝青黏度分級體系，等同于中國針入度分級體系中＃40瀝青)，膠粉為20目和40目，膠粉摻量分別為橡膠瀝青總質(zhì)量的10％、15％、20％。試驗結(jié)果表明，瀝青黏度會隨著膠粉摻量的增加顯著增大，小粒徑膠粉橡膠瀝青的黏度低于大粒徑膠粉橡膠瀝青。此外，瀝青彈性恢復(fù)也會隨著膠粉摻量的增加而顯著增大，這意味著橡膠瀝青的加入能夠提高混合料的變形恢復(fù)能力。然而，膠粉摻量的增加對瀝青的延度、韌性和低溫勁度均有不利影響?；谠囼灁?shù)據(jù)綜合分析，推薦膠粉摻量為10％和15％，試驗所用2種不同粒徑膠粉制備的橡膠瀝青均可以達到預(yù)期性能。

葉智剛等[38]研究了膠粉種類(胎膠粉和鞋膠粉)、膠粉粒徑(30目、40目、60目、80目)、膠粉摻量(10％、20％、30％)、基質(zhì)瀝青種類(Ａ類、Ｂ類、Ｃ類)對橡膠瀝青性能的影響。通過軟化點、延度(25℃和5℃)、針入度(25℃)、彈性恢復(fù)等常規(guī)瀝青性能試驗對橡膠瀝青的性能進行了分析。試驗結(jié)果表明，在膠粉粒徑、膠粉摻量、基質(zhì)瀝青一定的情況下，胎膠粉在低溫延度和彈性恢復(fù)方面的改性效果優(yōu)于鞋膠粉。其他變化量一定，改變膠粉摻量時試驗結(jié)果顯示：膠粉摻量在20％以下時，軟化點和彈性恢復(fù)呈線性增長，延度和針入度呈線性下降；膠粉摻量接近20％或達到20％以上時，各項性能指標增長或下降趨勢緩慢并趨于平緩。由此可見，膠粉摻量并不是越高越好，此結(jié)論與上文Khalili等[37]對膠粉摻量的研究結(jié)論保持一致，推薦膠粉的最佳摻量為20％以下，10％~20％之間最佳。在膠粉粒徑對改性效果的影響方面，大粒徑膠粉對瀝青軟化點和彈性恢復(fù)的改性效果更佳，而小粒徑膠粉對瀝青延度的改性效果更佳且對針入度的影響較小，說明并不是膠粉粒徑越細改性效果就越好[39]。從不同瀝青種類對橡膠瀝青改性效果的評價可見，輕質(zhì)組分含量高的基質(zhì)瀝青更有利于膠粉的溶脹反應(yīng)，可使橡膠瀝青獲得更優(yōu)異的改性效果。

以上研究中均采用了傳統(tǒng)橡膠改性瀝青制備工藝，其膠粉摻量均在10％~20％之間。為了消耗更多的廢棄輪胎膠粉并緩解其帶來的環(huán)境壓力，越來越多的研究開始關(guān)注大摻量(內(nèi)摻30％以上)膠粉改性瀝青。大摻量膠粉改性瀝青的制備工藝一般要求較高的攪拌溫度(230℃~270℃)，在這樣的高溫反應(yīng)條件下，瀝青中發(fā)生溶脹的膠粉顆粒會迅速的發(fā)生脫硫和裂解反應(yīng)，而攪拌的溫度和時長都會影響到大摻量橡膠瀝青的流變性能與低溫性能。因此，董瑞琨等[40]研究了制備工藝(加工溫度和攪拌時間)對高溫裂解膠粉改性瀝青低溫性能的影響。其分別在230℃、250℃、270℃攪拌溫度下，將內(nèi)摻30％的膠粉緩緩加入基質(zhì)瀝青中攪拌，在每個攪拌溫度下的攪拌時間分別為1，2，4h。通過溶解度試驗、延度試驗、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測試和BBR(Bending Beam Rheometer)試驗結(jié)果分析可知，膠粉通過高溫脫硫裂解反應(yīng)能夠有效提高基質(zhì)瀝青的低溫性能，并且在250℃的攪拌溫度下攪拌1h能夠得到低溫性能最優(yōu)的大摻量膠粉改性瀝青。

3.2 混合料性能影響

Wong等[41]研究了不同膠粉粒徑對橡膠瀝青性能的影響以及對密級配和開級配2種類型橡膠瀝青混合料高溫性能的影響。其將不同粒徑大小的膠粉顆粒(0.15，0.3，0.6mm)分別加入到基質(zhì)瀝青(針入度60/70)中制備橡膠瀝青，膠粉的添加量為橡膠瀝青總質(zhì)量的10％。3種橡膠瀝青均通過濕法工藝制得，制備過程中的所有條件(如拌合溫度、剪切速度、拌合速度、拌合時長等)均保持一致。結(jié)果顯示，隨著膠粉粒徑的增大，橡膠瀝青的軟化點僅有約0.2℃的增加，由此可見不同膠粉粒徑對橡膠瀝青軟化點的影響很小。車轍試驗表明，相比基質(zhì)瀝青混合料，2種級配類型橡膠瀝青混合料的高溫抗車轍性能均顯著提升，而車轍深度減小了約70％。不同膠粉粒徑對不同級配類型橡膠瀝青混合料車轍深度的影響數(shù)據(jù)如圖7所示。結(jié)果顯示：相較于開級配混合料，膠粉顆粒大小對密級配混合料的影響更大；在密級配橡膠瀝青混合料中，采用最小粒徑膠粉(0.15mm)制備的混合料展現(xiàn)出了最優(yōu)的抗車轍能力，其車轍深度僅1.5~2.0mm；而在開級配橡膠瀝青混合料中，采用最大粒徑膠粉制備的混合料展現(xiàn)出了最優(yōu)的抗車轍能力，其車轍深度為2.5~4.5mm。

Xiao等[42]將25％摻量的廢舊瀝青混合料與橡膠瀝青混合料混合制備密級配再生瀝青混合料，并研究了不同膠粉粒徑對該混合料性能的影響。試驗中應(yīng)用的基質(zhì)瀝青為PG64-22，添加的3種膠粉粒徑分別為：40目、30目、14目，膠粉的摻量為基質(zhì)瀝青質(zhì)量的10％。間接拉伸強度試驗和瀝青路面分析儀車轍試驗的結(jié)果表明，膠粉粒徑大小對混合料的動穩(wěn)定度、強度、車轍深度均無顯著影響。隨標準荷載作用次數(shù)的增加，混合料車轍深度的變化如圖8所示。數(shù)據(jù)顯示，使用30目和40目膠粉的混合料具有非常相似的車轍發(fā)展趨勢與車轍深度(約1.0mm)，而大粒徑14目膠粉橡膠瀝青混合料與其他2組較小粒徑膠粉橡膠瀝青混合料相比其抗車轍性能較差，車轍較深(約1.7mm)。該文與上文提到的Wong等[41]進行的試驗研究得出了基本相同的結(jié)論，即在密級配橡膠瀝青混合料中使用小顆粒膠粉能更有效地提高混合料的抗車轍性能?；貜椖Ａ吭囼灲Y(jié)果顯示，混合料的勁度模量隨著膠粉粒徑的增大而逐漸減小。此外，如圖9所示，膠粉能夠顯著提高摻有舊料的瀝青混合料的抗疲勞性能，而大粒徑膠粉的摻加能夠更有效地提高混合料的抗疲勞性能和長期路用性能。

通過對國內(nèi)外膠粉材料對橡膠瀝青及其混合料性能的影響綜述(表5)可以看出，膠粉粒徑大小對瀝青的改性效果具有顯著影響。隨著膠粉粒徑的增大，瀝青的軟化點、黏度、車轍因子、彈性恢復(fù)都逐漸增加。較大粒徑的膠粉可以顯著提高瀝青和瀝青混合料的抗疲勞性能，但隨著膠粉粒徑的增大，瀝青混合料的回彈模量有較小幅度的降低，同時較小粒徑的膠粉可以更有效地提高橡膠瀝青的高溫貯存穩(wěn)定性且顯著提高瀝青的延度，以及降低瀝青的針入度。

其原因可理解為，越細的膠粉越容易在瀝青中發(fā)生溶脹反應(yīng)，因此可以有效提高瀝青的延度和針入度。然而由于溶脹的有限性且過細的膠粉在瀝青中不能構(gòu)成骨架結(jié)構(gòu)，從而減弱了瀝青的彈性恢復(fù)并降低其軟化點，使其在高溫條件下更易流動變形[38]。試驗證明，瀝青混合料的其他性能受膠粉粒徑的影響并不顯著，例如混合料的水穩(wěn)定性、韌性和剛度。為獲得更優(yōu)異的高溫抗車轍性能，可在密實級配中使用小粒徑膠粉，在開級配中使用大粒徑膠粉。

此外，膠粉摻量的增加導(dǎo)致瀝青針入度減小、軟化點增大、黏度增加、彈性恢復(fù)先增大后減小以及離析程度增加。這些指標的變化是由于膠粉吸收了瀝青中的輕質(zhì)油分形成瀝青-膠粉共聚物，改變了瀝青原有的組分結(jié)構(gòu)，從而改善了瀝青的高溫流變性能，提高了瀝青的黏度和彈性恢復(fù)性能；并且在瀝青-膠粉共聚物中，橡膠的柔韌性也得到了良好體現(xiàn)，從而使得橡膠瀝青具有較好的低溫延度。然而瀝青中的輕質(zhì)組分含量有限，在溶脹反應(yīng)達到極限時，瀝青處于飽和狀態(tài)，過量的膠粉將以顆粒形式分散在瀝青中并處于游離狀態(tài)，從而導(dǎo)致了橡膠瀝青各項指標的下降以及離析的出現(xiàn)[39]。因此，建議的膠粉摻量在10％~20％之間，以達到最優(yōu)異的橡膠瀝青及橡膠瀝青混合料的路用性能要求。通過對大量相關(guān)文獻的回顧和總結(jié)，Bressi等[43]發(fā)現(xiàn)有近50％的橡膠瀝青研究項目中使用的膠粉粒徑尺寸為0.5~1.0mm。而對于大摻量膠粉改性瀝青，為了獲得優(yōu)異的低溫性能，建議攪拌溫度為250℃，攪拌時長為1h。

4、膠粉用于瀝青改性技術(shù)的工程難題與解決措施

廢胎膠粉摻加到瀝青中有著顯著的環(huán)保價值與社會經(jīng)濟效益。在路用性能方面，與基質(zhì)瀝青相比，橡膠瀝青具有優(yōu)良的高低溫性能和耐久性。在環(huán)保問題方面，應(yīng)用廢胎膠粉于公路建設(shè)中，可以有效地解決廢舊輪胎的“黑色污染”問題，并且由于其低廉的價格，可以有效地降低筑路成本。以上這些優(yōu)勢讓膠粉成為工程界備受青睞的瀝青添加劑之一，然而在橡膠瀝青及其混合料的使用中也會發(fā)現(xiàn)一些不容忽視的工程問題。

主要問題之一是高質(zhì)量的膠粉供應(yīng)渠道與其加工處理問題。對不同類別和來源的廢棄橡膠需要經(jīng)過分揀、去除、切割、清洗等預(yù)加工處理，之后根據(jù)不用的要求采用不同的粉碎方法(如常溫粉碎法、低溫粉碎法、濕法或溶液法)制備膠粉材料。由此可見，無論是膠粉的加工處理過程，還是粉碎機等加工設(shè)備均有特殊的要求，因此對某些國家和地區(qū)來說橡膠瀝青的使用會受到這些因素的顯著限制。例如新西蘭和澳洲的北領(lǐng)地，目前由于經(jīng)濟受限，在當(dāng)?shù)夭辉试S修建膠粉加工廠，因此他們不得不從其他州或者國家進口膠粉以生產(chǎn)橡膠瀝青。因為很多國家自身的膠粉加工系統(tǒng)(包括回收采集、質(zhì)量監(jiān)控、預(yù)加工處理、粉碎處理)存在種種漏洞，一旦依賴進口，膠粉的質(zhì)量與供應(yīng)就很難得到保證，由此生產(chǎn)出的橡膠瀝青的質(zhì)量也會參差不齊，難以應(yīng)用于公路工程中[44]。因此，在上文的橡膠瀝青技術(shù)規(guī)范總結(jié)中，多數(shù)規(guī)范均明確要求使用本國、本地區(qū)的廢胎生產(chǎn)用于瀝青改性的膠粉材料，并對膠粉材料自身的物理、化學(xué)指標做出了明確要求。只有從添加材料本身開始嚴格規(guī)范、把關(guān)，才能確保其瀝青改性效果和工程質(zhì)量。

另一個至關(guān)重要的問題是橡膠瀝青在高溫存儲與運輸中的離析問題，以及長時間高溫貯存條件下，膠粉脫硫和降解反應(yīng)導(dǎo)致的橡膠瀝青失效問題。由于膠粉與基質(zhì)瀝青的多相性以及密度的差異(膠粉相對密度1.10~1.30，基質(zhì)瀝青相對密度0.97~1.03)，在高溫貯存條件下，膠粉顆粒易于下沉到瀝青拌合廠貯備罐的底部或瀝青運輸車的瀝青儲存罐底部。此種情況會導(dǎo)致橡膠瀝青的高溫貯存穩(wěn)定性較差以及后期供應(yīng)施工的橡膠瀝青質(zhì)量不穩(wěn)定。國際上很多相關(guān)研究試圖通過添加穩(wěn)定劑或?qū)⑵渌酆衔锱c膠粉融合來改變膠粉的密度，使其更接近基質(zhì)瀝青，以此改善橡膠瀝青的相容性和均勻性并提高其高溫貯存穩(wěn)定性[45-46]。針對膠粉顆粒在長時間高溫貯存條件下產(chǎn)生的脫硫和降解反應(yīng)問題，最實際、有效的手段就是在貯存期間將貯存溫度適當(dāng)降低，并且嚴格規(guī)劃、控制生產(chǎn)和施工使用之間的時間差。

橡膠瀝青以及橡膠瀝青混合料的拌合與施工溫度(在180℃~195℃之間)普遍高于傳統(tǒng)瀝青及混合料(在135℃~170℃之間)，在拌合和施工過程中會釋放更多的氣味和煙霧。因此，使用橡膠瀝青時排放的有毒氣體可能會對周圍的自然環(huán)境與施工人員的健康產(chǎn)生危害，這一問題也引起了普遍的關(guān)注。此外，由于更高的拌合、施工溫度需要更多的電力能源供給，因此能源的消耗也成為了另一個關(guān)注的問題。為解決這一問題，國內(nèi)外科研人員提出了在橡膠瀝青及其混合料中添加溫拌劑的技術(shù)措施。研究結(jié)果表明，溫拌劑的使用能夠有效降低橡膠瀝青及其混合料施工溫度(可降低30℃~60℃)，進而降低有害氣體的排放和能源的消耗，并且提高混合料的施工和異性。同時試驗證明，溫拌劑的添加對橡膠瀝青及其混合料的綜合路用性能無不良影響[47-48]。

5、結(jié)語

(1)本文總結(jié)了膠粉用于瀝青改性技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況與相關(guān)技術(shù)規(guī)范，分析了橡膠瀝青及其混合料在道路修筑中廣泛應(yīng)用的工程價值。各個國家和地區(qū)的橡膠瀝青技術(shù)規(guī)范中，均對膠粉材料的自身特性(膠粉顆粒級配、物理特征等)提出了明確的指標要求，表明為了制備質(zhì)量可靠、性能優(yōu)異的橡膠瀝青膠結(jié)料，需要對膠粉材料自身性能指標進行嚴格的規(guī)范要求和質(zhì)量監(jiān)控。

(2)膠粉的摻加工藝分為干拌和濕拌。干法工藝主要是將膠粉作為部分集料參與混合料拌合，因此膠粉對瀝青的改性作用較弱。濕法工藝通過特殊設(shè)備將膠粉在高溫、高速剪切攪拌條件下與基質(zhì)瀝青混溶制備橡膠瀝青，膠粉在基質(zhì)瀝青中會溶脹或溶解，因此具有改性劑的作用。膠粉對瀝青的改性機理可以分為：瀝青膠體結(jié)構(gòu)變化、膠粉顆粒體積溶脹、膠粉顆粒脫硫降解。并且輕質(zhì)組分含量越高的基質(zhì)瀝青，膠粉的溶脹反應(yīng)越充分，其橡膠瀝青的改性效果越好。

(3)基于國內(nèi)外學(xué)者研究成果，總結(jié)和分析了膠粉材料組成特點(膠粉顆粒粒徑、膠粉摻加量等)對橡膠瀝青及其混合料路用性能的影響。主體表現(xiàn)為：隨著膠粉粒徑增大，瀝青的軟化點、黏度、車轍因子、彈性恢復(fù)等均有所提升；大粒徑膠粉可顯著提高瀝青和瀝青混合料的抗疲勞性能，但隨著膠粉粒徑的逐漸增大，瀝青混合料的回彈模量有較小幅度的降低；較小粒徑膠粉在拌合過程中能夠更好地擴散在基質(zhì)瀝青中，有助于提高橡膠瀝青的高溫貯存穩(wěn)定性；瀝青混合料的水穩(wěn)性、韌性和勁度受膠粉粒徑的影響并不顯著；為了獲得更優(yōu)異的高溫抗車轍性能，建議在密級配混合料中使用小粒徑膠粉，在開級配混合料中使用大粒徑膠粉；建議的膠粉摻量為10％~20％，建議使用膠粉粒徑為0.5~1.0mm，以達到優(yōu)良的橡膠瀝青及其混合料性能指標要求。

(4)隨著橡膠瀝青及其混合料在工程中的大量應(yīng)用，需要進一步攻克的難題包括：高質(zhì)量膠粉的供應(yīng)渠道與其精細化加工處理問題；橡膠瀝青在存儲與運輸中出現(xiàn)的離析問題，以及長時間高溫貯存條件下膠粉脫硫和降解反應(yīng)導(dǎo)致的橡膠瀝青失效問題；高溫拌合與施工導(dǎo)致的有害氣味和煙霧排放問題，以及能源的高消耗問題。這些技術(shù)問題的有效解決將更有利于橡膠瀝青在道路工程中的廣泛推廣與應(yīng)用。