浅议废胶粉改性沥青研究与应用现状

程洪珍

近年来，经济发展步调逐步加快，环境问题变得愈来愈严峻。环境污染主要有气体、固体、颗粒物。其中废旧橡胶是一种主要的固体废弃物，而我国就是世界上最大橡胶销售国。据不完全统计，每年废旧橡胶超过100万吨。橡胶具有抗热性、抗降解以及抗机械性能。橡胶生产数量逐渐加大，不仅产生巨大的橡胶资源浪费，同时还有可能引发火灾、传播疾病，给生态环境与人类健康带来较大的危害。但是在交通流量逐渐加大的情况下，致使普通沥青路面出现开裂、松散等问题，影响交通的发展。针对此种情况，将废橡胶应用于改性沥青，改善路面使用性能的同时，还可以充分发挥再生资源，在保护环境方面发挥重要的作用。

1.废胶粉改性沥青的原理

沥青与胶粉相互发生作用后，就会产生废胶粉改性沥青性能，但是这两者相互发生的作用非常复杂。关于这两者作用的原理，至今还不是非常清楚。综合各地的研究，其原理主要有以下几种。

1.1物理共混原理。沥青的主要成分包括芳香分、胶质、饱和分以及沥青质。在沥青中加入废胶粉后，加入的废胶粉就会受到沥青中芳香烃、饱和烃等轻质组成成分的作用产生溶胀与溶解，均匀的分散到沥青中，以此形成混合体系。有研究人员将胶粉加入到热沥青后，在机械作用下，胶粉颗粒就会吸收沥青中油分逐渐溶胀，有的胶粉会逐渐恢复胶的性质，促使胶粒重新形成粘性，由原来相对紧密的结构逐渐变成絮状结构，并且溶胀后的胶粒也会均匀的分散到沥青中。这样的反应作用，不仅可以保让沥青材料保有原来的物理力学性质，还可以恢复沥青材料的感温性与粘结性。并且在改变基质沥青粘结性、感温性的同时，形成改性效果。事实上，胶粒在沥青中发生的变化，不属于化学变化，是一种典型的物理反应。沥青中的橡胶膨胀后，如果温度过高或者是时间太长，就会导致沥青中部分橡胶产生降解，从而降低粘度。

1.2网络填充原理。在沥青与橡胶粉混合后，产生溶胀与溶解，胶粉会逐渐的扩散到沥青中，颗粒状或者是丝状的废胶粉会随机的分散到沥青中，随后就会在沥青基质中形成相对松散的网络结构。这种松散的网络结构在增强聚合物可移动性的同时，还可以促使沥青形成良好的塑形与弹性。有研究人员在研究的过程中指出，溶胀后的胶粉颗粒相互结合的机会会加大。利用凝胶膜会形成相对粘度较大的半固态连续相的体系。同时也有研究人员认为即便废胶粉颗粒不能溶解在沥青中，但是像弹性微粒会填充在沥青中，沥青可以完全的包裹废胶粉颗粒，促使胶粉颗粒与沥青结合相对紧密，促使两者形成良好黏结性。因而废胶粉改性沥青是一种不均匀的体系。

1.3化学共混原理。沥青包含烷烃、烯烃与芳香烃，同时含有极性与非极性化合物，因而也就有烃基团、脂基等官能团，会与较多的物质共同发生化学反应，产生化学交联与化学加成，形成新的化学键。有研究人员认为，在高温下搅拌，橡胶体型的网状大分子结构就会有所氧化解聚，形成较多的小体型网状结构与少量的链状物。也就是说塑形与粘性会更好，但是也会导致橡胶失去原有的部分弹性。沥青中的胶粉颗粒不断的脱硫和降解，胶粉颗粒就会与沥青相互发生作用，致使橡胶中的物质进入到沥青中。在这种情况下，沥青温度的敏感性、耐老化与低温性就会有所改善。

2.胶粉改善沥青性能的原因

在沥青中添加胶粉会改变其性能。但是沥青性能改变的原因是如何，还需要进行具体的分析。综合起来，其主要有这么几点。

2.1沥青组分对改性沥青性能的影响。沥青中胶粉的溶胀程度实际上与沥青组分有一定联系。通常情况下，沥青中轻质组分越高，胶粉的溶胀作用就会越强，而胶粉颗粒就会更均匀的分布在沥青中，以此可以提高改性沥青的低温性能，但是高温与弹性性能不能改善。研究人员在研究的时候发现，90号沥青中的轻质组分含量相对较高，经废胶粉改性后，低温性能会高于70号沥青。但是从高温性能来看，90号沥青改性效果不如70号。针对此，工程应用橡胶沥青的时候，需要根据实际的气候条件与路面受力状况，以此有针对性的选择基质沥青。

2.2胶粉种类、粒径与用量对改性性能的影响。废旧轮胎通常是废胶粉的主要来源品，但是废旧轮胎通常分为斜交轮胎与子午轮胎。这两者的最大区别主要在于是否有钢丝存在。有研究人员曾经指出，斜交轮胎相对比子午轮胎的低温延度、蠕变径度以及弹性恢复性能具有良好的改性效果。同时也有研究人员认为胶粉的形态性质是影响改性沥青弹性性质的主要因素。如果胶粉表面越粗糙，表面积就会越大，改性沥青弹性恢复度就会越高，恢复程度与胶粉浓度呈正比，并且较小微粒弹性恢复效果更优于较大微粒。

2.3加工条件对改性性能的影响。在制备胶粉改性沥青的时候，剪切时间、剪切速度以及剪切温度都会对胶粉改性沥青性质产生影响。如果剪切的速度过于缓慢，胶粉的颗粒就不容易细化，致使胶粉改性沥青的稳定性会降低。剪切时间过长，废胶粉就会更容易降解，导致沥青的使用性能降低。剪切温度过低，粘度就会升高，导致胶粉过于分散于沥青中。但是如果剪切温度过高，沥青就更容易老化，影响沥青的性能。关于这一因素，有研究人员使用数理统计方法与神经网络方法来研究对废胶粉改性沥青旋转粘度的影响。

3.废胶粉改性沥青的储存稳定性

将废旧橡胶粉碎加工后，就会获得三维交联网络结构，其表面活性相对较低，与沥青的结合性相对较差，致使加入其中的沥青不容易分散，沥青加工性能、物理性能会有所减弱，从而限制改性沥青的应用。因而，需要采取相应的措施来活化沥青体系，以此来增强胶粉与沥青截面的黏结性。首先，可以对胶粉进行活化预处理。胶粉中含有橡胶、炭黑、软化剂以及硫化剂等多种材料惰性结合体。事实上，胶粉与沥青的相容性非常差。如果使用尚未处理的废胶粉改性沥青性能并不是非常的理想。针对这一问题，部分研究人员认为预先对胶粉进行活化处理，可以解决两者的过渡层问题。解决过渡层薄弱性，就需要对胶粉进行预处理，促使胶粉的表面形成新的活性基团，从而促使胶粉可以与沥青紧密的结合在一起，提高沥青储存的稳定性。其次，制备改性沥青的时候加入助剂。不仅要对胶粉进行活化预处理，还需要在制备改性沥青的时候加入助剂，如连接剂与相容剂，这样就可以明显增强胶粉与沥青的作用，提高沥青体系储存的稳定性。通过加入相应的助剂，可以促使橡胶颗粒与沥青之间发生作用，从而改善沥青的流动性。

4.结语

总而言之，在改性沥青中添加废橡胶，可以降低路面施工成本的同时，还可以改善沥青路面的使用性能，促使废旧橡胶循环利用，有效的减轻环境压力。针对此，在沥青路面施工的时候，可以考虑废胶粉的应用性。