废轮胎橡胶粉(CRM)和SBS复合改性沥青研究进展★

许志杨 高中洋 沈菊男

(苏州科技大学道路工程研究中心，江苏 苏州 215000)

1 概述

改性沥青是指掺加了橡胶、树脂或其他聚合物改性剂，使沥青及沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青胶结料。苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性剂是如今非常成熟也是应用最为广泛的主导改性剂，SBS改性沥青可以明显改善沥青混合料的高低温性能、弹性恢复性能和路用性能[1,2]，但SBS作为石油制品，其价格高昂，使用范围受到了极大地限制。汽车产业的蓬勃发展，提高了人们的工作与出勤效率，也产生了巨量的副产物废弃轮胎，对环境造成了严重污染与破坏，也是资源的浪费。将废轮胎磨成橡胶粉，作为改性剂加入到沥青中，一方面可以合理利用废弃轮胎，缓解其对环境的污染；另一方面CRM可以很好地提高沥青的物理力学性能，如抗老化、抗车辙、抗疲劳等性能，CRM也可以提高沥青的低温性能。因此CRM改性沥青技术引起了广泛的关注。

CRM表面呈现为惰性，且CRM与沥青是热力学不相容体系，两种相容性很差，CRM沥青极易离析。低掺量的CRM改性沥青的改性效果并不明显，但高掺量的CRM改性沥青的粘度大，施工困难[3-5]。若把SBS与CRM复合改性，综合他们的优点，提高沥青和沥青路面的性能。在CRM和SBS复合改性沥青中，CRM和SBS掺量相对于单改性沥青都有所降低，尽管两者掺量都较低，但两者的复合改性可以弥补低掺量对改性效果的影响，沥青性能不会降低[5]。SBS与沥青形成的网状结构可以阻止CRM与沥青的离析，提高改性沥青的稳定性有利于工厂化生产施工。

2 国内外研究现状

SBS改性沥青是如今国内应用最广的一种改性工艺，相关技术及经验十分成熟。橡胶沥青也有了很多的研究，在美国等国家大力推广，但两者都有着各自的缺陷，近年来国内外研究者开始研究如何将CRM和SBS对沥青进行复合改性，综合其优点，进一步提高其改性效果。

国外对于CRM用于沥青改性已经有了比较成熟的经验，最初是为了环保考虑。20世纪60年代Charles McDonald首先用了湿法工艺制备了橡胶沥青，他将橡胶沥青用在了路面的养护和维修中。1991年，美国通过了“冰茶”法案(ISTEA)，对橡胶沥青混合料的使用进行了强制的规定，促进了橡胶沥青的发展。美国的经验表明湿法工艺更适合CRM沥青混合料，混合料性能更加稳定，且CRM沥青混合料间断级配要优于连续级配[6,7]。但国外对于CRM和SBS的复合改性研究的报导还很少。

Dong等[8]采用流变学、荧光显微镜和红外光谱等方法研究了CRM和SBS复合改性硬沥青在制备过程中的粘弹性行为、温度敏感性、相容性、形貌和微观结构。系统评价了CRM，SBS和硬质沥青对上述性能的影响。CRM，SBS对复合改性硬沥青性能的影响存在较大差异,与基质沥青相比，添加橡胶屑和SBS聚合物对沥青的粘弹性性能、温度敏感性有显著提高。

Liang等[9]用应力控制流变仪测量了未改性沥青和CRM与SBS复合改性沥青的线性粘弹性行为和粘滞特性。研究CRM和SBS对沥青复合改性可以显著改善沥青的粘弹特性和粘度。因此CRM和SBS复合改性沥青在路面上的抗永久变形能力将得到增强。当SBS用量超过1%时，失效温度、模量和粘度都有明显的提高，用CRM代替SBS部分生产CRM和SBS复合改性沥青是可行的，但CRM和SBS复合改性沥青由于贮存稳定性差，在生产后必须迅速使用。

Xiang等[10]利用RTFOT模拟了基质沥青、CRM改性沥青、SBS改性沥青和CRM与SBS复合改性沥青的热氧老化过程。通过对沥青和改性沥青老化前后的组成和结构分析，研究了基质沥青、CRM和SBS对老化性能的影响。在沥青老化过程中，碳链的氧化和断裂产生羰基，沥青中的硫在热氧条件下转化为亚砜。沥青向重组分方向发生转化，改变了沥青原有的胶体结构，导致沥青性能下降。在CRM与SBS复合改性沥青老化过程中，基质沥青发生硬化，改性剂CRM和SBS发生脱硫和热氧化降解。因此，基质沥青的“硬化”与改性剂的“软化”相互作用和转移。CRM与SBS复合改性沥青具有良好的抗老化性能，改性剂CRM和SBS发挥了抗老化剂的作用。

Lin等[11]在CRM沥青中加入SBS和聚磷酸(PPA)，通过DSR,MSCR和BBR等流变试验和GPC,ATR-FTIR等化学试验研究CRM,SBS和PPA在沥青中的反应机理。在CRM改性沥青中加入SBS，可以使SBS与CRM形成的网状交联结构重建，这个重构可以让改性沥青的高温性能得到明显改善。CRM改性沥青通过抑制羰基化合物和亚砜的形成具有抗衰老的优势。CRM和SBS改性沥青的混合料具有良好的抗车辙性能和优异的疲劳性能，说明CRM代替SBS是可行的。

韦大川[12]认为SBS物理交联网络结构与CRM化学交联网络有着相互协调与补充作用，CRM和SBS复合改性沥青表现出优异的性能，是一种新的改性方法。

程健等[13]认为使用接枝胶粉来制备CRM和SBS复合改性沥青相对于普通胶粉制备的复合改性沥青的软化点与低温延度性能有显著提高，更容易形成相界面层从而能够改善离析效果。复合改性沥青中接枝胶粉和SBS的总掺量控制在5%以内，胶粉掺量明显比其他研究低，但在提高沥青性能的同时能够很好地解决沥青储存稳定性问题。

涂娟等[14]研究了掺入CRM对于SBS改性沥青的老化性能影响，结果表明添加CRM可以提高沥青的耐热老化性能和紫外老化性能，且随着CRM增多，抗老化性越好，CRM在SBS改性沥青中起到了抗老化剂的作用。

张宗辉[15]对CRM与SBS复合改性沥青的制备工艺进行了研究，发现在改性沥青的制备过程中，沥青的品种、反应温度、改性剂掺混量、剪切速率等因素对沥青配伍性有很大影响。在取得较好改性效果时，CRM和SBS的掺量较高，存在着生产成本过高，粘度较大的问题。

刘贞鹏[16]对CRM与SBS复合改性沥青混合料的高温性能进行了研究。提出以针入度、软化点、177℃布氏旋转粘度和弹性恢复作为CRM与SBS复合改性沥青胶结料高温性能的评价指标，以车辙试验及浸水车辙试验作为CRM与SBS复合改性沥青混合料高温稳定性的主要研究手段。

杨光等[17]提出采用针入度分级和PG分级评价CRM和SBS复合改性沥青的性能，并给出性能评价指标和范围。研究认为CRM和SBS复合改性沥青混合料比CRM改性沥青和SBS改性沥青混合料具有更优的高低温及疲劳性能，适用于在季冻地区路面工程应用。

3 小结与展望

近10年来，大量的研究者对CRM和SBS复合改性沥青进行了研究，普遍认为CRM和SBS复合改性沥青性能比单一的改性沥青有极大的提高。CRM和SBS能够提高沥青的粘弹特性和粘度，CRM和SBS在沥青中起到了抗老化剂的作用，能够提高沥青的抗老化性能，CRM和SBS改性沥青的混合料具有良好的抗车辙性能和抗疲劳性能，CRM和SBS复合改性沥青有着优异的路用性能。CRM和SBS掺量的提高，复合改性沥青的性能会有所改善，CRM掺量的提高可以改善沥青的软化点、粘度、弹性恢复、针入度、抗老化等性能指标，SBS对沥青的耐久性、延度、弹性恢复和弹性形变能力有了明显提高。

如今CRM和SBS复合改性沥青还处于一个不成熟的阶段，需要研究的内容还有很多。如何使CRM和SBS复合改性沥青的性能达到最佳，改性剂的投入顺序和拌合方式等制备工艺；CRM和SBS的复合改性微观机理；CRM和SBS复合改性沥青的储存稳定性问题；CRM和SBS复合改性沥青的老化机理等问题还需要进一步的研究。