废旧轮胎化身长寿路面

文 朱艳永 董雨明 张琛 刘鑫磊

橡胶沥青在我国已有40余年的发展历史，在路面建设养护工程中具有绿色、优质和经济的特点，其工艺、性能和应用在发展的过程中不断推陈出新。但总体而言，多数橡胶沥青路面目前尚处于试验阶段，但未来橡胶沥青技术的发展还需攻克一系列应用障碍。

橡胶沥青是一定比例的废旧轮胎胶粉和基质沥青通过混合溶胀反应形成的胶结料，其不仅有效解决了废旧轮胎堆放造成的环境污染问题，并且具有优良的路用性能，因而在国内外得到了大量的研究和推广，常应用于公路结构的表面层与层间黏结防水应力吸收层等功能层。

材料特点满足路面需要

橡胶沥青的起源可以追溯至19世纪40年代的英国，当时其仅是作为公路养护工程中的灌缝材料。1940年至1960年，美国有关研究人员研发出了干法制备与湿法制备橡胶沥青的工艺技术，橡胶沥青的质量与性能因此得到长足发展。20世纪90年代，经过应用研究，欧美国家铺筑了大面积的橡胶沥青路面。2001年，美国联邦公路局（英文简称“FHWA”）在沥青研究中心（英文简称“NCAT”）的试验环道铺筑了不同的路面结构，通过足尺加速加载实验（英文简称“ALF”），验证了橡胶沥青作为路面材料在耐久性、温度稳定性和抗裂性等方面的优越性。此后，美国及南非等国家开始不断扩大橡胶沥青在路面建设养护工程中的应用。

中国橡胶沥青的研究始于20世纪80年代。其后的10年，我国交通量增势迅猛，随之而来的是路面使用性能要求的提高和大量废旧轮胎引起的环境问题，也正因如此，众多高校和科研机构掀起了一波关于废旧轮胎在橡胶沥青中应用的科研热潮。

将废旧轮胎通过特殊工艺的处理，以胶粉的形式作为橡胶沥青的原材料之一，应用于公路建设养护工程，是废旧轮胎循环再利用的理想途径之一。其不仅能提高路面的使用性能，还能消耗大量的废旧轮胎，具有十分重要的橡胶资源再生利用意义和绿色环保意义。废旧轮胎是有毒、有害的固体废物，具有很强的抗热、抗机械和抗降解性，数十年都不会自然消解，严重危害自然生态环境，将其置之不理 也是一种资源浪费。此外，噪声污染也是世界四大环境公害之一，其中交通噪声约占环境噪声的70%至80%，而采用橡胶沥青，其中的高分子化合物胶粉能够以高阻尼特性有效衰减声波的传递，其高黏弹性能够耗散行车荷载造成的振动与摩擦，降低噪声的产生，从而有效减少噪声污染。

橡胶沥青

21世纪初期，原交通部公路科学研究所（现交通运输部公路科学研究院）完成了“废旧橡胶粉在公路工程中的应用”项目，较全面地研究了橡胶沥青及其混合料的设计方法和技术标准。

橡胶沥青相较于基质沥青，因为橡胶成分的存在，具有优异的温度稳定性，弹性恢复能力更强，高温环境下具有更高的黏稠度，能增强路面抗车辙的能力，可有效减少荷载的残余变形，从而减少路面损害；低温环境下，能提高路面的延展性，改善路面的低温抗裂性能；在复杂自然环境下，能强化沥青抵御氧气、辐射和水的侵蚀破坏的能力，保持沥青成分与结构稳定，同时橡胶沥青中包含抗氧化成分，能有效延长路面的抗疲劳性能与使用寿命，明显提高路面的使用性能。

2007年以后，依托高校与研究机构对大量试验路段与室内试验结果的分析结论，河北、广东、北京等多个省份相继发表了橡胶沥青技术规范地方标准，我国橡胶沥青路面技术趋于规模化和工业化。2010年以后，我国河北、山东、湖北、四川、重庆等省份均正式在公路建设养护工程中采用橡胶沥青，取得了良好的经济效益和社会效益，并将其列为高效环保重点推广项目，收获了大量成功经验。

随着橡胶沥青的逐步推广应用，其经济效益也逐步显现，主要体现在全寿命周期视角下路面成本的降低。与SBS改性沥青相比，每吨橡胶沥青能节约10%左右的成本，而公路工程中SBS改性沥青混合料与橡胶沥青混合料的施工工艺基本相同，材料成本的下降就意味着建造成本的下降。同时，橡胶沥青混合料常被用作路面的应力吸收层或上面层，相较于SBS改性沥青，它具有更强的结构承载力，能有效减少反射裂缝的产生，进而在保证路面使用性能的基础上减少路面厚度，节约材料成本，具体节约造价比例在18%左右。在与SBS改性沥青厚度相同的条件下，橡胶沥青路面寿命平均比SBS改性沥青路面长30%至80%，有效降低了公路后期运营和养护的费用。不仅如此，因采用橡胶沥青而减少的施工量也可以进一步缩短工期，带来明显的经济和社会效益。

工艺、性能、应用研究多方发展

目前我国橡胶沥青的研究，大致可以分为“工艺精细化”“性能复合化”“应用多元化”三个方面。

工艺精细化

应用初期，橡胶沥青采用的是干法工艺，把胶粉作为骨料，与其他骨料、填料混合并搅拌均匀，然后添加基质沥青制成橡胶沥青混合料。干法工艺虽能消耗大量废旧轮胎，但其路面改性效果并不明显。

干法工艺之后是湿法工艺，即在沥青中加入胶粉，通过高温高速剪切搅拌形成性能显著改善的橡胶沥青，再以橡胶沥青作为胶结料制备沥青混合料。

按照美国材料实验协会（英文简称“ASTM”）的有关定义，橡胶沥青的胶粉掺量需要达到15%以上，且需要在180摄氏度以上的高温条件下，才能与基质沥青混合均匀。在此过程中，胶粉会在沥青中充分溶胀形成网络结构，同时降解脱硫发生化学反应，强化沥青的性能，最终形成具有优良高黏高弹性能的橡胶沥青。

从干法工艺到湿法工艺的发展是橡胶再生利用由粗糙到精细的转变，是由单纯再生消耗废旧轮胎到充分利用橡胶资源的转变，进一步发挥了橡胶改善沥青路面使用性能的作用，实现了一举多得的理想状态，在公路行业具有里程碑式的意义。

性能复合化

干湿法工艺的转变，是橡胶沥青制备精细化的体现。

传统橡胶沥青虽已表现出其在提升沥青路面使用性能方面的优势，但在推广应用上仍受到一些阻碍。例如，传统橡胶沥青储存稳定性差，在高温情况下易降解，必须现场生产并及时使用，否则其性能将大大衰减，不利于施工；传统橡胶沥青在生产使用的过程中，会发生高强度的降解脱硫，释放大量有害气体，产生较大的异味和烟气，影响施工人员的身体健康，同时造成环境污染，降低改性效果；传统橡胶沥青的黏稠度较高，意味着加工温度较高，施工和易性较差。为此，有关专家针对传统橡胶沥青的缺陷，不断完善研究出了很多复合材料改性橡胶沥青，其中性能较完善的有“SBS橡胶改性沥青”“预处理橡胶沥青”“复合型橡胶沥青”。

SBS橡胶改性沥青是在橡胶沥青中添加约3%至6%的SBS复合改性而成的，其充分发挥了SBS与橡胶各自的优势性能，和相互协同补充的作用，促进沥青形成弹性网络结构，综合提高了沥青的高温稳定性、低温抗裂性和感温性能。在此基础上，专家又通过进一步的改进和探索，采用多种表面活性剂、温拌剂和发泡工艺修饰SBS橡胶改性沥青的性能，改善其施工和易性。

常规的胶粉与沥青相容性不足，导致橡胶沥青易离析难储存、黏度大难拌和。为此，预处理橡胶沥青应运而生。预处理橡胶沥青，是先通过表面活化和脱硫再生，提高胶粉的表面活性，改善胶粉与沥青的相容性，降低橡胶沥青的软化点和黏度，赋予橡胶沥青良好的储存稳定性和耐久性。基于此，再掺加稳定剂和除味剂，通过精确的分子量控制和稳定的复合反应技术，脱硫降低胶粉的分子量，促成其与添加剂、沥青发生硫键断裂、材料混炼以至交联融合等一系列理化反应，形成稳定的复合型沥青胶结料，得到环保型橡胶沥青，进而降低施工难度，减少烟雾和异味，减轻橡胶沥青制备过程中可能造成的人身健康威胁和环境破坏。

复合材料改性橡胶沥青多种多样，各具优势的特殊材料在性能上与橡胶相辅相成。中交基础设施养护集团有限公司 图

复合型橡胶沥青是通过添加无机物材料或高分子材料复合改性，完善橡胶沥青的不足。目前专家研究发现的复合型橡胶沥青如硅藻土橡胶沥青，拥有比传统橡胶沥青更高的吸声降噪性能；碳纳米橡胶沥青，具有较强的热稳定性，以及抗水、油侵蚀破坏的性能，能延长路面的使用寿命；过氧化氢活化橡胶沥青，通过过氧化氢活化的方式解决了现有工程中采用橡胶沥青施工时黏度高、相容性差的问题，同时活化能够在一定程度上提高橡胶沥青的性能；废塑料橡胶沥青，采用废塑料裂解蜡降低橡胶沥青拌和物温度，提高橡胶沥青的高温稳定性。

此外还有多种传统橡胶沥青的复合配方与工艺，例如二次添加胶粉工艺、掺加再生沥青混合料、掺加玻璃纤维等，均能在一定程度上改善传统橡胶沥青的部分不足。

应用多元化

橡胶沥青凭借其优良性能和绿色环保的特质，广泛应用于公路建设养护工程，形式趋于多元化和专业化。

橡胶沥青应用于温拌橡胶沥青路面时，相较于常规热拌橡胶沥青混合料的温度要求，可利用有机添加剂、化学表面活性剂或者发泡技术，将沥青混合料拌和、压实的温度降低约30摄氏度，这不仅能提高橡胶沥青的黏结力，而且能提升节能减排、绿色环保的效果。

橡胶沥青应用于路面应力吸收层时，其结构是碎石封层，不仅能有效防止裂缝产生，而且还有一定的防渗水作用，性价比也相对较高，能够有效减少原有路基造成的反射裂缝。相比于加厚沥青层或者其他碎石封层的技术手段，橡胶沥青应力吸收层经济成本好、施工工艺简单、等待周期较短，且能削减路面厚度，降低裂缝产生几率，有效延长路面使用寿命，常用于路面“白改黑”和超薄磨耗层。

除了在路面结构中发挥功用，橡胶沥青也可应用于桥面防水黏结层。其采用的是双层橡胶沥青碎石封层结构，能有效延缓反射裂缝、加强层间结合，尤其在抗水损能力方面具有显著优势，能防止水分下渗到水泥混凝土桥面板，与铺装层共同承受行车荷载和外部环境变化，吸收铺装层之间应力，改善桥梁受力状况，有效延长桥梁的使用寿命。

此外，还有乳化橡胶沥青的应用，采用多类型乳化剂复配的橡胶沥青具有良好的路用性能，能够降低沥青的制备温度，减少沥青高温制备时的过度老化，减少橡胶沥青的烟气与异味，具有良好的环保价值与发展前景。

未来发展亟需攻克应用障碍

橡胶沥青作为一种较特殊复杂的胶结体系，其性能会受到材料特性、外界环境及混合料结构等各种因素的影响，在工程推广应用中仍然有很多障碍，未来发展过程中还存在很多亟待完善的方面——SBS橡胶沥青路面需要采用双重评价标准；环保型橡胶沥青需要新的技术和添加剂弥补不足；作为长寿命路面建养关键技术重点攻关……

SBS橡胶沥青综合性能优越，应用于路面工程中不仅能大大改善沥青路面的高温抗车辙能力，减轻沥青路面早期破坏的程度，还能有效缓解废旧轮胎的环境污染问题，实现经济、社会、环保的立体发展，具有广阔的发展前景。但目前SBS橡胶沥青的多数性能仍处于试验研究阶段，更深层次、复杂化的性能反馈需要通过实际工程来总结，未来要跟踪监测试验路面的长期性能表现，采用路用性能和节能环保的双重评价标准。

橡胶沥青具有良好的降噪缓冲效果，但橡胶沥青降噪路面的开级配混合料容易发生孔隙堵塞问题，影响路面耐久性，如何在保证降噪效果的同时，延缓降噪性能的衰减，是未来研究发展的一个趋势和热点。

环保型橡胶沥青是橡胶沥青重点发展的方向，采用温拌技术能有效减少能耗和污染，但拌和温度的降低，容易导致混合料的压实度不足，进而影响路面的使用寿命与长期性能。采用乳化橡胶沥青的方法能够降低生产施工中产生的异味与烟尘，但橡胶沥青乳化难度较大、体系不稳定。未来的发展中，需要进一步研发新的技术和添加剂，改善环保型沥青的不足之处，从而推动橡胶沥青广泛应用。

当前长寿命路面建养关键技术是交通强国建设的重点攻关课题，橡胶沥青路面结构已在交通运输部公路科学研究院通州试验场环道连续观测了数年，正在验证其长期性能。近两年，河北高速公路集团有限公司在京雄高速、荣乌高速等工程路面结构上中下面层中应用高掺量橡胶沥青，旨在提高路面品质，打造环保、耐久性长寿命路面。目前，国内外一致认同，橡胶沥青在提高路面耐久性方面具有明显优势，在建设长寿命沥青路面的过程中，可以考虑将橡胶沥青用于路面结构的不同层位，例如表面层、中面层、防水黏结层、半刚性基层应力吸收层等。

橡胶沥青在路面养护工程中的应用日益增多，可以用于超薄罩面、大修工程路面防水黏结功能层、半刚性基层防止反射裂缝与防水功能层，以及降噪沥青路面表面层等。此外，胶粉还可以制备高性能路面灌缝胶产品，具有抗裂、抗老化性能优异的特点。

橡胶沥青是一种新型、高性能、环境友好型沥青，还是一种黏结性能相当显著的复合性材料，且兼具良好的高低温稳定性能和抗老化性能，同时又因橡胶自身所具备的黏弹性质，可以有效提高车辆行驶的舒适度，减少因道路引发的车体结构振动及轮胎触地导致空气振动等所产生的行车噪声。因此，推广应用橡胶沥青不仅可以有效提高路面的使用寿命、使用效果，而且可以大力推动环境友好型和资源节约型社会的建设。