文 朱艷永 董雨明 張琛 劉鑫磊

橡膠瀝青在我國已有40余年的發(fā)展歷史，在路面建設養(yǎng)護工程中具有綠色、優(yōu)質和經濟的特點，其工藝、性能和應用在發(fā)展的過程中不斷推陳出新。但總體而言，多數橡膠瀝青路面目前尚處于試驗階段，但未來橡膠瀝青技術的發(fā)展還需攻克一系列應用障礙。

橡膠瀝青是一定比例的廢舊輪胎膠粉和基質瀝青通過混合溶脹反應形成的膠結料，其不僅有效解決了廢舊輪胎堆放造成的環(huán)境污染問題，并且具有優(yōu)良的路用性能，因而在國內外得到了大量的研究和推廣，常應用于公路結構的表面層與層間黏結防水應力吸收層等功能層。

材料特點滿足路面需要

橡膠瀝青的起源可以追溯至19世紀40年代的英國，當時其僅是作為公路養(yǎng)護工程中的灌縫材料。1940年至1960年，美國有關研究人員研發(fā)出了干法制備與濕法制備橡膠瀝青的工藝技術，橡膠瀝青的質量與性能因此得到長足發(fā)展。20世紀90年代，經過應用研究，歐美國家鋪筑了大面積的橡膠瀝青路面。2001年，美國聯邦公路局（英文簡稱“FHWA”）在瀝青研究中心（英文簡稱“NCAT”）的試驗環(huán)道鋪筑了不同的路面結構，通過足尺加速加載實驗（英文簡稱“ALF”），驗證了橡膠瀝青作為路面材料在耐久性、溫度穩(wěn)定性和抗裂性等方面的優(yōu)越性。此后，美國及南非等國家開始不斷擴大橡膠瀝青在路面建設養(yǎng)護工程中的應用。

中國橡膠瀝青的研究始于20世紀80年代。其后的10年，我國交通量增勢迅猛，隨之而來的是路面使用性能要求的提高和大量廢舊輪胎引起的環(huán)境問題，也正因如此，眾多高校和科研機構掀起了一波關于廢舊輪胎在橡膠瀝青中應用的科研熱潮。

將廢舊輪胎通過特殊工藝的處理，以膠粉的形式作為橡膠瀝青的原材料之一，應用于公路建設養(yǎng)護工程，是廢舊輪胎循環(huán)再利用的理想途徑之一。其不僅能提高路面的使用性能，還能消耗大量的廢舊輪胎，具有十分重要的橡膠資源再生利用意義和綠色環(huán)保意義。廢舊輪胎是有毒、有害的固體廢物，具有很強的抗熱、抗機械和抗降解性，數十年都不會自然消解，嚴重危害自然生態(tài)環(huán)境，將其置之不理 也是一種資源浪費。此外，噪聲污染也是世界四大環(huán)境公害之一，其中交通噪聲約占環(huán)境噪聲的70%至80%，而采用橡膠瀝青，其中的高分子化合物膠粉能夠以高阻尼特性有效衰減聲波的傳遞，其高黏彈性能夠耗散行車荷載造成的振動與摩擦，降低噪聲的產生，從而有效減少噪聲污染。

橡膠瀝青

21世紀初期，原交通部公路科學研究所（現交通運輸部公路科學研究院）完成了“廢舊橡膠粉在公路工程中的應用”項目，較全面地研究了橡膠瀝青及其混合料的設計方法和技術標準。

橡膠瀝青相較于基質瀝青，因為橡膠成分的存在，具有優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性，彈性恢復能力更強，高溫環(huán)境下具有更高的黏稠度，能增強路面抗車轍的能力，可有效減少荷載的殘余變形，從而減少路面損害；低溫環(huán)境下，能提高路面的延展性，改善路面的低溫抗裂性能；在復雜自然環(huán)境下，能強化瀝青抵御氧氣、輻射和水的侵蝕破壞的能力，保持瀝青成分與結構穩(wěn)定，同時橡膠瀝青中包含抗氧化成分，能有效延長路面的抗疲勞性能與使用壽命，明顯提高路面的使用性能。

2007年以后，依托高校與研究機構對大量試驗路段與室內試驗結果的分析結論，河北、廣東、北京等多個省份相繼發(fā)表了橡膠瀝青技術規(guī)范地方標準，我國橡膠瀝青路面技術趨于規(guī)?；凸I(yè)化。2010年以后，我國河北、山東、湖北、四川、重慶等省份均正式在公路建設養(yǎng)護工程中采用橡膠瀝青，取得了良好的經濟效益和社會效益，并將其列為高效環(huán)保重點推廣項目，收獲了大量成功經驗。

隨著橡膠瀝青的逐步推廣應用，其經濟效益也逐步顯現，主要體現在全壽命周期視角下路面成本的降低。與SBS改性瀝青相比，每噸橡膠瀝青能節(jié)約10%左右的成本，而公路工程中SBS改性瀝青混合料與橡膠瀝青混合料的施工工藝基本相同，材料成本的下降就意味著建造成本的下降。同時，橡膠瀝青混合料常被用作路面的應力吸收層或上面層，相較于SBS改性瀝青，它具有更強的結構承載力，能有效減少反射裂縫的產生，進而在保證路面使用性能的基礎上減少路面厚度，節(jié)約材料成本，具體節(jié)約造價比例在18%左右。在與SBS改性瀝青厚度相同的條件下，橡膠瀝青路面壽命平均比SBS改性瀝青路面長30%至80%，有效降低了公路后期運營和養(yǎng)護的費用。不僅如此，因采用橡膠瀝青而減少的施工量也可以進一步縮短工期，帶來明顯的經濟和社會效益。

工藝、性能、應用研究多方發(fā)展

目前我國橡膠瀝青的研究，大致可以分為“工藝精細化”“性能復合化”“應用多元化”三個方面。

工藝精細化

應用初期，橡膠瀝青采用的是干法工藝，把膠粉作為骨料，與其他骨料、填料混合并攪拌均勻，然后添加基質瀝青制成橡膠瀝青混合料。干法工藝雖能消耗大量廢舊輪胎，但其路面改性效果并不明顯。

干法工藝之后是濕法工藝，即在瀝青中加入膠粉，通過高溫高速剪切攪拌形成性能顯著改善的橡膠瀝青，再以橡膠瀝青作為膠結料制備瀝青混合料。

按照美國材料實驗協(xié)會（英文簡稱“ASTM”）的有關定義，橡膠瀝青的膠粉摻量需要達到15%以上，且需要在180攝氏度以上的高溫條件下，才能與基質瀝青混合均勻。在此過程中，膠粉會在瀝青中充分溶脹形成網絡結構，同時降解脫硫發(fā)生化學反應，強化瀝青的性能，最終形成具有優(yōu)良高黏高彈性能的橡膠瀝青。

從干法工藝到濕法工藝的發(fā)展是橡膠再生利用由粗糙到精細的轉變，是由單純再生消耗廢舊輪胎到充分利用橡膠資源的轉變，進一步發(fā)揮了橡膠改善瀝青路面使用性能的作用，實現了一舉多得的理想狀態(tài)，在公路行業(yè)具有里程碑式的意義。

性能復合化

干濕法工藝的轉變，是橡膠瀝青制備精細化的體現。

傳統(tǒng)橡膠瀝青雖已表現出其在提升瀝青路面使用性能方面的優(yōu)勢，但在推廣應用上仍受到一些阻礙。例如，傳統(tǒng)橡膠瀝青儲存穩(wěn)定性差，在高溫情況下易降解，必須現場生產并及時使用，否則其性能將大大衰減，不利于施工；傳統(tǒng)橡膠瀝青在生產使用的過程中，會發(fā)生高強度的降解脫硫，釋放大量有害氣體，產生較大的異味和煙氣，影響施工人員的身體健康，同時造成環(huán)境污染，降低改性效果；傳統(tǒng)橡膠瀝青的黏稠度較高，意味著加工溫度較高，施工和易性較差。為此，有關專家針對傳統(tǒng)橡膠瀝青的缺陷，不斷完善研究出了很多復合材料改性橡膠瀝青，其中性能較完善的有“SBS橡膠改性瀝青”“預處理橡膠瀝青”“復合型橡膠瀝青”。

SBS橡膠改性瀝青是在橡膠瀝青中添加約3%至6%的SBS復合改性而成的，其充分發(fā)揮了SBS與橡膠各自的優(yōu)勢性能，和相互協(xié)同補充的作用，促進瀝青形成彈性網絡結構，綜合提高了瀝青的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和感溫性能。在此基礎上，專家又通過進一步的改進和探索，采用多種表面活性劑、溫拌劑和發(fā)泡工藝修飾SBS橡膠改性瀝青的性能，改善其施工和易性。

常規(guī)的膠粉與瀝青相容性不足，導致橡膠瀝青易離析難儲存、黏度大難拌和。為此，預處理橡膠瀝青應運而生。預處理橡膠瀝青，是先通過表面活化和脫硫再生，提高膠粉的表面活性，改善膠粉與瀝青的相容性，降低橡膠瀝青的軟化點和黏度，賦予橡膠瀝青良好的儲存穩(wěn)定性和耐久性。基于此，再摻加穩(wěn)定劑和除味劑，通過精確的分子量控制和穩(wěn)定的復合反應技術，脫硫降低膠粉的分子量，促成其與添加劑、瀝青發(fā)生硫鍵斷裂、材料混煉以至交聯融合等一系列理化反應，形成穩(wěn)定的復合型瀝青膠結料，得到環(huán)保型橡膠瀝青，進而降低施工難度，減少煙霧和異味，減輕橡膠瀝青制備過程中可能造成的人身健康威脅和環(huán)境破壞。

復合材料改性橡膠瀝青多種多樣，各具優(yōu)勢的特殊材料在性能上與橡膠相輔相成。中交基礎設施養(yǎng)護集團有限公司 圖

復合型橡膠瀝青是通過添加無機物材料或高分子材料復合改性，完善橡膠瀝青的不足。目前專家研究發(fā)現的復合型橡膠瀝青如硅藻土橡膠瀝青，擁有比傳統(tǒng)橡膠瀝青更高的吸聲降噪性能；碳納米橡膠瀝青，具有較強的熱穩(wěn)定性，以及抗水、油侵蝕破壞的性能，能延長路面的使用壽命；過氧化氫活化橡膠瀝青，通過過氧化氫活化的方式解決了現有工程中采用橡膠瀝青施工時黏度高、相容性差的問題，同時活化能夠在一定程度上提高橡膠瀝青的性能；廢塑料橡膠瀝青，采用廢塑料裂解蠟降低橡膠瀝青拌和物溫度，提高橡膠瀝青的高溫穩(wěn)定性。

此外還有多種傳統(tǒng)橡膠瀝青的復合配方與工藝，例如二次添加膠粉工藝、摻加再生瀝青混合料、摻加玻璃纖維等，均能在一定程度上改善傳統(tǒng)橡膠瀝青的部分不足。

應用多元化

橡膠瀝青憑借其優(yōu)良性能和綠色環(huán)保的特質，廣泛應用于公路建設養(yǎng)護工程，形式趨于多元化和專業(yè)化。

橡膠瀝青應用于溫拌橡膠瀝青路面時，相較于常規(guī)熱拌橡膠瀝青混合料的溫度要求，可利用有機添加劑、化學表面活性劑或者發(fā)泡技術，將瀝青混合料拌和、壓實的溫度降低約30攝氏度，這不僅能提高橡膠瀝青的黏結力，而且能提升節(jié)能減排、綠色環(huán)保的效果。

橡膠瀝青應用于路面應力吸收層時，其結構是碎石封層，不僅能有效防止裂縫產生，而且還有一定的防滲水作用，性價比也相對較高，能夠有效減少原有路基造成的反射裂縫。相比于加厚瀝青層或者其他碎石封層的技術手段，橡膠瀝青應力吸收層經濟成本好、施工工藝簡單、等待周期較短，且能削減路面厚度，降低裂縫產生幾率，有效延長路面使用壽命，常用于路面“白改黑”和超薄磨耗層。

除了在路面結構中發(fā)揮功用，橡膠瀝青也可應用于橋面防水黏結層。其采用的是雙層橡膠瀝青碎石封層結構，能有效延緩反射裂縫、加強層間結合，尤其在抗水損能力方面具有顯著優(yōu)勢，能防止水分下滲到水泥混凝土橋面板，與鋪裝層共同承受行車荷載和外部環(huán)境變化，吸收鋪裝層之間應力，改善橋梁受力狀況，有效延長橋梁的使用壽命。

此外，還有乳化橡膠瀝青的應用，采用多類型乳化劑復配的橡膠瀝青具有良好的路用性能，能夠降低瀝青的制備溫度，減少瀝青高溫制備時的過度老化，減少橡膠瀝青的煙氣與異味，具有良好的環(huán)保價值與發(fā)展前景。

未來發(fā)展亟需攻克應用障礙

橡膠瀝青作為一種較特殊復雜的膠結體系，其性能會受到材料特性、外界環(huán)境及混合料結構等各種因素的影響，在工程推廣應用中仍然有很多障礙，未來發(fā)展過程中還存在很多亟待完善的方面——SBS橡膠瀝青路面需要采用雙重評價標準；環(huán)保型橡膠瀝青需要新的技術和添加劑彌補不足；作為長壽命路面建養(yǎng)關鍵技術重點攻關……

SBS橡膠瀝青綜合性能優(yōu)越，應用于路面工程中不僅能大大改善瀝青路面的高溫抗車轍能力，減輕瀝青路面早期破壞的程度，還能有效緩解廢舊輪胎的環(huán)境污染問題，實現經濟、社會、環(huán)保的立體發(fā)展，具有廣闊的發(fā)展前景。但目前SBS橡膠瀝青的多數性能仍處于試驗研究階段，更深層次、復雜化的性能反饋需要通過實際工程來總結，未來要跟蹤監(jiān)測試驗路面的長期性能表現，采用路用性能和節(jié)能環(huán)保的雙重評價標準。

橡膠瀝青具有良好的降噪緩沖效果，但橡膠瀝青降噪路面的開級配混合料容易發(fā)生孔隙堵塞問題，影響路面耐久性，如何在保證降噪效果的同時，延緩降噪性能的衰減，是未來研究發(fā)展的一個趨勢和熱點。

環(huán)保型橡膠瀝青是橡膠瀝青重點發(fā)展的方向，采用溫拌技術能有效減少能耗和污染，但拌和溫度的降低，容易導致混合料的壓實度不足，進而影響路面的使用壽命與長期性能。采用乳化橡膠瀝青的方法能夠降低生產施工中產生的異味與煙塵，但橡膠瀝青乳化難度較大、體系不穩(wěn)定。未來的發(fā)展中，需要進一步研發(fā)新的技術和添加劑，改善環(huán)保型瀝青的不足之處，從而推動橡膠瀝青廣泛應用。

當前長壽命路面建養(yǎng)關鍵技術是交通強國建設的重點攻關課題，橡膠瀝青路面結構已在交通運輸部公路科學研究院通州試驗場環(huán)道連續(xù)觀測了數年，正在驗證其長期性能。近兩年，河北高速公路集團有限公司在京雄高速、榮烏高速等工程路面結構上中下面層中應用高摻量橡膠瀝青，旨在提高路面品質，打造環(huán)保、耐久性長壽命路面。目前，國內外一致認同，橡膠瀝青在提高路面耐久性方面具有明顯優(yōu)勢，在建設長壽命瀝青路面的過程中，可以考慮將橡膠瀝青用于路面結構的不同層位，例如表面層、中面層、防水黏結層、半剛性基層應力吸收層等。

橡膠瀝青在路面養(yǎng)護工程中的應用日益增多，可以用于超薄罩面、大修工程路面防水黏結功能層、半剛性基層防止反射裂縫與防水功能層，以及降噪瀝青路面表面層等。此外，膠粉還可以制備高性能路面灌縫膠產品，具有抗裂、抗老化性能優(yōu)異的特點。

橡膠瀝青是一種新型、高性能、環(huán)境友好型瀝青，還是一種黏結性能相當顯著的復合性材料，且兼具良好的高低溫穩(wěn)定性能和抗老化性能，同時又因橡膠自身所具備的黏彈性質，可以有效提高車輛行駛的舒適度，減少因道路引發(fā)的車體結構振動及輪胎觸地導致空氣振動等所產生的行車噪聲。因此，推廣應用橡膠瀝青不僅可以有效提高路面的使用壽命、使用效果，而且可以大力推動環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會的建設。