河南万方交通工程有限公司 河南南阳 473000
摘要：介绍了废旧橡胶沥青在沥青路面中的应用情况和废旧橡胶粉改性沥青的应用背景，综述了橡胶粉的预处理方法及对橡胶沥青性能的影响，为橡胶粉更好的应用与路面工程提供借鉴。
关键词：橡胶粉；改性沥青；应用背景；预处理
将废旧轮胎磨成橡胶粉并用于生产橡胶沥青、修筑沥青路面，对废旧轮胎的消耗量巨大，具有显著的经济环保效益，应用前景较好。然而也正是由于废旧轮胎的橡胶三维交联结构导致其在沥青中分散困难，宏观表现为橡胶沥青黏度较高，研究发现将胶粉解交联后掺入沥青中，能有效降低其黏度。因此，对橡胶粉进行预处理进行解交联，提高其表面活性，增加其与沥青的相容性十分必要。
1橡胶粉改性沥青的应用背景
1.1堆积大量的废旧橡胶轮胎无法消化
随着我国人民生活水平的提高和经济建设的发展，汽车工业飞速发展，汽车保有量逐年迅速增加，随之而来的是废旧轮胎的数量不断增加，造成废旧轮胎的堆积和废弃，并对环境造成了严重污染。大量的废旧轮胎造成了严峻的环保问题。废旧轮胎大量堆积如果不加处理，容易发生自燃，酿成火灾，存在巨大的安全隐患，同时占用了宝贵的土地资源，造成资源的浪费。
1.2橡胶粉改性沥青具有优异的路用性能
橡胶沥青对我国公路界来说，还是一项新的技术，正在引起愈来愈大的兴趣和关注，国内许多学者、实验室和机构都对它展开了系统的基础的试验研究，其中，同济大学交通运输工程学院所属的教育部重点试验室对橡胶沥青技术开展了全面的基础性和实践性的研究，对于橡胶沥青和混合料以及橡胶沥青路面的性能主要得出了以下的研究结论：
（1）旧轮胎、新材料
汽车轮胎经一段时间使用后成为报废的旧轮胎，但组成这种旧轮胎的主要材料——橡胶却几乎是全新的，因为橡胶材料在出厂时的使用寿命均在100年以上，而汽车轮胎的使用寿命却仅为数年乃至数月。当我们使用这些废橡胶轮胎制成橡胶粉，我们得到的是几乎全新的橡胶材料。
（2）橡胶沥青和混合料的高温性能
橡胶沥青的高温性能可用软化点和动态剪切流变试验评估。实验结果表明，橡胶沥青的软化点在52～-74℃范围内变化，DSR指标也明显高于普通沥青和聚合物改性沥青。橡胶沥青混合料具有良好的抗车辙的长期性能。
（3）橡胶沥青和混合料的低温性能
试验研究显示橡胶沥青的感温性远低于普通沥青；橡胶沥青的高低温性能是可以通过多种方法进行调节的；在寒冷地区，宜使用低标号的基质沥青来生产橡胶沥青；对于较硬的基质沥青而加入的橡胶屑又较多时，橡胶沥青对低温性能的改善是有限的。
（4）橡胶沥青及混合料的抗疲劳性能
用实验路面进行了实物轮胎的模拟加载试验，结果表明橡胶沥青路面在厚度减薄一半的情况下抗疲劳的性能仍远胜于普通的密级配沥青混凝土，原因一是橡胶沥青本身抗疲劳性能强，二是橡胶粉的加入导致了沥青用量增加。这一研究确认了橡胶沥青混合料能减薄路面的设计厚度。
（5）橡胶沥青混合料路面的降噪性能
目前，交通噪音成为社会的一大污染源。交通噪声大多是由汽车轮胎摩擦地面而产生的。试验结果表明，加入3%胶粉，所铺路面能降低70%的交通噪声。
（6）橡胶沥青混合料的节能减排性能
目前国内比较成熟的沥青改性剂大多是石化产品，如SBS，SBR，EVA等，我国多年来平均用于沥青改性的SBS已达到6万吨/年，每年需消耗20万吨原油。
2橡胶粉预处理方法
2.1脱硫降解
废旧橡胶脱硫是指加工处理过程中橡胶中硫交联键的断裂，而降解则指橡胶中主要链骨架的断裂。由于硫硫交联对热和化学进攻比碳碳交联的稳定性差，所以脱硫的潜力更大。废旧橡胶脱硫以后，胶粉表面活性会相应增强，与沥青的相容性会得到改善。
（1）热机械法
热机械法脱硫是指通过加热、加压和剪切等打破橡胶粉交联网络，其中螺杆反应挤出法得到了广泛应用。螺杆反应挤出的工艺过程主要是将破碎的橡胶粉或橡胶粒通过喂料装置加入螺杆挤出机，在热、剪切和压力作用下，短时间内达到脱硫再生。在剪切作用下硫硫键更容易断链，但在高温条件下，通过高剪切作用破坏交联网络，更容易导致橡胶主链发生歧化反应，导致主链降解严重。因此在挤出脱硫过程中，往往要添加软化剂、脱硫剂与挤出反应综合作用对橡胶进行脱硫，螺杆的剪切作用可有效增加脱硫剂的分散渗透，软化剂可碰撞橡胶网络，增强脱硫剂向橡胶粉中的迁移，加快交联网络的破坏，同时降低橡胶粉对螺杆的磨损，加快橡胶粉在螺杆中的流动速率。
（2）化学法
化学法脱硫是通过在橡胶中添加脱硫剂，以破坏硫硫交联键或降低其硫化能来提高废旧橡胶的活性，该法常与机械方法联合使用，可增强脱硫效果。目前常用的二硫化物脱硫剂主要有二硫化二苯、二硫化二苄及二戊基化二硫等。这些脱硫剂含有活泼硫，受热时能催化断裂硫硫键和硫碳键，也会使部分碳碳键断裂。
（3）微波辐射法
采用微波辐射法对橡胶粉进行脱硫，可以通过控制微波强度有效切断胶粉的硫交联键，而不切断碳碳键，使胶粉表面脱硫而改性。微波脱硫可以实现炭黑聚集体、炭黑与橡胶、碳氢键、多硫交联键、低硫交联键、碳碳键的依次断裂，从而控制最佳脱硫效果。
（4）微生物法
微生物法脱硫是利用生化反应原理，采用噬硫细菌使橡胶粒子表面的硫键断裂，达到橡胶脱硫和表面活性增强的目的。王坤等应用氧化亚铁硫杆菌对废胶粉表面进行脱硫，使胶粉中的硫交联键断裂，氧化铁硫杆菌在废轮胎胶粉中生长20d后，废胶粉中的硫质量分数下降7%～8%。微生物脱硫强化了橡胶粉与沥青的联结效果，提高了橡胶粉在热融沥青中的稳定性，改善了改性沥青的路用性能。
2.2脱硫再生
橡胶粉脱硫再生，一般按照粉碎、再生（脱硫）和精炼3个工序进行，即在增塑剂（软化剂和活化剂）、氧、热及机械剪切的综合作用下使硫化橡胶的交联网络断裂，重新具备一定可塑度。
2.3活性增强
（1）等离子体活化
采用低温等离子体对橡胶粉表面进行改性，引入含氧官能团，增加胶粉中羟基团和碳碳双键的含量。这些官能团可以和沥青中的烷烃、烯烃和芳香烃等发生反应，使橡胶粉和沥青的共混作用加强。
（2）氧化处理
对橡胶粉进行氧化处理，可使其表面形成较多活性基团，增加活性，改善其与沥青的相容性。薛哲等[37]采用过氧化苯甲酰对废胶粉表面进行氧化改性，过氧化苯甲酰氧化能使表面的碳碳键和碳氢键打开，形成较多的羟基和羰基等活性基团，增加表面活性，改善改性沥青的高温性能。
（3）增容调和
采用富含油分和芳香分的助剂对橡胶粉进行增容调和、膨润处理，可使橡胶粉发生软化和溶胀，也能增加其表面能和反应活性，提高其与沥青的相容性。
2.4偶联处理
有研究通过硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂对橡胶粉表面进行改性，发现橡胶粉表面交联网络被破坏，溶胶含量增加。曹卫东等采用硅烷偶联剂对橡胶粉进行预处理，以期增强橡胶粉、沥青及炭黑三者之间的交联融合。研究发现橡胶粉偶联处理对沥青的高温性能和储存稳定性改善明显，但对其低温性能基本无影响。
3小结
对废旧橡胶轮胎进行粉碎、预处理，然后直接用于沥青改性，是最简单的废旧轮胎回收和高值再利用的方法，也是大宗消耗废旧轮胎的有效途径。通过橡胶粉预处理改进橡胶沥青性能，主要目的为提高橡胶粉与沥青的相容性而不影响橡胶的高弹性能。因此脱硫工艺应提升工艺方法的选择性和靶向性，即脱硫而不降解；活化与增容工艺对废橡胶的调节应强度适中。
参考文献：
[1]肖飞鹏，王涛，王嘉宇，苏宁义，侯向导，陈军，刘继.橡胶沥青路面降噪技术原理与研究进展[J].中国公路学报，2019，32（04）：73-91.
[2]张健，季正军，李彬，张军华，胡家波.橡胶沥青在道路工程中的应用综述[J].公路交通科技（应用技术版），2019，15（06）：21-23.