王毓晉，李慶冰，張 超

（1、寧波交通工程建設(shè)集團有限公司 浙江 寧波 315020；2、長安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 西安 710018）

0 引言

為了順應(yīng)我國社會和經(jīng)濟發(fā)展的需求，交通行業(yè)以很高的速度隨之發(fā)展，因而每年車輛因磨損等而報廢的輪胎量逐漸增加，形成了由廢舊輪胎形成的“黑色污染”。將廢舊輪胎剪碎，低溫磨細、去除金屬、纖維等雜質(zhì)制成膠粉，借用干法或濕法來生產(chǎn)改性瀝青已經(jīng)成為一種主流的方式。濕法改性膠粉瀝青（AR）通常摻加大于基質(zhì)瀝青質(zhì)量比15%的膠粉，因性能較高近年來該技術(shù)在我國逐步得到推廣應(yīng)用［1］。相關(guān)研究表明，AR 在高低溫性能、耐久性和抗疲勞性等方面優(yōu)于普通改性瀝青，同時AR 還可以提高路面對裂縫破壞的抵抗能力，一定程度上提高路面的壽命。在制備AR 過程中廢舊膠粉的摻量較大，雖然提高了瀝青的性能，但是參與化學(xué)反應(yīng)的僅少量膠粉，大部分膠粉仍以溶脹形式存在于瀝青體系中。因此AR 易出現(xiàn)離析現(xiàn)象導(dǎo)致其存儲穩(wěn)定性較差。因此同為濕法工藝的Terminal Blend（TB）最先在美國得到應(yīng)用。其借助原油精煉廠或瀝青廠的高溫、高壓反應(yīng)釜，將小于10%摻量的膠粉在基質(zhì)瀝青中脫硫降解，形成由苯乙烯、丁二烯、碳黑和芳香族油分組成的均相體系。TB膠粉改性瀝青具有以下優(yōu)點：

⑴TB膠粉改性瀝青與AR的黏度相比［2］，其黏度更低，且具有更好的和易性。

⑵TB 瀝青比AR 瀝青的低溫性能更好，呂泉等人［3］對TB 和AR 瀝青試樣進行低溫延度試驗，試驗證明TB 瀝青的低溫性能比AR 瀝青的低溫性能更好。因為高速剪切作用下，膠粉顆粒會進一步細化，不會影響到混合料的級配設(shè)計，因此TB 瀝青可以用于混合料密級配的設(shè)計。

⑶TB瀝青比AR瀝青的儲存穩(wěn)定性更高。黃衛(wèi)東等人通過測試TB改性瀝青的上下層軟化點和儲存前后的針入度差異，結(jié)果如表1所示，可以發(fā)現(xiàn)，TB瀝青儲存穩(wěn)定性比AR更好［3］。BILLITER［4］發(fā)現(xiàn)制備TB瀝青時，將基質(zhì)瀝青和廢膠粉在高溫和高剪切速率的條件下改性，橡膠發(fā)生降解和脫硫在體系中形成均相結(jié)構(gòu)。而AR改性過程中大部分的橡膠粉僅發(fā)生物理溶脹作用而未發(fā)生化學(xué)脫硫反應(yīng)，因此結(jié)合能力較弱，易發(fā)生離析。

表1 TB瀝青與橡膠瀝青上下軟化點和前后針入度差異Tab.1 The Softening Point Difference and Penetration Dif?ference after Storage of TB Asphalt and Rubber Asphalt

由于TB 膠粉改性瀝青具有優(yōu)異的特性以及廣泛的應(yīng)用前景，因此本文在閱讀國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，從TB 膠粉改性瀝青的制備工藝、性能影響因素和質(zhì)量改善措施方面來對其進行概括總結(jié)。

1 TB膠粉改性瀝青研究進展

1.1 TB膠粉改性瀝青的制備工藝

TB 瀝青的生產(chǎn)采取濕法工藝，將膠粉與基質(zhì)瀝青在高溫、高剪切條件下進行混合制得。橡膠粉改性瀝青的濕法工藝可以分為Continuous Blend（CB）和Terminal Blend（TB）。CB工藝中橡膠粉在基質(zhì)瀝青中僅發(fā)生溶脹反應(yīng)，TB 工藝中橡膠粉則在基質(zhì)瀝青中脫硫降解從而得到均相體系。該瀝青在生產(chǎn)過程中可以用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)，解決了AR 膠粉改性瀝青在生產(chǎn)過程中因瀝青黏度過高而導(dǎo)致的問題，同時減少了有毒有害物質(zhì)的排放。國內(nèi)目前主要從兩個角度對TB 瀝青進行研究：①通過添加催化劑等促使橡膠粉在基質(zhì)瀝青中的脫硫降解反應(yīng)以及二次交聯(lián)作用恢復(fù)其部分彈性性能；②對TB 瀝青的大規(guī)模生產(chǎn)進行研究，通過物理或化學(xué)改性的方法對膠粉進行處理，例如利用微波的方式選擇性地切斷S-S 鍵、C-S 鍵而不破壞C-C 鍵的微波降解技術(shù)［5］，或者利用線型或支化十二烷基苯磺酸、十三烷基苯磺酸對膠粉進行改性［6］。由此膠粉制得的改性瀝青存儲穩(wěn)定性明顯比傳統(tǒng)膠粉改性瀝青高，但是此方式成本較高，因此不利于工廠大規(guī)模生產(chǎn)。目前TB 膠粉改性瀝青工廠化生產(chǎn)一般采用粒徑較大的橡膠粉末然后利用膠體磨或高速剪切機進行脫硫降解［7］。TB 膠粉改性瀝青的生產(chǎn)設(shè)備如圖1所示。

圖1 Terminal Blend瀝青生產(chǎn)設(shè)備［8］Fig.1 Production Equipment of Terminal Blend asphalt

1.2 TB膠粉改性瀝青的性能影響因素

TB 膠粉改性瀝青有很好的應(yīng)用前景，因此對其性能影響因素的相關(guān)研究有很多。文獻［4］研究發(fā)現(xiàn)高剪切溫度和剪切速率的條件對TB 膠粉改性瀝青進行改性會導(dǎo)致橡膠的脫硫降解，因此改善了瀝青的低、中溫流變性質(zhì)，降低瀝青的高溫黏度。上述研究認(rèn)為高溫和高剪切速率對膠粉在基質(zhì)瀝青中的脫硫降解有積極作用，但未考慮過高的溫度和過高的剪切速率會對瀝青產(chǎn)生的不利影響。CHIPP等人［9］研究認(rèn)為過高的剪切溫度和過長的剪切時間會導(dǎo)致橡膠粉過度脫硫降解，使得TB 瀝青出現(xiàn)彈性損失和老化等。國內(nèi)外對膠粉改性瀝青的性能影響因素的研究和分析認(rèn)為，剪切溫度變化、瀝青組分含量、膠粉的種類和摻量變化均會影響TB 瀝青的改性效果。有關(guān)膠粉摻量對TB 瀝青性能的影響的相關(guān)研究認(rèn)為，隨著橡膠粉摻量的逐漸增加，TB 瀝青的高溫性能（軟化點）逐漸降低，低溫性能（延度）逐漸提高。綜上所述，TB 瀝青的性能主要會受到采用的原始材料性質(zhì)和環(huán)境溫度的影響，因此在生產(chǎn)過程中控制這兩個因素就可以保證TB膠粉改性瀝青的性能。

1.3 TB膠粉改性瀝青的質(zhì)量改善措施

⑴由于高固化條件會降低TB 膠粉改性瀝青的粘度，同時破壞了橡膠的彈性，因此TB 膠粉改性瀝青的抗車轍、抗疲勞開裂和抗反射裂縫等性能都有明顯降低。為了提高TB 膠粉改性瀝青的高溫粘結(jié)性能，專家學(xué)者提出一系列的措施來保障TB 膠粉改性瀝青的高溫性能：

增加橡膠粉的含量，雖然較高的橡膠粉含量可以顯著改善TB 膠粉改性瀝青的高溫性能，但是過高的橡膠含量容易發(fā)生離析，而且當(dāng)橡膠粉含量超出了TB改性技術(shù)的范圍，會削弱TB改性技術(shù)的優(yōu)勢。

采用天然橡膠代替廢棄輪胎膠粉來充當(dāng)改性劑，能夠在混合后有效改善TB膠粉改性瀝青的高溫性能。

通過對廢棄膠粉進行化學(xué)預(yù)處理或在共混物中添加化學(xué)試劑來改善TB膠粉改性瀝青的性能。

⑵ 為提高基質(zhì)瀝青和橡膠粉微粒之間的相容性，國內(nèi)外學(xué)者們進行了大量的研究。SHATANAWI研究發(fā)現(xiàn)，糠醛抽出油可以有效提高TB 膠粉改性瀝青的儲存穩(wěn)定性。另外共軛二烯聚合物、聚磷酸（PPA）、硅氫化催化劑和硫基交聯(lián)劑也可以有效緩解TB 膠粉改性瀝青中的兩相分離問題［10-11］。除化學(xué)方法外，ATTIA 研究發(fā)現(xiàn)降低儲藏溫度也可以達到同樣的效果，并且具有很好的經(jīng)濟效益。

⑶為了減小在生產(chǎn)和攤鋪過程中的能量消耗，現(xiàn)有的研究將溫拌瀝青（WMA）技術(shù)應(yīng)用到TB膠粉改性瀝青中。溫拌瀝青（WMA）技術(shù)最早起源于20世紀(jì)90年代中期的歐洲，用于降低黏結(jié)劑的粘度或者降低骨料與黏結(jié)劑之間的界面摩擦力，從而可以降低混合料生產(chǎn)和攤鋪時的溫度，減少燃料消耗和溫室氣體排放。目前市面上的WMA 技術(shù)根據(jù)其依據(jù)的原理，大致可以分為發(fā)泡技術(shù)、有機添加劑和化學(xué)促進劑。上述研究與傳統(tǒng)的熱拌瀝青的結(jié)合已經(jīng)有了很多研究，但是由于橡膠粉改性瀝青比傳統(tǒng)的瀝青粘度更大，組分更加復(fù)雜，因此相關(guān)研究遠遠不夠。上述3 種方法為了利于控制，只有有機添加劑和化學(xué)促進劑技術(shù)可以適用于橡膠粉改性瀝青。

2 結(jié)論

TB 膠粉改性瀝青比AR 瀝青黏度更低，且低溫性能和儲存穩(wěn)定性較好，因此被廣泛用于道路行業(yè)，其生產(chǎn)設(shè)備相對精簡，不需攪拌，適合于工廠化施工。在密閉的生產(chǎn)設(shè)備中制備，可以統(tǒng)一處理廢氣，避免了對環(huán)境的污染。TB 瀝青的性能主要受原始材料性質(zhì)和環(huán)境溫度的影響，在生產(chǎn)中控制這兩種因素可以保證TB 膠粉改性瀝青的性能。為了擴大其應(yīng)用領(lǐng)域，可以通過一系列措施改善其性能，其具有很好的應(yīng)用前景，宜在我國進一步推廣。