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摘要:废胎胶粉、橡胶沥青作为新型路面材料，用于沥青路面可改善路面使用功能，延长道路使用寿命，减轻废旧轮胎带来的环境压力，符合我国当前建设资源节约型、环境友好型社会的政策。但是，橡胶沥青既是比较传统的技术，同时也是新材料、新技术，国外比较认可并较大规模使用也是近十多年的事情，我国尚处在推广使用阶段，而且国外大多使用多空隙的橡胶沥青混凝土作为抗滑表层，而浙江省乃至全国目前沥青路面表面层仍然以密实性混合料为主。
本文通过对不同分类废胎胶粉的结构组成，路用废胎胶粉物理及化学指标的分析，为橡胶沥青混合料的广泛应用提供部分依据。
关键词：废胎胶粉;结构组成;指标;性能分析
Abstract: scrap tire rubber powder, rubber asphalt as a new pavement material, used in asphalt pavement can improve road use function, prolong the service life of road, reduce scrap tire pressure to the environment, accord with the current construction of resource saving and environment friendly society policy. But, rubber asphalt is a more traditional techniques, as well as new materials, new technology, more recognition abroad and large-scale use is nearly 10 years, our country is still in the phase of promote the use, and mostly used overseas lacunose as anti-sliding rubber asphalt concrete surface layer, the zhejiang province and even the whole country at present asphalt pavement surface layer still is given priority to with the density of mixture.
This article through to the structure of the different classification of the waste tire rubber powder, road waste tire rubber powder the analysis of the physical and chemical indicators for rubber asphalt mixture is widely used to provide some basis.
Key words: the waste tire rubber powder; Structural components; Indicator; Performance analysis
中圖分类号：U472.45文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一．前言
路用废胎胶粉专指用于修筑沥青路面的废胎胶粉，选用常温研磨粉碎的轮胎胶粉，且宜选择斜交胎胶粉或天然橡胶含量较高的胶粉，并能满足相应物理化学指标。用于制造轮胎的橡胶的受力作用情况远比路面复杂，轮胎的设计性能要求也有所不同：轮胎橡胶要承受持续的动态拉压作用，不像路面材料可以考虑荷载间隙时间，轮胎橡胶抗剪切和抗弯拉疲劳性能高；轮胎橡胶的材料设计必须考虑各种极端气候条件，耐老化性、耐候性能远远比路面材料要求高；而路面的主要受力来自轮胎胎面的传递，受力状态远比轮胎橡胶简单。因此可以推断说，轮胎橡胶的综合性能要远远高于沥青。但是由于是轮胎橡胶和沥青的共同作用，所以它们能否很好地结合并表现出优越的性能是本文研究的重点。
二． 废胎胶粉结构组成
1．废胎胶粉分类
废胎胶粉来自于废旧轮胎，而轮胎由多种成分按不同配方生产，所生成的废胎胶粉物理、化学指标也会有很大的差异，这些因素都会对废胎胶粉应用于橡胶沥青的效果产生不同程度的影响，所以对废胎胶粉分类、成分和性能的研究也是十分有必要的。
交通运输部“材料节约与循环利用专项行动计划”推广项目系列指南之三《橡胶沥青及混合料设计施工技术指南》对废胎胶粉规定了如下的种类和规格：
废胎胶粉根据轮胎的来源不同，其内部组成成分也不尽相同，用于加工废胎胶粉的轮胎可分为：乘用车轮胎（子午胎胶粉,如图2.1）轻型卡车轮胎、载重汽车和公共汽车轮胎（斜交胎胶粉，如图2.2）。
图2.1 子午胎轮胎结构图 图2.2 斜交胎轮胎结构图
根据粉碎工艺分为常温法胶粉、低温冷冻法胶粉和常温化学法胶粉三种。常温粉碎法是指在常温下，对废旧轮胎用辊筒或其它设备的剪切作用进行粉碎的一种方法；低温粉碎法是废旧轮胎在经过低温作用脆化后再采用机械进行粉碎的一种方法；常温化学法是在废旧轮胎经过粗碎后，使用化学药品或者水对粗胶粉进行预处理，再粉碎的方法。
为了便于在道路行业使用，该协会根据我国的橡胶粉生产情况，按细度分为三种规格：粗胶粉，粒度在40目以下(0.425mm以上)；细胶粉，粒度在40～80目之间(0.425～0.180mm之间)；微细胶粉，粒度在80～200目之间(0.180～0.075mm之间)[1]。
2．废胎胶粉主要成分
目前废胎胶粉的主要原料是废旧的轮胎橡胶，轮胎橡胶的组成成分一般有合成橡胶、天然橡胶、灰粉、碳黑等。其中，合成橡胶和天然橡胶占50％左右，天然橡胶的含量不同，严重影响橡胶沥青的性质。最新数据表明，轿车轮胎的天然橡胶与合成橡胶的含量分别是16％和31％；货车轮胎分别是3l％和16％，废胎胶粉中的碳黑可以抗紫外线并起到提高强度的作用[2]。此外轮胎橡胶的性能与天然橡胶和人工橡胶的类型也有很大关系。天然橡胶含有纯度98％以上的4－聚异戊二烯和／顺式－l，受力状态下结晶率高，综合物理及机械性能优于其它任何橡胶。因此，废胎胶粉的天然橡胶含量对于改性后的橡胶沥青及其混合料的性能有一定的影响。但是，橡胶的成分尤其是天然／人工判定测定较为复杂，也不能以偏概全。通常而言，货车轮胎的天然橡胶含量大大高于小汽车轮胎。
3．废胎胶粉结构
根据废胎胶粉的来源和分类，废胎胶粉中的橡胶都已经经过硫化处理的熟橡胶（又称硫化橡胶）。熟橡胶与生橡胶的的结构主要区别在于硫化橡胶中的分子间形成三维立体的网链机构。这种结构具有十分稳定的性能，胶粉也就是由这样的一种空间结构组成。
胶粉结构又与整个轮胎的结构有所不同：在内部结构上，胶粉经过化学或者机械加工而成，所以其分子间的空间网络结构中的化学键部分被破坏，导致其交联密度降低，不如轮胎中的网络结构完整；另一方面，在表面上轮胎经过粉碎以后制成橡胶粉，胶粉的表面远没有轮胎表面光滑，由于经过物理、化学作用，胶粉的表面是由被破坏的空间网络而形成的网络端组成的，其表面呈不规则的毛刺且布满微观裂纹[3]。
三． 路用废胎胶粉的物理指标
轮胎是由纤维、钢丝及橡胶组成，其中橡胶占轮胎重50％～60％，废胎胶粉生产中的两大副产品是废纤维和废钢丝。子午胎胶粉主要副产品是钢丝；斜交胎胶粉主要副产品是纤维，对废胎胶粉路用性能有影响的物理指标包括目数、级配、密度、纤维和金属等的含量[4]。
1．废胎胶粉的目数
目数是评价废胎胶粉颗粒粗细单位，目数越大，表示颗粒越细；目数越小，表示颗粒越粗。国际上，主要国家和地区的路用废胎胶粉一般为16～100目，并要求胶粉的最大颗粒不大于2.36mm[5]。在高温条件下，沥青是一种黏度较高的液体，废胎胶粉在沥青中先要分散，然后废胎胶粉和沥青才产生反应。废胎胶粉的目数越大，粒径越小越容易分散；但是，废胎胶粉目数越大，越易结团，这不利于微细胶粉在沥青中分散和混溶，且废胎胶粉加工得越细，成本越高。因此，在使用中应综合考虑经济效益和使用效果，不宜采用太细的废胎胶粉，在保证满足使用性能和易于压实成型的前提下，应该优先选择较粗的废胎胶粉，无论采用干拌工艺还是湿拌工艺，废胎胶粉都宜选择30～80目之间的路用废胎胶粉[1]。
与国外不同，目前我国按目数来选择废胎胶粉，如60目或80目，但这并不说明我国路用废胎胶粉就是单一粒径[6]。当采用粗胶粉，粒度在40目以下，基本认为是单一粒径的，但当废胎胶粉与沥青混和时，很容易产生离析，导致橡胶沥青性能下降。当采用细胶粉，粒度在40～80目之间，由于细胶粉筛分困难，不可能全部筛分成单一粒径，例如，60目胶粉中不仅含有60目的胶粉，还含有一定比例的80目和120目的胶粉，只是60目颗粒占主要比例。细胶粉容易在沥青中分散，并且易于与沥青结合，稳定性好，能够满足道路工程的需要。所以，采用目数来选择细胶粉是合理的。
2． 废胎胶粉的相对密度
废胎胶粉的密度与废胎胶粉的成分及目数有关。规定废胎胶粉密度，对废胎胶粉中成分有一定的控制作用，同时密度控制可以减少在沥青加工中废胎胶粉的上浮与下沉，保证橡胶沥青的均匀性。废胎胶粉的密度根据检测方法不同相对密度、堆积密度、倾注密度等，国内外一般采用相对密度指标。
3．废胎胶粉的含水率
废胎胶粉在加工和存储过程中，如果有水分进入，会导致胶粉结团，各国路用废胎胶粉的技术标准和我国的国标中都要求含水率不超过l％。另外，由于废胎胶粉表面粗糙，具有一定的弹性，分离的技术难度较大，为了保证胶粉有一定的流动性，根据分级工艺的木同，允许添加一些矿质粉体，各国标准规定胶粉中的碳酸钙或滑石粉的剂量一般为2％～4％。
4．废胎胶粉中的纤维和金属含量
废轮胎主要由硫化橡胶、钢丝、纤维三部分组成，生产废胎胶粉必须将橡胶、钢丝、纤维进行分离，然后才能进行粉碎。在子午胎生产过程中含有一定比例的钢丝，当粉碎成胶粉时，应将这些钢丝除净，但由于生产工艺的原因，在废胎胶粉中会残留一些钢丝屑，这些钢丝屑的存在不仅对橡胶沥青及混凝上技术性能造成影响，而且对橡胶沥青的生产设备(如沥青泵)造成过快磨损，因此对于子午胎废胎胶粉应严格控制其中的金属含量。在斜交胎生产的废胎胶粉中会产生一些纤维，这些纤维来自于轮胎内部的纤维布，经粉碎成为纤维。这些纤维主要是尼龙和涤纶，其有利于增加混合料的矿料表面的沥青膜厚度，改善混合料的水稳定性，因此废胎胶粉中含有一定的纤维对混合料的性能是有利的。但另一方面，为了保证工程质量的稳定，为同一工程生产的废胎胶粉中纤维含量应该是稳定的，不能经常变化，一般要求纤维含量不超过1％。
表3.1 路用废胎胶粉的物理技术指标[1]
四．路用废胎胶粉的化学指标
废胎胶粉的主要化学成分有合成橡胶、天然橡胶、可塑剂、炭黑及灰分等。其中，合成橡胶和天然橡胶占50%左右，天然橡胶含量的不同对橡胶沥青的性质产生显著影响。最新数据表明，轿车轮胎的天然橡胶与合成橡胶的含量分别是16％和31％；货车轮胎分别是31％和16％，一般来说，增加天然橡胶的含量，可以加快沥青橡胶反应速度，增加橡胶沥青黏附性。试验表明，在相同剂量条件下，高天然橡胶含量的货车斜交胎胶粉生产的橡胶沥青路用性能好于低天然橡胶含量的子午胎胶粉。此外轮胎橡胶的性能与天然橡胶和人工橡胶的类型也有很大关系[7]。因此，我国目前路用废胎胶粉首先选用斜交胎生产的废胎胶粉或天然橡胶含量高的胶粉。废胎胶粉在道路建设中的应用，无论采用干拌法还是采用湿拌法都要在高温下与沥青或混合料混合。废胎胶粉在高温下的性能稳定和抗老化性能将影响其路用性能的稳定性和效果的发挥。
表4.1 路用废胎胶粉的化学技术指标[1]
參考文献
[1] 交通部公路科学研究院．橡胶沥青及混合料设计施工技术指南，2008.12
[2] 谭昆华，张贤康，陈鸿毅．废旧橡胶粉改性沥青试验研究：［J］．云南：云南交通科技vol．18(4)，2002.8
[3] 郭朝阳．废胎胶粉橡胶沥青应用技术研究．重庆交通大学硕士论文，2008．3
[4] 王旭东，李美江，路凯冀．橡胶沥青及混凝土应用成套技术．北京：人民交通出版社，2008.3
[5] 黄文元，姜勇杰，覃昌春．橡胶沥青的技术特质及其在路面工程中的应用．中国公路学会2005年学术年会论文集(上)，2005.6
[6] 张向东．路用橡胶沥青加工工艺及技术控制．湖南交通科技，2009.12
[7] 黄文元，张隐西．道路路面用橡胶沥青的性能特点与指标体系．中南公路工程，2007．2
本文通过对不同分类废胎胶粉的结构组成，路用废胎胶粉物理及化学指标的分析，为橡胶沥青混合料的广泛应用提供部分依据。
关键词：废胎胶粉;结构组成;指标;性能分析
Abstract: scrap tire rubber powder, rubber asphalt as a new pavement material, used in asphalt pavement can improve road use function, prolong the service life of road, reduce scrap tire pressure to the environment, accord with the current construction of resource saving and environment friendly society policy. But, rubber asphalt is a more traditional techniques, as well as new materials, new technology, more recognition abroad and large-scale use is nearly 10 years, our country is still in the phase of promote the use, and mostly used overseas lacunose as anti-sliding rubber asphalt concrete surface layer, the zhejiang province and even the whole country at present asphalt pavement surface layer still is given priority to with the density of mixture.
This article through to the structure of the different classification of the waste tire rubber powder, road waste tire rubber powder the analysis of the physical and chemical indicators for rubber asphalt mixture is widely used to provide some basis.
Key words: the waste tire rubber powder; Structural components; Indicator; Performance analysis
中圖分类号：U472.45文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一．前言
路用废胎胶粉专指用于修筑沥青路面的废胎胶粉，选用常温研磨粉碎的轮胎胶粉，且宜选择斜交胎胶粉或天然橡胶含量较高的胶粉，并能满足相应物理化学指标。用于制造轮胎的橡胶的受力作用情况远比路面复杂，轮胎的设计性能要求也有所不同：轮胎橡胶要承受持续的动态拉压作用，不像路面材料可以考虑荷载间隙时间，轮胎橡胶抗剪切和抗弯拉疲劳性能高；轮胎橡胶的材料设计必须考虑各种极端气候条件，耐老化性、耐候性能远远比路面材料要求高；而路面的主要受力来自轮胎胎面的传递，受力状态远比轮胎橡胶简单。因此可以推断说，轮胎橡胶的综合性能要远远高于沥青。但是由于是轮胎橡胶和沥青的共同作用，所以它们能否很好地结合并表现出优越的性能是本文研究的重点。
二． 废胎胶粉结构组成
1．废胎胶粉分类
废胎胶粉来自于废旧轮胎，而轮胎由多种成分按不同配方生产，所生成的废胎胶粉物理、化学指标也会有很大的差异，这些因素都会对废胎胶粉应用于橡胶沥青的效果产生不同程度的影响，所以对废胎胶粉分类、成分和性能的研究也是十分有必要的。
交通运输部“材料节约与循环利用专项行动计划”推广项目系列指南之三《橡胶沥青及混合料设计施工技术指南》对废胎胶粉规定了如下的种类和规格：
废胎胶粉根据轮胎的来源不同，其内部组成成分也不尽相同，用于加工废胎胶粉的轮胎可分为：乘用车轮胎（子午胎胶粉,如图2.1）轻型卡车轮胎、载重汽车和公共汽车轮胎（斜交胎胶粉，如图2.2）。
图2.1 子午胎轮胎结构图 图2.2 斜交胎轮胎结构图
根据粉碎工艺分为常温法胶粉、低温冷冻法胶粉和常温化学法胶粉三种。常温粉碎法是指在常温下，对废旧轮胎用辊筒或其它设备的剪切作用进行粉碎的一种方法；低温粉碎法是废旧轮胎在经过低温作用脆化后再采用机械进行粉碎的一种方法；常温化学法是在废旧轮胎经过粗碎后，使用化学药品或者水对粗胶粉进行预处理，再粉碎的方法。
为了便于在道路行业使用，该协会根据我国的橡胶粉生产情况，按细度分为三种规格：粗胶粉，粒度在40目以下(0.425mm以上)；细胶粉，粒度在40～80目之间(0.425～0.180mm之间)；微细胶粉，粒度在80～200目之间(0.180～0.075mm之间)[1]。
2．废胎胶粉主要成分
目前废胎胶粉的主要原料是废旧的轮胎橡胶，轮胎橡胶的组成成分一般有合成橡胶、天然橡胶、灰粉、碳黑等。其中，合成橡胶和天然橡胶占50％左右，天然橡胶的含量不同，严重影响橡胶沥青的性质。最新数据表明，轿车轮胎的天然橡胶与合成橡胶的含量分别是16％和31％；货车轮胎分别是3l％和16％，废胎胶粉中的碳黑可以抗紫外线并起到提高强度的作用[2]。此外轮胎橡胶的性能与天然橡胶和人工橡胶的类型也有很大关系。天然橡胶含有纯度98％以上的4－聚异戊二烯和／顺式－l，受力状态下结晶率高，综合物理及机械性能优于其它任何橡胶。因此，废胎胶粉的天然橡胶含量对于改性后的橡胶沥青及其混合料的性能有一定的影响。但是，橡胶的成分尤其是天然／人工判定测定较为复杂，也不能以偏概全。通常而言，货车轮胎的天然橡胶含量大大高于小汽车轮胎。
3．废胎胶粉结构
根据废胎胶粉的来源和分类，废胎胶粉中的橡胶都已经经过硫化处理的熟橡胶（又称硫化橡胶）。熟橡胶与生橡胶的的结构主要区别在于硫化橡胶中的分子间形成三维立体的网链机构。这种结构具有十分稳定的性能，胶粉也就是由这样的一种空间结构组成。
胶粉结构又与整个轮胎的结构有所不同：在内部结构上，胶粉经过化学或者机械加工而成，所以其分子间的空间网络结构中的化学键部分被破坏，导致其交联密度降低，不如轮胎中的网络结构完整；另一方面，在表面上轮胎经过粉碎以后制成橡胶粉，胶粉的表面远没有轮胎表面光滑，由于经过物理、化学作用，胶粉的表面是由被破坏的空间网络而形成的网络端组成的，其表面呈不规则的毛刺且布满微观裂纹[3]。
三． 路用废胎胶粉的物理指标
轮胎是由纤维、钢丝及橡胶组成，其中橡胶占轮胎重50％～60％，废胎胶粉生产中的两大副产品是废纤维和废钢丝。子午胎胶粉主要副产品是钢丝；斜交胎胶粉主要副产品是纤维，对废胎胶粉路用性能有影响的物理指标包括目数、级配、密度、纤维和金属等的含量[4]。
1．废胎胶粉的目数
目数是评价废胎胶粉颗粒粗细单位，目数越大，表示颗粒越细；目数越小，表示颗粒越粗。国际上，主要国家和地区的路用废胎胶粉一般为16～100目，并要求胶粉的最大颗粒不大于2.36mm[5]。在高温条件下，沥青是一种黏度较高的液体，废胎胶粉在沥青中先要分散，然后废胎胶粉和沥青才产生反应。废胎胶粉的目数越大，粒径越小越容易分散；但是，废胎胶粉目数越大，越易结团，这不利于微细胶粉在沥青中分散和混溶，且废胎胶粉加工得越细，成本越高。因此，在使用中应综合考虑经济效益和使用效果，不宜采用太细的废胎胶粉，在保证满足使用性能和易于压实成型的前提下，应该优先选择较粗的废胎胶粉，无论采用干拌工艺还是湿拌工艺，废胎胶粉都宜选择30～80目之间的路用废胎胶粉[1]。
与国外不同，目前我国按目数来选择废胎胶粉，如60目或80目，但这并不说明我国路用废胎胶粉就是单一粒径[6]。当采用粗胶粉，粒度在40目以下，基本认为是单一粒径的，但当废胎胶粉与沥青混和时，很容易产生离析，导致橡胶沥青性能下降。当采用细胶粉，粒度在40～80目之间，由于细胶粉筛分困难，不可能全部筛分成单一粒径，例如，60目胶粉中不仅含有60目的胶粉，还含有一定比例的80目和120目的胶粉，只是60目颗粒占主要比例。细胶粉容易在沥青中分散，并且易于与沥青结合，稳定性好，能够满足道路工程的需要。所以，采用目数来选择细胶粉是合理的。
2． 废胎胶粉的相对密度
废胎胶粉的密度与废胎胶粉的成分及目数有关。规定废胎胶粉密度，对废胎胶粉中成分有一定的控制作用，同时密度控制可以减少在沥青加工中废胎胶粉的上浮与下沉，保证橡胶沥青的均匀性。废胎胶粉的密度根据检测方法不同相对密度、堆积密度、倾注密度等，国内外一般采用相对密度指标。
3．废胎胶粉的含水率
废胎胶粉在加工和存储过程中，如果有水分进入，会导致胶粉结团，各国路用废胎胶粉的技术标准和我国的国标中都要求含水率不超过l％。另外，由于废胎胶粉表面粗糙，具有一定的弹性，分离的技术难度较大，为了保证胶粉有一定的流动性，根据分级工艺的木同，允许添加一些矿质粉体，各国标准规定胶粉中的碳酸钙或滑石粉的剂量一般为2％～4％。
4．废胎胶粉中的纤维和金属含量
废轮胎主要由硫化橡胶、钢丝、纤维三部分组成，生产废胎胶粉必须将橡胶、钢丝、纤维进行分离，然后才能进行粉碎。在子午胎生产过程中含有一定比例的钢丝，当粉碎成胶粉时，应将这些钢丝除净，但由于生产工艺的原因，在废胎胶粉中会残留一些钢丝屑，这些钢丝屑的存在不仅对橡胶沥青及混凝上技术性能造成影响，而且对橡胶沥青的生产设备(如沥青泵)造成过快磨损，因此对于子午胎废胎胶粉应严格控制其中的金属含量。在斜交胎生产的废胎胶粉中会产生一些纤维，这些纤维来自于轮胎内部的纤维布，经粉碎成为纤维。这些纤维主要是尼龙和涤纶，其有利于增加混合料的矿料表面的沥青膜厚度，改善混合料的水稳定性，因此废胎胶粉中含有一定的纤维对混合料的性能是有利的。但另一方面，为了保证工程质量的稳定，为同一工程生产的废胎胶粉中纤维含量应该是稳定的，不能经常变化，一般要求纤维含量不超过1％。
表3.1 路用废胎胶粉的物理技术指标[1]
四．路用废胎胶粉的化学指标
废胎胶粉的主要化学成分有合成橡胶、天然橡胶、可塑剂、炭黑及灰分等。其中，合成橡胶和天然橡胶占50%左右，天然橡胶含量的不同对橡胶沥青的性质产生显著影响。最新数据表明，轿车轮胎的天然橡胶与合成橡胶的含量分别是16％和31％；货车轮胎分别是31％和16％，一般来说，增加天然橡胶的含量，可以加快沥青橡胶反应速度，增加橡胶沥青黏附性。试验表明，在相同剂量条件下，高天然橡胶含量的货车斜交胎胶粉生产的橡胶沥青路用性能好于低天然橡胶含量的子午胎胶粉。此外轮胎橡胶的性能与天然橡胶和人工橡胶的类型也有很大关系[7]。因此，我国目前路用废胎胶粉首先选用斜交胎生产的废胎胶粉或天然橡胶含量高的胶粉。废胎胶粉在道路建设中的应用，无论采用干拌法还是采用湿拌法都要在高温下与沥青或混合料混合。废胎胶粉在高温下的性能稳定和抗老化性能将影响其路用性能的稳定性和效果的发挥。
表4.1 路用废胎胶粉的化学技术指标[1]
參考文献
[1] 交通部公路科学研究院．橡胶沥青及混合料设计施工技术指南，2008.12
[2] 谭昆华，张贤康，陈鸿毅．废旧橡胶粉改性沥青试验研究：［J］．云南：云南交通科技vol．18(4)，2002.8
[3] 郭朝阳．废胎胶粉橡胶沥青应用技术研究．重庆交通大学硕士论文，2008．3
[4] 王旭东，李美江，路凯冀．橡胶沥青及混凝土应用成套技术．北京：人民交通出版社，2008.3
[5] 黄文元，姜勇杰，覃昌春．橡胶沥青的技术特质及其在路面工程中的应用．中国公路学会2005年学术年会论文集(上)，2005.6
[6] 张向东．路用橡胶沥青加工工艺及技术控制．湖南交通科技，2009.12
[7] 黄文元，张隐西．道路路面用橡胶沥青的性能特点与指标体系．中南公路工程，2007．2