橡胶沥青及混合料设计施工技术指1.docx
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橡胶沥青及混合料设计施工技术指1
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
Guidefordesignandconstruction
ofasphaltrubberandmixtures
交通部公路科学研究院
1总则
1.0.1为指导废胎胶粉在路面工程中的应用，推广废胎胶粉道路工程中的广泛应用技术，根据我国的气候、交通环境和材料特点，特制订本指南。
1.0.2本指南中的废胎胶粉专指废汽车轮胎制成的橡胶粉,不包括任何其他来源的橡胶粉。
1.0.3废胎胶粉在沥青及沥青混合料中的应用，有利于减少废旧轮胎对环境的污染，促进可循环资源的再生利用；同时，有利于改善沥青路面的使用性能，节约建设、养护成本。
1.0.4橡胶沥青混合料可用于各种等级公路新建和改建工程。
橡胶沥青混合料适用于沥青路面的各结构层位。
根据混合料的性能特点和使用要求,可分别选用湿拌法的橡胶沥青混合料和干拌法的橡胶沥青混合料。
1.0.5废胎胶粉用于沥青混凝土中，能改善沥青混凝土的高温稳定性、抗疲劳性、水稳定性、低温性和延缓反射裂缝等路用性能,同时能显著降低路面的行车噪声。
1.0.6废胎胶粉与沥青加工而成的橡胶沥青是一种性能优良的结构防水、黏结材料,可作为防水、黏结、应力吸收的功能层用在沥青路面结构层中。
1.0.7本指南主要包括路用废胎胶粉、橡胶沥青、橡胶沥青混合料的有关技术标准和要求,以及相应的施工工艺等相关方面的内容。
1.0.8本指南中高等级道路主要指高速公路、一级公路和城市道路中的快速路和主干道,其他等级道路主要指二级及其以下的公路和城市道路中的次干道和支路。
说明
1.0.2我国是汽车生产和使用大国,由此产生的废旧轮胎逐年快速增长,我国废旧轮胎的产生量已位居世界第二,仅次于美国,但废旧轮胎的回收利用率比较低。
目前我国的废旧轮胎主要用于三个方面:
其一是旧轮胎翻新再利用;其二是废旧轮胎生产胶粉与再生胶;其二是将废轮胎用于生产农用鞋底、建筑用灰桶、猪食槽等低技术的粗放产品。
预计到2010年,我国废旧轮胎的产生量将达到2亿多条。
将废轮胎粉碎成废胎胶粉在沥青路面结构中使用,是世界上公认的环保再生利用的手段之一,也符合我国当前发展循环经济、资源再生利用的国策。
1.0.3使用橡胶沥青混合料降低路面行车噪声平已得到国际上的公认。
1981年,比利时科学家在布鲁塞尔首先证明了橡胶沥青混凝土的减嗓效果,随后世界各国相继开展了这方面的研究,修筑了大量的试验路。
表1-1为美国几个州相应的研究结果。
我国也开展了这方面的一些研究,交通部公路科学研究院在北京市顺义橡胶沥青混凝土试验路噪声检测表明,采用橡胶沥青后，沥青路面的行车噪声比北京市常用的SMA路面可降低噪声2～3dB,理论上相当于交通量减少了30%～50%。
表1-1美国一些州使用橡胶沥青路面的减噪效果
州
城市
年份
减噪效果
亚利桑那
凤凰城（Phoenix）
1990
10dB
图森（Tucson）
1989
6.7dB
加利福尼亚
萨克拉门托（Sacramento）
1993
7.7～5.1dB
奥兰治（Orange）
1992
3～5dB
洛杉矶（LosAngeles）
1991
3～7dB
圣迭戈（SanDiego）
1998
未提供数据
得克萨斯
圣安东尼奥（SanAntonio）
1992
未提供数据
俄勒冈
科瓦利斯（Corvallis）
1994
未提供数据
1.0.4根据生产工艺的不同,橡胶沥青混凝土有干拌法和湿拌法两种,这两种混合料的路用性能有所差异,干拌法生产的混合料高温稳定性好;而湿拌法生产的混合料在低温抗裂、抗水损坏以及降低行车噪声等方面具有明显优势。
因此，在使用橡胶沥青混凝土时,应根据不同的使用目的,采用不同的生产工艺,以充分发挥各种材朴的优势作用。
鉴于此,一般将干拌法生产的橡胶沥青混凝土应用于中、下面层中,以提高沥青路面的抗高温变形能力;而温拌法生产的橡胶沥青主要用于上面层沥青混凝土、防水和结层和应力吸收层等。
1.0.5国外研究表明,橡胶沥青混凝土在用于老路改建工程时,对减少路面的反射裂缝、提高路面的整体承载能力十分有利,在相同的使用效果前提下,适当使用废旧废胎胶粉可减薄沥青混凝土面层的厚度。
表1-2和表1-3是以美国加利福尼亚州橡胶沥青混凝土技术指南为基础,分别从承载能力和减少反射裂缝角度,提出的橡胶沥青混凝土与一般沥青混凝土厚度的对比。
表1-2按结构整体强度标准减薄面层厚度（in）
DGAC
ARHM-GG
ARHM-GG+SAMI
0.15
0.10
一
0.20
0.10
一
0.25
0.15
0.10
0.30
0.15
0.10
0.35
0.20
0.15
0.40
0.20
0.20
0.45
一
0.20
表1-3按减少反射裂缝标准减薄面层厚度（in）
DGAC
ARHM-GG
ARHM-GG+SAMI
0.15
0.10
一
0.20
0.10
一
0.25
0.15
一
0.30
0.15
一
0.35
0.15～0.20
0.10
注:
1.DGAC为连续级配密级配沥青混凝土,ARHM-GG为断级配废胎胶粉沥青混合料。
2.SAMI为橡胶沥青应力吸收中间层（1in=0.0254m）。
从表1-2和表1-3中数据可以看出,无论是承载能力标准还是减少反射裂缝标准,沥青混凝土中掺加废胎胶粉后,沥青面层的厚度可减薄30%～70%,当沥青结构层中使用橡胶沥青的应力吸收中间层时,厚度还可以进一步减薄。
2术语、符号
2术语、符号
2.1术语
2.1.1废胎胶粉（crumbrubber）
汽车废轮胎经粉碎得到的具有一定细度规格的胶粉。
2.1.2各用废胎胶粉（roadcrumbrubber）
指满足道路路用技术指标的废胎胶粉。
2.1.3子午胎胶粉（radicaltirecrumbrubber）
汽车废子午胎经粉碎得到的废胎胶粉。
2.1.4斜交胎胶粉（biastirecrumbrubber）
汽车废斜交胎经粉碎得到的废胎胶粉。
2.1.5橡胶沥青（asphaltrubber）
指废胎胶粉与沥青（有的掺加一定比例的添加剂）按一定比例拌和而得到的满足相关技术指标要求的产物,其中废胎胶粉的掺量不小于15%（内掺）或17.6%（外掺）,又称沥青橡胶（asphaltrubber）。
2.1.6橡胶改性沥青（rubbermodifiedbinder）
指废胎胶粉、沥青和其他某种聚合物改性剂共同拌和得到的产物。
2.1.7干拌工艺（dryprocess）
将废胎胶粉与沥青、矿料一起投放到拌和楼里拌和,生产橡胶沥青混合料的生产方法。
2.1.8湿拌工艺（wetprocess）
先将废胎胶粉和沥青加工形成橡胶沥青后,再与矿料拌和生产橡胶沥青混合料的生产方法。
2.1.9橡胶沥青混合料（asphaltrubberhotmixture）
采用干拌工艺或湿拌工艺生产的沥青混合料。
2.1.10橡胶沥青混凝土（asphaltrubberconcrete）
橡胶沥青混合料摊铺碾压成型后称为橡胶沥青混凝土。
2.1.11橡胶沥青路面（asphaltrubberpavement）
由橡胶沥青或橡胶沥青混凝土铺筑的可供行车的路面。
2.1.12和度（viscosity）
流体或半流体抵抗流动的一种特性。
教度是评价橡胶沥青性能的最主要指标。
2.2符号及代号
本指南有关材料的符号、代号及意义见表2-1。
表2-1有关材料的符号及代号
编号
符号或代号
意义
2.2.1
CRM
废胎胶扮
2.2.2
AR
橡胶沥青
2.2.3
ARHM
橡胶沥青混合料
2.2.4
ARHM（W）
橡胶沥青混合料（湿拌工艺）
2.2.5
ARHM（D）
橡胶沥青混合料（干拌工艺）
2.2.6
ARC
橡胶沥青混凝土
2.2.7
ARP
橡胶沥青路面
2.2.8
ARHM-GG
断级配橡胶沥青混合料
2.2.9
DGAC
连续级配密级配拥青混凝土
2.2.10
SAMI
橡胶沥青应力吸收中间层
2.2.11
HNCRM
高天然胶含量的胶粉
2.2.12
HNAR
高天然胶含量橡胶沥青
2.2.13
ARHM（W）
湿拌法橡胶沥青混合料
2.2.14
ARHM（D）
干拌法橡胶沥青混合料
2.2.15
ARHM（W）-O
湿拌法开级配橡胶沥青混合料
说明
2.1.1为了保证废胎胶粉质量的稳定,本指南强调使用来自于废汽车轮胎经过粉碎的胶粉,对于其他来源的废橡胶胶粉不属于本指南的技术范围。
国内外对于较粗的废胎胶粉又称为橡胶颗粒,本指南为了统一术语,统称为废胎胶粉。
2.1.5一般来说,橡胶沥青的工程概念比较广泛,凡是橡胶类材料改性的沥青均可广义称为橡胶沥青,如SBS改性沥青、SBR改性沥青等。
本指南橡胶沥青是狭义概念,专指废胎胶粉与沥青加工的产物。
2.1.6橡胶改性沥青中尽管也掺加一定比例的反胎胶粉,但其掺加量一般比较少（10%左右）,并掺加其他聚合物改性剂,最终的改性产品与橡胶沥青的珞用性能有较大差别,且造价较高。
为了与橡胶沥青区别,将其称为橡胶改性沥青。
3材料
3.1废胎胶粉
3.1.1废胎胶粉的种类和规格
（1）根据轮胎的来源分为:
子午胎胶粉和斜交胎胶粉。
（2）根据粉碎工艺分为:
低温冷冻法胶粉和常温法胶粉。
（3）根据我国的废胎胶粉生产情况,按细度分为3种规格:
①粗胶粉,粒度在40目以下（0.425mm以上）;
②细胶粉,粒度在40-80目之间（0.425～O.180mm之间）;
③微细胶粉,粒度在80-200目之间（0.180～0.075mm之间）。
3.1.2路用废胎胶粉的选择
（1）路用废胎胶粉应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胶含量较高的胶粉,并应满足相应物理、化学指标。
（2）在保证易于碾压成型,且满足使用性能要求的前提下,应尽量选用较粗的废胎胶粉。
无论是干拌工艺还是湿拌工艺,宜选择30～80目之间的路用废胎胶粉。
（3）最大粒径小于2mm的级配废胎胶粉也可以使用,同时也应满足相应物理、化学指标。
3.1.3路用废胎胶粉的物理指标路用废胎胶粉的物理技术指标见表3-1,相应指标的检测方法,参见本指南附录A。
表3-1路用废胎胶粉的物理技术指标
项目
相对密度
水分
金属含量
纤维含量
单位
一
%
%
%
技术标准
1.10～1.30
<1
<0.05
<1
3.1.4路用废胎胶粉的化学指标路用废胎胶粉的化学技术指标见表3-2。
在使用过程中,应由具有相关资质的专业单位出具相应的检测报告,作为废胎胶粉化学指标的评定依据。
表3-2路用废胎胶粉的化学技术指标
检测项目
灰分≤（%）
丙酮抽出物≤（%）
炭黑含量≥（%）
橡胶怪含量3≥（%）
技术标准
8
22
28
42
试验方法
GB4498
GB/T3516
GB/T14837
GD/T14837
说明
3.1.1汽车轮胎在加工过程中,有多达数十种的各种添加成分,其中合成胶和夭然胶是最主要的成分。
在轮胎行业,橡胶占轮胎成本约为50%,而在橡胶使用中合成橡胶和天然橡胶的比重平均约为6:
4。
其中全钢子午胎和斜交胎所消耗的天然橡胶比重较大,而半钢子午月台消耗的合成橡胶的比重相对较大。
全钢子午胎主要用作载重胎,半钢子午胎主要用作轿车胎或轻卡胎。
总体说来,载重车轮胎的天然橡胶含量大于轻型车胎和乘用车胎。
试验表明,在相同剂量下,高天然橡胶含量的斜交胎胶粉生产的橡胶沥青的路用性能好于低天然橡胶含量的子午胎胶粉,且相同条件下,斜交胎和子午胎胶粉对沥青性能改善程度和趋势并不完全一样。
现将大量试验结果按轮胎种类分类汇总,根据不同指标绘制柱状图（图3-1）。
为了便于比较分析,图中将有些指标进行了等比例缩放,（其中针入度指数放大5倍,黏度缩小100倍,弹性恢复放大50倍）绘制在一张图中。
由图3-1可以看出,斜交胎橡胶沥青的针入度小于子午胎橡胶沥青（15℃、25℃、30℃）,软化点、黏度、弹性恢复、针入度指数等指标大于子午胎橡胶沥青,当量脆点、5℃延度及当量软化点小于子午胎橡胶沥青。
因此,总体来说高天然橡胶含量的斜交胎橡胶沥青明显好于低天然橡胶含量的子午胎橡胶沥青。
在应用中应选用天然橡胶含量高的载重车轮胎。
同时,鉴于我国分析废胎胶粉中天然橡胶含量的手段有限,在实际工程中难以进行有效的检测。
因此,为了保证工程质量,在实际工程中根据轮胎类型选择胶粉是一个有效的手段。
另外,当前我国轮胎品种繁多,废轮胎的回收体制还不完善,选择质量稳定可靠的废胎胶粉对于确保工程质量尤为重要。
废轮胎橡胶是一种弹性高分子化合物,在通常情况下,将他们粉碎到足够的细皮十分困难,为克服废轮胎橡胶机械粉碎时的弹性、韧性和黏性,胶粉的生产工艺通常有低温冷冻法和常温研磨两种。
不同的生产工艺对胶粉的形状与表面状态有影响,这主要是粉碎前不同的处理方法对废轮胎橡胶物理性能改变机理不同造成的。
常温法并没有对废轮胎橡胶做粉碎前处理,主要靠特殊结构刀具的剪切和研磨撕扯力,生产的胶粉颗粒形状不规则,表面凹凸,呈毛刺状或羽状;而低温冷冻法主要在冷媒作用下将橡胶冷冻至"脆化温度"再加以粉碎,生产的胶粉颗粒形状规则,表面平滑,呈锐角状态。
一般认为表面毛刺多、成羽状的胶粉比表面大,活化能高,用于生产橡胶沥青会有更好的性能。
因此,生产工艺不同对控制胶粉颗粒的表面状态具有重要意义。
各国技术标准对生产胶粉所用工艺均有明确要求，南非、美国佛罗里达州和得克萨斯州均要求在胶粉生产的各个环节不容许采用低温方法。
美国加利福尼亚州运输局规定胶粉可以采用低温初加工,但最终还要经过常温研磨。
在澳大利亚,胶粉要求在常温下加工,同时破碎之前对橡胶进行拉伸,其目的是使胶粉表面多孔,增加表面积;与低温加工相比,常温法体密度低,反应更容易。
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;反之,则越粗。
目数与毫米的关系如表3-3所示。
表3-3美国标准筛及泰勒筛标准简易对照表（ASTM击-11-61）
美国标准筛（目）
筛孔直径（mm）
泰勒标准筛（目）
美国标准筛（目）
筛孔直径（mm）
泰勒标准筛
（目）
3.5
5.66
3.5
40
0.42
35
5
4
5
60
0.25
60
7
2.83
7
80
0.177
80
10
2
9
100
0.149
100
14
1.41
12
120
0.125
115
18
1
16
140
0.105
150
20
0.841
16
170
0.088
170
25
0.707
24
200
0.074
200
35
0.5
32
230
0.063
250
3.1.2各国对胶粉的级配己都做出了要求（见表3-4）,从中可以看出国外使用胶粉的细度从16目至100目,并要求胶粉的最大颗粒不得大于8目（2.3pmm）。
美国亚利桑那州与佛罗里达州还根据需要将胶粉的粗细进一步分级。
澳大利亚则是根据橡胶沥青用途,将胶粉分为洒布用橡胶沥青胶粉与混合料用橡胶沥青胶粉两种,前者比后者粗。
相对而言,美国佛罗里达州使用的胶粉较细,这与其采用Terminalblend技术及低胶粉掺量、低反应时间有关。
表3-4国外路用废胎胶粉规格
目数（目）
8
10
16
20
30
40
50
70
90
100
200
粒径（mm）
2.36
2
1.18
一
0.6
一
0.3
一
一
0.15
0.075
美国
加利福尼
CRM
100
98~100
45~75
--
2~20
---
0~6
---
---
0~2
0
HNCRM
----
100
95~100
---
35~85
---
10~30
---
----
0~4
0~1
亚利桑那州
A
100
95~100
0~10
--
-----
-----
----
-----
-----
----
----
B
----
100
65~100
---
20~100
-----
0~45
----
----
----
0~5
佛罗里达州
A
----
---
-----
-----
-----
100
----
90~100
70~90
----
35~60
B
----
------
-----
100
---
85~100
----
10~50
5~30
---
-----
C
----
100
----
85~100
----
20~60
----
5~20
----
----
----
得克萨斯州
----
-----
100
-----
90~100
45~100
---
-----
-----
----
------
新南威尔士州
混合料
----
-----
100
----
>60
----
-----
----
---
<20
---
洒布
100
----
>80
---
<10
---
---
---
---
----
----
维多利亚州
混合料
---
----
100
----
70~100
---
---
---
---
<5
-----
洒布
100
--
95~100
---
----
----
----
----
---
<10
<2
西澳州
混合料
---
----
100
---
80~100
---
---
---
---
0~20
---
南非
---
---
100
---
50~70
---
---
---
---
---
0~50
我国废胎胶粉的生产多以目数作为粗细的标准,为了便于统一,使用方便,路用废胎胶粉也以目数为标准。
目数是一个相对比较集中的级配范围。
在实际使用过程中,可以使用单一目数的胶粉,也可将2-3个不同目数的胶粉搭配使用,以达到某种技术要求。
从目数角度讲,路用废胎胶粉不宜过粗,也不宜过细。
过粗的胶粉,混合料不宜碾压成型,且技术指标较低;过细的胶粉（如大于100目）不仅价格昂贵,而且试验表明,其技术指标并不是最佳。
根据室内试验和实际工程经验,我国目前生产的高天然橡胶含量的斜交胎废胎胶粉在掺量相同的情况下,其路用性能优于低天然橡胶含量的子午胎胶粉,这主要得益于其具有较高的天然胶含量。
在实际工程中也可以通过增加废胎胶粉的掺量或其他外掺剂（如国外有些规范提出添加高天然胶含量的胶粉）,提高橡胶沥青的技术性能。
3.1.3废胎胶粉的密度与废胎胶粉成分及目数有关。
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橡胶沥青加工中废胎胶粉的上浮与下沉,保证橡胶沥青均匀性。
废胎胶粉的密度根据检测方法的不同有相对密度、堆积密度、倾注密度等,国外有关指南和规范中一般采用相对密度指标（表3-5）且试验方法比较简单,故本指南选择该指标作为评价废胎胶粉密度的指标。
同时,从国外规定的相对密度范围看,一般在1.04~1.25之间,澳大利亚要求胶粉的体密度不大于350kg/m3。
结合我国生产的废胎胶粉密度情况（见表3-6）0本指南规定的范围为1.10-1.30。
表3-5国外有关路用废胎胶粉的物理技术指标要求
项目
相对密度
水分
金属含量
纤维含量
单位
一
%
%
%
美国
佛罗里达州
1.10士0.06
<0.75
<0.01
要求
亚利桑那州
1.15士0.05
-----
------
A:
0.1
B:
0.5
加利福尼亚州
1.10-1.20
一
0.01
0.05
得克萨斯州
一
<0.75
一
0.1
南非
1.10~1.25
一
一
一
表3-6国内几种废胎胶粉密度测试结果
常温废胎胶粉容量瓶法密度
冷冻废胎胶粉容量瓶法密度
废胎胶粉规格
实测相对密度
偏差系数（Cv）,%
废胎胶粉规格
实测相对密度
偏差系数
（Cv）,%
40目
1.2576
1.68%
80目
1.1788
0.25%
80目
1.1884
1.45%
120目
1.2034
0.25%
120目
1.3273
1.41%
---
----
-----
另外,对于胶粉还要求分离金属、纤维等杂质。
为了使胶粉不结团,要求其保持干燥。
为保证胶粉有一定流动性,国外有关标准规定可以在胶粉中掺加一定碳酸钙或滑石粉,一般剂量在2%-4%。
金属含量和纤维含量主要分别针对子午胎和斜交胎的胶粉制定。
子午胎在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土技术性能产生影响,而且对橡胶沥青的生产设备（如沥青泵）,造成过快的磨损,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。
这些纤维主要是聚酰胺纤维（尼龙）和聚酯纤维（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的纤维含量应该是稳定的,不能经常变化。
如果需要掺加废胎胶粉的纤维以改善混合料性能,应采取有效的工程控制措施控制纤维的含量,纤维的掺量一般不宜超过废胎胶粉质量的10%,纤维长度不宜大于6mm,且不能呈编织状态。
3.1.4废胎胶粉的化学成分主要包括合成橡胶、天然橡胶、炭黑及灰分等,其中天然胶含量的不同,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含量分别是16%、31%;货车轮胎分别是31%、16%。
增加天然橡胶含量,可以加快橡胶沥青反应速度,增强橡胶沥青的黏附性。
对于天然橡胶含量,南非要求较高,要大于30%。
美国加利福尼亚州要求胶粉的25%采用高天然橡胶含量的胶粉（HNCRM）,因此,其天然橡胶含量在26%以上;而佛罗里达州要求相对较低。
高天然胶含量的橡胶沥青可以提高沥青与碎石的和结,对于稀浆封层显得更为重要,表3-7为国外路用废胎胶粉化学成分要求。
表3-7国外路用废胎胶粉化学成分要求
项目
丙酮提
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