【项目名称】季冻区橡胶粉改性沥青、橡胶粉SBS复合改性沥青及相应沥青混合料成套技术研究
【立项背景】
近年来，我国汽车工业飞速发展，废旧轮胎数量与日俱增。大量废旧轮胎长期露天堆放，不仅造成资源的极大浪费，日久易自燃造成火灾，而且还在缓慢分解的过程中不断释放有害气体污染空气。由于废旧轮胎自然降解的过程非常缓慢，成为迅速蔓延的黑色公害。如何能处理掉大量的废旧轮胎问题亟待解决。
随着我国橡胶粉加工技术的发展以及国家环境保护和节能减排要求相关政策的出台，废旧轮胎橡胶粉目前正作为集绿色环保、沥青改性剂为一体的资源再生利用材料而被重新受到重视和广泛应用。在借鉴国外相关研究成果的基础上，结合我国的实际情况，交通部公路科学研究所、同济大学、山东省交通科学研究所等科研单位开展了橡胶沥青技术及工程应用等课题研究，并且通过系统的研究总结了施工经验和教训，提出了橡胶粉沥青混合料设计施工技术指南，推动了我国橡胶沥青技术的成熟和发展。
但同时，橡胶沥青技术的大量应用也暴露出一定问题，首先，橡胶沥青的储存是其在我国应用中遇到的一个技术瓶颈，由于胶粉的密度大，易离析，为了保证橡胶沥青存储稳定性，必须对橡胶沥青进行不断搅拌，这就难以实现工厂化集中生产，在工程应用时，必须将整套橡胶沥青生产设备运输到工地现场就地生产后立即泵送到拌合楼使用，这给橡胶沥青的大面积推广应用带来了麻烦。其次，对于季冻区来说，道路环境通常要经历-40℃至40℃的温度变化，现有的橡胶粉单一改性沥青技术要满足上述温度范围内的路用性能要求，达到同时防止车辙和裂缝形成是十分困难的；再次，由于橡胶沥青混合料过于稠而粘，在热拌生产施工时，需要将沥青加热到180℃左右，矿料加热到190~220℃，拌和后的橡胶沥青混合料出场温度不低于180℃，摊铺和碾压时的温度不低于150℃，使得橡胶沥青混合料的生产和施工温度比普通沥青混合料高大约20~30℃。如此高的生产温度，不仅消耗大量的能源，而且在生产和施工的过程中还会排放出大量的温室气体、有害气体和粉尘，严重影响周围的环境质量和施工人员的身体健康。另外，高温还加剧了沥青结合料的老化，导致沥青结合料变硬、变脆，丧失原有的技术性能，从而导致橡胶沥青混合料的整体路用性能降低，缩短沥青路面的使用寿命，影响橡胶沥青混合料的长期使用性能。
基于上述背景，本项目主要开展系统的橡胶粉SBS复合改性沥青技术、混合料的路用性能和力学性能、橡胶粉改性沥青的机理研究，以实现胶粉SBS复合改性沥青工厂化生产，提出季冻区胶粉改性沥青的评价指标及路用性能指标。同时，通过开展系统的温拌橡胶粉改性技术的研究，有效降低橡胶沥青混合料的生产及施工温度，提高季冻地区沥青路面使用性能和服务质量，促进绿色低碳公路建设目标的实现。
【主要研究内容】
本项目主要开展以下几方面内容研究：
专题一：橡胶粉改性沥青、橡胶粉SBS复合改性沥青技术及混合料性能的研究
（1）橡胶粉改性沥青的影响因素研究
分析沥青品种、橡胶粉来源、橡胶粉掺量及细度、生产工艺对橡胶粉改性沥青的影响，对工程应用中橡胶粉改性沥青的配方设计与生产控制提供参考。同时，在总结评价国内外已有橡胶沥青评价指标的基础上，提出评价胶粉改性沥青的性能评价指标。
（2）橡胶粉SBS复合改性沥青影响因素研究
分析沥青品种、橡胶粉来源、橡胶粉掺量及细度、SBS掺量、生产工艺对橡胶粉SBS复合改性沥青的影响，对工程应用中橡胶粉SBS复合改性沥青的配方设计与生产控制提供参考。在总结评价国内外已有橡胶沥青评价指标的基础上，提出评价胶粉SBS复合改性沥青的性能评价指标。
（3）橡胶粉改性沥青与橡胶粉SBS复合改性沥青改性机理研究
参照聚合物改性沥青改性机理的研究思路，分析胶粉与沥青及SBS复合改性沥青之间的物理、化学改性作用，阐述改性机理。
（4）橡胶粉改性沥青混合料及橡胶粉SBS复合改性沥青混合料路用性能的研究
根据季冻区沥青路面气候分区特征和橡胶粉改性沥青混合料用于沥青路面的不同结构层位和功能要求，研究橡胶粉改性沥青混合料及橡胶粉SBS复合改性沥青混合料配合比设计，提出混合料矿料级配推荐范围。
（5）橡胶粉改性沥青混合料及橡胶粉SBS复合改性沥青混合料施工工艺研究
通过橡胶粉改性沥青混合料及橡胶粉SBS复合改性沥青混合料试验路的铺筑，总结施工工艺。
专题二：橡胶粉改性沥青混合料及橡胶粉SBS复合改性沥青混合料力学性能及设计参数研究
对橡胶改性沥青混合料的抗压回弹模量、动态模量、低温蠕变柔量及间接拉伸模量等力学性能进行研究，分析橡胶改性沥青混合料力学特性的变化规律，为橡胶沥青路面设计提供技术依据。
专题三：温拌橡胶粉改性沥青混合料技术
（1）温拌橡胶粉改性沥青混合料设计方法研究
对降温技术与橡胶粉改性沥青的降温适配性以及降温材料复合降温技术等进行研究，实现橡胶粉改性沥青混合料温拌目标。
针对项目前期确定的温拌技术，结合热拌橡胶粉改性沥青混合料设计方法制定合理正确的温拌橡胶粉改性沥青混合料设计方法。
（2）温拌橡胶粉改性沥青混合料路用性能研究
针对温拌沥青混合料易出现的沥青与集料粘附力不足、导致沥青混合料的性能出现衰减的问题，研究评级温拌沥青混合料的抗变形能力、低温抗裂能力、抗疲劳性能，以保证温拌沥青混合料的成功应用。
【主要研究成果】
项目重点围绕橡胶粉改性沥青影响因素、改性机理、橡胶粉改性沥青性能指标、橡胶粉改性沥青混合料路用性能与力学特性及温拌橡胶粉改性沥青技术开展研究。在以下几方面取得了创新成果：
（1）系统研究了橡胶粉掺量及细度、SBS掺量、发育温度、发育时间等影响因素对橡胶粉改性沥青性能的影响规律，提出了工厂化生产工艺。
（2）在总结分析国内外橡胶沥青评价指标的基础上，提出了适用于季冻区的工厂化橡胶粉改性沥青评价指标。
（3）基于红外光谱试验、差热扫描试验及扫描电镜试验方法，验证了橡胶粉与沥青和SBS之间主要为物理共混的反应机理。
（4）通过较为系统的路用性能和力学性能研究，提出了具有合适油石比和优良路用性能的橡胶粉改性沥青矿料级配范围。
（5）提出了季冻地区温拌橡胶粉改性沥青技术，有助于橡胶粉改性沥青技术在季冻地区的推广应用。
（6）系统的总结了施工工艺，编写了《季冻区橡胶粉改性沥青、橡胶粉SBS复合改性沥青混合料应用技术指南》，为橡胶粉改性沥青技术在季冻地区的应用提供了有效的技术支持
