胶粉科技厅申报.doc

橡胶沥青研制及应用

项目可行性研究报告

二零零八年二月
沈阳三鑫集团有限公司

一、 项目提出的目的及意义
随着我国国民经济的快速发展，公路建设也在飞速发展，与此同时对改性沥青材料的需求也大幅增长，而目前主要的改性沥青材料以SBS改性沥青为主。但由于原油价格的大幅提高，做为原油产品的SBS价格也居高不下，价格在18000-20000元左右。这就使得SBS改性沥青的成本大幅提高，而路面材料中沥青材料成本决定了路面的造价，使得沥青路面造价提高，给公路建设造成了资金方面的巨大压力。
橡胶沥青是采用废轮胎橡胶粉为改性剂，与沥青在高温条件下，经机械研磨剪切制备而成。
橡胶沥青做为一种新型的改性沥青材料，其成本要远低于SBS改性沥青，且可以减薄路面厚度30-40%，路用性能方面要优于SBS改性沥青，因而逐渐受到广大公路建设者及公路管理部门的青睐。近几年，在全国范围内，掀起了研究及应用橡胶沥青的热潮，辽宁省也在2007年在本溪铺筑了两条试验路。但由于橡胶沥青的生产工艺与SBS改性沥青有着明显的不同，需要对其生产工艺、混合料配合比设计、路面结构设计、路面施工工艺、胶结料及混合料指标检测及路用性能检测方法、检测标准进行专题研究。
另一个更加重要方面，随着我国汽车保有量的快速增加，每年约有1.2亿-1.5亿条废弃轮胎，如此数量的废弃轮胎如何处理及消耗是一个重要的问题，而目前仅有少量废旧轮胎粉碎成胶粉用于再生胶及橡胶制品填料，废旧轮胎堆积会造成环境污染及不安全隐患，也是资源的浪费，在资源逐渐枯竭的今天显得尤其重要。将废旧轮胎粉碎成胶粉制成橡胶沥青用于公路建设是一个很好的出路，如果大规模用于公路建设，每年可消耗废旧轮胎胶粉可达到几十万吨，以240条折合成1吨计算，每年可消耗掉5000-6000万条废轮胎，既保护了环境，又可实现资源的再利用，目前我国正着力构建资源节约型及环境友好型社会，本项目的研究是和我国节约资源和保护环境的基本国策相适应的。
二、 与项目相关的国内外发展概况及市场需求分析
（一）橡胶沥青简介
1、基本概念
橡胶沥青是是指采用废旧轮胎经粉碎后制成的胶粉（橡胶粉细度一般为20-80目）作为改性剂，通过一定的生产工艺得到的能够改善混合料性能的沥青结合料。由沥青、回收轮胎橡胶及一定的添加剂组成的混合物，其中胶粉的含量不少于总重的15％，且要求橡胶颗粒在热沥青中充分反应并膨胀。 英文Asphalt Rubber（简写AR），称为橡胶沥青，也可称做沥青橡胶。
2、橡胶沥青生产方法分类
分为干法和湿法两类，其中干法已经很少使用，普遍采用的均是湿法工艺生产橡胶沥青。
（1）干法
干法是将废胶粉直接喷入沥青混合料拌和鼓中拌和，胶粉的添加量一般为混合料的2-3%，所得到的混合料称为橡胶改性沥青混合料。
（2）湿法
湿法是将胶粉先在160-200℃的热沥青中混合，通过机械能和热能及化学的方法，使胶粉降解，形成稳定分散的橡胶沥青，胶粉的添加量一般为沥青的15-20%。
湿法工艺又分成两种，包括化学改性法及物理混合法（溶胀法），化学改性工艺一般很难实现，目前普遍采用的是物理混合工艺生产橡胶沥青。
湿法制备橡胶沥青的工艺简单，对用现有聚合物改性沥青设备进行一定改造即可进行。但是，其改性效果却与许多因素有关，如：沥青品种、胶粉来源、生产方法、相容剂、填加剂和稳定剂含量、品种、填加方式以及改性沥青混合设备类型、剪切速度、混合时间、温度等等，因此，要生产出合格的橡胶沥青还需要进行系统的理论与实践的研究。
橡胶沥青中使用的是废橡胶粉。由于废橡胶粉制造工艺和废橡胶的来源不同，成品橡胶粉的品质、颗粒形状和表面形态有较大的差别，对改性沥青的性能也有很大的影响。

橡胶粉料斗
沥青储存罐
沥青加热罐
高速剪切罐
反应罐
沥青泵
沥青储存罐
本课题研究即采用湿法工艺溶胀法生产橡胶沥青。
工艺流程：
3、橡胶沥青的特点
（1）高温稳定性和低温抗裂性好，克服沥青路面夏天高温泛油、鼓包，冬天天气寒冷开裂的缺陷。
（2）沥青橡胶具有较强的降低路面应力的能力，可以有效地防止反射裂缝，显著延长覆盖层寿命。
（3）是城市道路降低噪音的新材料，与普通沥青路面相比，可降低噪音50％～70％。
（4）路面面层厚度可以减薄，使用寿命比普通沥青延长，从而减少道路维修费用。
（5）水密性好，抗老化。
（二）国外橡胶沥青的发展情况
早在上世纪六十年代，发达国家就已开始研究和应用橡胶沥青，最早将废胶粉与沥青混合并用于修补公路，称之为沥青橡胶，经过几十年的研究和发展国外发达国家积累了非常丰富的经验，其中以美国最具代表性。在70年代美国只有2家公司生产橡胶沥青，至1999年已有30多家，现在数量还在增长。稳定的橡胶沥青的市场已形成。日本、加拿大、瑞典、英国、比利时、俄罗斯等国也已成功地将橡胶沥青用于修建高等级公路。目前美国采用橡胶沥青铺设的公路达到1.1万公里。
1968年，美国Arizona州开始研究橡胶沥青，废胶粉被顺利地与热沥青混合，八十年代开始热混合沥青应用研究，在八十年代以后Florida等更多的州加入了橡胶沥青的研究开发，至1990年美国已有23个州铺筑了橡胶沥青的试验路。
南非在大量使用橡胶沥青的同时，创造出较薄沥青路面的结构形式，实现了真正的“强基薄面”路面结构，既节省了资源，又延长了路面的使用寿命。日本、加拿大、瑞典、英国、比利时、俄罗斯等国也已成功地将橡胶沥青用于修建高等级公路。
发达国家之所以如此重视橡胶沥青，原因主要有：第一, 保护环境。每年全世界消耗生橡胶约为1200万吨,废弃的轮胎约为8亿条,对环境产生非常大的污染；第二，提高路用性能。采用橡胶沥青的路面具有较好的高、低温稳定性，具有较强的抗老化、抗疲劳性能，同时具有降噪、防水的性能；第三，性价比高。橡胶沥青路面使用寿命较长，在相同使用寿命的情况下，可减薄路面厚度。因此，在性价比方面较传统沥青及其它聚合物改性沥青具有更高的性价比；第四,有效利用资源。橡胶沥青使用主要原料是沥青和废轮胎胶粉，均为工业生活废料，使有效的资源得到充分的利用。因此，一些发达国家对橡胶沥青的研究和应用，在政策上给予大力扶持。
在橡胶沥青的研究和使用过程也存在一些疑问，如：价格、耐久性、寿命、有害烟雾和再生性等，对此美国进行了较为系统的研究。结果表明：第一，橡胶沥青的成本虽然比传统沥青高，但由于路面铺装质量高、使用寿命长、维修费用低，因此性能价格比明显优于传统沥青；第二，耐久性优于传统沥青,也不逊色于其它聚合物改性沥青；第三，生产加工过程中释放出来的烟雾一般多于传统沥青，但仍然在许可的范围之内，不会对人体和环境造成危害；第四，橡胶沥青使用一般的混合方法或微波加工技术完全可再生，可循环使用。因此，橡胶沥青被广泛用于公路路面的建设和维修工程之中。
（三）美国橡胶沥青及其路面结构设计方法
美国联邦公路总署(Federal Highway Administration, 简称为FHWA)曾于1991年针对添加废轮胎橡胶的沥青产品，根据制作过程的差异加以分类，并将不同制作过程的技术名词予以标准化，将生产废轮胎橡胶改性沥青的制作过程概括为湿式制作过程(Wet Process)和干式制作过程(Dry Process)两种。这两种拌制方式加入的废轮胎橡胶粉，同样改变着沥青粘结料性质，因此统称为废轮胎橡胶改性剂(Crumb Rubber Modifier，简称为CRM)。
鉴于以往橡胶沥青使用经验，美国国会在1991年通过《地表不同运输模式间效率法案(ISTEA, Intermodal Surface Transportation Efficiency Act)》，并于该法案的1038条款中，强制规定各州政府沥青路面中必须使用一定数量的废轮胎橡胶。于1994开始，使用联邦基金铺筑的沥青路面之总吨数中，至少需有5%为CRM沥青铺面，此百分比值并将逐年增加，直至1997年需达到20%；该强制法案制定后，各州公路局立即展开大规模研究与试铺，当时美国市场上已有10种以上废轮胎橡胶沥青制作工法出现。最后，ISTEA中的此项强制规定，因遭遇相当多的困难而于1995年取消。
加州橡胶沥青应用始于上世纪70年代末80年代初，70年代末主要用于喷涂设备（石屑封层、HMA结构中间层、CAPE封层），80年代初开始应用于热拌沥青混合料。通常密级配沥青混合料油石比控制在6-8%，间断级配油石比控制在7-9%，开级配用于提高路面抗滑的表面层混合料油石比控制在6-8%，用于提高路面耐久性的高粘结料含量混合料油石比控制在8-10%。并且在部分新建工程中橡胶沥青混合料较常规沥青混合料被等厚度或薄于其25-50%铺筑。在罩面维修中橡胶沥青混合料作为表面层或中间层表现出路面裂缝减少、耐久性提高的优点。
ASTM D6114阐明众多的研究成果表明，CRM的添加量至少需为总拌合量的15%，方可能达到废轮胎橡胶沥青可被接受的性质。由ASTM D8中对橡胶沥青的定义，拌合时橡胶颗粒与沥青需有效反应，但干式制作过程中对于该反应现象很难界定。湿式制作过程中一般需拌制不少于45分钟的时间使之反应，因此欲使干式制作过程的废轮胎橡胶粉与沥青达到反应，而成为橡胶沥青是相当困难的。所以为规范CRM产品质量ASTM规定了相应的检测项目及规定值。
美国规范对CRM的性质规定
试验项目
亚利桑纳州
加州（1）
佛罗里达州
ASTM D6114
废轮胎橡胶粉75%
天然橡胶25%
Type A
Type B
级配 (通过率)
筛网号数
网径(mm)
通过率
建议小于 8号筛
No.8
2.360

100
100

No.10
2.000
100
98~100
100

No.16
1.180
75~100
45~75
95~100

No.20
0.850
-
-
-
-
100
No.30
0.600
25~100
2~20
35~85
-
-
No.40
0.425
-
-
-
100
85~100
No.50
0.300
0~45
0~6
10~30
-
-
No.80
0.180
-
-
-
90~100
10~50
No.100
0.150
0~10
0~2
0~4
70~90
5~30
No.200
0.075
0
0
0~1
35~60
-
含水率试验
含水率%
无规定
无规定
≦≤0.75
≦≤0.75
比重试验
比重
无规定
1.1~1.2
1.10±0.06
1.5±0.05
化学分析
丙酮萃取分%
无规定
无规定
≦≤25
无规定
碳氢类橡胶总含量%
无规定
40~55
碳黑总含量%
无规定
20~40
灰分总含量%
无规定
≤8
天然橡胶含量%
≧≥20 (2)
≧≥10
16~45
注：（1）加州规定两种CRM级配，类型1全部由废轮胎橡胶粉组成，级配要求与亚历桑纳州相同；类型2由75%废轮胎橡胶粉、25%天然橡胶及稀释油组成，级配如表所示。
(2)仅对添加量较高，且有添加油品时规定
美国同时要求进行橡胶粉与基质沥青的配伍性试验，通过橡胶沥青粘结料粘度（175）、针入度、软化点、延度检测，确保粘结料质量。沥青混合料配合比设计通常采用Marshall或Hveem法，同样进行密度、孔隙率、VMA、稳定度、水侵害性能控制。但值得一提的是橡胶沥青混合料试验室拌合温度通常控制在149-163℃，成型温度控制在143-149℃，要远高于常规沥青混合料。
橡胶沥青的现场加工温度通常控制在176-204℃，而对于加州掺有大量天然橡胶的2型橡胶沥青更要达到190-218℃，所以高温加热的结果出现大量浓烟。橡胶沥青通常存放4小时以上会变冷，再次使用时要求重新加热升温，并检测粘度，通过掺加基质沥青或废轮胎橡胶粉控制橡胶沥青满足粘度要求。
橡胶沥青混合料拌合温度控制较普通沥青混合料要高，要求非常严格，通常要经过试拌确定。压实采用震动钢轮压路机，由于混合料对胶轮的粘结，胶轮压路机通常不被采用。压实一般开始于适宜的144℃，当表面温度低于130℃时完成碾压，终压温度控制于115℃。
美国橡胶沥青在路面工程中的应用证明其具有减少表面疲劳反射裂缝、抗氧化、抗车辙、降低噪音、降低路面灯光反射、降低全寿命成本、提高雨天行车安全等优点。同时也存在着单价高、施工温度要求严格等缺点。
美国橡胶沥青的研究目前主要对橡胶沥青混合料本身材料的性能进行了大量研究，但是，对于橡胶沥青路面的结构组合设计缺乏针对性的研究，结构设计仍然以AASHTO的力学经验设计法为基础，并采用加速加载试验设备，模拟实际环境因素，对路面结构进行破坏性试验，根据试验结果，确定材料、结构和施工工艺的进一步改进和是否推广应用。
（四）南非橡胶沥青及其路面结构设计方法
南非《城市间与乡村道路柔性路面结构设计规范》是南非公路技术建议系列的一个重要组成部分，由南非交通部出版，第一版发表于1985年，1996年版为现行标准。
南非《城市间与乡村道路柔性路面结构设计规范》提出了城市间与乡村道路柔性和半刚性路面结构设计与选择的方法，基于不同的道路服务目标，划分了四个不同道路类型，充分体现了交通类型、行车质量和安全标准的不同要求。其路面结构设计过程中考虑了服务目标、道路类型、寿命期决策、交通荷载轴谱、路面材料与性能、环境条件、工艺要求等诸多因素，最终设计结果的确定依据路面类型、要求的寿命周期决策以及经济分析结果和15年间的重车模拟实验成果。
南非道路类型根据道路的服务目标和功能性服务水平，分为A、B、C和D四级标准，其中A级与我国的高速公路标准相接近。南非与美国等国家对标准轴载的规定相同，即80kN，法定最大允许荷载为88kN。在路面结构设计中，一般车辆荷载谱应转化为等效标准轴载，针对不同设计目标、路面结构类型与组成，相同交通量可能转化为不同的等效轴载次数。
南非基本上采用4种主要路面组成类型：粒料、水泥稳定类、沥青类和水泥混凝土基层路面，各种路面类型由于不同维修改建对策和不同环境条件表现出不同的结构性能。南非对不同等级的道路类型推荐了路面基层和底基层类型，如下表：
路面基层与底基层类型
道路分类与交通等级
基层
底基层
A
ES100
ES3
碎石
碎石
×
√
水泥稳定
√
√
沥青混和料
碎石
√
√
水泥稳定
√
√
水泥稳定类
碎石
×
×
水泥稳定
×
×
注：√ 为推荐；× 为不推荐。
路面基层与底基层类型
道路分类与交通等级
基层
底基层
B
ES10
ES3
ES1
碎石
碎石
√
√
√
水泥稳定
√
√
√
沥青混和料
碎石
√
√
×
水泥稳定
√
√
×
水泥稳定类
碎石
×
×
×
水泥稳定
√
√
√

路面基层与底基层类型
道路分类与交通等级
基层
底基层
C与D
ES3
ES1
＜ES0.3
碎石
碎石
√
√
√
水泥稳定
√
√
√
沥青混和料
碎石
√
×
×
水泥稳定
√
×
×
水泥稳定类
碎石
×
×
√
水泥稳定
√
√
√
南非现行沥青路面设计规范采用路面结构表进行设计，路面结构表涉及路面可靠度概念。路面结构设计查表法与其他现行设计方法相结合，加之设计者对各种方法的个人经验和理解，将得到良好的结果。
南非力学设计法采用线弹性理论确定路面结构各层不同位置的理论应力与应变，并表现为与荷载作用相关的不同材料类型下的早期破坏，相关规律可通过重车模拟实验测定。这一方法可用于各类材料与路面类型，现行路面查表设计法是以此方法为基础并考虑适当的设计可靠度而提出的。

南非推荐路面结构表一
道路类型（A）
路面等级与设计承载能力（80kN 轴次/车道）
ES10 (3-10)*106
ES30 (10-30)*106
ES100 (30-100)*106
粒料基层
4cm 沥青层
5cm 沥青层
5cm 沥青层
15cm 级配碎石
15cm 级配碎石
15cm 级配碎石
25cm 水泥稳定碎石
25cm 水泥稳定碎石
30cm 水泥稳定碎石
水结碎石基层
4cm 沥青层
5cm 沥青层
——
15cm 水结碎石
15cm 水结碎石
——
12cm 水泥稳定碎石
15cm 水泥稳定碎石
——
12cm 水泥稳定碎石
15cm 水泥稳定碎石
——
沥青类基层
4cm 沥青层
4cm 沥青层
5cm 沥青层
9cm 沥青稳定碎石
12cm 沥青稳定碎石
18cm 沥青稳定碎石
30cm 水泥稳定碎石
40cm 水泥稳定碎石
45cm 水泥稳定碎石
南非推荐路面结构表二
道路类型（B）
路面等级与设计承载能力（80kN 轴次/车道）
ES1 (0.3-1)*106
ES3 (1-3)*106
ES10 (3-10)*106
粒料基层
双层沥青表处
3cm 沥青层
4cm 沥青层
15cm 天然碎石
15cm 级配碎石
15cm 级配碎石
15cm 水泥稳定碎石
15cm 水泥稳定碎石
20cm 水泥稳定碎石
水结碎石基层
双层沥青表处
3cm 沥青层
4cm 沥青层
12.5cm 水结碎石
12.5cm 水结碎石
12.5cm 水结碎石
15cm 天然碎石
15cm 水泥稳定碎石
12.5cm 水泥稳定碎石
——
——
12.5cm 水泥稳定碎石
沥青类基层
——
3cm 沥青层
3cm 沥青层
——
8cm 沥青稳定碎石
8cm 沥青稳定碎石
——
20cm 水泥稳定碎石
30cm 水泥稳定碎石

南非推荐路面结构表三
道路类型（C）
路面等级与设计承载能力（80kN 轴次/车道）
ES0.3 (0.1-0.3)*106
ES1 (0.3-1)*106
ES3 (1-3)*106
粒料基层
双层沥青表处
双层沥青表处
双层沥青表处
12.5cm 天然碎石
12.5cm 天然碎石
15cm 级配碎石
12.5cm 水泥稳定碎石
12.5cm 水泥稳定碎石
15cm 水泥稳定碎石
水结碎石基层
双层沥青表处
双层沥青表处
双层沥青表处
10cm 水结碎石
10cm 水结碎石
12.5cm 水结碎石
12.5cm 水泥稳定碎石
15cm天然碎石
10cm 水泥稳定碎石
从上述表中可以看出，对于重交通量的路段，一般都采用15～20cm的级配碎石基层，而水泥稳定碎石等半刚性基层作为下卧层放在级配碎石层下面，厚度25～40cm，强度为1.5-3Mpa。除了沥青类基层之外，半刚性基层很少与沥青面层直接接触。同时沥青面层的厚度非常薄，只有4～5cm。
通过考察，南非路面沥青结合料主要是高掺量（20%左右）废轮胎橡胶粉加入沥青中形成的橡胶沥青。路面结构特点为强基薄面式结构，路基顶面60-100cm范围内，采用冲击压实设备进行超强压实。路面养护以橡胶沥青碎石封层为主要养护方案。
采用橡胶沥青可以有效减薄路面厚度，明显提高抗车辙能力，在南非实地修建的对比试验路表明，25mm的橡胶沥青路面，其效果等同于75mm正常的沥青路面(AC结构)，与Superpave路面相比较，其效果也最佳。通过实际验证，采用橡胶沥青的路面使用寿命也延长8～9年。目前南非的高速公路路面已全部使用橡胶沥青混合料。
（五）国内橡胶沥青的发展情况
我国对橡胶沥青的研究主要在上世纪八十年代，对橡胶沥青的生产方法和性能进行了实验室研究，在江西、湖北、四川、北京、辽宁等地也相继铺设了试验路段。已有的实践同样证明,用胶粉改性沥青铺设的公路,可以减少路面龟裂和软化,路面不易结冰和打滑,提高了行驶安全性,还可以提高路面寿命,比一般的沥青路面的使用寿命至少提高了 1倍，但由于一些关键问题并未解决，在2000年以前，研究仅仅停留在试验路阶段，未有工业化生产和应用。
自2002年以来，橡胶沥青的研究及应用进入了一个崭新的阶段，全国很多地区开始大规模铺筑试验路段，特别是2007年，全国有超过100公里的路段铺筑了橡胶沥青，应用范围也拓展到高速公路，呈现了前所未有的新局面，掀起了新一轮研究及应用的高潮。
（六）国内废橡胶粉生产现状
经过多年的努力,近年来我国在废橡胶粉碎技术、设备和工艺上都取得了重大突破。常温粉碎法、低温冷冻法、化学法粉碎等新技术相继诞生，并可大规模生产价格低廉的、胶粉粒子尺寸为80—200目的精细胶粉。据不完全统计，到2000年底，全国有胶粉生产企业43家，生产能力已达15万吨，其中生产规模超万吨的企业有5家，胶粉产量由1995年的6000吨，到2000年发展到5万吨。
废轮胎及橡胶粉的生产也由原来的分散收集与生产，逐渐形成集散地式的集中收集与生产，到2007年已经形成了三大集散地，即山东邹平、河北玉田、山西汾阳三个地区，但橡胶粉的生产仍未摆脱规模小的状况，橡胶粉的生产厂家众多，数量已经达到数百家，但多数产量均在1000-2000吨，生产规模超过万吨的企业仍然不到十家。
用于橡胶沥青生产的废橡胶粉目数一般在20-40目左右，均采用常温粉碎法生产，原料一般多来源于斜交胎及子午胎，对灰份、含水量、纤维含量、钢丝含量等有一定的要求。目前，废橡胶粉的产量及质量可以满足橡胶沥青生产的要求。
2、市场需求分析
橡胶沥青与SBS改性沥青相比，有着明显的优势，性能上主要体现在沥青混合料上，低温抗裂性能及高温抗车辙能力明显优于SBS改性沥青混合料，道路使用寿命也会有显著提高，且橡胶沥青价格可降低在5-10%左右，同时可减薄路面厚度，因而道路的工程成本可适当降低。
政策方面，我们国家正着力构建环境友好型资源节约型社会，会相继出台相关政策，辽宁省交通厅对橡胶沥青也非常重视，于2007年在辽宁省本溪市铺筑了两条试验路，计划在2008年再铺筑几条试验路，并在适当时机进行推广应用。
就辽宁省而言，普通公路每年需要改性沥青约为5万吨，高速公路的需求也大体相当，即总需求约为10万吨，且呈增长趋势。橡胶沥青因其优越的性能及性价比优势，会在未来占有辽宁省的大部分市场份额，以80%市场份额计算，则为8万吨左右，可见本地市场需求巨大，以200元/吨利润计算，每年至少可创造1600万元左右的利润。
国内市场的需要正处于上升期，正面临着爆发期的到来，需求量更是大得惊人，橡胶沥青完全可以参与省外市场的竞争，并占有一定的市场份额，其市场前景是相当光明的，在未来的发展中完全可以成就一个新的科技产业，为辽宁老工业基地的全面振兴做出一定的贡献。
三、 主要攻关内容及技术路线（技术可行性分析）
（一）研究目的
1、提出路基（包括原地面处置）的设计和施工控制参数及相应的质量评定方法和技术标准；
2、提出橡胶沥青应用于不同交通量和区域的基层设计和施工技术参数和控制指标；
3、提出橡胶沥青的生产工艺和质量评定方法及相应的技术标准；
4、提出橡胶沥青混合料的设计方法和施工工艺，以及相应原技术评定和质量控制参数；
5、研究将橡胶沥青技术应用于道路养护，如薄层罩面（3cm橡胶沥青混凝土路面）及开普封层（橡胶沥青碎石封层+微表处）等方面；
6、提出橡胶沥青作为应力吸收层应用于连接层、碎石封层及桥面防水层等方面的技术控制指标，并制定橡胶沥青的适用范围；
7、开发出价格较低的橡胶沥青生产和施工设备；
8、通过试验路的铺筑，确定采用橡胶沥青的路面结构，提出辽宁省橡胶沥青技术应用指南。
（二）研究内容
1、通过国内外调研和室内试验，系统学习和掌握南非橡胶沥青路面结构设计和施工技术；
2、通过室内试验及橡胶沥青的生产，对橡胶沥青生产工艺和质量控制标准进行研究；
3、通过室内试验及橡胶沥青试验路的铺筑，对橡胶沥青混合料及其路用性能进行研究；
4、通过橡胶沥青的生产及试验路铺筑，试验路包括新建路面及改扩建路面、旧路罩面、开普封层，研究及及确认橡胶沥青用于沥青路面养护可行性及适用范围，并对国内外设备调研，研究生产及施工设备国产化的可行性；
5、参照南非经验及结合辽宁省的实际，研究及确定橡胶沥青路面结构的设计方法；
6、橡胶沥青作为应力吸收层，应用于连接层、碎石封层及桥面防水层的研究；
7、确定橡胶沥青的适用范围，编制橡胶沥青应用技术指南。
（三）拟解决的关键技术问题
1、橡胶沥青路面结构设计和施工技术；
2、橡胶沥青养护技术；
3、橡胶沥青生产工艺和质量控制标准；
4、橡胶沥青的适用范围及提出技术指南。
（四）产品技术特点、创新性和自有知识产权情况
本项目研制的橡胶沥青产品为一种新型路用材料，其性能上主要体现在路用上，低温抗裂性及高温抗车辙能力明显提高，采用独特的快速升温方法，然后经过快速剪切，混合搅拌，再溶胀的特殊工艺；创新性主要体现在利用废弃轮胎，有效地利用了资源，并可节约石油相关产品SBS的消耗量，对节约资源有着重要意义，且在利用废弃资源的同时，有效地解决了环境污染问题；创新性还体现在将橡胶沥青用于寒冷地区的公路建设，且可有效解决寒冷地区路面低温易裂的问题。
（五）产品技术性能水平与国内外同类先进产品的比较
与国外同类先进产品相比，生产效率明显高，生产周期缩短1/3左右，生产效率提高1/2左右，且生产出的橡胶沥青产品性能更加稳定，储存时间会得到保障，基本稳定在6-9小时范围内（国外同类产品不稳定，且储存时间最多在6小时）。
（六）项目单位及技术依托单位或合作单位的研究开发实力
本单位拥有各类工程技术人员115人，其中研究员、教授级高工有8人，高级工程师21人，工程师及以下人员为86人，配有专门的研发中心及试验检测中心，先后承担了交通部联合攻关课题（同步碎石封层技术研究）1项，交通部西部项目（SEAM沥青混合料研制及应用）1项，辽宁省交通厅立项课题（SBR改性乳化沥青的研制及应用、SBS改性沥青的研制及应用、常温沥青混合料的研制及应用、高速公路稀浆封层技术研究、同步碎石封层技术研究、废胶粉改性沥青的研制及应用、稀浆封层用高性能乳化剂研究）7项，并具有专门的改性沥青生产基地，年生产能力在10万吨以上，且具有专业的施工队伍，可承担相关试验路的铺筑工作。
四、 现有工作基础和条件
本项目先期已经开展了一些工作，已经进行了调研工作，对国内四川、广东、江苏、天津及黑龙江等省区进行了实地调研，并组织专业技术人员及专家团队赴美国及南非进行实地考察；进行了室内试验，对工艺路线及配方进行了专题研究；2007年在辽宁省本溪铺筑了两条试验路，并进行了跟踪观测，目前路用性能良好。
五、 申请人基础条件（包括主要研究成果）；
沈阳三鑫集团有限公司成立于1998年，为国有控股企业，隶属于辽宁省交通厅公路管理局，业务范围包括沥青路面维修与养护（稀浆封层、碎石封层、沥青路面冷再生、沥青路面热再生）、交通工程、公路工程监理咨询、路用材料生产（改性沥青、乳化沥青、乳化剂、粘结料、嵌缝料、常温沥青混合料）、公路机械设备销售、公路园林绿化等。
沈阳三鑫集团自1999年以来，先后承担了交通部、辽宁省交通厅的各类课题9项，其中交通部联合攻关课题（同步碎石封层技术研究）1项，交通部西部项目（SEAM沥青混合料研制及应用）1项，辽宁省交通厅立项课题（SBR改性乳化沥青的研制及应用、SBS改性沥青的研制及应用、常温沥青混合料的研制及应用、高速公路稀浆封层技术研究、同步碎石封层技术研究、废胶粉改性沥青的研制及应用、稀浆封层用高性能乳化剂研究）7项；其中SBS改性沥青的研制及应用、高速公路稀浆封层技术研究、同步碎石封层技术研究荣获辽宁省科技进步三等奖。
沈阳三鑫集团于2002年开始，对废橡胶粉改性沥青进行立项研究，并于2004年及2007年在辽宁省交通厅专题立项研究橡胶沥青技术。
从2006年开始，受辽宁省交通厅及辽宁省公路管理局的委托，对橡胶沥青技术及橡胶沥青生产设备开展全面调研，先后到江苏、四川、广东、天津及黑龙江等地进行国内调研，并于2007年5月份与辽宁省交通厅专家组到美国及南非进行实地技术考察，对国外及国内橡胶沥青研究及应用情况进行全面了解，对相关生产设备进行深入调研，取得了第一手的资料。
2007年6月至8月，在辽宁省本溪市铺筑了两条橡胶沥青试验路，在铺筑期间，对橡胶沥青的工艺路线及配方进行了专题研究，对橡胶沥青混合料的配合比设计进行了研究，并做了大量的室内试验，对橡胶粉及基质沥青的性能及特点也进行了专题研究，并对橡胶沥青的技术标准及要求进行了探讨。
六、实施方案（包括运行机制）；
（一）国内外调研
查阅有关国外技术资料，了解国内外有关橡胶沥青的基本理论，以及橡胶沥青不同的制备方法及工艺；组织人员到国内应用较好的地区实地调研，对国内目前发展状况全面了解及掌握，为室内试验及试验路做好充分准备；组织专家组到国外橡胶沥青应用成熟地区考察，了解橡胶沥青的发展状况及动态，为橡胶沥青的应用收集足够的素材，派专业技术人员重点到南非考察，全面了解南非橡胶沥青的应用情况及相关信息，包括“强基薄面”理论的应用实践、设计方法及施工方法。
（二）路基研究
主要对土基回弹模量进行研究，提出提高土基回弹模量的设计和施工方法有利于减薄路面结构的总厚度。
1、南非路面设计方法中基础的习惯做法
南非路面设计中将道路分为A（主要城间高速公路及乡村道路）、B（城间干道，乡村道路）、C（轻交通乡村道路，战备路）、D（乡村支路）四个等级。其中A、B、C级道路基础采用150G7（碎石土，最小CBR为15%，最大粒径2/3层厚，土的塑性指数PI<12,最大膨胀率1.5%）+150G9（碎石土，最小CBR为7%，最大粒径2/3层厚，土的塑性指数PI<12,最大膨胀率1.5%）+ G10（碎石土，最小CBR为3%，最大粒径2/3层厚）的结构组合;D级道路基础采用150G9+ G10的结构组合。
2、对我省在建高速公路进行调研
高速公路路床范围压实度≥96%指标较高，了解和掌握在建项目路基顶面回弹模量情况对课题进行具有指导意义。现场调研本溪至辽中高速公路、铁岭至阜新高速公路、阜新至朝阳高速公路，选取不同填方高度的路堤段、挖方段和零填挖路段收集土基回弹模量、对应填料类型、填料CBR值等基础数据，对所获数据进行分析和整理。
3、提出适合于橡胶沥青路面的土基回弹模量的建议值，拟定路基顶面回弹模量达到70-80Mpa。
4、根据调研情况采取措施提高土基回弹模量
a)选取试验路段，提高路床范围路基填料的最小强度（CBR）和压实度，实测路基顶面回弹模量能否达到路面设计要求回弹模量70-80Mpa。
b)提高上路堤范围路基填料的最小强度（CBR）和压实度，实测路基顶面回弹模量能否达到路面设计要求回弹模量70-80Mpa。
c)改善路基压实施工工艺，提高路基顶面回弹模量。可采用冲击式压实的方法进行施工。结合现场情况分别选取不同填方高度的路堤段、挖方段和零填挖路段作为路基试验段，并选取软弱地基路段和正常地基路段进行对比试验。试验过程中对冲击碾压的厚度按2米一级、4米一级和路基顶面冲击压实做对比试验，同时针对不同的路基填料、地基情况、冲击压实机具、冲击碾压遍数进行现场组合试验。主要对比试验检测内容包括沉降量、压实度、填料的物理力学参数、弯沉和承载力。根据现场试验数据进行分析和理论计算，对土基回弹模量的增长规律进行验证。根据不同路面荷载的传递及影响深度，归纳总结出不同路基填料、不同地基情况、不同路基填土高度、不同冲击压实厚度、不同冲击碾压遍数、不同重量的冲击压实机具对不同深度路基的回弹模量提高效果，总结出冲击压实的影响深度及其对提高路基回弹模量的有效方法，进而总结出一套适合于辽宁地区公路施工的冲击压实技术指导办法，能有效的提高路基回弹模量和减小路面设计厚度。
（三）路面结构设计
根据南非的设计规范，在重载交通条件下，路面结构一般采用粒料基层、沥青类基层和水结碎石基层，同时对土基顶面填料的CBR值有一定的要求。粒料基层的典型结构一般为5cm沥青面层+15cm级配碎石基层+30cm水泥稳定碎石半刚性底基层，根据土基干湿类型，底基层厚度可以进行调整；沥青类基层的典型结构为：5cm沥青面层+18cm热沥青混合料基层+45cm水泥稳定碎石半刚性底基层；水结碎石基层的典型结构为：5cm沥青面层+15cm水结碎石基层+30cm水泥稳定碎石半刚性底基层。
从上述结构中可以看出，南非路面倒装结构采用的比较多，薄沥青层下面直接设置半刚性基层的结构一般仅在中等交通量的条件下应用，而面层结构均较薄，一般只有5cm。
根据南非的经验，在提高土基回弹模量要求的基础上，我们将对上述结构进行理论分析和试验室室内模拟验证，分析路面结构的合理性。基于橡胶沥青及橡胶改性沥青良好的弹性和抗拉性能，允许橡胶沥青结构层底面出现拉应力，从而达到减薄面层厚度的目的。在进行结构设计时，可以采用单层或双层沥青面层结构；采用级配碎石柔性基层、沥青稳定碎石基层等不同的路面结构组合，进行分析和验证，并铺筑试验路进行观测，最后提出一定交通量要求情况下的橡胶沥青路面合理结构。
由于南非采用沥青混合料基层的结构与我国现行规范结构相差不大，因此分析时，主要选择南非较薄面层厚度的粒料基层组合进行验证。拟定如下三种结构，以评价不同面层和基层厚度对结构的影响。
结构一：
5cmAC-16型中粒式橡胶沥青混凝土表面层；
15cm级配碎石基层；
35cm水泥稳定碎石底基层；
土基：回弹模量要求不低于70MPa。
路面总厚度55cm。
结构二：
4cmAC-16型中粒式橡胶沥青混凝土表面层
5cmAC-20型中粒式沥青混凝土下面层；
15cm级配碎石基层；
20cm水泥稳定碎石底基层；
土基：回弹模量要求不低于70MPa。
路面总厚度44cm。
结构三：
5cmAC-16型中粒式橡胶沥青混凝土表面层；
15cm级配碎石基层；
20cm水泥稳定碎石底基层；
土基：回弹模量要求不低于80MPa。
路面总厚度40cm。
（四）材料选择
1、沥青的选择
选取几种产地不同（如辽河欢喜岭、中海-361）、型号不同（AH-50、AH-70、AH-90）的基质沥青，选取一种20-30目废橡胶粉，在试验室制备出橡胶沥青，检测其各项性能指标（包括胶结料及混合料指标），并对各项性能指标进行比较，从中选择性能指标最好的基质沥青。
2、橡胶粉的选择
从专业橡胶厂家得到子午胎、斜交胎、900胎的橡胶原料，粉碎成橡胶粉，制备橡胶沥青，检测胶结料指标及混合料指标，对不同橡胶粉对橡胶沥青的性能进行深入研究，选取各项性能指标较好的橡胶粉作为备选橡胶粉。
3、橡胶粉用量的选择
选取不同掺量的橡胶粉，制备橡胶沥青，橡胶粉掺量选定在17-23%之间，检测胶结料指标及混合料指标，对橡胶沥青及其混合料性能进行研究，确定橡胶粉的用量范围。
4、橡胶粉粒径的选择
选取20目至60目（根据具体情况确定目数范围）不同粒径的橡胶粉制备橡胶沥青，检测胶结料指标及混合料指标，对橡胶沥青及其混合料性能进行研究，确定合适的粒径范围。
5、石料的选择
取省内各种不同的石料，包括石灰岩、玄武岩、花岗岩等，分别按固定的级配（间断级配）与橡胶沥青进行混