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图3.3改性机理物理模型
废胎胶粉加入沥青后，吸收沥青的轻组分而溶胀。废胎胶粉不断溶胀的同时，其表面的高分子链段可以扩散到沥青中，也有少数残链高分子和链长度较短的高分子脱离废胎胶粉而溶解于沥青中。扩散到沥青中的高分子链被沥青中起溶剂作用的沥青轻质组分所饱和，同时，这部分起溶剂作用的沥青轻质组分进入了废胎胶粉的高分子网络。扩散到沥青中的高分子链和起溶剂作用的沥青轻质组分构成了界面层。在分子力长程效应下，界面层的外围吸附了沥青中的胶质形成界面过渡层。界面层与沥青中胶团(沥青质和胶质)的外层胶质有亲和作用。这样，在高温下，由于沥青中分子热运动的作用，使沥青中的胶团与废胎胶粉表面的界面层通过界面过渡层紧紧的结合为一体。在胶粉表面结合处(节点)，胶团填补了废胎胶粉的网络结构，从而形成了废胎胶粉和沥青连续或相互交错的三维空间网络结构。
三维空间网络结构的“节点”在沥青中形成局部应力吸收中心，当外力作用时，先在网络“节点”周围产生应力剪切银纹，应力要克服网络“节点\的阻滞才能作用到沥青分子，表现出高温变形受阻和低温松弛能力的加强，从而改善废胎胶粉改性沥青的高温和低温性能。
值得注意的是：(1)上述改性沥青形成的三维空间网络结构是在废胎胶粉“合 理掺量¨隋况下，胶粉粒子缩短间距，使众多粒子通过界面层的长程效应而协同作用，形成成本—效能比最低的较好改性效果；(2)从废胎胶粉改性沥青的红外光谱上看，废胎胶粉的改性大多为物理改性，因此，三维网络结构的“节点”，它们之间的联系多由范德华力来缔结。范德华力是比化学键小得多的力，因而靠范德华力缔结的结构是比较脆弱的，因此废胎胶粉改性沥青不是稳定体系，其性
能品质呈现很强的时间依赖性与温度依赖性，长时间和高温下的储存都是不利的。 3.1.4废胎胶粉在沥青混合料中的机理分析
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以上均为由橡胶粉沥青混合料湿法工艺制备的胶粉改性沥青的机理研究。实际上橡胶粉沥青混合料有两种生产工艺：一种是湿法工艺，另一种是干法工艺。湿法工艺是指将废胎胶粉或颗粒与沥青混炼或混合形成橡胶沥青，然后作为黏结剂再与矿料拌和的工艺；干法工艺则是指将废胎胶粉与集料先行拌和共混后再喷入沥青混合料的工艺。
不论废胎胶粉以单独状态(干法)或以橡胶沥青状态(湿法)加入到沥青混合料中，均使得沥青混合料由一般的两相混合物(沥青和矿料)，转变为三相混合物(沥青、矿料和废胎胶粉)。由于混合料物相的变化，使得混合料技术性能发生了改变。其中的核心问题是废胎胶粉在沥青混合料中的作用机理。
废胎胶粉在沥青混合料中的作用机理与废胎胶粉与沥青的作用机理紧密相关。由于单独的废胎胶粉和矿料之间不能有效黏结，需要通过沥青介质将两者形成一个整体。因此无论是干拌工艺还是湿拌工艺，废胎胶粉在高温拌和过程中均会与沥青产生一定程度的反应。
之前介绍的废胎胶粉在沥青中产生了溶胀反应，废胎胶粉颗粒的体积增加若干倍，沥青中的轻质组分减少，沥青变得更加黏稠。这将导致沥青混合料产生两种性能变化：一是混合料弹性增加，二是混合料中沥青的用量增加。
混合料弹性的弹性增加是由于废胎胶粉本身具有弹性。弹性的增加可以缓解汽车荷载对路面的作用，从而达到改善路面的受力状态、延长使用寿命的目的，同时可以大大降低路面行车荷载的噪声，成为一种低噪声路面。这两点是国际上公认的橡胶沥青混合料的两大技术特点，其原理是混合料的“弹性增加”。另一方面，混合料的弹性程度并不是越大越好，超过某一界限时，就会造成混合料碾压不实、容易松散。为了避免这种现象的产生，废胎胶粉掺加的数量、类型需要进行选择，对于混合料的级配应选择断级配，而不宜选择连续级配。
沥青混合料因胶粉的掺加，需增大沥青用量，否则矿料表面的沥青膜将会减薄，影响混合料的耐久性。两种工艺，混合料的油石比都会不同程度的增大，相比较而言，湿拌工艺的沥青用量略高于干拌工艺，因为湿拌工艺时废胎胶粉与沥青反应更为充分。
对于干拌法工艺生产的沥青混合料，无论从反算、测试的胶粉密度，还是抽提后沥青性能的变化，都证明废胎胶粉对干拌法沥青混合料绝不是简单的物理填充作用H羽。湿拌法沥青混合料的沥青性能试验表明废胎胶粉对沥青的改性作用是客观存在的，但从微观照片和密度测试中，仍能看到废胎胶粉在橡胶沥青中单独存在的影子。因此，不宜以简单的物理、化学作用区分干拌法和湿拌法中废胎胶粉对沥青混合料的作用机理，相比较而言，干拌法沥青混合料的物理作用多一些，湿拌法的化学作用会明显一些。
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总之，废胎胶粉在沥青混合料中的作用是比较复杂的，概括起来分为物理作用和化学作用两方面，正是在这种双重作用下，使得废胎胶粉沥青混合料的受力特性发生了变化，赋予了废胎胶粉沥青混合料良好的降噪性能、减薄路面厚度的作用、抗高温性能和重载性能、抗疲劳性能。
本节对废胎胶粉和沥青的相互之间的物理、化学改性作用进行了分析，建立 了改性机理模型，并对废胎胶粉改性沥青的改性机理进行了阐述，并进一步探讨分析了废胎胶粉在沥青混合料中的作用机理。主要结论如下：
(1)废胎胶粉改性沥青的性能来自于胶粉与沥青的相互之间的物理、化学改性作用，物理改性主要体现在废胎胶粉的溶解、废胎胶粉对吸附溶胀、废胎胶粉颗粒的增强与填充作用：化学改性体现在相互作用后各自成分的变化(废胎胶粉的脱硫、解聚和沥青的胶体结构变化)及物质交换造成的成分变化(胶粉内化学物质进入沥青后对沥青的作用)。
(2)废胎胶粉改性沥青的改性机理可以解释为，沥青中的芳香分、饱和分等轻质组分被胶粉吸附到其高分子网络中，使胶粉发生溶胀。同时，其表面的高分子链和溶解其的沥青轻质组分在胶粉表面形成界面层，界面层吸附沥青中的胶质形成界面过渡层。通过界面过渡层，界面层对胶团中的胶质吸附使胶团填充于胶粉的网络结构，形成废胎胶粉和沥青连续或相互交错的三维空间网络结构。网络结构的节点可使沥青高温变形受阻和低温松弛能力加强，从而改善废胎胶粉改性沥青的高温和低温性能。
3.2橡胶沥青的制备方法
利用废胶粉改性石油沥青是解决废旧轮胎和橡胶制品回收利用问题的一个方向。橡胶粉在铺设路面、建筑物屋顶防漏敷料和各种防腐蚀密封胶方面获得了广泛应用。
聚合物沥青混合料(ПБК) 的性能决定于分散相粒子的尺寸和在沥青基质中的用量。当聚合物的用量最适宜、分散最好时, 聚合物沥青的物理机械性能指标也最好。在聚合物粒子的尺寸不大时, 分散相对混合料中的不可逆变形后产生轻微的影响, 当粒子尺寸增大并超过临界值时, 聚合物沥青混合料将出现分层倾向。
实践证明, 由于橡胶颗粒比较大，胶粉难以在沥青的烃基质中溶解, 因此, 沥青的溶解能力差。橡胶沥青的制备方法也影响了混合料的流变性能, 胶粉塑化的难度也较大, 所以, 目前对用硫化胶改性沥青的兴趣已大大减弱。
橡胶沥青的制备加工与一般的改性沥青的制备加工既有相似之处，也有明显的不同。两者都需要有专门的加工设备，在加工过程中均需要一定的反应过程。但由于橡胶粉与沥青反应的特殊性，在制备加工中，对加工高温度和加工方法、反应时间尤需强调。橡胶沥青的常用制备方法有湿法、干法和混合法三种，每种方法都有自己的特点和设备。
1.湿法
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湿法，即McDonald法。这是将CRM先在160℃—180℃的热沥青中拌和2小时，制成改性沥青悬浮液，所得到的混合物称为沥青橡胶（asphalt rubber），然后拌入混合料中。同济大学及江西、湖北、杭州的公路部门曾用来铺筑沥青混凝土磨耗层作养护或罩面，剂量一般为沥青的6%—15%。如果橡胶粉剂量太多，改性沥青的粘度太大，泵送有困难，所以从技术、经济的角度出发，橡胶粉的用量不宜超过沥青质量的20%。当橡胶粉改性沥青是使用于应力吸收膜时，橡胶粉剂量宜为25%—32%。
湿法制备改性沥青的工艺比较简单，不过改性效果与胶粉的细度关系很大，粒度越细，越易拌和均匀，且不易发生离析、沉淀现象，有利于管道输送或泵送。橡胶粉与沥青混溶过程中，可加入适量的活化剂，如多烷基苯酚二硫化物等，但量不能太多，否则会造成橡胶过度裂解，反而影响橡胶改性沥青的质量。据国外资料，如果将橡胶粉先经少许重油浸泡融涨，再与沥青混融，将有利于胶粉在沥青中的分散，提高改性沥青的效果。 2.干法
干法，即Piusride法。这是CRM直接喷入拌和锅中拌和而制备废胶粉改性沥青混合料的方法（剂量为混合料的2%—3%），所得到的混合料称为橡胶改性混合料，交通部重庆公路研究所曾与重庆市合作用来铺筑了试验路。上海交通轮胎翻修厂将废橡胶粉经活化处理制成活化胶粉，掺入沥青中，使之与沥青结合更为紧密，效果更好，但价格偏高，未在工程上应用。美国明尼苏达州在干法生产改性沥青时，橡胶粉的颗粒超过6mm，但对改性沥青的效果并不明显，仅仅是为了处理废橡胶轮胎。
3. 混合法
混合法是干法和湿法的混合方法，是先将废旧轮胎磨制成细胶粉,再将细胶粉与基质沥青混合、搅拌得到橡胶沥青；采用断级配集料,将集料进行筛分得到粗、细集料;胶粉与粗、细集料混合、搅拌均匀后加入橡胶沥青搅拌,最后加入矿粉搅拌混合制得产品。该方法结合了干、湿两种工艺,达到充分利用废旧轮胎和改善路用性能的目的;同时,沥青与沥青混合料的高、低温性能得到大幅改善,路面使用寿命延长,噪声降低。
一般来说，湿法橡胶粉改性沥青常用于填缝料、封层（应力吸收膜），也可用于热拌沥青混合料。干法的仅用于热拌沥青混合料。据报道CRM对沥青路面的高低温性能均有所改善，但日本专家认为，在日本，橡胶粉改性沥青路面的成功与失败大概各占一半。之所以失败，主要是橡胶粉使路面有弹性，碾压比较困难，由于压实不足使空隙率增大，所产生的负面影响抵消了橡胶粉改性沥青的效果。
近来，用湿法生产沥青橡胶的工艺又有了重大的改进，即橡胶粉混入沥青以后，不仅仅是简单的机械搅拌，而且还要通过高速剪切装置，如胶体磨的加工。由于橡胶粉在加工过程中得到了进一步的溶胀和粉碎，在沥青中的分散更加均匀，因而有更好
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的改性效果。
湿法橡胶改性沥青的生产，利用胶体磨的工艺，使它有可能与其他聚合物改性沥青混用，例如与SBS、PE、EVA等等混用成为综合改性沥青，这对于提高改性沥青的性能，更有效的使用废橡胶粉有很大的好处。不过，混进若干废橡胶粉以后，改性沥青的质量评价方法就必须考虑。因为，掺加的废橡胶粉是无论如何也粉碎不到像聚合物改性剂那样细的，因此对延度、软化点、弹性恢复等等反而有所降低。
3.3橡胶沥青的设计和制备工艺
在橡胶沥青生产过程中，由于在高温条件下，橡胶粉与沥青一直处于反应的不稳定态，为了确保橡胶沥青的生产质量，橡胶沥青的设计和制备工艺都有严格的要求。由于橡胶粉颗粒比较大，不会溶解在沥青中，常用于改性沥青加工的胶体磨设备并不适合橡胶沥青的生产。因此，国内外一般采用剪切和搅拌的工艺进行加工。本节将主要介绍橡胶沥青的设计和加工工艺。 3.3.1橡胶沥青的设计
与其它改性沥青生产一样，为了满足工程需要，橡胶沥青生产之前需要进行必要的结合料设计，又称配方设计。配方设计对提高橡胶沥青的性能有巨大的帮助，同时，基本每个项目都要根据不同的使用要求和原材料情况进行结合料的设计。
橡胶沥青结合料设计应与当地气候状况和交通水平相适应,根据美国加州运输部橡胶沥青特别条款要求,在开始施工的两星期前承包商应将橡胶沥青胶结料配方(规定指标的试验和原材料试验结果及橡胶沥青样品) 提交质监机构检验并批准。当前加州运输部橡胶沥青特别条款要求胶粉含量要达到总成品重量20 ±2% ,胶粉必须含有25 ±2%富含天然橡胶的胶粉和75 ±2%废轮胎胶粉,两种橡胶必须符合规定的物理化学要求,包括粒度、纤维含量和金属丝含量。废轮胎胶粉主要含有2mm～600μm的颗粒(No. 10～No.30筛孔) ,富含天然橡胶的胶粉要稍微细一些,通常为1.18mm～300μm。沥青改性剂为高闪点芳香烃化合物,胶粉要求按照沥青量的2.5%～6%掺加,AR—4000常作为基质沥青生产橡胶沥青。
大部分橡胶沥青生产后很快使用,但有时由于天气或其他因素影响施工,可能在高温下存放24小时,甚至更长,重要的是在使用时橡胶沥青性质要符合规范要求,特别是现场粘度,这就是说橡胶沥青性质随着时间变化应该保持相对稳定。结合料性质的稳定也有利于混合料生产、摊铺和碾压,因此一些承包商宁愿将他们用的不同的橡胶沥青设计在相对较窄的范围,例如2000～3000cP,以便在不同的工程上关键的施工操作能够按照一样的方式进行。
我国橡胶沥青生产之前，也同样应根据实际工程的技术要求进行相应的配方设计。比如:当橡胶沥青应用于应力吸收层、碎石封层或多空隙沥青混合料时，橡胶粉的颗粒可比较粗些，最大粒径达到10—20目；当其用于密实型混合料时，橡胶粉的粒
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