尹以高，李美華

（1.廣西交通科學(xué)研究院，廣西 南寧 530007；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007）

0 引言

廢舊胎粉用于制備橡膠瀝青，作為新型路面材料應(yīng)用于道路工程，不僅節(jié)能環(huán)保，而且能降低路面噪音并減薄瀝青路面厚度，提高瀝青路面高溫穩(wěn)定性、抗疲勞和抗低溫開裂等路用性能；適應(yīng)我國當(dāng)前公路建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的需求，符合我國當(dāng)前建設(shè)節(jié)約型社會(huì)和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策。

目前常用瀝青的高溫穩(wěn)定性、耐老化性和耐久性較差；傳統(tǒng)的橡膠瀝青技術(shù)在一定程度上改善了瀝青的路用性能，但同時(shí)仍存在高溫加工容易老化、高溫貯存穩(wěn)定性差、容易沉淀離析造成質(zhì)量不穩(wěn)定的缺陷，而且膠粉利用率低，不能對(duì)膠粉進(jìn)行充分合理的利用。

本研究從橡膠瀝青的原材料——膠粉的改性出發(fā)，通過對(duì)膠粉的活化改性進(jìn)而制備干法橡膠瀝青材料，從而提高橡膠瀝青的總體性能。主要內(nèi)容包括：膠粉改性機(jī)理的研究，干法橡膠瀝青的制備方法，干法橡膠瀝青混合料的性能測試和性能研究。

一般認(rèn)為，干法橡膠瀝青比濕法橡膠瀝青能夠消耗更多的橡膠粉，但對(duì)瀝青的改性效果不如濕法，而且瀝青混合料的性能也不如濕法混合料穩(wěn)定。本研究通過對(duì)膠粉的活化改性，強(qiáng)化了膠粉對(duì)瀝青的改性效果，既能發(fā)揮干法大量摻入膠粉的優(yōu)點(diǎn)，又能提高其瀝青混合料的綜合性能，在提高廢胎膠粉的利用率，發(fā)揮改性膠粉制備的橡膠瀝青獨(dú)特的路用性能方向具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

普通膠粉，廣西交通科學(xué)研究院新材料公司產(chǎn)品。

改性膠粉，廣西交通科學(xué)研究院廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制。

基質(zhì)瀝青，中石油東海70＃瀝青。

粗集料采用輝綠巖，細(xì)集料采用石灰?guī)r，ARAC－13級(jí)配。為了便于進(jìn)行性能對(duì)比，油石比采用5.2%，膠粉／瀝青材料按混合料重量的0.3%添加。

采用礦料加熱溫度170℃，拌和溫度和養(yǎng)生溫度160℃，基質(zhì)瀝青溫度加熱溫度155℃，擊實(shí)成型溫度150℃～155℃，干拌時(shí)間5min，養(yǎng)生時(shí)間為2h的制備工藝，相對(duì)濕法橡膠瀝青混合料的制備溫度降低了10℃～20℃，可以體現(xiàn)干法橡膠瀝青混合料溫拌效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 干法膠粉的改性機(jī)理

目前，國內(nèi)外對(duì)橡膠瀝青材料進(jìn)行了廣泛研究，集中在改性方法和改性機(jī)理，廢胎膠粉改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和流變性、橡膠瀝青材料的高溫性能、抗老化性能等［1－7］；一般認(rèn)為橡膠瀝青改性以物理共混為主，但過程中存在著脫硫、降解等化學(xué)反應(yīng)，隨著共混時(shí)間的延長，化學(xué)作用越明顯［8］。

由于膠粉和瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及分子量的差異很大，二者的相容性很差，直接混合很容易發(fā)生離析，通常需要對(duì)膠粉進(jìn)行化學(xué)改性。

圖1 膠粉的交聯(lián)結(jié)構(gòu)圖

改性的方法主要有力化學(xué)法和熱剪切法，前者是膠粉在機(jī)械力和化學(xué)助劑的共同作用下，發(fā)生裂解；后者在熱和機(jī)械剪切力的共同作用下，膠粉分子中C－S鍵和S－S鍵分別發(fā)生斷裂，生成具有高反應(yīng)活性的－SH基團(tuán)。由 于 C－S 鍵、S－S 鍵、C－C 鍵 的 鍵 能 分 別 為289kJ／mol、268kJ／mol、345kJ／mol，可 知 在 同 樣 條 件下，S－S鍵最容易發(fā)生斷裂，C－S鍵次之，C－C較難發(fā)生斷裂。反應(yīng)式見圖2：

圖2 改性膠粉制備過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)圖

改性膠粉的－SH基團(tuán)進(jìn)一步與瀝青的活性基團(tuán)（碳碳雙鍵、碳硫鍵）反應(yīng)，完成交聯(lián)，見圖3。

圖3 改性膠粉與瀝青發(fā)生的交聯(lián)反應(yīng)圖

橡膠瀝青混合料的制備有干法和濕法之分。濕法是先將廢膠粉與瀝青混合，形成橡膠粉改性瀝青，然后把橡膠粉改性瀝青與集料進(jìn)行熱拌，制成混合料；干法是先將橡膠粉加入到集料中，形成的混合集料再與瀝青進(jìn)行熱拌，制成混合料。此過程生產(chǎn)的改性瀝青一致性差，是把廢膠粉當(dāng)作填料使用。

近年來，廣西交通科學(xué)研究院廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室致力于改性瀝青和改性膠粉的研究和應(yīng)用，成功對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化；根據(jù)上述膠粉改性機(jī)理研制出系列改性膠粉，不僅適用于濕法橡膠瀝青，而且成功用于制備性能穩(wěn)定的干法橡膠瀝青，并進(jìn)行了路用性能驗(yàn)證。

2.2 干法橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性

為了評(píng)價(jià)干法橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，分別對(duì)改性膠粉摻量為35%、30%和25%的橡膠瀝青混合料進(jìn)行了70℃車轍試驗(yàn)，同時(shí)為了對(duì)比，也對(duì)普通膠粉25%摻量的橡膠瀝青混合料進(jìn)行了性能檢測，檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 干法橡膠瀝青混合料70℃車轍試驗(yàn)結(jié)果表

由表1可知，在車轍試驗(yàn)溫度70℃的情況下，30%和35%膠粉摻量的橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定和相對(duì)變形量相當(dāng)，動(dòng)穩(wěn)定度8 000次／mm以上。25%膠粉摻量的橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度相對(duì)較低，為5 000次／mm以上，與25%普通橡膠粉摻量的橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度和相對(duì)變形量相當(dāng)。

干法橡膠瀝青混合料中由于改性膠粉在高溫下仍然具有良好的彈性變形能力，發(fā)揮橡膠材料獨(dú)特的柔韌性和高溫勁度，使得瀝青在高溫條件下更不易發(fā)軟，降低橡膠瀝青混合料的剩余形變累積，從而提高混合料的高溫穩(wěn)定性。

2.3 干法橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)定性

水損害是瀝青路面的主要病害之一。除了水份侵蝕和荷載的外因作用，瀝青混合料的抗水損害能力是決定瀝青路面的水穩(wěn)定性的根本因素。分別對(duì)改性膠粉摻量為35%、30%、25%和普通膠粉摻量為25%的橡膠瀝青混合料進(jìn)行了浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)干法橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，見表2～3。

表2 干法橡膠瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果表

表3 干法橡膠瀝青混合料的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表

由表2～3可知，每種膠粉摻量的橡膠瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度都較高，均符合技術(shù)要求（≥85%）。凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比均符合技術(shù)要求（≥80%），混合料表現(xiàn)出良好的柔韌性，沒有出現(xiàn)低溫脆性破壞；30%膠粉摻量的橡膠瀝青混合料相對(duì)較低，但是改性膠粉摻量為35%、30%、25%的橡膠瀝青混合料凍融前的劈裂強(qiáng)度（低溫抗裂性）都比25%普通膠粉摻量的橡膠瀝青混合料的高。

表2～3的結(jié)果表明，改性膠粉提高了瀝青混合料的水穩(wěn)定性，很可能是因?yàn)楦男阅z粉能更好地發(fā)揮對(duì)瀝青的改性作用，強(qiáng)化橡膠瀝青對(duì)集料的粘附作用，充分裹附礦料。

2.4 膠粉摻量對(duì)瀝青混合料性能的影響

分別對(duì)改性膠粉摻量為35%、30%、25%的橡膠瀝青混合料進(jìn)行了50℃浸水漢堡車轍試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)干法膠粉摻量對(duì)橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4～6所示。

漢堡車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參考山東近幾年的漢堡車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法：（1）在輪碾10 000次時(shí)是否出現(xiàn)剝落拐點(diǎn)，當(dāng)剝落拐點(diǎn)＜10 000次時(shí)，瀝青混合料水穩(wěn)定性能較差；（2）碾壓20 000次時(shí)，車轍深度≤10mm。

圖4 35%改性膠粉摻量的橡膠瀝青混合料輪轍試驗(yàn)曲線圖

圖5 30%改性膠粉摻量的橡膠瀝青混合料輪轍試驗(yàn)曲線圖

圖6 25%改性膠粉摻量的橡膠瀝青混合料輪轍試驗(yàn)曲線圖

由圖4～6的漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果可知，改性膠粉摻量為35%、30%和25%的橡膠瀝青混合料的輪轍變形曲線未出現(xiàn)拐點(diǎn)，碾壓次數(shù)為10 000次時(shí)，車轍深度分別為2.53mm、2.60mm和3.60mm，均＜4mm；碾壓次數(shù)為20 000次時(shí)，車轍深度分別為3.09mm、3.27mm和4.64mm，均＜5mm，車轍深度較小，說明改性膠粉三種摻量的瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗水損能力都良好。

對(duì)比三種膠粉摻量的橡膠瀝青混合料的輪轍深度可知，隨著膠粉摻量的增加，10 000次和20 000次的輪轍深度逐漸減小，由此說明在保證干法橡膠瀝青混合料壓實(shí)性能的情況下，膠粉摻量越高，高溫穩(wěn)定性越好。這可能跟膠粉中抗老化劑有關(guān)，膠粉摻量越高，抗老化劑的含量越高。

3 結(jié)語

（1）車轍試驗(yàn)溫度70℃的情況下，30%和35%膠粉摻量的橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度和相對(duì)變形量相當(dāng)，動(dòng)穩(wěn)定度8 000次／mm以上，高于普通橡膠粉25%摻量的橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度。

（2）每種改性膠粉摻量的橡膠瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度都較高，均符合技術(shù)要求。凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比均符合技術(shù)要求，改性膠粉摻量為35%、30%、25%的橡膠瀝青混合料凍融前的劈裂強(qiáng)度都比普通膠粉25%摻量的橡膠瀝青混合料的高。

（3）漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果表明改性膠粉制備的橡膠瀝青混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性和抗水損性能。

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