周健楠

(遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽市 110015)

橡膠粉復(fù)合改性瀝青配方及加工工藝研究

周健楠

(遼寧省交通科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 沈陽市 110015)

通過對SBS橡膠粉復(fù)合改性瀝青針入度、軟化點(diǎn)、5℃延度、175℃旋轉(zhuǎn)粘度、彈性恢復(fù)等指標(biāo)的研究，確定了SBS橡膠粉復(fù)合改性瀝青的配方及加工工藝。

橡膠粉；SBS；復(fù)合改性瀝青；加工工藝

在SBS改性瀝青中加入橡膠粉，能夠充分發(fā)揮SBS和橡膠粉兩種改性劑各自的優(yōu)勢，使各改性劑之間相互促進(jìn)和補(bǔ)充，不但可以提高瀝青的彈性，改善瀝青的高、低溫性能，還可以擴(kuò)大瀝青的使用溫度范圍。SBS橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗水損害能力，其抗老化性能和抗疲勞性能更優(yōu)于單純的SBS、橡膠粉改性瀝青混合料。

本文以90號道路石油瀝青作為基質(zhì)瀝青，將SBS、橡膠粉二者復(fù)合作為改性劑對基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，通過試驗(yàn)研究了SBS與橡膠粉不同摻量組合、不同穩(wěn)定劑和活化劑摻量、不同加工工藝對SBS橡膠粉復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)的影響。

1 原材料

(1)SBS

本次試驗(yàn)采用中國石化集團(tuán)巴陵石化分公司生產(chǎn)的YH-791H SBS。

(2)廢橡膠粉

本次試驗(yàn)采用遼寧瑞德公路科技有限公司生產(chǎn)的60目公路專用膠粉。

(3)添加劑

本次試驗(yàn)采用的添加劑為穩(wěn)定劑和活化劑。

(4)基質(zhì)瀝青

瀝青采用A級90號道路石油瀝青。

2 橡膠粉復(fù)合改性瀝青配方研究

2.1 橡膠粉和SBS摻量的確定

SBS和橡膠粉的摻量如表1所示。制備時先將基質(zhì)瀝青緩慢加熱至180℃，加入SBS，以5000r/min的轉(zhuǎn)速剪切20min后加入橡膠粉, 溫度調(diào)至185℃，以6000r/min的轉(zhuǎn)速高速剪切2h。制得的橡膠粉復(fù)合改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果見表2～表5。

表1 復(fù)合改性瀝青配制方案

表2 SBS摻量為1.5%時橡膠粉復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)

上述配方試驗(yàn)結(jié)果中，SBS摻量為1.5%時，橡膠粉摻量低時軟化點(diǎn)偏低，橡膠粉摻量高時復(fù)合改性瀝青粘度偏大；軟化點(diǎn)和粘度均較為合適的配方為SBS摻量2.0%、橡膠粉摻量18%、21%；SBS摻量2.5%、橡膠粉摻量15%、18%；SBS摻量3.0%、橡膠粉摻量12%、15%、18%。

表3 SBS摻量為2.0%時橡膠粉復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)

表4 SBS摻量為2.5%時橡膠粉復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)

表5 SBS摻量為3.0%時橡膠粉復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)

考慮到生產(chǎn)、施工和經(jīng)濟(jì)性推薦SBS橡膠粉復(fù)合改性瀝青中SBS摻量為2.0%，橡膠粉摻量為18%。2.2 外摻劑摻量的確定

(1)穩(wěn)定劑摻量的確定

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)加工SBS橡膠粉復(fù)合改性瀝青，SBS摻量2.0%，60目橡膠粉摻量18%，分別摻加0%、0.2%、0.4%的穩(wěn)定劑進(jìn)行對比試驗(yàn)，結(jié)果見表6。

表6 不同摻量穩(wěn)定劑的橡膠粉復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)

從表6可以看出，隨著穩(wěn)定劑摻量的增加，SBS橡膠粉復(fù)合改性瀝青各項(xiàng)指標(biāo)變化明顯，針入度、軟化點(diǎn)、5℃延度增大，175℃旋轉(zhuǎn)粘度、離析、軟化點(diǎn)差減小，彈性恢復(fù)變化不明顯。說明穩(wěn)定劑在控制離析、軟化點(diǎn)差(℃)的指標(biāo)上有很好的作用，基本上可以解決分散相(溶脹的橡膠粉和SBS)分散在分散介質(zhì)(瀝青)中的穩(wěn)定效果，同時對于降低復(fù)合改性瀝青粘度的作用也是很明顯的。因此為了提高復(fù)合改性瀝青的整體指標(biāo)性能，建議在橡膠粉復(fù)合改性瀝青中摻加0.4%的穩(wěn)定劑。

(2)活化劑摻量的確定

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)加工SBS橡膠粉復(fù)合改性瀝青，SBS摻量2.0%，60目橡膠粉摻量18%，分別摻加0%、0.03%、0.06%的活化劑進(jìn)行對比試驗(yàn)，結(jié)果見表7。

表7 不同活化劑摻量的橡膠粉復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)

由表7可以看出隨著活化劑摻量的增加，橡膠粉復(fù)合改性瀝青的針入度、175℃旋轉(zhuǎn)粘度減小，軟化點(diǎn)、5℃延度、彈性恢復(fù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，離析、軟化點(diǎn)差呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。綜合比較各項(xiàng)性能指標(biāo)，建議活化劑的摻量為0.03%。

3 橡膠粉復(fù)合改性瀝青加工工藝研究

為了研究橡膠粉復(fù)合改性瀝青的加工工藝，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)加工SBS橡膠粉復(fù)合改性瀝青，SBS摻量2.0%，60目橡膠粉摻量18%，摻加0.03%的活化劑、0.4%的穩(wěn)定劑，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)計(jì)了三種加工工藝，如下：

(1)基質(zhì)瀝青升溫至180℃，加入廢橡膠粉以5000r/min的速度高速剪切20min后，加入活化劑、SBS、穩(wěn)定劑，然后升溫至 185℃，以6000r/min的速度高速剪切2h。

(2)基質(zhì)瀝青升溫至180℃，在5000r/min的轉(zhuǎn)速下，加入SBS、廢橡膠粉、活化劑、穩(wěn)定劑，然后升溫至185℃，以6000r/min的速度高速剪切2.5h。

(3)基質(zhì)瀝青升溫至180℃，加入SBS以5000r/min的速度高速剪切20min后，升溫至185℃，加入活化劑、廢橡膠粉、穩(wěn)定劑，然后以6000r/min的速度高速剪切2h。

三種不同加工工藝的橡膠粉復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)見表8。

表8 不同加工工藝的橡膠粉復(fù)合改性瀝青性能指標(biāo)

綜合表8檢測指標(biāo)來看，幾種添加方式對復(fù)合改性瀝青的指標(biāo)沒有明顯的影響，但從實(shí)際制備過程中的工藝：

(1)工藝一：因先加膠粉經(jīng)溶脹后，瀝青混合物的粘度增大，體積膨脹明顯導(dǎo)致磨頭旋轉(zhuǎn)不充分，使SBS的加入變得些許困難，同時也影響研磨效果。

(2)工藝二：SBS和膠粉同時加入時，開始階段會導(dǎo)致兩者的攪拌不夠充分，因此SBS的作用效果不夠明顯，導(dǎo)致針入度相對大一些。

(3)工藝三：先加摻量少的SBS充分研磨發(fā)育后可以在瀝青中吸收輕組分膨脹而互相之間形成網(wǎng)格交聯(lián)的結(jié)構(gòu)；再摻加的膠粉對瀝青多余輕質(zhì)組分進(jìn)行吸附膨脹，增加瀝青的稠度，可穩(wěn)定地控制質(zhì)量指標(biāo)。因此，橡膠粉復(fù)合改性瀝青的加工工藝按工藝三控制。

4 結(jié)語

結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從制備難易和控制混合物質(zhì)量的角度考慮確定了SBS橡膠粉復(fù)合改性瀝青的制備工藝為：先摻加少量的SBS充分研磨發(fā)育后，再摻加橡膠粉對瀝青多余輕質(zhì)組分進(jìn)行吸附膨脹，增加瀝青的稠度，可穩(wěn)定地控制質(zhì)量指標(biāo)；根據(jù)不同摻量的SBS膠粉復(fù)合改性瀝青針入度、軟化點(diǎn)、粘度、延度、彈性恢復(fù)指標(biāo)，考慮到生產(chǎn)、施工和經(jīng)濟(jì)性建議SBS橡膠粉復(fù)合改性瀝青中SBS摻量為2.0%、橡膠粉摻量為18%。從控制復(fù)合改性瀝青的離析和降粘方面考慮本文建議摻加0.4%的穩(wěn)定劑和0.03%的活化劑。

[1] 中華人民共和國交通部.JTJ 052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 中華人民共和國交通部.JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：人民交通出版社，2004.

[3] 宋家楠，黃治冶，徐向輝.膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青與SBS改性瀝青、橡膠瀝青的基本性能比較研究[J].北方交通，2012(7)：3-5.

[4] 趙明宇，姜友生，陳光新，等.改性瀝青彈性恢復(fù)性能評價方法研究[J].石油瀝青， 2012，26(2)：41-46.

Research on Formula and Processing Technology of Composite Modified Asphalt of Rubber Powder

ZHOUJian-nan

(Liaoning Transportation Research Institute Co.,Ltd.,Shenyang 110015,China)

Through the research on indexes like needle penetration of composite modified asphalt of SBS rubber powder, softening point, 5℃ ductility, 175℃ rotary viscosity, elastic recovery and so on, the formula and processing technology of composite modified asphalt of SBS rubber powder are determined.

Rubber powder; SBS; Composite modified asphalt; Processing technology

1673-6052(2016)11-0036-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.11.010

U414.7+5

B

遼寧省交通廳科技項(xiàng)目(201508)