陳開(kāi)國(guó)

摘 要：通過(guò)系統(tǒng)試驗(yàn)，定性地分析了不同橡膠粉摻量對(duì)瀝青的高溫性能、低溫性能、彈性恢復(fù)性能等幾個(gè)方面的影響。研究表明：橡膠粉的摻入可以明顯提高瀝青的高、低溫性能，提高瀝青的彈性恢復(fù)能力，改善瀝青的溫度敏感性。但是當(dāng)摻量達(dá)到18%以后，摻量的提高對(duì)性能的改善幅度大幅減小，甚至更大的摻量還可能出現(xiàn)負(fù)面的影響。綜合考慮改性瀝青的性能，試驗(yàn)確定采用內(nèi)摻18%的橡膠粉作為橡膠改性瀝青的最佳膠粉摻量。

關(guān)鍵詞：橡膠改性瀝青；高溫性能；低溫性能；彈性恢復(fù)性能

隨著我國(guó)公路等級(jí)的提高，瀝青混凝土路面已經(jīng)成為高等級(jí)路面道路路面中占主要地位的路面結(jié)構(gòu)。而且隨著公路上的交通量及軸重日益增加，一般的瀝青材料品質(zhì)已難以滿(mǎn)足高等級(jí)瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)的需要。

廢舊輪胎中含有丁苯橡膠（SBR）、天然橡膠等多種高分子聚合物以及各類(lèi)添加劑，這些添加劑均為改善瀝青混合料性能的有效成分。所以，將廢舊輪胎回收再利用，作為膠粉添加劑改善石油瀝青具有很好的應(yīng)用前景。進(jìn)年來(lái)隨著研究水平的不斷提高，對(duì)廢橡膠粉改性瀝青又進(jìn)行了一些積極的研究，本試驗(yàn)通過(guò)研究不同橡膠粉摻量對(duì)橡膠改性瀝青的性能的影響，以促進(jìn)廢橡膠粉在瀝青混凝土路面中的應(yīng)用。

1 試驗(yàn)用基質(zhì)瀝青、橡膠粉技術(shù)指標(biāo)和橡膠粉摻量

1.1 試驗(yàn)用基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)

試驗(yàn)采用東海70#A級(jí)基質(zhì)瀝青作為研究用瀝青，其性能指標(biāo)見(jiàn)表1.1。

從上表可以看出，基質(zhì)瀝青的性能符合要求。

1.2 試驗(yàn)用橡膠粉技術(shù)指標(biāo)

試驗(yàn)所采用的膠粉為深圳海川工程科技有限公司生產(chǎn)的廢舊橡膠粉，膠粉類(lèi)別為斜交胎廢舊輪胎膠粉，采用的加工工藝為室溫粉碎法。試驗(yàn)用橡膠粉技術(shù)指標(biāo)具體見(jiàn)表1.2。

粒徑是廢舊橡膠粉的主要技術(shù)指標(biāo)之一，橡膠粉顆粒的大小將會(huì)直接影響改性瀝青的性能。ASTM有一整套按照輪胎橡膠粉的顆粒分布進(jìn)行分類(lèi)的方法。分類(lèi)名稱(chēng)按照公稱(chēng)最大粒徑，分為從10目～80目（分類(lèi)級(jí)差為10目）、100目～140目（分類(lèi)級(jí)差為20目）、170目、200目總計(jì)13類(lèi)。試驗(yàn)選用了深圳海川公司提供的60目橡膠粉進(jìn)行研究，制備改性瀝青。深圳海川60目橡膠粉級(jí)配篩分結(jié)果見(jiàn)表1.3。

1.3 試驗(yàn)中橡膠粉摻量

試驗(yàn)中所有橡膠粉摻量均為內(nèi)摻劑量，即：18%的摻量表示橡膠粉：基質(zhì)瀝青=18：82。試驗(yàn)研究中考慮了8%、13%、18%、23%等摻量的性能對(duì)比。

2 橡膠粉改性瀝青的技術(shù)要求和制備工藝

2.1 橡膠粉改性瀝青的技術(shù)要求

60℃粘度是反映瀝青的高溫性能的一個(gè)重要指標(biāo)。60℃粘度越大，其高溫性能也就越強(qiáng)。試驗(yàn)之所以采用180℃粘度這個(gè)指標(biāo)作為橡膠粉改性瀝青的高溫性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一是因?yàn)橄鹉z粉瀝青在60℃下的粘度太大，在試驗(yàn)室中，用布氏旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)出。而美國(guó)的研究結(jié)果表明，高溫粘度能夠更好地反映橡膠瀝青的性能，ASTM橡膠瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用175℃表觀粘度作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而亞利桑那州橡膠瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用177℃旋轉(zhuǎn)粘度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。在我國(guó)，多數(shù)采用的是180℃旋轉(zhuǎn)粘度作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因此本試驗(yàn)也采用180℃旋轉(zhuǎn)粘度作為橡膠瀝青的高溫性能評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。橡膠瀝青技術(shù)要求見(jiàn)表2.1。

2.2 橡膠粉改性瀝青的制備工藝

參照橡膠瀝青改性工藝研究成果，用于制作SBS改性瀝青的高速剪切設(shè)備很多，而專(zhuān)業(yè)用于橡膠瀝青改性簡(jiǎn)單攪拌溶脹改性的設(shè)備省內(nèi)沒(méi)有，為鋪筑2km的試驗(yàn)路而去調(diào)用設(shè)備，成本太高。因此，試驗(yàn)決定采用高速剪切改性的工藝，其參數(shù)為：加工工藝：高速剪切（轉(zhuǎn)速2000/min），反應(yīng)溫度：180℃，反應(yīng)時(shí)間：60分鐘。橡膠瀝青的室內(nèi)制備工藝見(jiàn)下圖2.1。

3 不同摻量橡膠粉對(duì)瀝青性能的影響

3.1 橡膠粉摻量對(duì)瀝青高溫性能的影響

試驗(yàn)量測(cè)了不同橡膠粉摻量下瀝青的針入度、軟化點(diǎn)和180℃黏度，試驗(yàn)結(jié)果如下：

通過(guò)上表3.1得出橡膠粉摻量對(duì)瀝青25℃針入度的影響曲線(xiàn)圖、橡膠粉摻量對(duì)瀝青軟化點(diǎn)的影響曲線(xiàn)圖、橡膠粉摻量對(duì)瀝青180℃粘度的影響曲線(xiàn)圖，分別如下：

從表3.1和圖3.1～3.3可以看出，隨著橡膠粉劑量的增加，橡膠瀝青與基質(zhì)瀝青相比明顯變硬，針入度降低、軟化點(diǎn)增大、180℃粘度增大，說(shuō)明橡膠粉改性瀝青的高溫性能的確有所改善。隨著廢舊橡膠粉的摻量的增加，針入度降低、軟化點(diǎn)增加、粘度增大。但是當(dāng)摻量達(dá)到18%以后，隨著廢舊橡膠粉的進(jìn)一步增加，這三個(gè)指標(biāo)改善的趨勢(shì)在逐漸減緩。

通過(guò)表3.1的針入度計(jì)算得出針入度指數(shù)，并制作橡膠粉摻量對(duì)瀝青針入度指數(shù)的影響曲線(xiàn)圖，如下：

針入度指數(shù)PI是用以描述瀝青的溫度敏感性的指標(biāo)（注意針入度是用以描述稠度的指標(biāo)）；針入度指數(shù)PI越大，瀝青的溫度敏感性越小。

從圖3.4可以看出，橡膠粉的加入，使得瀝青的針入度指數(shù)有了很大的提高，極大的改善了瀝青的溫度敏感性。且隨著膠粉摻量的增大，PI值逐漸增大，但當(dāng)橡膠粉摻量達(dá)到18%后，膠粉的摻量增加對(duì)PI的提高很小。

3.2 橡膠粉摻量對(duì)瀝青低溫性能的影響

試驗(yàn)量測(cè)了低溫條件下，橡膠粉摻量對(duì)瀝青5℃延度的影響，試驗(yàn)結(jié)果如下：

圖3.5 橡膠粉摻量對(duì)瀝青低溫延度的影響

由圖3.5可以看出，橡膠瀝青5℃延度顯著大于基質(zhì)瀝青的5℃延度，隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青的低溫延度明顯增加。當(dāng)橡膠粉摻量大于18%時(shí)，延度增加的趨勢(shì)變緩。開(kāi)始橡膠粉劑量小時(shí)，膠粉顆粒與瀝青中的膠質(zhì)結(jié)合在一起形成分散質(zhì)，在適當(dāng)?shù)臏囟认聰嚢?，使它們與瀝青質(zhì)界面充分結(jié)合，同時(shí)使已形成的分散質(zhì)進(jìn)一步混合均勻，相當(dāng)于使瀝青的膠體結(jié)構(gòu)中分散質(zhì)的數(shù)量增加，分散介質(zhì)進(jìn)一步減小，其延度隨著橡膠粉劑量的增加而逐漸升高，表現(xiàn)為上升趨勢(shì)。當(dāng)橡膠粉摻量大于18%時(shí)，橡膠粉顆粒數(shù)量接近飽和，這樣在分散介質(zhì)中就會(huì)形成膠粉小團(tuán)粒，而橡膠粉小團(tuán)粒的內(nèi)部的橡膠粉粒子幾乎沒(méi)有結(jié)合力，它與瀝青界面不能充分結(jié)合或接觸，其粘結(jié)性能不佳，對(duì)瀝青低溫延度的提高有限；甚至可以預(yù)測(cè)，當(dāng)摻量繼續(xù)增大，這種小團(tuán)粒增多時(shí)反而會(huì)使瀝青的延度下降，表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。

3.3 橡膠粉摻量對(duì)瀝青25℃彈性恢復(fù)的影響

試驗(yàn)量測(cè)了橡膠粉摻量對(duì)瀝青25℃彈性恢復(fù)的影響，試驗(yàn)結(jié)果如下：

圖3.6 橡膠粉摻量對(duì)瀝青彈性恢復(fù)的影響

由圖3.6可以看出，隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青的彈性恢復(fù)性能顯著提高，其原因是因?yàn)橄鹉z粉是一種良好的彈性材料，橡膠粉在瀝青中溶脹后，橡膠粉微?；ハ啻罱尤诤隙纬删W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有橡膠的特征，具有良好的彈性，因此可以提高瀝青的彈性恢復(fù)能力。但在摻量超過(guò)18%后，彈性恢復(fù)的增加幅度減小，可見(jiàn)當(dāng)橡膠粉摻量加到一定程度時(shí)，彈性恢復(fù)性能對(duì)橡膠粉摻量變化的敏感性會(huì)降低。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析可以得出如下結(jié)論：

（1）橡膠粉的摻入可以明顯提高瀝青的高、低溫性能，提高瀝青的彈性恢復(fù)能力，改善瀝青的溫度敏感性。

（2）橡膠粉對(duì)瀝青上述性能的改善程度隨著摻量的增大而提高，但是當(dāng)摻量達(dá)到18%以后，摻量的提高對(duì)性能的改善幅度大幅減小，甚至更大的摻量還可能出現(xiàn)負(fù)面的影響。

（3）綜合考慮改性瀝青的性能、經(jīng)濟(jì)成本和國(guó)內(nèi)外的成功經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)確定采用內(nèi)摻18%的橡膠粉作為橡膠改性瀝青的最佳膠粉摻量。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉月嬌.橡膠瀝青及其SMA混合料技術(shù)性能研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

[2] 路學(xué)元，張素云，鄭南翔等.瀝青膠漿（SMA）實(shí)驗(yàn)方法與評(píng)價(jià)指標(biāo)研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（07）.