陳 璨

（山西交通建設(shè)監(jiān)理咨詢集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

環(huán)境污染和資源匱乏是新世紀(jì)人類社會(huì)亟待解決的兩大問題，將廢棄物進(jìn)行資源化再利用是解決這兩個(gè)問題最為有效的途徑之一。汽車的廢棄輪胎經(jīng)加工破碎、研磨裂解后得到的具有一定強(qiáng)度和形狀的膠粉顆粒，在合適的溫度下，與基質(zhì)瀝青混合，可制備成橡膠瀝青（Asphalt Rubber）。橡膠瀝青用于道路工程領(lǐng)域可以有效地消耗掉大量廢棄輪胎，減輕對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也將廢棄物轉(zhuǎn)化為有效的資源[1-3]。

瀝青路面暴露于自然環(huán)境中，受日光、溫濕度、氧化等影響不斷老化，其結(jié)果是瀝青路面的耐久性降低，橡膠瀝青也不能例外。譚憶秋等采用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析（DMA）方法模擬并評(píng)估了紫外老化對(duì)瀝青流變性能的影響，并對(duì)澆筑式瀝青混合料在過熱老化后回收瀝青的流變特性進(jìn)行了研究[4]。I.M.Ibrahim等研究了γ輻射后橡膠粉對(duì)瀝青短期耐老化性和流變性的影響[5]。梁明等發(fā)現(xiàn)微波輻射增加了橡膠瀝青老化，導(dǎo)致疲勞開裂降低[6]。王強(qiáng)等人研究橡膠瀝青暴露于室外的氣候老化規(guī)律，結(jié)果表明，由于天氣老化，改性瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)和流變性能顯著變化，不同的橡膠改性瀝青表現(xiàn)出不同的老化行為[7]。肖飛鵬等對(duì)橡膠瀝青長(zhǎng)期熱氧老化后的流變性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)使用廢橡膠可以有效地提高瀝青的PG分級(jí)和抗老化性能,并通過凝膠色譜方法GPC很好地表征了碎屑橡膠瀝青在老化過程中組成的變化[8]。

橡膠瀝青老化的研究多集中在橡膠瀝青整體性能方面，非常少涉及到基質(zhì)瀝青老化對(duì)橡膠瀝青性能的影響。事實(shí)上，瀝青的老化一般可以分為兩個(gè)階段，短期老化和長(zhǎng)期老化。第一個(gè)階段是瀝青混合料生產(chǎn)過程中的老化，這一階段又可以分為拌和前和拌和后兩部分。前者包括以熱態(tài)運(yùn)輸、儲(chǔ)存、在儲(chǔ)油罐內(nèi)預(yù)熱，配油釜內(nèi)調(diào)配、升溫及保存引起的瀝青老化。后者包括熱瀝青和加熱的礦料在攪拌機(jī)內(nèi)拌和、運(yùn)輸、攤鋪及碾壓引起的瀝青老化。第二階段是指路面在使用過程中在陽光、空氣、水分等因素長(zhǎng)期作用下產(chǎn)生的老化。

橡膠瀝青生產(chǎn)過程中，基質(zhì)瀝青被加熱保溫到一定溫度，由于生產(chǎn)工序銜接、生產(chǎn)間隔及其他各種原因，瀝青可能會(huì)持續(xù)保持高溫?cái)?shù)十小時(shí)，這一過程會(huì)對(duì)瀝青產(chǎn)生老化?；|(zhì)瀝青和膠粉顆粒拌和過程中，基質(zhì)瀝青同樣存在不同程度的老化，研究不同老化程度的基質(zhì)瀝青對(duì)橡膠瀝青性能的影響，可以為橡膠瀝青生產(chǎn)的控制提供參考，可有效指導(dǎo)橡膠改性瀝青加工過程。

本文通過TFOT老化試驗(yàn)制備了不同老化程度的基質(zhì)瀝青，性能測(cè)試包括瀝青針入度，軟化點(diǎn)、延度、黏度、彈性恢復(fù)，研究分析了基質(zhì)瀝青的老化對(duì)橡膠瀝青的影響。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 基質(zhì)瀝青

本試驗(yàn)選用SK 90號(hào)瀝青，技術(shù)指標(biāo)見表1，符合規(guī)范要求。

表1 基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)及測(cè)試結(jié)果

1.1.2 橡膠粉

本研究中所使用的橡膠粉外觀呈現(xiàn)黑色，帶有一種橡膠的氣味，沒有肉眼可見的雜質(zhì)。膠粉粒徑為40目。

圖1 橡膠粉外觀

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 基質(zhì)瀝青老化試驗(yàn)

為了獲得不同老化程度的基質(zhì)瀝青，采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行老化，老化溫度163℃，老化時(shí)長(zhǎng)分別為0 h、4 h、8 h和12 h。并按照規(guī)范要求測(cè)定老化后的基質(zhì)瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

1.2.2 橡膠瀝青制備方法

橡膠瀝青的制備采用普通攪拌的方式進(jìn)行。主要步驟包括：a）在容器中稱量500 g左右的基質(zhì)瀝青，加熱至140℃；b）稱取基質(zhì)瀝青質(zhì)量20%的橡膠粉備用；c）將容器放在油浴里進(jìn)行加熱，并不斷攪拌直至溫度達(dá)到180℃；d）打開攪拌機(jī)并將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到200 r/min，不斷攪拌基質(zhì)瀝青，攪拌過程中緩慢加入橡膠粉，全部加入后攪拌10 min；e）提高攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速至500 r/min，保持溫度攪拌90 min后制備試驗(yàn)完成。

1.2.3 橡膠瀝青老化性能試驗(yàn)

該研究使用TFOT熱氧老化時(shí)間分別為0 h、4 h、8 h和12 h的基質(zhì)瀝青與膠粉混合制備橡膠瀝青。在180℃的條件下，以普通攪拌（500 r/min）的方式制備橡膠瀝青，膠粉的溶脹時(shí)間為90 min。通過測(cè)試橡膠瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度、彈性恢復(fù)和黏度指標(biāo)，分析基質(zhì)瀝青老化程度對(duì)橡膠瀝青宏觀性能的影響規(guī)律。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 基質(zhì)瀝青老化試驗(yàn)結(jié)果

表2 不同老化時(shí)間下基質(zhì)瀝青三大指標(biāo)

由表2中的測(cè)試結(jié)果可知，基質(zhì)瀝青經(jīng)過TFOT老化后，隨著老化時(shí)間的增加，基質(zhì)瀝青的老化程度逐漸加深，瀝青中輕質(zhì)組分不斷減少，導(dǎo)致基質(zhì)瀝青針入度逐漸減小，軟化點(diǎn)逐漸增大，延度逐漸降低。

2.2 基質(zhì)瀝青老化對(duì)橡膠瀝青常規(guī)性能的影響

2.2.1 老化對(duì)橡膠瀝青三大指標(biāo)的影響

橡膠瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 基質(zhì)瀝青老化對(duì)橡膠瀝青三大指標(biāo)的影響

由表3中試驗(yàn)結(jié)果可以看出，老化后的基質(zhì)瀝青制備的橡膠瀝青較未老化的基質(zhì)瀝青制備的橡膠瀝青的針入度和延度均降低，軟化點(diǎn)升高，基質(zhì)瀝青老化程度越高，所制備橡膠瀝青指標(biāo)變化越明顯。說明基質(zhì)瀝青老化程度越高，所制備的橡膠瀝青黏稠度越大，塑性變差，高溫穩(wěn)定性增加。

2.2.2 老化對(duì)橡膠瀝青彈性恢復(fù)的影響

彈性恢復(fù)表示橡膠瀝青變形之后的恢復(fù)能力，能夠反映抗反射裂縫和抗疲勞等方面的能力。按照T 0662—2000方法，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 基質(zhì)瀝青老化時(shí)間對(duì)橡膠瀝青彈性恢復(fù)的影響

由表4中試驗(yàn)結(jié)果可以看出，老化后的基質(zhì)瀝青制備的橡膠瀝青的彈性恢復(fù)能力下降，老化時(shí)間越長(zhǎng)，所制備橡膠瀝青彈性恢復(fù)能力下降越明顯。說明基質(zhì)瀝青老化程度越高，所制備的橡膠瀝青抗反射裂縫和抗疲勞能力越差。

2.2.3 老化對(duì)橡膠瀝青黏度的影響

黏度可以用來監(jiān)測(cè)瀝青自身流動(dòng)性，評(píng)價(jià)施工和易性。根據(jù)技術(shù)指南[9]，黏度測(cè)試溫度選擇180℃，并且以50%的扭矩所對(duì)應(yīng)的黏度值作為橡膠瀝青的標(biāo)準(zhǔn)黏度。本研究通過測(cè)定180℃下橡膠瀝青試樣在不同轉(zhuǎn)速（50 rpm、100 rpm）下的黏度，同時(shí)采用插值法計(jì)算50%扭矩所對(duì)應(yīng)的黏度作為橡膠瀝青黏度的標(biāo)準(zhǔn)值。

不同熱氧老化時(shí)間的基質(zhì)瀝青制備的橡膠瀝青的黏度測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 基質(zhì)瀝青老化時(shí)間對(duì)橡膠瀝青黏度的影響

由表5中試驗(yàn)結(jié)果可以看出，老化后的基質(zhì)瀝青制備的橡膠瀝青的黏度值是增加的，隨著基質(zhì)瀝青老化時(shí)間增長(zhǎng)，制備橡膠瀝青黏度值越大。說明基質(zhì)瀝青的老化程度越高，所制備的橡膠瀝青的黏度值越大。這主要是因?yàn)榛|(zhì)瀝青老化后，內(nèi)部輕質(zhì)組分揮發(fā)，其制備的橡膠瀝青內(nèi)部輕質(zhì)組分減少，橡膠瀝青變得更加黏稠。

3 結(jié)論

研究了不同老化時(shí)間的基質(zhì)瀝青對(duì)橡膠瀝青性能的影響。性能測(cè)試包括瀝青針入度、軟化點(diǎn)、延度、黏度、彈性恢復(fù)。結(jié)論如下：

a）基質(zhì)瀝青的老化會(huì)導(dǎo)致由其制備的橡膠瀝青的針入度和延度降低、軟化點(diǎn)升高、彈性恢復(fù)降低、黏度升高，導(dǎo)致橡膠瀝青塑性變差，并且這種負(fù)面影響會(huì)隨著基質(zhì)瀝青老化程度的增加而不斷增加。

b）基質(zhì)瀝青熱氧老化后會(huì)對(duì)橡膠瀝青的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。黏度升高會(huì)導(dǎo)致瀝青路面施工和易性變差，抗反射裂縫和抗疲勞能力越差，從而整體路用性能降低。