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        SBS/橡膠粉復(fù)合改性瀝青高溫性能研究

        2020-08-27 01:29:58何志俊
        山西交通科技 2020年3期

        何志俊

        (山西省交通開發(fā)投資集團(tuán)有限公司,山西 太原 030006)

        0 引言

        隨著交通渠化的實(shí)行以及交通量的日益增長(zhǎng),車轍已經(jīng)成為瀝青路面最重要的破壞方式之一[1~2]。瀝青路面的車轍破壞與瀝青混合料在高溫時(shí)抵抗荷載變形能力的不足密切相關(guān),因此提高瀝青混合料的高溫性能,對(duì)于改善瀝青路面抗車轍能力至關(guān)重要[3~4]。SBS作為一種常見的瀝青改性劑,對(duì)于提高瀝青高溫性能具有顯著效果,然而由于其高昂的價(jià)格,增加了工程造價(jià),因此尋求價(jià)格相對(duì)低廉的瀝青改性劑,具有重要意義。相關(guān)研究表明,將廢舊輪胎粉碎制成橡膠粉用于瀝青改性,不僅能變廢為寶,而且能改善瀝青的高溫性能[5~6]。然而用橡膠粉改性瀝青時(shí),如果摻量太小起不到明顯的改性效果,如果摻量太大,橡膠粉容易在瀝青中沉淀,造成存儲(chǔ)的不穩(wěn)定[7]?;诖?,本文將SBS和橡膠粉同時(shí)用于瀝青改性,發(fā)揮兩種材料各自的優(yōu)勢(shì),在節(jié)省工程造價(jià)的基礎(chǔ)上最大限度提高瀝青高溫性能,為提高瀝青路面抗車轍性能提供理論參考。

        1 原材料與試驗(yàn)方法

        1.1 原材料

        瀝青選用Shell70號(hào)基質(zhì)瀝青,其基本技術(shù)指標(biāo)見表1。橡膠粉采用廢舊輪胎橡膠粉(如圖1所示)。SBS改性劑選用新型SBS。

        表1 Shell70號(hào)的基本技術(shù)指標(biāo)

        圖1 橡膠粉圖片

        1.2 復(fù)合改性瀝青制備

        先將橡膠粉加入熱瀝青中,并用玻璃棒攪拌一定時(shí)間,待橡膠粉初步均勻分散在瀝青中后,維持瀝青溫度在180℃~200℃,用高速剪切機(jī)由慢至快,并在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定到4 000 rpm后高速攪拌30 min;然后逐步加入SBS并繼續(xù)高速剪切30 min,即可制得SBS/橡膠粉復(fù)合改性瀝青。

        圖2 布氏黏度試驗(yàn)照片

        2 試驗(yàn)結(jié)果

        2.1 橡膠粉粒徑和摻量對(duì)瀝青高溫性能的影響

        維持SBS摻量為2%不變,選擇20目和40目的橡膠粉顆粒,控制橡膠粉摻量為7%、10%、13%、16%和19%,測(cè)定SBS/橡膠復(fù)合改性瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、177℃布氏黏度和彈性恢復(fù),研究橡膠粉粒徑和摻量對(duì)瀝青高溫性能的影響,試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

        表2 橡膠粉粒徑和摻量對(duì)瀝青高溫性能的影響

        從表2可以看出,橡膠粉目數(shù)越大,SBS/橡膠復(fù)合改性瀝青的針入度越大,軟化點(diǎn)越??;當(dāng)橡膠粉摻量小于19%時(shí),隨著橡膠粉目數(shù)的增大,復(fù)合改性瀝青布氏黏度和彈性恢復(fù)同時(shí)降低,表明橡膠粉目數(shù)越小,復(fù)合改性瀝青高溫性能越好。解釋其主要原因?yàn)?,目?shù)越大,橡膠粉顆粒越細(xì),相比于細(xì)顆粒,粗顆粒的橡膠粉在瀝青中更容易保持橡膠顆粒的彈性性質(zhì),橡膠粉吸附瀝青之后不容易發(fā)生沉淀和離析,性質(zhì)更加穩(wěn)定,且橡膠粉顆粒之間的摩阻力更大,高溫時(shí),在荷載作用下瀝青抵抗變形的能力更強(qiáng),因此黏度和彈性恢復(fù)越大,瀝青的低溫性能更突出。因此綜合考慮高低溫性能應(yīng)該選擇20目的橡膠粉對(duì)瀝青進(jìn)行改性。

        當(dāng)橡膠粉目數(shù)一定時(shí),隨著橡膠粉摻量的增多,SBS/橡膠復(fù)合改性瀝青的針入度逐漸減小,軟化點(diǎn)、布氏黏度和彈性恢復(fù)逐漸增大,高摻量下,復(fù)合改性瀝青的彈性恢復(fù)甚至能達(dá)到90%。當(dāng)橡膠粉摻量大于16%時(shí),再增加橡膠粉時(shí),改性瀝青軟化點(diǎn)、布氏黏度和彈性恢復(fù)的變化幅度較小,另外相關(guān)文獻(xiàn)[7]表明,若使橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度大于3 000次/mm,必須要求177℃時(shí)橡膠瀝青的布氏黏度大于2.7 Pa·s,按照這一標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)摻加20目橡膠粉時(shí),要求其摻量不小于13%,當(dāng)摻加40目橡膠粉時(shí),要求其摻量不小于16%。高溫下橡膠顆粒發(fā)生脫硫,與瀝青發(fā)生反應(yīng),隨著橡膠粉摻量的增多,橡膠粉吸附瀝青中飽和芬和芳香芬的比例增多,瀝青中輕質(zhì)組分的減少使瀝青在高溫荷載作用下抵抗變形的能力逐漸增強(qiáng),因此高溫性能得到明顯改善。

        2.2 SBS摻量對(duì)瀝青高溫性能的影響

        在SBS/橡膠復(fù)合改性瀝青中保持橡膠粉目數(shù)和摻量分別為20目和13%不變,變化SBS摻量,測(cè)定不同SBS摻量下復(fù)合改性瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、177℃布氏黏度和彈性恢復(fù),研究SBS摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青高溫性能的影響,試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

        表3 SBS摻量對(duì)瀝青高溫性能的影響

        從表3可以看出,當(dāng)橡膠粉目數(shù)和摻量保持不變時(shí),隨著SBS摻量的增多,復(fù)合改性瀝青的針入度逐漸減小,軟化點(diǎn)、布氏黏度和彈性恢復(fù)逐漸增大,當(dāng)SBS摻量超過(guò)2%時(shí),復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)均大于65℃,且選擇20目橡膠粉時(shí)復(fù)合改性瀝青的布氏黏度大于2.7 Pa·s,此時(shí)再增加SBS摻量雖然能提高瀝青的高溫性能,但是過(guò)高的黏度導(dǎo)致瀝青的施工溫度大幅增長(zhǎng),加速瀝青老化,且給施工帶來(lái)困難,因此綜合考慮,SBS最佳摻量應(yīng)為2%。高溫時(shí)SBS在瀝青中發(fā)生溶脹和吸附作用,使瀝青中的輕質(zhì)組分含量降低,瀝青高溫性能得到改善,另外隨著SBS摻量的增多,SBS鏈在瀝青中相互交織,形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在高溫時(shí),三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效地抵抗荷載作用引起的瀝青變形,因此復(fù)合改性瀝青的高溫性能逐漸提高。

        3 結(jié)論

        a)橡膠粉目數(shù)越大,SBS/橡膠復(fù)合改性瀝青的針入度越大,軟化點(diǎn)越?。徊际橡ざ群蛷椥曰謴?fù)越低,表明橡膠粉目數(shù)越小,復(fù)合改性瀝青高溫性能越好。因此宜選擇20目的橡膠粉顆粒對(duì)瀝青進(jìn)行改性。

        b)當(dāng)橡膠粉目數(shù)和SBS摻量一定時(shí),隨著橡膠粉摻量的增多,復(fù)合改性瀝青的針入度逐漸減小,軟化點(diǎn)、布氏黏度和彈性恢復(fù)逐漸增大,瀝青高溫性能逐漸提高,當(dāng)選擇20目橡膠粉時(shí),橡膠粉最佳摻量宜為13%。

        c)橡膠粉目數(shù)和摻量保持不變時(shí),隨著SBS摻量的增多,復(fù)合改性瀝青的針入度逐漸減小,軟化點(diǎn)、布氏黏度和彈性恢復(fù)逐漸增大,復(fù)合改性高溫性能逐漸提高,當(dāng)SBS摻量大于2%時(shí),過(guò)大的黏度會(huì)造成施工困難,因此合適的SBS摻量應(yīng)為2%。

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