淺析膠粉改性瀝青的路用性質及改性機理

王大成 王大華

隨著汽車工業的迅猛發展,廢舊輪胎的數量也在逐年增加。被稱為“黑色污染”的廢舊輪胎的回收和處理是世界性難題,我國所面臨的壓力也越來越大。解決因廢舊輪胎大量堆積而造成的黑色污染和占用土地,保護環境,緩解國家資源短缺的壓力,已迫在眉睫。

膠粉改性瀝青是通過一定的生產工藝將橡膠粉加入瀝青中得到的改性瀝青結合料。國內外研究表明,用膠粉改性瀝青鋪設的道路,與普通路面相比,可延長使用壽命1倍～3倍,降低噪聲50%～70%,能大大提高路面的高溫穩定性、低溫抗裂性、抗水損害能力、抗滑性能等,進而縮短剎車制動距離,提高安全系數。

本文所用材料為基質瀝青：70號A級道路石油瀝青;橡膠粉：常溫研磨法生產,分別來源于貨車輪胎及小汽車輪胎。

1 膠粉改性瀝青及其路用性能研究

膠粉改性瀝青具有其他類瀝青所無法擁有的功能。通過室內外試驗,對膠粉改性瀝青混凝土路用性能及施工工藝進行分析,與SBS改性瀝青路用性能進行對比,對其技術指標進行分析,見表1。

表1 兩種瀝青性能對比

從表1可看出,膠粉改性瀝青的性能指標基本接近SBS改性瀝青的有關技術標準,有些指標甚至超過SBS改性瀝青。

1.1 膠粉改性瀝青高溫穩定性能

膠粉填充使混合料更加密實,增加了混合料的內摩擦角,增加了瀝青的粘度,有利于提高混合料的粘聚力,因此,可以認為橡膠粉摻加到瀝青混合料中,對其高溫穩定性的改善是有利的。表2給出干拌法膠粉改性瀝青混合料車轍試驗結果,表3給出采用濕拌法膠粉改性瀝青混合料車轍試驗結果。

表2 干拌法膠粉改性瀝青混合料車轍試驗結果

表3 濕拌法膠粉改性瀝青混合料車轍試驗結果

從表2,表3可看出：無論是干拌還是濕拌,隨著橡膠粉摻加劑量的提高,混合料的高溫穩定性逐漸提高。綜合經濟指標,為了達到良好的高溫性能,橡膠粉的摻量不宜低于20%(外摻)。結合車轍試驗分析,根據橡膠粉與瀝青的作用機理,橡膠粉會吸收瀝青中的輕質油分,導致瀝青老化進程加快,為避免這種不利影響,充分發揮橡膠粉混合料的高溫性能,建議干拌法生產的混合料用于中、下面層,表面層混合料可采用濕拌法。

1.2 膠粉改性瀝青低溫性能

膠粉中含有大量的天然膠和合成膠,這些成分與瀝青拌和后會大大改善瀝青混合料的低溫抗裂性能。膠粉改性瀝青混合料的低溫性能十分優越,甚至超過常用SMA和SUPERPAVE混合料。

2 橡膠瀝青改性機理

2.1 膠粉粒徑對膠粉改性瀝青性能的影響

采用2種來源、3種粒徑的膠粉對70號基質瀝青進行改性,膠粉摻量為20%,常規指標采用美國亞利桑納州Ⅰ型膠粉改性瀝青技術要求。SHRP性能分級采用AASHTO M320標準。由試驗結果可以看出,基質瀝青加入膠粉改性以后,膠粉改性瀝青針入度下降,軟化點提高,原樣以及 RTFOT老化后抗車轍因子G＊/sin6顯著增大,蠕變勁度S減小,加入膠粉改性前后,技術指標從基質瀝青的PG64-22等級提高到PG-82-28等級。PAV老化后疲勞因子G＊/sin8在31℃時約為300 kPa,遠小于5 000 kPa要求,表明膠粉的加入改善了瀝青的抗老化性能和抗疲勞性能。

2.2 膠粉種類對膠粉改性瀝青性能的影響

試驗結果表明：不同種類膠粉對膠粉改性瀝青的流變特性有著明顯的影響,對比采用相同目數膠粉的膠粉改性瀝青,貨車膠粉比小車膠粉的膠粉改性瀝青彈性特征更為明顯,抗變形能力更強。對比不同種類的膠粉改性瀝青軟化點及抗車轍因子可知(見圖1,圖2),對膠粉改性瀝青高溫性能的改善效果,貨車膠粉優于小車膠粉。低溫蠕變試驗表明,貨車膠粉的膠粉改性瀝青的蠕變勁度S較小,顯示了較好的低溫柔性。貨車膠粉的膠粉改性瀝青疲勞因子小于小車膠粉,貨車膠粉膠粉改性瀝青的抗老化能力更強。

從膠粉的來源考慮,貨車輪胎膠粉的改性效果明顯優于小車輪胎膠粉。主要原因在于貨車輪胎中天然橡膠的含量較高,天然橡膠與瀝青間的相互反應更強,能夠改善橡膠瀝青的粘結力和彈性。對瀝青的改性效果更為明顯。

2.3 膠粉摻量對膠粉改性瀝青性能的影響

膠粉摻量是影響膠粉改性瀝青技術性能的主要參數之一。隨著膠粉摻量增加,膠粉改性瀝青高溫性能、低溫性能、抗老化性能等都有明顯增加,膠粉摻量從12%提高到24%,軟化點提高了28.8℃,彈性恢復提高了11%,抗車轍因子G＊/sinδ提高了6倍～8倍,-18℃蠕變勁度S減少了75%,說明隨著膠粉摻量的增加,膠粉改性瀝青的高低溫性能都隨之提高。

2.4 基質瀝青類型對膠粉改性瀝青性能的影響

表4 不同標號基質瀝青試驗結果

不同標號基質瀝青由于組分有所不同,膠粉改性的效果也會有所差異。試驗采用貨車輪胎膠粉,膠粉摻量20%,拌合溫度為175℃,不同標號基質瀝青試驗結果如表4所示。

由于90號瀝青中輕質組分的含量較高,經膠粉改性后的低溫性能略高于70號瀝青,但兩者比較接近,且都滿足PG低溫等級-28℃的要求,前者老化后的疲勞因子比后者明顯降低,表明前者具有較好的抗老化和抗疲勞開裂性能。但從高溫性能指標來看,90號瀝青的改性效果不如70號瀝青。

3 結語

1)膠粉改性瀝青的性能指標基本接近SBS改性瀝青的有關技術標準,有些指標甚至超過SBS改性瀝青。2)瀝青加入膠粉改性以后,提高了瀝青的抗老化性能和抗疲勞性能。3)貨車輪胎膠粉的改性效果明顯優于小車輪胎膠粉,對瀝青的改性效果更為明顯。4)膠粉改性瀝青混合料的低溫性能、高溫穩定性十分優越。隨著膠粉摻量增加,膠粉改性瀝青高溫性能、低溫性能、抗老化性能等都有明顯增加。5)不同標號基質瀝青由于組分有所不同,膠粉改性的效果也會有所差異。

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