改性橡膠瀝青生產研究

何俊文

摘 要：通過對橡膠瀝青形成機理分析，掌握橡膠瀝青生產控制關鍵點，結合目前實際生產設備和室內試驗基礎上采用改性瀝青、80目橡膠粉進行橡膠瀝青試生產，驗證橡膠瀝青生產工藝的技術參數。經測試，各項指標滿足相關技術要求。

關鍵詞：橡膠瀝青；機理分析；SBS改性瀝青；80目橡膠粉

1 概述

文章對改性橡膠瀝青生產進行分析研究，以便制備出性能優越的改性橡膠瀝青，延長鋼橋面鋪裝層使用壽命。

2 橡膠瀝青生產機理分析

橡膠粉與瀝青在高溫攪拌時，橡膠粉主要發生溶漲、脫硫及降解幾種變化。溶漲是物理變化，即橡膠粉顆粒吸收瀝青中輕質油分而體積變大；脫硫與降解是化學變化，脫硫是指橡膠粉顆粒中C-S發生斷裂，造成橡膠顆粒失去部分硫化橡膠的彈性而恢復部分天然橡膠的柔韌性；降解是指橡膠粉顆粒中C-C發生斷裂，導致橡膠分子鏈斷裂、分子量降低。因此，制備橡膠瀝青時，既要保證橡膠粉充分溶漲，又要避免橡膠粉發生嚴重的脫硫與降解，尋求二者的平衡點。橡膠瀝青的性能受到攪拌方式、溫度和時間以及橡膠粉規格和摻量等因素的影響，確定最佳的生產參數、合理地控制橡膠瀝青反應進程是橡膠瀝青生產的關鍵。

3 橡膠瀝青生產方案研究

3.1 材料

瀝青為SBS改性瀝青，技術指標要求參照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）相關要求。

橡膠粉為80目膠粉，技術指標要求如表1。

3.2 生產方案

橡膠瀝青的生產要考慮攪拌方式、溫度、時間及橡膠粉摻量等技術參數。

3.2.1 攪拌方式

橡膠瀝青生產一般采用普通攪拌（葉片式）、高速剪切攪拌以及普通攪拌和高速剪切共用。相關研究表明，當采用高速剪切攪拌方式，橡膠瀝青的粘度將一直處于衰減，因此，不宜采用高速剪切的攪拌方式[1]。因此，采用臥式攪拌設備。

3.2.2 攪拌溫度

溫度增加有利于加快橡膠顆粒的溶脹速度和改善橡膠瀝青的延度。但溫度太高會造成橡膠顆粒過度降解而影響粘度；攪拌溫度較低，則要較長的時間而影響生產效率。200℃的攪拌溫度是比較合適的，但現有生產設備很難達到200℃，因此，選擇180℃左右的攪拌溫度。

3.2.3 攪拌時間

攪拌時間應重點考慮對粘度的影響。橡膠的溶漲與脫硫同時進行，當橡膠顆粒以溶漲為主時，粘度將不斷增加；當溶漲引起的橡膠顆粒體積增加與脫硫降解導致的體積減小處于平衡狀態時，粘度可能處于平衡狀態；否則，粘度將降低。為了保證橡膠顆粒充分溶漲，應選擇粘度達到最大并將要發生降低時作為選擇攪拌時間的依據。根據室內試驗測試可知采用80目橡膠粉、攪拌溫度為180℃時，其攪拌最佳時間為60min。

3.2.4 橡膠粉摻量

根據室內試驗及實際生產過程中人工投放橡膠粉對其分布均勻性的影響，確定膠粉摻量宜為外摻18%左右。

3.3 生產指標控制

橡膠瀝青質量指標控制以粘度為核心，包括針入度、軟化點、延度及彈性恢復等。結合我國當前情況，提出橡膠瀝青主要技術指標：粘度、延度（5℃）、彈性恢復（25℃）、針入度（25℃）及軟化點，其中粘度是關鍵（見表2）。

4 橡膠瀝青生產及性能測試

4.1 橡膠瀝青生產

生產橡膠瀝青采用的基本參數：加熱溫度為180℃；攪拌時間為60min；采用80目橡膠粉，摻量為橡膠瀝青總質量的18%。生產步驟為：

一是先將改性瀝青快速升溫至180℃以上；二是將熱瀝青和膠粉同時按比例計量后加入高速預拌罐內進行混合熔漲；三是將混合均勻的瀝青和膠粉打入熔漲攪拌反應罐進行充分的熔漲反應約45min。橡膠瀝青的出料溫度控制在190℃左右。

改性橡膠瀝青生產工藝要點：（1）改性瀝青的溫度。瀝青與橡膠粉接觸時要達到一定的溫度才能表現出最佳相容性。首先應將瀝青在絕氧情況下通過快速升溫至180℃以上，才能與橡膠粉接觸，同時在熔漲反應過程中溫度也應高于180℃。（2）橡膠粉的均勻分布。橡膠粉必須非常均勻的分布在瀝青中，形成“網絡骨架”結構，但絕不能有“結塊”狀，否則會影響到橡膠瀝青混合料的生產級配。（3）攪拌方式。橡膠瀝青中的橡膠粉最終是以“顆粒”存在的，為了防止其下沉和離析，在熔漲反應過程中，反應罐必須進行“臥式”翻滾式攪拌，以防膠粉沉淀在罐底。

本次生產的橡膠瀝青為PG76-22改性瀝青+18%橡膠粉雙改性瀝青。

改性橡膠瀝青生產后原則上應在24h內使用完畢。當因不可抗力需臨時存儲時，應將橡膠瀝青的溫度降到145～155℃范圍內。在存儲期間應檢測橡膠瀝青的技術指標，當時間較長時，再次使用前應檢測各項指標是否滿足技術要求，如果不滿足，則應重新加工或摻加一定量（摻量一般小于10%）的廢胎膠粉重新預混、反應直至滿足技術要求。

4.2 橡膠瀝青技術指標檢測結果

為便于初步鑒定橡膠瀝青性能是否達到要求，本次試生產現場檢測采用180℃手持式粘度儀，測試值為3.5dPa·s，合格。

改性橡膠瀝青生產后，取樣進行室內性能測試，測試結果見表3。

表3 橡膠粉改性瀝青質量檢測結果

5 結束語

制備橡膠瀝青，既要保證橡膠粉充分溶漲，又要避免橡膠粉發生嚴重的脫硫與降解，應尋求二者的平衡點。橡膠瀝青性能受到攪拌方式、溫度和時間以及橡膠粉規格和摻量等諸多因素的影響，因此確定最佳的生產參數、合理地控制反應進程是關鍵。本次改性橡膠瀝青的生產采用的基本參數：臥式葉片攪拌設備；180℃的加熱溫度；攪拌60min；80目橡膠粉摻量為總質量的18%，經過試生產性能測試可知本次方案可行。

參考文獻

[1]孫大權，徐曉亮，呂偉明.橡膠瀝青生產工藝關鍵技術參數的研究[J].長沙交通學院學報，2008，24（3）：27-33.

[2]文興.道路鋪筑材料—橡膠瀝青[J].現代橡膠技術，2006，32（4）：31-35.

[3]孫祖望，陳飆.橡膠瀝青技術應用指南[M].北京：人民交通出版社，2007.