橡膠瀝青軟化點影響因素分析

趙海江

【摘要】為了確定橡膠瀝青生產加工時的膠粉摻量、剪切溫度、剪切時間等因素對其軟化點的影響作用，采用不同劑量的橡膠粉與90#基質瀝青在不同的剪切溫度、剪切時間條件下制備橡膠瀝青，分別進行軟化點試驗，確定基于軟化點的橡膠瀝青最佳膠粉摻量、剪切溫度和剪切時間。結果表明，膠粉摻量為20%，剪切溫度為190℃，剪切時間為60 min時橡膠瀝青軟化點達到最大值。

【關鍵詞】道路工程；橡膠瀝青；軟化點；影響因素

0引言

橡膠瀝青具有良好的高溫穩定性、低溫柔韌性、抗疲勞性能和抗水損壞性能，且以廢舊輪胎作為生產加工的原材料，屬于環保型路面材料。橡膠瀝青生產時首先將廢舊輪胎加工成橡膠粉，然后按照相應的級配比例進行組合，同時添加高聚合物改性劑，在高溫條件下與基質瀝青充分剪切熔脹，形成膠粉改性瀝青膠結料。國內外相關研究表明，不同的生產加工條件對橡膠瀝青性能影響較大，且相同的生產加工條件下采用不同的基質瀝青生產出的橡膠瀝青性能也存在較大差異。目前對于橡膠瀝青生產時最佳的膠粉摻量、最優剪切溫度、剪切時間等參數均無統一的標準，對于橡膠瀝青的研究多集中于橡膠瀝青混合料路用性能的分析，對于生產加工條件對橡膠瀝青膠結料性能影響的研究相對較少。橡膠瀝青使用前應對其針入度、軟化點、延度等指標進行測定，本文以軟化點為指標，通過改變膠粉摻量、剪切溫度和剪切時間等參數，分析不同條件下橡膠瀝青軟化點變化規律，確定基于軟化點指標的橡膠瀝青最優加工參數。

1試驗原材料

1.1 基質瀝青

制備橡膠瀝青的基質瀝青各項性能指標應符合相關的國家技術標準，本文試驗中選用的基質瀝青為90#A級石油瀝青，其技術性能指標如表1所示。

表1 90#A級石油瀝青性能指標

試驗檢測項目 單 位 技術要求 測試結果

針人度25℃，100g，5s 0.1mm 80～100 87

延度15℃，5cm/min cm ≥100 115.4

軟化點 ℃ ≥44 53

閃點 ℃ ≥245 255

溶解度 % ≥99.5 99.7

TFOT（或RTFOT）后殘留物 質量損失 % ≤±0.8 0.6

針入度比 25℃ % ≥57 66

延度10℃，5cm/min cm ≥8 10.3

1.2 橡膠粉

橡膠粉由廢舊輪胎加工而成，其表面形態、密度及自身成分對橡膠瀝青性能有著顯著影響。其物理化學性能指標應滿足相關技術要求，本文試驗中采用40目密度為1.12±0.05g/cm3的橡膠粉，其性能指標如表2所示。

表2 橡膠粉性能指標

檢測項目 單 位 技術標準 測試結果

物理性能指標 篩余物 % ﹤10 8.5

相對密度 --- 1.10～1.30 1.17

水分 % ﹤1 0.6

金屬含量 % ﹤0.05 0.03

纖維含量 % ﹤1 0.82

物理性能指標 灰分 % ≤8 4.1

丙酮抽出量 % ≤22 18

炭黑含量 % ≥28 35.7

橡膠燼含量 % ≥42 55.3

2試驗結果分析

2.1 膠粉摻量對橡膠瀝青軟化點影響分析

為了分析膠粉摻量對橡膠瀝青軟化點的影響作用，分別選取0%、5%、10%、15%、18%、20%、22%、25%的橡膠粉制備橡膠瀝青，剪切速度為8000r/min，剪切溫度為190℃，剪切時間為60min，不同膠粉摻量的橡膠瀝青軟化點試驗結果如圖1所示。

圖1 橡膠瀝青軟化點隨橡膠粉摻量變化曲線

分析圖1試驗結果可以得出，剪切溫度為190℃，剪切時間60min條件下，橡膠瀝青膠結料的軟化點隨著橡膠粉摻量的增加呈現出總體增長的趨勢。橡膠粉摻量為20﹪時橡膠瀝青軟化點達到最大值65.7℃，比基質瀝青軟化點提高了12.7℃，表明橡膠粉能夠改善基質瀝青的高溫穩定性。

2.2 不同剪切溫度對橡膠瀝青軟化點的影響

為了分析剪切溫度對橡膠瀝青軟化點的影響作用，分別選取25℃、140℃、160℃、180℃、190℃、200℃、220℃的攪拌剪切溫度，在橡膠粉劑量為20%，剪切速率為8000r/min，攪拌剪切時間為60min的條件下制備橡膠瀝青，并對其軟化點進行測試，試驗結果如圖2所示。

圖2 橡膠瀝青軟化點隨剪切溫度變化曲線

分析圖2試驗結果可以得出，橡膠粉摻量為20%，攪拌剪切時間為60min時，橡膠瀝青軟化點隨剪切溫度的升高呈現先增大后減小的趨勢。剪切溫度為190℃時，橡膠瀝青軟化點達到最大值65.7℃。

剪切溫度高于190℃后，隨著剪切溫度的升高，橡膠瀝青軟化點急劇下降，當剪切溫度升高到220℃時，橡膠瀝青軟化點僅為49℃，低于基質瀝青軟化點。因此，在實際工程中應嚴格控制橡膠瀝青加工時的剪切溫度，防止橡膠瀝青因溫度過高而嚴重老化，影響其使用性能。

3 結語

（1）橡膠粉摻量為20%時橡膠瀝青軟化點達到最大值65.7℃，比基質瀝青軟化點提高12.7℃，摻加橡膠粉以后能夠明顯改善基質瀝青的高溫穩定性。

（2）剪切溫度為190℃時，橡膠瀝青軟化點達到最大值65.7℃，剪切溫度高于190℃后，隨著剪切溫度的升高，橡膠瀝青軟化點急劇下降，應嚴格控制橡膠瀝青加工時的剪切溫度，防止橡膠瀝青因溫度過高而嚴重老化，影響其使用性能。

（3）剪切時間為60min時橡膠瀝青軟化點達到最大值65.7℃，攪拌剪切時間大于60min后，隨著剪切時間的延長，橡膠瀝青軟化點逐漸降低，在制備橡膠改性瀝青時攪拌剪切時間應控制在60min左右，使其高溫性能達到最優。

（4）對于本次試驗采用的90#石油瀝青，在剪切溫度為190℃，剪切時間60min條件下橡膠粉劑量為20%時橡膠瀝青高溫性能最優。

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