橡膠粉與SBS復合改性瀝青高溫性能試驗研究

劉貞鵬，王　晶，陸　芳，覃宏海

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學院，廣西　南寧　530216)

橡膠粉與SBS復合改性瀝青高溫性能試驗研究

劉貞鵬，王晶，陸芳，覃宏海

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學院，廣西南寧530216)

關鍵詞：橡膠粉與SBS復合改性瀝青；高溫性能；試驗研究

0引言

為了提高普通道路石油瀝青的性能，改性瀝青技術(shù)已廣泛應用于高等級瀝青路面建設中，其中苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(簡稱SBS)對瀝青的高溫性能、低溫性能等均有著良好的改善作用，成為工程應用最廣泛的改性劑。另外，由廢舊橡膠輪胎磨細制得的橡膠粉(簡稱CRM)也可以改善瀝青路面的路用性能，并且可以大量回收處理廢舊輪胎，有效緩解廢棄輪胎帶來的“黑色污染”問題，變廢為寶，因此橡膠改性瀝青技術(shù)也得到了國內(nèi)外越來越廣泛的關注[1]。但在工程應用中，SBS改性瀝青存在著價格偏高的問題，而橡膠瀝青則存在著易離析、黏度大、施工難度大等問題，限制了各自的推廣使用。

廣西地處低緯度地區(qū)，氣候炎熱，對瀝青路面的高溫穩(wěn)定性要求苛刻，只有高溫性能良好的改性瀝青才能滿足要求，本文考慮采用橡膠粉與SBS復合改性瀝青方案，以期充分發(fā)揮兩種改性劑改善基質(zhì)瀝青性能的疊加效應，同時避免單摻時的缺點，為廣西地區(qū)瀝青路面車轍等高溫穩(wěn)定性問題提供一種技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的改性瀝青配方。

1試驗材料及試驗方案

1.1原材料

基質(zhì)瀝青：70#A級道路石油瀝青，主要技術(shù)指標見表1；

橡膠粉：江蘇某公司生產(chǎn)的20目、40目廢舊輪胎橡膠粉；

SBS：重慶某公司生產(chǎn)的線型SBS改性劑。

表1　基質(zhì)瀝青的主要技術(shù)指標表

1.2改性瀝青制備工藝

查閱文獻[2]，并結(jié)合前期不同制備工藝試驗結(jié)果分析，最終確定橡膠粉與SBS復合改性瀝青的制備工藝為：①基質(zhì)瀝青加熱融化→②加入橡膠粉，用玻璃棒攪勻→③用高速剪切機剪切(溫度180 ℃～200 ℃、時間30 min、轉(zhuǎn)速4 000 RPM)→④加入SBS，用玻璃棒攪勻→⑤用高速剪切機剪切(溫度180 ℃～200 ℃、時間30 min、轉(zhuǎn)速4 000 RPM)→⑥用葉輪攪拌發(fā)育器低速攪拌(溫度180 ℃～200 ℃、時間30 min)→⑦完成。

1.3試驗方案

采用上述制備工藝加工不同橡膠粉目數(shù)、摻量及不同SBS摻量的橡膠粉與SBS復合改性瀝青，對不同配方的改性瀝青分別測試針入度、軟化點、彈性恢復及布氏黏度等高溫性能指標，試驗方案及結(jié)果見表2，為提高試驗結(jié)果可靠性，所有改性瀝青均為現(xiàn)配現(xiàn)用。

表2　不同試驗方案的橡膠粉與SBS復合

2試驗結(jié)果及分析

2.1橡膠粉目數(shù)對改性瀝青高溫性能的影響

圖1　不同橡膠粉目數(shù)時的軟化點示意圖

圖2　不同橡膠粉目數(shù)時的布氏黏度示意圖

從表2及圖1～2可以看出，當橡膠粉和SBS兩種改性劑的摻量均相同時，不同目數(shù)橡膠粉與SBS復合改性瀝青的針入度、彈性恢復相差不大，隨著橡膠粉目數(shù)的增大，改性瀝青軟化點略有下降，而布氏粘度下降較為明顯，表明大粒徑橡膠粉對改性瀝青的高溫性能更有利，再考慮到大粒徑橡膠粉本身在加工成本上的優(yōu)勢，所以復合改性瀝青橡膠粉粒徑選定為20目。

2.2橡膠粉摻量對改性瀝青高溫性能的影響

圖3　不同橡膠粉摻量時的針入度示意圖

圖4　不同橡膠粉摻量時的軟化點示意圖

圖5　不同橡膠粉摻量時的彈性恢復示意圖

圖6　不同橡膠粉摻量時的布氏黏度示意圖

橡膠粉與SBS復合改性瀝青中橡膠粉的摻量較大，對改性瀝青的高溫性能起主導作用[3]。從圖3～6可以看出，當SBS摻量固定時，隨著橡膠粉摻量的增加，復合改性瀝青的針入度降低，軟化點近似線性增加，彈性恢復增速先快后慢，布氏黏度呈近似指數(shù)關系急劇增長，各指標均表明復合改性瀝青的高溫性能大大增強。

研究表明[4]，要保證高溫時瀝青路面有足夠的抵抗變形能力，所用瀝青的軟化點應>65 ℃，由圖4可知，復合改性瀝青中橡膠粉的摻量不應<13%。另外為了保證改性瀝青的施工和易性，其黏度不能過高，一般要求≤5 Pa·s，因此由圖6可知，橡膠粉的摻量還應≤16%。同時由圖5可以看出，當橡膠粉的摻量為13%～16%時，復合改性瀝青的彈性恢復增速開始放緩，16%附近為橡膠粉摻量的飽和點，因此選定橡膠粉摻量為13%～16%是較為合理的。

2.3SBS摻量對改性瀝青高溫性能的影響

圖7　不同SBS摻量時的針入度示意圖

圖8　不同SBS摻量時的軟化點示意圖

圖9　不同SBS摻量時的彈性恢復示意圖

圖10　不同SBS摻量時的布氏粘度示意圖

由圖7～10可以看出，當橡膠粉摻量固定時，隨著SBS摻量的增加，復合改性瀝青針入度降低，而軟化點、彈性恢復及布氏黏度均呈增大趨勢，表明其高溫性能得到改善。由圖8可知，當SBS摻量為2%時，不同配方改性瀝青的軟化點均達到了65 ℃。同時由圖9可知，SBS摻量>2%后，改性瀝青的彈性恢復能力大多增幅趨緩，尤其橡膠粉摻量為16%及19%

時，兩者的彈性恢復相差很小，因此選用16%的橡膠粉摻量和2%的SBS摻量具有較好的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。

3結(jié)語

(1)20目(大粒徑)橡膠粉比40目橡膠粉對改善橡膠粉與SBS復合改性瀝青的高溫性能更有利。

(2)隨著橡膠粉或SBS摻量的增加，橡膠粉與SBS復合改性瀝青的高溫性能均明顯改善，表現(xiàn)為：針入度降低，軟化點、彈性恢復及布氏黏度等增大。

(3)最終選定的高溫性能優(yōu)良、技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢明顯的橡膠粉與SBS復合改性瀝青配方為：20目橡膠粉∶SBS∶基質(zhì)瀝青=16%∶2%∶82%。

參考文獻

[1]劉貞鵬.SBS/橡膠復合改性瀝青混合料高溫性能研究[D].重慶：重慶交通大學，2014.

[2]孫大權(quán)，徐曉亮，呂偉民.橡膠瀝青生產(chǎn)工藝關鍵技術(shù)參數(shù)的研究[J].長沙交通學院學報，2008(3)：33-37.

[3]郭吉坦，張波.SBS與橡膠粉復合改性瀝青性能研究[J].新型建筑材料，2010(5)：66-69.

[4]呂偉民.橡膠瀝青路面技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2011.

摘要：文章通過對30個不同配方的橡膠粉與SBS復合改性瀝青高溫性能指標的測試，研究了橡膠粉目數(shù)、摻量及SBS摻量對復合改性瀝青高溫性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明：隨著橡膠粉或SBS摻量的增加，復合改性瀝青的針入度減小，軟化點、彈性恢復及布氏黏度增大，高溫性能明顯改善，而20目橡膠粉比40目橡膠粉對復合改性瀝青的高溫性能更有利。最終優(yōu)選出高溫性能優(yōu)良、技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢明顯的橡膠粉與SBS復合改性瀝青配方：20目橡膠粉∶SBS∶基質(zhì)瀝青=16%∶2%∶82%。

Experimental Study on High-temperature Performance of Rubber Powder and SBS Compound Modified Asphalt

LIU Zhen-peng，WANG Jing，LU Fang，QIN Hong-hai

(Guangxi Vocational and Technical College of Communications，Nanning，Guangxi，530216)

Abstract：Through testing the high-temperature performance of rubber powder and SBS compound modified asphalt of 30 different formulas，this article studied the influence of rubber powder mesh，ash content and SBS content on high-temperature performance of composite modified asphalt，the results showed that：with the increase of rubber powder or SBS content，the penetration degree of composite modified asphalt is reduced，while the softening point，elastic recovery and Brookfield viscosity are increased，with significant improvement of high-temperature performance，and 20-mesh rubber powder is more favorable to high-temperature performance of composite modified asphalt than 40-mesh rubber powder.And finally it selected the rubber powder and SBS compound modified asphalt formula with excellent high-temperature performance and significant technical and economic advantages：20-mesh crumb rubber∶SBS∶matrix asphalt=16%∶2%∶82%.

Keywords：Rubber powder and SBS compound modified asphalt；High-temperature performance；Experimental study

作者簡介

中圖分類號：U416.218

文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.002

文章編號：1673-4874(2016)04-0006-04

收稿日期：2016-04-02

劉貞鵬(1989—)，碩士，研究方向：筑路材料；

王晶(1983—)，工程師，研究方向：道路建筑材料性能；

陸芳(1976—)，高級實驗師，研究方向：工程材料試驗與檢測；

覃宏海(1989—)，助理工程師，研究方向：工程測量及工程材料檢測。