橡膠粉摻量和目數對橡膠瀝青性能的影響機理研究

李曉琛張麗娟（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司；華南理工大學土木與交通學院）

橡膠粉摻量和目數對橡膠瀝青性能的影響機理研究

李曉琛1張麗娟2
（1廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司；2華南理工大學土木與交通學院）

本文研究了橡膠粉摻量和目數對橡膠瀝青性能的影響，隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青的黏度、軟化點和彈性恢復隨著增加，針入度逐漸減小，延度先增加后減小，在橡膠粉摻量為25%時，延度出現了拐點。橡膠粉目數對針入度結果有一定影響，采用多少目的橡膠粉才合適，要結合橡膠瀝青混合料的路用性能予以選擇。

摻量；目數；橡膠粉；橡膠瀝青

1　前言

近年來，我國交通運輸業的快速發展，交通基礎設施建設進入了一個高速發展期，公路里程大幅度增長。據資料統計，我國在1989年全國公路總里程為271公里，到1999年，我國公路總里程已突破1萬公里，到2002年突破2萬公里，2003年近3萬公里，已位居世界第二位。從2008年開始我國道路建設發展更為突飛猛進，到2014年底，我國公路里程已突破446.39萬公里。在短短的二十多年里，我國公路建設成績相當于其他國家半個世紀的發展歷程。

隨著我國汽車保有量的逐年增加，大量的廢舊輪胎急需處理，2009年以后，每年都有一定程度的上漲，廢舊輪胎2013年產量為1080萬噸，并以每年約5%～6%的速度增長，預計2020年將達到2000萬噸［1］。如此多的廢舊輪胎，如果采用燃燒處理，將產生大量廢氣污染，影響空氣質量和人民生活水平，并造成大量資源浪費。

研究表明將廢舊輪胎磨成橡膠粉加入道路石油瀝青中，不僅起到了節約能源保護環境的效果，同時還能改善道路石油瀝青的高溫穩定性、水穩定性、低溫抗裂性能，橡膠瀝青混合料不僅可以減少行車噪音，提高行車的安全系數，改善路面的路用質量，并且廢舊輪胎價格低廉，生產技術成熟，降低了筑路的成本［2］。本文通過研究橡膠粉摻量和目數對橡膠瀝青性能的影響，確定廢舊橡膠粉的摻量、目數和基質瀝青的種類，提出橡膠瀝青的配方。

2　橡膠粉摻量對橡膠瀝青性能的影響

2.1原材料

基質瀝青1#采用70#A級的道路石油瀝青，其性能見表1［3，4］。基質瀝青2#采用50#A級的道路石油瀝青，其性能見表2。

表1　70#A級的道路石油瀝青性能

表2　50#A級的道路石油瀝青性能

2.2試驗方案

廢舊橡膠粉采用40目的膠粉，將廢舊橡膠粉采用15%、20%、25%、30%四個等級，分別加入基質瀝青中，采用高速剪切機對橡膠瀝青進行加工。

2.3試驗結果

橡膠粉摻量對橡膠瀝青性能的影響試驗結果見表3和圖1。

表3　橡膠瀝青性能試驗結果

圖1　橡膠粉摻量與橡膠瀝青性能關系圖

從表3和圖1可看出，摻量對1#和2#橡膠瀝青的影響基本相同，隨著橡膠粉摻量的增加，1#和2#橡膠瀝青的黏度、軟化點和彈性恢復隨著增加，針入度逐漸減小，延度先增加后減小，在橡膠粉摻量為25%時延度都出現了拐點，說明橡膠粉摻量有一個臨界點，其原因是因為橡膠粉吸附在瀝青的輕質組分中，當摻量超過一定比例后，就會出現橡膠粉過剩，導致延度下降。根據試驗結果，推薦橡膠粉的摻量為25%。

3　橡膠粉目數對橡膠瀝青性能的影響

3.1原材料

基質瀝青1#采用70#A級的道路石油瀝青，其性能見表1?；|瀝青2#采用50#A級的道路石油瀝青，其性能見表2。

3.2試驗方案

采用橡膠粉摻量為25%，廢舊橡膠粉采用20目、40目、60目和80目的膠粉，采用高速剪切機對橡膠瀝青進行加工。

3.3試驗結果

橡膠粉目數對橡膠瀝青性能的影響的試驗結果見表4和圖2。

表4　橡膠瀝青性能試驗結果

圖2　橡膠粉目數與橡膠瀝青性能關系圖

從表4和圖2可看出，橡膠粉目數對1#和2#橡膠瀝青的影響基本相同，隨著橡膠粉目數的增加，橡膠瀝青的針入度逐漸減小，而對黏度、軟化點、彈性恢復和延度的影響不大。從試驗結果可知，橡膠粉目數對針入度結果有一定影響，采用多少目的橡膠粉添加進瀝青才合適，還要結合橡膠瀝青混合料的路用性能予以選擇。從性能上看，采用1#基質瀝青加工的橡膠瀝青，性能比較好，建議在選擇橡膠瀝青時，要因地制宜，根據當地的環境和使用目的選擇合適的基質瀝青。根據本文的研究需要采用40目的廢舊橡膠粉做為膠粉，采用70#A級的道路石油瀝青做為基質瀝青。

4　結語

根據上述的試驗結果，確定橡膠瀝青的配方是基質瀝青（70#A級的道路石油瀝青）：橡膠粉（40目）=75：25。采用該配方對橡膠瀝青的主要技術性能進行檢驗，見表5，其主要技術指標滿足《橡膠瀝青及混合料設計施工技術指南》［5］中橡膠瀝青技術標準對于熱區（熱區主要是指《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）A.4.4中的1-3、1-4氣候分區）的技術要求。

橡膠瀝青既可以節約能源，減少環境污染，解決了廢舊輪胎堆放、再處理的問題，改善了現有瀝青的性能，順應了節約資源和保護環境的基本國策，實現了建設資源節約型、環境友好型國家的目標。●

表5　橡膠瀝青的主要技術指標

［1］張正甫，劉松玉，蔡光華，魏啟炳.廢舊輪胎在道路工程中的研究進展.土木工程學報［J］.2015，（S2）：361-368.

［2］State of California Department of Transportation. Asphalt Rubber Usage Guide［S］，2003.

［3］交通部公路科學研究院.JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［4］交通部公路科學研究院.JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］交通部公路科學研究院.橡膠瀝青及混合料設計施工技術指南［M］.北京：人民交通出版社，2008.