廢舊橡膠粉摻量對改性瀝青路用性能的影響

韓　君，于曉飛，周德洪

(1 江蘇寶利國際投資股份有限公司，江蘇江陰 214422；2 上海交通大學 化學與化工學院，上海 200240)

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廢舊橡膠粉摻量對改性瀝青路用性能的影響

韓君1，于曉飛2，周德洪1

(1 江蘇寶利國際投資股份有限公司，江蘇江陰 214422；2 上海交通大學 化學與化工學院，上海 200240)

采用廢舊橡膠粉制備改性瀝青，通過測試廢舊橡膠粉改性瀝青的路用性能指標研究橡膠粉的摻量對改性瀝青各項性能的影響。結果表明，廢舊橡膠粉能顯著提高基質瀝青的高溫性能、改善其低溫性能和溫度敏感性，當廢舊橡膠粉摻量為質量分數15%時改性瀝青的綜合性能最優。

廢舊橡膠粉，改性瀝青，路用性能

隨著能源、資源和環保對經濟發展壓力的增大，發展循環經濟的理念越來越被重視。作為世界橡膠消費和橡膠進口的大國，我國的廢舊輪胎產量也位居世界前列，因此由廢舊輪胎所造成的環境污染與資源浪費問題等日漸凸顯[1]。2013年我國的廢舊輪胎產量為1080萬t，并以每年約6%的速度增長，預計到2020年廢舊橡膠產量將達到2000萬t[2-3]。因此，如何有效利用數量巨大的廢舊橡膠、治理環境污染是全社會都應重視解決的大問題。將廢舊橡膠應用于道路工程中是處理大量廢舊橡膠制品的較佳選擇，也是全球解決廢舊橡膠污染的有效途徑之一[4-5]。本文將不同質量分數的橡膠粉加入到基質瀝青中，分別測定不同橡膠粉摻量下改性瀝青的各種性能指標，并綜合考慮給出較適宜的橡膠粉摻量。

1　試驗部分

1.1原材料

廢舊橡膠粉是指已經硫化交聯的橡膠，其主要來源是廢輪胎。從微觀形貌分析其膠粉顆粒仍然保持著網狀交聯結構，交聯點之間還保持著較長的柔性鏈段，同時還含有填料和防老劑等化學成分[6-9]。本文考慮到橡膠粉特性以及推廣成本，擬采用40～80目的細碎橡膠粉顆粒來進行改性試驗。

橡膠粉改性瀝青的性質與基質瀝青的各項指標有著密切關系?；|瀝青的性質決定并影響橡膠粉改性瀝青的配伍性或相容性。因此基質瀝青標號的選擇要結合瀝青路面使用溫度而定。本文選用韓國雙龍70#瀝青作為基質瀝青進行廢舊聚合物改性瀝青性能的研究。

1.2廢舊橡膠粉改性瀝青的制備

廢舊橡膠粉改性瀝青的制備工藝參數主要包括廢舊橡膠粉的烘干溫度、烘干時間、基質瀝青加熱溫度、攪拌速率、攪拌時間五個方面。結合國內外瀝青改性經驗及廢舊橡膠粉性質，確定廢舊橡膠粉的烘干溫度為110℃，烘干時間為2h～3h，基質瀝青加熱溫度為160℃，高速剪切速率為6000r/min，攪拌時間為150min。

2　結果與討論

2.1廢舊橡膠粉改性瀝青的高溫性能

圖1是軟化點與膠粉摻量的關系，從圖中可以看出，廢舊橡膠粉改性瀝青的軟化點隨著橡膠粉的摻量增加而增大，膠粉摻量為5%時，軟化點從49.5℃升高到51.5℃，膠粉摻量為10%時，軟化點升至52.5℃升高速率有所減緩。當橡膠粉摻量在10%～15%時，改性瀝青的軟化點隨膠粉含量的變化最為明顯；當橡膠粉含量超過15%后，改性瀝青軟化點的升高幅度減緩，橡膠粉摻量為20%時，與基質瀝青相比，其軟化點提高了21.2%，高溫性能得到很大改善。

圖1　軟化點與膠粉摻量的關系

圖2是當量軟化點T800與橡膠粉摻量的關系圖，從圖中可以看出，隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠粉改性瀝青的當量軟化點顯著增加，當摻量為10%時，T800由基質瀝青的47.1℃增加到了51.2℃，當摻量達到20%時，其當量軟化點較基質瀝青提高了11.7%，瀝青的高溫性能得到了很大的提高。在橡膠粉摻量低于15%時，T800隨橡膠粉用量的增加而增大的速率相對較大；當橡膠粉用量超過15%后，T800遞增速率顯著下降，這表明過多的膠粉用量對瀝青的高溫改善作用不再有明顯的提高。

圖2　T800與橡膠粉摻量的關系

2.2廢舊橡膠粉改性瀝青的低溫性能

圖3是延度與橡膠粉摻量的關系圖，從圖中可以看出，基質瀝青的低溫延度值僅為3.3cm，幾乎為脆性斷裂，其低溫性能較差。隨著橡膠粉摻量的增加，膠粉改性瀝青的低溫性能明顯提高。當膠粉摻量大于5%時，膠粉瀝青的延度急劇增大；當廢舊橡膠粉摻量為10%時，其低溫延度值為7.4cm；當膠粉摻量增至15%時，其低溫延度值也隨之增加到9.5cm，約是基質瀝青的低溫延度值兩倍；當摻量大于15%時，延度值上升趨勢減緩。分析認為，這是因為廢舊膠粉顆粒與瀝青中的膠質結合在一起形成的分散質，在適當的溫度下攪拌，可使其與瀝青質界面充分結合，同時促進分散質進一步均勻混合。當橡膠粉摻量大于的15%時，橡膠粉顆粒數量接近飽和，在分散質中便形成膠粉小團粒，而多余的橡膠粉小團粒的內部橡膠粉粒子之間幾乎沒有結合力，與瀝青界面不能充分結合或接觸，對瀝青的粘結性不起作用；當這種小團粒增多時反而會使瀝青的延度下降，過多的膠粉摻量對低溫抗裂能力無益。當摻量為20%時，延度值較摻量為15%時變化量很小，說明當橡膠粉摻量過多時對改性瀝青的低溫性能并無明顯的改善效果。

圖3　延度與橡膠粉摻量的關系

圖4是T1.2與膠粉摻量的關系圖，由圖中可以看出，隨著橡膠粉摻量的增加，廢舊橡膠粉改性瀝青的當量脆點有所降低，表明瀝青的低溫性能得到顯著改善。在0～10%的膠粉摻量時，當量脆點隨膠粉摻量的增加呈下降趨勢，膠粉摻量增至10%時，當量脆點達到最低值-11.5℃。當膠粉摻量在10%～15%時，改性瀝青的當量脆點呈增長趨勢，當摻量大于15%后，其當量脆點不再變化。當膠粉摻量達到20%時，改性瀝青的當量脆點為-10.2℃，較基質瀝青的-9.4℃還是有一定的改善作用。

圖4　T1.2與膠粉摻量的關系

2.3廢舊橡膠粉改性瀝青的溫度敏感性

本文采用針入度指數PI來評價改性瀝青的溫度敏感性。對不同溫度條件下測試的針入度值取對數，令y=lgP，x=T，按式(1)進行y=a+bx的直線回歸，求取針入度溫度指數AlgPen。

lgP=K+AlgPen×T

(1)

式中：T—不同試驗溫度，相應溫度下的針入度為P；K—回歸方程的常數項a；AlgPen—回歸方程系數b。

按式(1)進行回歸計算時必須進行相關性檢驗，當溫度條件為3時，直線回歸相關系數R不得小于0.997(置信度95%)，否則試驗無效。然后，確定瀝青的針入度指數PI，并記為PIlgPen。用已測得改性瀝青針入度值計算得到生物PI值結果如表1所示。

表1　橡膠粉改性瀝青的針入度與針入度指數

從表1可以看出，瀝青經橡膠粉改性后，針入度指數有很大的提高，加入5%的橡膠粉，基質瀝青的PI值由-1.42875增加到-1.04478，增加了近30%，但還不滿足PI值在-1～+1范圍的要求。當橡膠粉摻量為10%時針入度指數首先達到最大值-0.76923，也進入要求范圍，這時與基質瀝青相比PI值增大了46%，這表明橡膠瀝青的感溫性能得到很大的改善。橡膠粉摻量在0～10%時對瀝青的PI值影響更顯著，超過10%之后，PI值增加幅度急劇減緩，隨橡膠粉產量的增加PI值幾乎不再變化，表明過多的橡膠粉摻量對瀝青的溫度敏感性不再有明顯的改善作用。因此，橡膠粉摻量最低不宜低于10%。

3　結論

(1)廢舊橡膠粉改性瀝青的高低溫試驗表明，基質瀝青中加入一定量的橡膠粉提高了瀝青的高、低溫性能，降低了其溫度敏感性能?？梢悦黠@地改善瀝青路面夏季高溫車轍冬季受凍開裂的問題。

(2)廢舊橡膠粉的摻量對廢舊橡膠粉改性瀝青性能的影響較基質瀝青自身性能的影響大，結合改性瀝青的高、低溫性能以及溫度敏感性能，本文從生產與經濟方面綜合考慮，制備廢舊橡膠粉改性瀝青時，廢舊膠粉的最優摻量為15%。

(3)采用廢舊橡膠粉改性瀝青，可明顯增強路面的抗病害能力并延長道路的養護維修周期，減少二次投入。

(4)用廢舊橡膠粉改性瀝青，不僅可以提高基質瀝青的使用性能，還能有效回收利用廢舊橡膠，減少“黑色污染”，保護生態環境，具有良好的社會效益。

[1] 張正甫，劉玉松，蔡光華，等.廢舊輪胎在道路工程中的研究進展[J]. 2015，48(2)：361-368.

[2] 張麗萍，邱欣，薛亮，等.廢舊輪胎橡膠改性瀝青混合料路用性能的室內試驗[J].沈陽建筑大學學報：自然科學版，2005，21(4)：293-296.

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[4] 楊志峰，李美江，王旭東.廢舊橡膠粉在道路工程中應用歷史和現狀[J].公路交通科技，2005，22(7)：19-22.

[5] 汪水銀，郭朝陽，彭鋒.廢胎膠粉瀝青的改性機理[J].長安大學學報：自然科學版，2010，30(4)：34-38.

[6] 王旭東，李美江，路凱冀，等.橡膠瀝青及混凝土應用成套技術[M].北京：人民交通出版社，2008.

[8] 袁德明，劉冬，廖克儉.廢舊橡膠粉改性瀝青研究進展[J].合成橡膠工業，2007，30(2)：159-162.

[9] Heitzman M. Design and construction of asphalt paving materials with crumb rubber modifier[J]. Transportation Research record，1992，1339：1-8.

Effect of the Rubber Crumb Content on the Pavement Performance of Modified Asphalt

HAN Jun1，YU Xiao-fei2，ZHOU De-hong1

(1 Jiangsu Baoli International Investment CO.，Ltd.，Jiangyin 214422，Jiangsu，China；2 Shanghai Jiaotong University，Institute of Chemistry and Chemical Engineering，Shanghai 200240，China)

In order to improve the performance of waste rubber crumb modified asphalt，we adopted rubber powder to prepare modified asphalt. And we evaluated the performance of rubber powder modified asphalt through the high temperature performance，elastic recovery，low temperature performance and temperature sensitivity index. The research result showed that when the content of powder was 15%，the rubber modified asphalt had the optimal performance.

waste rubber powder，composite modified asphalt，road performance

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