橡膠顆粒改性瀝青最適反應(yīng)條件的確定

黨 彥，王國(guó)忠，高江波

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)能源與交通工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018）

橡膠顆粒改性瀝青最適反應(yīng)條件的確定

黨 彥，王國(guó)忠，高江波

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)能源與交通工程學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018）

把橡膠顆粒與瀝青反應(yīng)一段時(shí)間，制備出一種類似改性瀝青的新瀝青，把這種瀝青定義為橡膠顆粒改性瀝青。選取橡膠顆粒質(zhì)量比為25％與基質(zhì)瀝青進(jìn)行反應(yīng)，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)確定最適宜反應(yīng)條件，二因素四水平，影響因素是溫度（170℃、180℃、190℃、200℃）與時(shí)間（30 min、45 min、60 min、75 min），控制指標(biāo)是瀝青三大指標(biāo)，最終確定最適宜反應(yīng)條件是反應(yīng)溫度190℃左右、反應(yīng)時(shí)間45 min左右。本文為橡膠顆粒摻入到基質(zhì)瀝青中作為改性瀝青應(yīng)用在實(shí)際施工中提供依據(jù)。

橡膠顆粒改性瀝青；濕拌法；三大指標(biāo)；反應(yīng)條件

1 原材料性能檢測(cè)

1.1瀝青性能檢測(cè)

表1　盤錦90#瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2橡膠顆粒性能檢測(cè)

表2　橡膠顆粒技術(shù)指標(biāo)

2 橡膠顆粒與瀝青最佳反應(yīng)條件確定

2.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）影響因素確定

根據(jù)相關(guān)研究橡膠顆粒與瀝青反應(yīng)溫度和時(shí)間具體如下：

橡膠顆粒與瀝青反應(yīng)溫度：分別選取170℃、180℃、190℃、200℃；

橡膠顆粒與瀝青反應(yīng)時(shí)間：分別選取30 min、45 min、60 min、75 min。

橡膠顆粒與瀝青摻配比例：采用等體積的橡膠顆粒替換集料，替換比例分別為1％、2％、3％、4％，通過(guò)計(jì)算橡膠顆粒瀝青比值平均值約為25％。因此，本文橡膠顆粒與瀝青摻配比例選取25％。

參照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)L16（45）標(biāo)準(zhǔn)正交試驗(yàn)，二因素四水平，設(shè)置三列空列，具體正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)如下。

表3　影響因素水平

表4　正交試驗(yàn)表（L16）

（2）控制指標(biāo)確定

橡膠顆粒改性瀝青軟化點(diǎn)：軟化點(diǎn)越高，瀝青混合料高溫穩(wěn)定性越好；

橡膠顆粒改性瀝青延度：延度值越大，瀝青混合料低溫抗裂性越好；

橡膠顆粒改性瀝青針入度：針入度值越小，表明瀝青的黏度越大，瀝青混合料高溫穩(wěn)定性越好。

所以本文主要是通過(guò)測(cè)定橡膠顆粒改性瀝青三大指標(biāo)來(lái)確定制備橡膠顆粒改性瀝青適宜條件。

2.2橡膠顆粒與瀝青最佳反應(yīng)條件確定

采用正交試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)處理選用直觀分析方法，直觀分析法使用簡(jiǎn)單、計(jì)算方便、結(jié)果明確，可以通過(guò)比較影響因素的各水平對(duì)應(yīng)的均值和極值，確定最適宜的反應(yīng)條件。

（1）反應(yīng)條件對(duì)軟化點(diǎn)的影響分析

圖1　軟化點(diǎn)隨反應(yīng)時(shí)間變化曲線

圖2　軟化點(diǎn)隨反應(yīng)溫度變化曲線

表5　軟化點(diǎn)直觀分析

圖3　延度隨反應(yīng)時(shí)間變化曲線

極差分析，RA=1.75，RB=2.06，因?yàn)镽A＜RB，表明反應(yīng)時(shí)間比反應(yīng)溫度對(duì)橡膠顆粒改性瀝青軟化點(diǎn)值影響更大。

（2）反應(yīng)條件對(duì)延度值的影響分析

圖4　延度隨反應(yīng)溫度變化曲線

表6　延度直觀分析

圖5　針入度隨反應(yīng)時(shí)間變化曲線

極差分析，RA=1.06，RB=1.01，因?yàn)镽A＞RB，表明反應(yīng)時(shí)間比反應(yīng)溫度對(duì)橡膠顆粒改性瀝青延度值影響更大。

（3）反應(yīng)條件對(duì)針入度的影響分析

圖6　針入度隨反應(yīng)溫度變化曲線

根據(jù)以上圖表對(duì)影響因素時(shí)間進(jìn)行分析，其中水平均值最小者為3，在直觀分析中各水平均值最小（大）對(duì)應(yīng)的水平是最適宜反應(yīng)條件3對(duì)應(yīng)橡膠顆粒與瀝青反應(yīng)時(shí)間60 min，此反應(yīng)時(shí)間下制備所得橡膠顆粒改性瀝青針入度值最小。

表7　針入度直觀分析

根據(jù)上述圖表對(duì)影響因素溫度進(jìn)行分析，其中水平均值最小者為2，在直觀分析中各水平均值最小（大）對(duì)應(yīng)的水平是最適宜反應(yīng)條件，2對(duì)應(yīng)橡膠顆粒與瀝青反應(yīng)溫度為180℃，此溫度下制備所得橡膠顆粒改性瀝青針入度值最小。

極差分析，RA=2.42，RB=2.08，因?yàn)镽A＞RB，表明反應(yīng)溫度比反應(yīng)時(shí)間對(duì)橡膠顆粒改性瀝青針入度值影響更大。

綜合以上分析可得：

反應(yīng)時(shí)間45 min左右、反應(yīng)溫度190℃左右制備所得橡膠顆粒改性瀝青軟化點(diǎn)值最大、延度值最大；反應(yīng)時(shí)間60 min左右、反應(yīng)溫度180℃左右制備所得橡膠顆粒改性瀝青針入度值最小；綜合考慮軟化點(diǎn)值可以反應(yīng)瀝青高溫性能、延度值可以反應(yīng)瀝青低溫性能，雖然針入度值也可以間接反應(yīng)瀝青高溫性能，但是軟化點(diǎn)值能夠更好反應(yīng)瀝青高溫性能。綜合可得橡膠顆粒改性瀝青最適宜制備條件：反應(yīng)時(shí)間45 min、反應(yīng)溫度190℃。

3 橡膠顆粒改性瀝青與其他瀝青性能比較

國(guó)內(nèi)外科研、工程實(shí)踐中經(jīng)常采用瀝青三大指標(biāo)對(duì)于其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)比較。本文瀝青高溫性能使用針入度（25℃）、軟化點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)比較，低溫性能使用延度（5℃）進(jìn)行評(píng)價(jià)比較。

圖7　軟化點(diǎn)值比較

圖8　延度值比較

圖9　針入度值比較

軟化點(diǎn)比較：對(duì)三種瀝青軟化點(diǎn)值進(jìn)行比較，大小依次為：SBS改性瀝青＞橡膠顆粒改性瀝青＞盤錦90#基質(zhì)瀝青；實(shí)測(cè)基質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)50.2℃，橡膠顆粒改性瀝青軟化點(diǎn)57.8℃，SBS改性瀝青軟化點(diǎn)62.8℃；軟化點(diǎn)值可以評(píng)價(jià)瀝青高溫性能，所以可得橡膠顆粒改性瀝青高溫性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青，與SBS改性瀝青差距很小（軟化點(diǎn)值為SBS改性瀝青92％）。

延度比較：數(shù)據(jù)圖表顯示，橡膠顆粒改性瀝青延度值與基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青延度值差距很大，但是橡膠顆粒改性瀝青與基質(zhì)瀝青屬于兩種類型瀝青，各自規(guī)范參考值不同，盤錦90#基質(zhì)瀝青規(guī)范值要求延度值為100 cm，檢測(cè)值為118 cm。橡膠顆粒改性瀝青參照橡膠瀝青規(guī)范要求，橡膠瀝青延度規(guī)范要求值是10 cm，橡膠顆粒改性瀝青延度實(shí)驗(yàn)值為16 cm，滿足橡膠瀝青規(guī)范要求。橡膠瀝青延度值一般在10～15 cm，橡膠瀝青已經(jīng)在工程實(shí)踐中證明具有很好的低溫性能優(yōu)于普通基質(zhì)瀝青，與SBS改性瀝青低溫性能差距較小；而橡膠顆粒改性瀝青和橡膠瀝青性質(zhì)接近，參照橡膠瀝青規(guī)范，本實(shí)驗(yàn)制備所得橡膠顆粒改性瀝青延度值大于一般的橡膠瀝青延度值，低溫性能優(yōu)于橡膠瀝青；替換可得橡膠顆粒改性瀝青低溫性能優(yōu)于盤錦90#基質(zhì)瀝青，與SBS改性瀝青低溫性能差距很小。

針入度比較：針入度值雖然不能直接反應(yīng)瀝青性能，但是針入度可以反應(yīng)瀝青的黏度，針入度值越小，瀝青黏度值越大，黏度值越大瀝青高溫性能越好，所以針入度可以間接評(píng)價(jià)瀝青高溫性能；橡膠顆粒改性瀝青針入度實(shí)測(cè)值6.4 mm，基質(zhì)瀝青針入度值為9.2 mm，SBS改性瀝青針入度值為7.5 mm，通過(guò)數(shù)據(jù)比較可以在一定程度說(shuō)明橡膠顆粒改性瀝青高溫性能優(yōu)于盤錦90#基質(zhì)瀝青。

綜合評(píng)價(jià)：橡膠顆粒改性瀝青較基質(zhì)瀝青有很好的高溫性能和低溫性能，但是與SBS改性瀝青有一定差距。

4 結(jié) 論

（1）通過(guò)選取橡膠顆粒摻量為瀝青質(zhì)量的25％，在不同反應(yīng)溫度、不同反應(yīng)時(shí)間下試驗(yàn)測(cè)得橡膠顆粒改性瀝青的三大指標(biāo)，通過(guò)直觀分析確定橡膠顆粒改性瀝青制備的最適宜時(shí)間為45 min、最適宜溫度為190℃；

（2）通過(guò)與基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青三大指標(biāo)對(duì)比分析，橡膠顆粒改性瀝青高溫性能和低溫性能均優(yōu)于基質(zhì)瀝青，作為一種新型瀝青有很好的應(yīng)用前景。

［1］ 錢伯章.廢舊輪胎利用準(zhǔn)入政策落地［J］.世界橡膠工業(yè)，2013，40（5）：48.

［2］ 李智.勇廢舊橡膠改性瀝青路用性能與環(huán)境評(píng)價(jià)研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2006.

［3］ 陳建華.橡膠粉改性瀝青混凝土路用性能研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2012.

［4］ 祝龍旭.橡膠瀝青在城市道路改造中的應(yīng)用［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2014.

U416

C

1008-3383（2016）09-0006-04

2016-03-11

黨彥（1989-），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布化德人，碩士研究生，研究方向：道路工程。