橡膠粉摻量對橡膠改性瀝青性能試驗研究

陳開國

摘 要：通過系統試驗，定性地分析了不同橡膠粉摻量對瀝青的高溫性能、低溫性能、彈性恢復性能等幾個方面的影響。研究表明：橡膠粉的摻入可以明顯提高瀝青的高、低溫性能，提高瀝青的彈性恢復能力，改善瀝青的溫度敏感性。但是當摻量達到18%以后，摻量的提高對性能的改善幅度大幅減小，甚至更大的摻量還可能出現負面的影響。綜合考慮改性瀝青的性能，試驗確定采用內摻18%的橡膠粉作為橡膠改性瀝青的最佳膠粉摻量。

關鍵詞：橡膠改性瀝青；高溫性能；低溫性能；彈性恢復性能

隨著我國公路等級的提高，瀝青混凝土路面已經成為高等級路面道路路面中占主要地位的路面結構。而且隨著公路上的交通量及軸重日益增加，一般的瀝青材料品質已難以滿足高等級瀝青混凝土路面結構的需要。

廢舊輪胎中含有丁苯橡膠（SBR）、天然橡膠等多種高分子聚合物以及各類添加劑，這些添加劑均為改善瀝青混合料性能的有效成分。所以，將廢舊輪胎回收再利用，作為膠粉添加劑改善石油瀝青具有很好的應用前景。進年來隨著研究水平的不斷提高，對廢橡膠粉改性瀝青又進行了一些積極的研究，本試驗通過研究不同橡膠粉摻量對橡膠改性瀝青的性能的影響，以促進廢橡膠粉在瀝青混凝土路面中的應用。

1 試驗用基質瀝青、橡膠粉技術指標和橡膠粉摻量

1.1 試驗用基質瀝青技術指標

試驗采用東海70#A級基質瀝青作為研究用瀝青，其性能指標見表1.1。

從上表可以看出，基質瀝青的性能符合要求。

1.2 試驗用橡膠粉技術指標

試驗所采用的膠粉為深圳海川工程科技有限公司生產的廢舊橡膠粉，膠粉類別為斜交胎廢舊輪胎膠粉，采用的加工工藝為室溫粉碎法。試驗用橡膠粉技術指標具體見表1.2。

粒徑是廢舊橡膠粉的主要技術指標之一，橡膠粉顆粒的大小將會直接影響改性瀝青的性能。ASTM有一整套按照輪胎橡膠粉的顆粒分布進行分類的方法。分類名稱按照公稱最大粒徑，分為從10目～80目（分類級差為10目）、100目～140目（分類級差為20目）、170目、200目總計13類。試驗選用了深圳海川公司提供的60目橡膠粉進行研究，制備改性瀝青。深圳海川60目橡膠粉級配篩分結果見表1.3。

1.3 試驗中橡膠粉摻量

試驗中所有橡膠粉摻量均為內摻劑量，即：18%的摻量表示橡膠粉：基質瀝青=18：82。試驗研究中考慮了8%、13%、18%、23%等摻量的性能對比。

2 橡膠粉改性瀝青的技術要求和制備工藝

2.1 橡膠粉改性瀝青的技術要求

60℃粘度是反映瀝青的高溫性能的一個重要指標。60℃粘度越大，其高溫性能也就越強。試驗之所以采用180℃粘度這個指標作為橡膠粉改性瀝青的高溫性能的評價指標之一是因為橡膠粉瀝青在60℃下的粘度太大，在試驗室中，用布氏旋轉粘度計無法準確測出。而美國的研究結果表明，高溫粘度能夠更好地反映橡膠瀝青的性能，ASTM橡膠瀝青技術標準規定用175℃表觀粘度作為評價標準，而亞利桑那州橡膠瀝青技術標準規定用177℃旋轉粘度作為評價指標。在我國，多數采用的是180℃旋轉粘度作為評價標準，因此本試驗也采用180℃旋轉粘度作為橡膠瀝青的高溫性能評價指標之一。橡膠瀝青技術要求見表2.1。

2.2 橡膠粉改性瀝青的制備工藝

參照橡膠瀝青改性工藝研究成果，用于制作SBS改性瀝青的高速剪切設備很多，而專業用于橡膠瀝青改性簡單攪拌溶脹改性的設備省內沒有，為鋪筑2km的試驗路而去調用設備，成本太高。因此，試驗決定采用高速剪切改性的工藝，其參數為：加工工藝：高速剪切（轉速2000/min），反應溫度：180℃，反應時間：60分鐘。橡膠瀝青的室內制備工藝見下圖2.1。

3 不同摻量橡膠粉對瀝青性能的影響

3.1 橡膠粉摻量對瀝青高溫性能的影響

試驗量測了不同橡膠粉摻量下瀝青的針入度、軟化點和180℃黏度，試驗結果如下：

通過上表3.1得出橡膠粉摻量對瀝青25℃針入度的影響曲線圖、橡膠粉摻量對瀝青軟化點的影響曲線圖、橡膠粉摻量對瀝青180℃粘度的影響曲線圖，分別如下：

從表3.1和圖3.1～3.3可以看出，隨著橡膠粉劑量的增加，橡膠瀝青與基質瀝青相比明顯變硬，針入度降低、軟化點增大、180℃粘度增大，說明橡膠粉改性瀝青的高溫性能的確有所改善。隨著廢舊橡膠粉的摻量的增加，針入度降低、軟化點增加、粘度增大。但是當摻量達到18%以后，隨著廢舊橡膠粉的進一步增加，這三個指標改善的趨勢在逐漸減緩。

通過表3.1的針入度計算得出針入度指數，并制作橡膠粉摻量對瀝青針入度指數的影響曲線圖，如下：

針入度指數PI是用以描述瀝青的溫度敏感性的指標（注意針入度是用以描述稠度的指標）；針入度指數PI越大，瀝青的溫度敏感性越小。

從圖3.4可以看出，橡膠粉的加入，使得瀝青的針入度指數有了很大的提高，極大的改善了瀝青的溫度敏感性。且隨著膠粉摻量的增大，PI值逐漸增大，但當橡膠粉摻量達到18%后，膠粉的摻量增加對PI的提高很小。

3.2 橡膠粉摻量對瀝青低溫性能的影響

試驗量測了低溫條件下，橡膠粉摻量對瀝青5℃延度的影響，試驗結果如下：

圖3.5 橡膠粉摻量對瀝青低溫延度的影響

由圖3.5可以看出，橡膠瀝青5℃延度顯著大于基質瀝青的5℃延度，隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青的低溫延度明顯增加。當橡膠粉摻量大于18%時，延度增加的趨勢變緩。開始橡膠粉劑量小時，膠粉顆粒與瀝青中的膠質結合在一起形成分散質，在適當的溫度下攪拌，使它們與瀝青質界面充分結合，同時使已形成的分散質進一步混合均勻，相當于使瀝青的膠體結構中分散質的數量增加，分散介質進一步減小，其延度隨著橡膠粉劑量的增加而逐漸升高，表現為上升趨勢。當橡膠粉摻量大于18%時，橡膠粉顆粒數量接近飽和，這樣在分散介質中就會形成膠粉小團粒，而橡膠粉小團粒的內部的橡膠粉粒子幾乎沒有結合力，它與瀝青界面不能充分結合或接觸，其粘結性能不佳，對瀝青低溫延度的提高有限；甚至可以預測，當摻量繼續增大，這種小團粒增多時反而會使瀝青的延度下降，表現為下降趨勢。

3.3 橡膠粉摻量對瀝青25℃彈性恢復的影響

試驗量測了橡膠粉摻量對瀝青25℃彈性恢復的影響，試驗結果如下：

圖3.6 橡膠粉摻量對瀝青彈性恢復的影響

由圖3.6可以看出，隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青的彈性恢復性能顯著提高，其原因是因為橡膠粉是一種良好的彈性材料，橡膠粉在瀝青中溶脹后，橡膠粉微粒互相搭接融合而形成網絡結構，這種網狀結構具有橡膠的特征，具有良好的彈性，因此可以提高瀝青的彈性恢復能力。但在摻量超過18%后，彈性恢復的增加幅度減小，可見當橡膠粉摻量加到一定程度時，彈性恢復性能對橡膠粉摻量變化的敏感性會降低。

4 結語

根據試驗結果分析可以得出如下結論：

（1）橡膠粉的摻入可以明顯提高瀝青的高、低溫性能，提高瀝青的彈性恢復能力，改善瀝青的溫度敏感性。

（2）橡膠粉對瀝青上述性能的改善程度隨著摻量的增大而提高，但是當摻量達到18%以后，摻量的提高對性能的改善幅度大幅減小，甚至更大的摻量還可能出現負面的影響。

（3）綜合考慮改性瀝青的性能、經濟成本和國內外的成功經驗，試驗確定采用內摻18%的橡膠粉作為橡膠改性瀝青的最佳膠粉摻量。

參考文獻

[1] 劉月嬌.橡膠瀝青及其SMA混合料技術性能研究[D].西安：長安大學，2010.

[2] 路學元，張素云，鄭南翔等.瀝青膠漿（SMA）實驗方法與評價指標研究[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2006（07）.