兩種膠粉混用對橡膠瀝青常規性能及儲存穩定性研究

郭豪 張化川

摘 要：使混合脫硫膠粉與普通膠粉制備橡膠瀝青，測定其布氏粘度、軟化點、針入度、5℃延度、軟化點差。通過研究發現當普通膠粉與脫硫膠粉各自摻量適當時，膠粉溶脹發育可以形成良好的交聯結構，得到各項性能較好的橡膠瀝青。

關鍵詞：脫硫膠粉;普通膠粉;摻量;性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.057

1 緒論

將廢舊輪胎橡膠制成橡膠粉加入基質瀝青中，可以改善瀝青的高低溫性能和路面質量[1]，橡膠瀝青高溫儲存穩定性差橡膠顆粒容易離析[2-4]，但脫硫膠粉在瀝青中分散的細而均勻，儲存穩定性較好[5]。李海濱認為脫硫橡膠粉溶脹充分，有大量的化學反應形成的脫硫橡膠瀝青粘度顯著降低，有利于施工的拌合和碾壓，同時還改善了相容性提高了儲存穩定性性能[6]。何亮等則認為在高溫儲存情況下，脫硫橡膠瀝青穩定性較差、高溫性能和抗老化性能不如普通橡膠瀝青[7-8]。脫硫橡膠粉通過將硫化膠粉的S-S鍵和C-S鍵打斷，將膠粉原有的大分子網狀結構轉變成小分子的線性結構，且在C-C鍵的主鏈上存在很多由于S-S鍵和C-S鍵斷裂的形成的活性基團[9]。

而脫硫膠粉由于脫硫作用，其分子量遠不如普通膠粉，故脫硫膠粉分子量在普通膠粉分子量與基質瀝青分子量之間，使膠粉、脫硫膠粉、基質瀝青三者形成分子量的連續狀態，從而增加其相容性。

2 試驗材料及方案

本實驗使用的脫硫膠粉為化學脫硫所制得，通過使用常規的橡膠填充油和某種脫硫劑進行脫硫。由于脫硫作用膠粉已聚集成團狀，已經不是以粉末狀形式存在，但在改性過程中很快溶解。

將基質瀝青加熱至180℃，加入膠粉，用攪拌機混合攪拌5min，然后用高速剪切機在180℃下高速剪切（5000r/min）5min，最后用攪拌機低速攪拌發育60min，攪拌速度在300-600r/min，具體轉速為保證橡膠瀝青攪拌過程中充分拌合。

選用40目膠粉，25%膠粉摻量的普通橡膠瀝青為基礎進行脫硫膠粉和普通膠粉混合改性瀝青的研究。

3 試驗結果及分析

在確定膠粉總摻量為25%不變的情況下，變化普通膠粉與脫硫膠粉之前的摻量，普通膠粉：脫硫膠粉比例分別是85%：15%、70%：30%、50%：50%，即脫硫膠粉占總膠粉的15%、30%、50%。其布氏粘度、軟化點、針入度、5℃延度、軟化點差試驗結果如表1所示。

在膠粉總含量不變為25%時，隨著脫硫膠粉所占比例的增加，其布氏粘度降低，且下界幅度較大，當脫硫膠粉占總膠粉50%時，與未摻脫硫膠粉相比布氏粘度下降74%;軟化點也隨著脫硫膠粉所占比例的增加而下降，當脫硫膠粉占總膠粉50%時，與未摻脫硫膠粉相比軟化點下降16%;25℃針入度隨著脫硫膠粉所占比例的增加而增加，且增加幅度也隨之增大，當脫硫膠粉占總膠粉50%時，與未摻脫硫膠粉相比針入度增大33%;5℃延度在脫硫膠粉摻量占總膠粉0-30%，隨著脫硫膠粉的增加其延度增加，當脫硫膠粉摻量占總膠粉30-50%，隨著脫硫膠粉的增加其延度減小，當脫硫膠粉摻量占總膠粉摻量30%時，與未摻脫硫膠粉的橡膠瀝青相比延度增大13%;軟化點差在脫硫膠粉摻量占總膠粉0-30%，隨著脫硫膠粉的增加其軟化點差減小，當脫硫膠粉摻量占總膠粉30-50%，隨著脫硫膠粉的增加其軟化點差急劇變大，當脫硫膠粉占總膠粉30%時，與未摻脫硫膠粉相比軟化點差減小40%。

由于脫硫膠粉結構為鏈狀，容易降解成小分子，雖進行溶脹反應但基本上沒有橡膠顆粒核心，而且普通膠粉還隨之減少，則橡膠瀝青中輕質組分含量較高，故布氏粘度、軟化點降低，針入度增加。因為脫硫膠粉化學性質活潑且分子量于普通膠粉與基質瀝青之間，故橡膠瀝青形成相容性較高且相態均勻的體系，5℃延度增加，軟化點差減小，但是當脫硫膠粉含量較高，普通膠粉含量較低時，脫硫膠粉的降解造成瀝青中輕質組分過多，普通膠粉不能形成穩定的交聯結構，三者間不能形成均勻的相態，故橡膠顆粒容易離析，所以5℃延度降低，軟化點差急劇增大。

以上實驗可知當總膠粉摻量為25%時，脫硫膠粉占總膠粉30%，各項性能較好，此時控制普通膠粉的摻量繼續添加脫硫膠粉，由于總膠粉摻量為100g（基質瀝青400g），則看成100份，將脫硫膠粉增加至40份、50份（膠粉總質量分別變成110g、120g）。探究其橡膠瀝青性能變化。其試驗結果如表2所示。

當膠粉摻量不變時（為基質瀝青質量的17.5%），隨著脫硫膠粉的增加，橡膠瀝青的布氏粘度下降，當脫硫膠粉為50份（為基質瀝青質量的12.5%）時，與脫硫膠粉為30份（為基質瀝青質量的7.5%）時相比其布氏粘度下降19%，對于與上一組試驗粘度下降74%相比，下降幅度較小;軟化點也隨著脫硫膠粉份數的增加而下降，下降幅度極小，約為3%;針入度隨著脫硫膠粉份數的增加而變大，增大約為10%;5℃延度隨著脫硫膠粉的增加而減小，減小幅度極小，約為3%;但是軟化點差隨著脫硫膠粉的增加極具變大，增加51%。

通過對實驗結果分析可知，隨著脫硫膠粉的繼續增加，脫硫膠粉雖然溶脹吸收輕質組分，但脫硫膠粉降解形成了大量的小分子物質，小分子物質形成輕質組分，造成粘度、軟化點下降，針入度變大。由于輕質組分過多，膠粉間的凝膠膜不能有效的接觸形成交聯結構，橡膠瀝青不能形成穩定的相態，橡膠顆粒容易離析，所以5℃延度降低，軟化點差增大。

4 結論

（1）當總膠粉摻量（膠粉質量為基質瀝青質量的25%）不變時，隨著脫硫膠粉所占總膠粉比例的增加，橡膠瀝青的粘度、軟化點減小，針入度變大。當脫硫膠粉占總膠粉質量的0-30%之間，橡膠瀝青的5℃延度增加，軟化點差減小;當脫硫膠粉占總膠粉質量的30-50%之間，橡膠瀝青的5℃延度減小，軟化點差增大。