不同膠粉對橡膠瀝青混合料高溫性能的影響研究

付立勇 張洪剛 熊保林

由于橡膠粉的胎源選擇、生產設備及生產工藝差異較大，因此由不同產地的橡膠粉制備的橡膠瀝青的性能差異較大。本研究依托崇左至水口高速公路項目采用不同產地、不同細度、不同摻量的橡膠粉分別制備橡膠瀝青，通過70 ℃高溫車轍試驗研究橡膠瀝青混合料的高溫性能。結果表明：膠粉產地對制備的橡膠瀝青混合料性能影響較大;采用40目左右的膠粉制得的橡膠瀝青混合料高溫性能最好;在一定范圍內隨著膠粉摻量的提高，橡膠瀝青混合料性能逐漸提高。

道路工程;橡膠粉;橡膠瀝青;高溫性能

0?引言

崇左至水口高速公路原設計上面層采用4 cmAC-13C改性瀝青混凝土。為打造綠色高速公路，利用再生廢舊輪胎橡膠粉，提高瀝青表面層防裂、降噪性能，上面層變更為4 cmARAC-13橡膠瀝青混凝土。

橡膠瀝青是由廢舊輪胎橡膠粉和基質瀝青加工而成的改性瀝青，由于其優異的性能和消耗大量舊輪胎的能力，被廣泛用于道路工程中。目前，廢舊輪胎在道路工程施工用橡膠粉中的應用受到了廣泛的關注，這是大量處理廢舊輪胎的有效方法之一[1]。

在高溫條件下（180 ℃左右）用基質瀝青溶脹輪胎橡膠粉末，得到橡膠改性瀝青。橡膠粉末吸收瀝青的輕質組分，在顆粒表面上形成具有高瀝青質含量的凝膠薄膜[2]。由于橡膠瀝青中膠粉的摻量接近20%，作為主要改性劑，對橡膠瀝青的性能具有決定性的影響，進而影響到橡膠瀝青混合料的性能[3]。為了探究膠粉對橡膠瀝青混合料的性能影響程度，本研究從橡膠瀝青混合料高溫性能入手，分析不同產地、膠粉細度、膠粉摻量等因素對橡膠瀝青混合料高溫性能的影響，為深入了解橡膠瀝青混合料性能影響因素，提升橡膠瀝青性能，促進橡膠瀝青在道路工程中的應用提供經驗。

1?膠粉物化指標對橡膠瀝青混合料高溫性能的影響

已有的研究成果表明，膠粉的理化性質決定著橡膠瀝青性能的優劣，進而影響橡膠瀝青混合料的性能，混合料的路用性能也會存在很大差別[4]。不同產地的橡膠粉由于胎源和加工工藝不同，使得橡膠粉的灰分、金屬含量、化學成分等物化指標會有很大差異。調研選取了產地A、產地B、產地C、產地D四處的20～40目輪胎橡膠粉，測試其基礎物理化學指標，如表1所示。

通過調研數據可以發現，四種膠粉中，產地A和產地B的物化指標接近，產地C和產地D的指標接近?；曳趾繛楫a地C>產地D>產地A>產地B;金屬含量為產地D>產地C>產地B>產地A;纖維含量為產地D>產地C>產地B>產地A。這表明產地C、產地D膠粉中含有的灰分較多，而產地A、產地B的膠粉相對潔凈。炭黑含量和橡膠烴含量為產地B>產地A>產地D>產地C。這表明產地A、產地B的膠粉中對橡膠瀝青性能有益的成分含量較高。

選擇四個產地的20～40目輪胎橡膠粉作對比試驗，采用相同的高溫攪拌工藝和橡膠粉摻量（20%），制備四種橡膠瀝青試件，測試其基礎性能指標。利用高溫攪拌制備的橡膠瀝青試件，采用ARAC-13級配，制備混合料進行70 ℃車轍試驗。試驗的結果如表2所示。

從表2測試結果可以看出，不同產地膠粉制備的橡膠瀝青性能差異較大，產地A、產地B兩地的橡膠瀝青性能明顯優于產地C、產地D兩地。這主要是由于不同產地橡膠粉的胎源性質、物化指標及其與瀝青的配伍性差異引起橡膠瀝青及其混合料的高溫性能差異。

瀝青軟化點是影響瀝青混合料高溫性能的重要指標。將橡膠瀝青軟化點和混合料動穩定度測試結果繪入圖1中。由圖1可知，產地A、產地B兩地膠粉制得的橡膠瀝青軟化點較高且相差不大;而產地C、產地D兩地膠粉制得的橡膠瀝青軟化點偏低。與之相對應的是，橡膠瀝青混合料的高溫抗車轍性能差別更大。產地A、產地B兩地的膠粉制備的橡膠瀝青混合料動穩定度超過3 500次/mm，高溫性能較好;而產地C、產地D兩地的膠粉制備地橡膠瀝青混合料動穩定度均不足2 000次/mm。

不同產地的膠粉物化指標對橡膠瀝青性能的影響較大，特別是對軟化點有著顯著影響，而瀝青軟化點對瀝青混合料的高溫性能有著直接影響。在橡膠瀝青質量控制過程中，橡膠粉物化指標控制是確保橡膠瀝青質量的先決條件。

2?橡膠粉的細度對橡膠瀝青混合料高溫性能的影響

膠粉細度影響著膠粉和瀝青的充分溶脹，從而影響橡膠瀝青的性能。為了研究膠粉目數對橡膠瀝青混合料高溫性能的影響，本研究分別選取了規格為20～40目、40～60目、60～80目的膠粉，來源為產地B和產地C。采用20%的膠粉摻量、70#A基質瀝青制備了六種橡膠瀝青試件。加工工藝為在180 ℃條件下攪拌發育60 min[5]。由于橡膠瀝青軟化點對瀝青混合料的高溫性能有直接影響，因此測試制得橡膠瀝青的軟化點，并采用制備的橡膠瀝青拌合瀝青混合料，進行70 ℃車轍試驗。結果如表3和圖2所示。

對比產地B、產地C兩地膠粉制備橡膠瀝青軟化點及混合料動穩定度試驗結果，可以看出產地B膠粉制得的瀝青混合料每種目數對應的動穩定度約為產地C的兩倍，軟化點也要高出8 ℃～9 ℃。對于相同產地的膠粉而言，制備的橡膠瀝青軟化點隨膠粉目數增加而先增大后減小，動穩定度也表現出相似的規律。由上一節膠粉性質分析可知，由于產地C的膠粉中灰分、金屬、纖維等雜質含量較多，而有效成分含量低，其制備的橡膠瀝青性能差，進而導致混合料的動穩定度較差;而產地B的膠粉雜質含量低，有效成分高，制備的橡膠瀝青性能較好，其混合料的動穩定度也較好。

3?橡膠粉的摻量對橡膠瀝青混合料高溫性能的影響

橡膠粉作為橡膠瀝青中的改性材料，其摻量的變化會影響到橡膠瀝青的性能，尤其是高溫性能，表現在橡膠瀝青混合料方面即為抗車轍性能[6]。通過前述試驗可知，產地B生產的橡膠粉質量穩定，性能較好，因此本節采用產地B的40目橡膠粉進行試驗。采用高溫攪拌加工工藝，分別制備18%、20%、22%三種不同橡膠粉摻量的橡膠瀝青，測試橡膠瀝青的軟化點指標，并采用RAC-13級配制取混合料，進行70 ℃高溫車轍試驗。試驗結果如表4所示，并將不同膠粉摻量的動穩定度測試結果繪入圖3中。

測試結果表明，在本次高溫攪拌工藝下制備的橡膠瀝青，橡膠粉的摻量對橡膠瀝青的性能產生較大影響，進而改變了橡膠瀝青混合料的高溫穩定性。對比三種膠粉摻量的測試結果，當膠粉摻量從18%增加到20%時，軟化點提高了4 ℃，混合料動穩定度提高了16%;而當膠粉摻量從20%增加到22%時，軟化點僅提高了2 ℃，混合料的動穩定度提高了3%。而25 ℃針入度和5 ℃延度隨著膠粉摻量的增加而衰減。這說明通過高溫攪拌制備的橡膠瀝青隨著膠粉摻量的增加，混合物的融合度和均勻性可能會影響橡膠瀝青的強度均勻性。因此，如果要提高橡膠粉的摻量，需要采用更高強度的工藝和制備方法，如添加反應助劑、高速剪切等工藝，使膠粉更好地與瀝青發生融合反應，以提高橡膠瀝青的技術性能。

4?結語

為了研究橡膠粉性質對橡膠瀝青混合料高溫性能的影響，文章從橡膠粉來源、橡膠粉細度、橡膠粉摻量三個方面進行了試驗研究。研究表明：不同產地的橡膠粉制備的橡膠瀝青及其混合料性能差異較大;偏粗或偏細的橡膠粉均會降低橡膠瀝青及其混合料性能，建議采用30～40目左右的橡膠粉為宜;橡膠粉摻量的提高可以增加橡膠瀝青及其混合料的高溫性能。但是當摻量較高時，應采用更高強度的工藝和制備方法促進橡膠粉與瀝青的融合反應。因此，為了提高橡膠瀝青及其混合料的性能，需要選擇理化性質較好的穩定橡膠粉，同時合理控制橡膠粉的細度、摻量及適宜的生產制備工藝。

[1]郭朝陽.廢胎膠粉橡膠瀝青應用技術研究[D].重慶：重慶交通大學，2008.

[2]王?偉.橡膠瀝青混合料高溫性能研究[D].上海：同濟大學，2008.

[3]梁建紅，王永剛.橡膠瀝青混合料高溫性能的改善方法[J].筑路機械與施工機械化，2011（9）：46-48.

[4]張曉亮，陳華鑫，張?奔，等.不同來源橡膠粉對橡膠瀝青性能影響[J].長安大學學報（自然科學版），2018，38（5）：1-8.

[5]李?煜.橡膠瀝青生產工藝應用研究[D].濟南：山東大學，2013.

[6]馮?波.橡膠粉細度和摻量對橡膠瀝青感溫性能的影響研究[J].西部交通科技，2018（11）：1-4，150.