橡膠瀝青制備工藝對(duì)橡膠瀝青性能的影響

王 敏

（晉中市交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，山西 晉中 030600）

0 引言

公路建設(shè)二十余年，大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明瀝青路面的優(yōu)越性。然而目前瀝青路面多以SBS改性瀝青或者基質(zhì)瀝青路面為主[1-2]。SBS改性瀝青具有優(yōu)良的高低溫性能，且施工和易性佳，得到了廣泛的應(yīng)用。然而SBS價(jià)格經(jīng)常波動(dòng)巨大且價(jià)格昂貴，經(jīng)常導(dǎo)致施工成本超出預(yù)算[3]。世界上許多發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)過多年研究，發(fā)現(xiàn)廢舊膠粉改性瀝青同樣可以得到良好的高低溫性能，而且橡膠瀝青混合料的抗疲勞性能和行車舒適性更優(yōu)異[4]。目前橡膠瀝青的應(yīng)用主要以南非歐洲等國(guó)家，我國(guó)還沒有大面積使用橡膠瀝青作為瀝青路面膠黏劑[5-6]。

本文從橡膠瀝青的改性工藝方面入手，研究了改性工藝對(duì)橡膠瀝青性能的影響。主要包括拌和方式、拌和溫度和拌和時(shí)間對(duì)橡膠瀝青性能的影響。

張連長(zhǎng)瞪著眼前整齊地列成隊(duì)的知青們,訓(xùn)道:“你看你們,啊,麻袋扔得哪哪都是!那可都是新的!今后你們要記住,在北大荒,麻袋也是寶貴的東西!”

傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展中機(jī)械機(jī)具的設(shè)計(jì)主要通過人工設(shè)計(jì)，結(jié)合機(jī)具制造的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)作業(yè)。一定程度上存在設(shè)計(jì)效率低，設(shè)計(jì)誤差大，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)的現(xiàn)象，對(duì)于高速發(fā)展的工業(yè)生產(chǎn)，以及龐大的市場(chǎng)需求分析，低效率的機(jī)械設(shè)計(jì)現(xiàn)狀則出現(xiàn)了較多的問題。分析當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，主要的應(yīng)用作用之一即為：提升了機(jī)械設(shè)計(jì)的作業(yè)效率。具體在自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用中，結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)以及3D打印技術(shù)，進(jìn)行相關(guān)機(jī)械的設(shè)計(jì)。有效的提升了機(jī)械設(shè)計(jì)的效率性，同時(shí)對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)中存在的問題優(yōu)化，也發(fā)揮了重要的作用。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料及儀器

東海70號(hào)瀝青，性能指標(biāo)見表1。40目廢膠粉，青島沃達(dá)豐橡塑科技有限公司。維他鏈接劑（TOR），德國(guó)Degussa公司。

1.2 瀝青性能測(cè)試

本項(xiàng)目考察的發(fā)育溫度：170℃、180℃、190℃和 200 ℃，發(fā)育時(shí)間：1 h、1.5 h、2 h、2.5 h、3 h 和5 h。

圖1中的試驗(yàn)涉及的其他反應(yīng)條件為：攪拌、發(fā)育溫度180℃，發(fā)育時(shí)間為3 h，不含TOR，不活化。

1.3 橡膠瀝青的制備工藝考察

表1 東海70號(hào)瀝青性能指標(biāo)

橡膠瀝青的拌和工藝包括了拌和溫度、拌和時(shí)間，及發(fā)育時(shí)間和溫度等工藝參數(shù)。瀝青黏度與瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度正相關(guān)，與車轍試驗(yàn)變形速率成反相關(guān)。高溫黏度越高，瀝青的黏結(jié)強(qiáng)度越大，瀝青混合料抗剪強(qiáng)度越高。因此，以180℃黏度作為橡膠瀝青應(yīng)力吸收層性能優(yōu)劣的關(guān)聯(lián)因素，通過考察不同條件下180℃黏度的高低來選擇最佳的工藝條件。

由圖1中可以看出，反應(yīng)溫度在170℃～180℃時(shí)，反應(yīng)速度較慢，橡膠瀝青黏度隨著反應(yīng)時(shí)間逐漸增加，5℃延度也逐步增加，反應(yīng)3 h后仍然不能滿足本項(xiàng)目對(duì)橡膠瀝青的指標(biāo)要求，而反應(yīng)溫度為210℃時(shí)，橡膠瀝青黏度提升迅速，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過1.5 h后橡膠瀝青黏度基本增加放緩，而橡膠瀝青5℃延度也開始出現(xiàn)衰減，說明這時(shí)反應(yīng)基本完成，而瀝青老化逐步占了主導(dǎo)，因此黏度的增加主要是因?yàn)橄鹉z瀝青的老化所致。而反應(yīng)溫度在190℃～200℃時(shí)，橡膠瀝青黏度隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，逐步增加，5℃延度也隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而增加，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過2 h后5℃延度基本保持不變，而黏度仍然有所增加，但是增幅很小，說明反應(yīng)溫度在190℃～200℃時(shí)，橡膠瀝青也出現(xiàn)了輕微的老化，但是老化程度有限，而反應(yīng)的速度也能更好地兼顧。分析得出，最佳的反應(yīng)溫度范圍為190℃～200℃。因此，選擇190℃～200℃，2 h為制備橡膠瀝青的反應(yīng)條件。

基本的制備工藝為：將基質(zhì)瀝青在110℃烘箱中恒溫加熱4 h，然后稱量并加入到反應(yīng)裝置中；將瀝青加熱到指定溫度，調(diào)整攪拌速度，維持在需要的反應(yīng)溫度；按照一定比例加入一定量的廢舊膠粉和維他鏈接劑TOR，反應(yīng)結(jié)束后調(diào)整反應(yīng)裝置溫度為發(fā)育溫度，發(fā)育一段時(shí)間即可。本試驗(yàn)中膠粉和TOR改性劑均按照外摻法計(jì)算。

本項(xiàng)目選用的預(yù)處理和協(xié)同改性選的用量和工藝參數(shù)為：環(huán)烷油占廢舊膠粉質(zhì)量分別為：10%、20%、30%、40%、50%和100%；預(yù)處理時(shí)間分別為24 h、48 h和72 h。其他反應(yīng)條件為：25%廢膠粉，200℃反應(yīng)，180℃發(fā)育3 h，TOR含量為膠粉用量的4%。

圖1 反應(yīng)溫度與反應(yīng)時(shí)間對(duì)橡膠瀝青180℃黏度和5℃延度影響

步驟2 對(duì)子制造任務(wù)集合MTask={mt1,mt2,,mtn}進(jìn)行逐個(gè)任務(wù)類型判斷，獲得子制造任務(wù)類型矩陣TP(MTask)。

1.3.2 發(fā)育條件對(duì)橡膠瀝青性能的影響

改性橡膠瀝青的針入度、軟化點(diǎn)以及5℃延度、25℃彈性恢復(fù)和旋轉(zhuǎn)黏度均按JTJ052/T0604206標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。

圖2 發(fā)育溫度與發(fā)育時(shí)間對(duì)橡膠瀝青180℃黏度及5℃延度的影響

1.3.3 預(yù)處理對(duì)橡膠瀝青性能的影響

1.3.1 反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)橡膠瀝青性能的影響本文考察的反應(yīng)溫度：170℃、180℃、190℃、200 ℃和 210 ℃。反應(yīng)時(shí)間：0.5 h、1 h、1.5 h、2 h、2.5 h及 3 h。

圖3 預(yù)處理時(shí)間及活化劑含量對(duì)橡膠瀝青180℃黏度的影響

圖4 預(yù)處理時(shí)間對(duì)橡膠瀝青離析的影響

圖5 TOR對(duì)離析的影響

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

在初中數(shù)學(xué)課堂中，學(xué)生學(xué)習(xí)的雖然是數(shù)學(xué)知識(shí)，但是對(duì)于其能力的培養(yǎng)卻是全面的。提高數(shù)學(xué)課堂質(zhì)效的有效途徑不僅是教師在課堂教學(xué)方式上的創(chuàng)新，還要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造力。我們?cè)谡n堂上需要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)能夠創(chuàng)新的環(huán)境，如通過典型例題來引導(dǎo)學(xué)生思考探索，讓學(xué)生通過自己的思索運(yùn)用多種思路進(jìn)行解題，以此來激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。要先激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，才能夠培養(yǎng)其創(chuàng)新思維能力。

從圖3中可以得出，隨著活化劑對(duì)廢舊膠粉活化時(shí)間的增加，得到的改性瀝青180℃黏度穩(wěn)定性有所提升。當(dāng)活化劑添加量超過30%時(shí)，180℃黏度出現(xiàn)了衰減，當(dāng)活化劑添加量超過50%以后180℃黏度衰減顯著。而未添加TOR的橡膠瀝青隨著活化劑的加入，180℃黏度快速衰減，當(dāng)活化劑添加量為10%時(shí)180℃黏度略優(yōu)于添加TOR的橡膠瀝青，但是隨著添加量的繼續(xù)增加沒有出現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定的平臺(tái)。從圖中也可以看出，TOR的添加有助于橡膠瀝青黏度的增加，在保證其他指標(biāo)滿足要求的情況下，較高的高溫黏度有利于橡膠瀝青的熱存儲(chǔ)性能，也有助于橡膠瀝青在應(yīng)力吸收層應(yīng)用中提升應(yīng)力吸收層的黏結(jié)強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，可以有效地提升橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的服役性能。

圖2中，選擇190℃～200℃，2 h為制備橡膠瀝青的反應(yīng)條件，膠粉含量25%，不含TOR，不活化。由圖2a可以看出，發(fā)育溫度超過190℃時(shí)，橡膠瀝青黏度隨著時(shí)間的增加，當(dāng)時(shí)間超過3 h后180℃黏度增幅變緩，當(dāng)發(fā)育溫度為200℃時(shí)，橡膠瀝青黏度高于其他發(fā)育溫度下橡膠瀝青黏度，主要是因?yàn)檩^高的反應(yīng)溫度加快了廢舊膠粉與鏈接劑和瀝青之間的交聯(lián)反應(yīng)，而瀝青老化對(duì)橡膠瀝青低溫延度的影響相對(duì)較小。而發(fā)育溫度為170℃時(shí)，隨著時(shí)間的增加，黏度穩(wěn)步上升，當(dāng)發(fā)育溫度為180℃時(shí)，黏度隨著發(fā)育時(shí)間增加先增加后趨于平緩。從圖2b 5℃黏度與發(fā)育時(shí)間和溫度的關(guān)系中可以看出，當(dāng)發(fā)育溫度超過190℃時(shí)，橡膠瀝青的延度出現(xiàn)了衰減，而且隨著發(fā)育時(shí)間的增加，溫度高的橡膠瀝青延度（200℃）與溫度較低的橡膠瀝青延度（170℃）差值增加，說明隨著發(fā)育溫度和發(fā)育時(shí)間的增加，瀝青老化對(duì)延度的影響大于橡膠瀝青進(jìn)一步反應(yīng)對(duì)延度的提升。從圖2中可以看出，TOR的加入不僅可以有效地提升橡膠瀝青的高溫黏度，也可以有效地提升橡膠瀝青的低溫延展性（5℃延度），這可以有效地改善橡膠瀝青在服役過程中在不同環(huán)境溫度下有較好的服役效果。當(dāng)發(fā)育溫度在180℃以下時(shí)，隨著存儲(chǔ)時(shí)間的增加，瀝青老化影響較小，而低溫延度又能保持在一個(gè)較為合理的范圍，有利于橡膠瀝青長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，選用的發(fā)育條件為170℃～180℃和2.5～4 h，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)為了更好地進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，采取180℃的發(fā)育溫度和3 h的發(fā)育時(shí)間。

從圖4中可以看出隨著活化時(shí)間的增加，橡膠瀝青的高溫存儲(chǔ)穩(wěn)定性有所提升，離析溫差逐漸降低。

從圖5中可以看出TOR的加入也有助于橡膠瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性的提升，TOR對(duì)離析溫差的影響顯著大于活化對(duì)離析溫差的影響，經(jīng)過72 h活化后離析溫差減少了0.6℃，而添加TOR的添加離析溫差減少了2℃。

粗脖子官兵很興奮，說：“盜墓賊身上肯定有好東西，按住他，我來搜！”結(jié)果，只搜出幾個(gè)銅錢，他火上來了，舉起刀，就要把盜墓賊砍死。

綜上所述，確定的最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度190℃～200℃，反應(yīng)時(shí)間為2 h，發(fā)育溫度為180℃，發(fā)育時(shí)間為3 h，活化劑用量20%，活化時(shí)間為72 h。

(1)礦石中石英、云母、長(zhǎng)石約占礦物總量的96%以上；礦石以原生塊狀構(gòu)造為主，次生變化微弱，結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單；礦石中的白云母與硫化物礦物成因緊密相關(guān)。

3 結(jié)論

a）經(jīng)過多工藝對(duì)比，根據(jù)高黏橡膠瀝青應(yīng)用在應(yīng)力吸收層的需求，確定了最佳工藝條件為：活化劑用量20%，活化時(shí)間72 h，反應(yīng)方式采用200℃下攪拌2 h，發(fā)育溫度180℃，發(fā)育時(shí)間3 h。

b）經(jīng)過對(duì)高黏橡膠瀝青中膠粉含量及TOR含量的研究發(fā)現(xiàn)，TOR的添加有助于提升橡膠瀝青的多項(xiàng)性能。當(dāng)膠粉含量為25%（外摻），TOR占膠粉含量4%（外摻），按照最佳試驗(yàn)要求所制備的橡膠瀝青性能指標(biāo)為：軟化點(diǎn) 70℃，針入度 38.6（0.1 mm），5℃延度11.5 cm，25℃彈性恢復(fù)95.7%，180℃旋轉(zhuǎn)黏度2.35 Pa·s，離析溫差 2.1 ℃。