橡膠瀝青制備工藝對橡膠瀝青性能的影響

王 敏

（晉中市交通建設質量安全監督局，山西 晉中 030600）

0 引言

公路建設二十余年，大量的實踐經驗證明瀝青路面的優越性。然而目前瀝青路面多以SBS改性瀝青或者基質瀝青路面為主[1-2]。SBS改性瀝青具有優良的高低溫性能，且施工和易性佳，得到了廣泛的應用。然而SBS價格經常波動巨大且價格昂貴，經常導致施工成本超出預算[3]。世界上許多發達國家經過多年研究，發現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異[4]。目前橡膠瀝青的應用主要以南非歐洲等國家，我國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、拌和溫度和拌和時間對橡膠瀝青性能的影響。

張連長瞪著眼前整齊地列成隊的知青們,訓道:“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!”

傳統工業發展中機械機具的設計主要通過人工設計，結合機具制造的方式進行設計作業。一定程度上存在設計效率低，設計誤差大，設計周期長的現象，對于高速發展的工業生產，以及龐大的市場需求分析，低效率的機械設計現狀則出現了較多的問題。分析當前自動化技術在機械設計中的應用，主要的應用作用之一即為：提升了機械設計的作業效率。具體在自動化技術的應用中，結合計算機軟件技術以及3D打印技術，進行相關機械的設計。有效的提升了機械設計的效率性，同時對于機械設計中存在的問題優化，也發揮了重要的作用。

1 試驗部分

1.1 原料及儀器

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

1.2 瀝青性能測試

本項目考察的發育溫度：170℃、180℃、190℃和 200 ℃，發育時間：1 h、1.5 h、2 h、2.5 h、3 h 和5 h。

圖1中的試驗涉及的其他反應條件為：攪拌、發育溫度180℃，發育時間為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號瀝青性能指標

橡膠瀝青的拌和工藝包括了拌和溫度、拌和時間，及發育時間和溫度等工藝參數。瀝青黏度與瀝青混合料的動穩定度正相關，與車轍試驗變形速率成反相關。高溫黏度越高，瀝青的黏結強度越大，瀝青混合料抗剪強度越高。因此，以180℃黏度作為橡膠瀝青應力吸收層性能優劣的關聯因素，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，反應溫度在170℃～180℃時，反應速度較慢，橡膠瀝青黏度隨著反應時間逐漸增加，5℃延度也逐步增加，反應3 h后仍然不能滿足本項目對橡膠瀝青的指標要求，而反應溫度為210℃時，橡膠瀝青黏度提升迅速，當反應時間超過1.5 h后橡膠瀝青黏度基本增加放緩，而橡膠瀝青5℃延度也開始出現衰減，說明這時反應基本完成，而瀝青老化逐步占了主導，因此黏度的增加主要是因為橡膠瀝青的老化所致。而反應溫度在190℃～200℃時，橡膠瀝青黏度隨著反應時間的增加，逐步增加，5℃延度也隨著反應時間的增加而增加，當反應時間超過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，說明反應溫度在190℃～200℃時，橡膠瀝青也出現了輕微的老化，但是老化程度有限，而反應的速度也能更好地兼顧。分析得出，最佳的反應溫度范圍為190℃～200℃。因此，選擇190℃～200℃，2 h為制備橡膠瀝青的反應條件。

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

本項目選用的預處理和協同改性選的用量和工藝參數為：環烷油占廢舊膠粉質量分別為：10%、20%、30%、40%、50%和100%；預處理時間分別為24 h、48 h和72 h。其他反應條件為：25%廢膠粉，200℃反應，180℃發育3 h，TOR含量為膠粉用量的4%。

圖1 反應溫度與反應時間對橡膠瀝青180℃黏度和5℃延度影響

步驟2 對子制造任務集合MTask={mt1,mt2,,mtn}進行逐個任務類型判斷，獲得子制造任務類型矩陣TP(MTask)。

1.3.2 發育條件對橡膠瀝青性能的影響

改性橡膠瀝青的針入度、軟化點以及5℃延度、25℃彈性恢復和旋轉黏度均按JTJ052/T0604206標準測定。

圖2 發育溫度與發育時間對橡膠瀝青180℃黏度及5℃延度的影響

1.3.3 預處理對橡膠瀝青性能的影響

1.3.1 反應溫度、反應時間對橡膠瀝青性能的影響本文考察的反應溫度：170℃、180℃、190℃、200 ℃和 210 ℃。反應時間：0.5 h、1 h、1.5 h、2 h、2.5 h及 3 h。

圖3 預處理時間及活化劑含量對橡膠瀝青180℃黏度的影響

圖4 預處理時間對橡膠瀝青離析的影響

圖5 TOR對離析的影響

2 試驗結果分析

在初中數學課堂中，學生學習的雖然是數學知識，但是對于其能力的培養卻是全面的。提高數學課堂質效的有效途徑不僅是教師在課堂教學方式上的創新，還要充分調動學生的主動性和創造力。我們在課堂上需要為學生創設能夠創新的環境，如通過典型例題來引導學生思考探索，讓學生通過自己的思索運用多種思路進行解題，以此來激發學生的創新意識。要先激發學生的創新意識，才能夠培養其創新思維能力。

從圖3中可以得出，隨著活化劑對廢舊膠粉活化時間的增加，得到的改性瀝青180℃黏度穩定性有所提升。當活化劑添加量超過30%時，180℃黏度出現了衰減，當活化劑添加量超過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，當活化劑添加量為10%時180℃黏度略優于添加TOR的橡膠瀝青，但是隨著添加量的繼續增加沒有出現相對穩定的平臺。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性能，也有助于橡膠瀝青在應力吸收層應用中提升應力吸收層的黏結強度和抗剪強度，可以有效地提升橡膠瀝青應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條件，膠粉含量25%，不含TOR，不活化。由圖2a可以看出，發育溫度超過190℃時，橡膠瀝青黏度隨著時間的增加，當時間超過3 h后180℃黏度增幅變緩，當發育溫度為200℃時，橡膠瀝青黏度高于其他發育溫度下橡膠瀝青黏度，主要是因為較高的反應溫度加快了廢舊膠粉與鏈接劑和瀝青之間的交聯反應，而瀝青老化對橡膠瀝青低溫延度的影響相對較小。而發育溫度為170℃時，隨著時間的增加，黏度穩步上升，當發育溫度為180℃時，黏度隨著發育時間增加先增加后趨于平緩。從圖2b 5℃黏度與發育時間和溫度的關系中可以看出，當發育溫度超過190℃時，橡膠瀝青的延度出現了衰減，而且隨著發育時間的增加，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，說明隨著發育溫度和發育時間的增加，瀝青老化對延度的影響大于橡膠瀝青進一步反應對延度的提升。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境溫度下有較好的服役效果。當發育溫度在180℃以下時，隨著存儲時間的增加，瀝青老化影響較小，而低溫延度又能保持在一個較為合理的范圍，有利于橡膠瀝青長時間存儲，選用的發育條件為170℃～180℃和2.5～4 h，實驗室內為了更好地進行試驗數據對比，采取180℃的發育溫度和3 h的發育時間。

從圖4中可以看出隨著活化時間的增加，橡膠瀝青的高溫存儲穩定性有所提升，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穩定性的提升，TOR對離析溫差的影響顯著大于活化對離析溫差的影響，經過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℃。

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綜上所述，確定的最佳反應條件為：反應溫度190℃～200℃，反應時間為2 h，發育溫度為180℃，發育時間為3 h，活化劑用量20%，活化時間為72 h。

(1)礦石中石英、云母、長石約占礦物總量的96%以上；礦石以原生塊狀構造為主，次生變化微弱，結構構造簡單；礦石中的白云母與硫化物礦物成因緊密相關。

3 結論

a）經過多工藝對比，根據高黏橡膠瀝青應用在應力吸收層的需求，確定了最佳工藝條件為：活化劑用量20%，活化時間72 h，反應方式采用200℃下攪拌2 h，發育溫度180℃，發育時間3 h。

b）經過對高黏橡膠瀝青中膠粉含量及TOR含量的研究發現，TOR的添加有助于提升橡膠瀝青的多項性能。當膠粉含量為25%（外摻），TOR占膠粉含量4%（外摻），按照最佳試驗要求所制備的橡膠瀝青性能指標為：軟化點 70℃，針入度 38.6（0.1 mm），5℃延度11.5 cm，25℃彈性恢復95.7%，180℃旋轉黏度2.35 Pa·s，離析溫差 2.1 ℃。