次氯酸鈉改性橡膠瀝青性能研究

李政興

（山西交通控股集團有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

霍永高速公路永和至永和關段工程是國家高速公路網青蘭高速公路的組成部分，是山西省高速公路網規劃“三縱十二橫十二環”第九橫的重要組成部分，是連接山西省霍永高速公路和陜西省延（安）延（川）高速公路的紐帶。設計為瀝青混凝土路面，將膠粉添加到瀝青中用于中面層，一方面變廢為寶，減輕廢舊輪胎對環境的污染，另一方面可提升路面的使用功能。近幾年，隨著橡膠瀝青性能的提升，已經被廣泛研究應用[1-2]，但針對改性劑的研究還較少，且目前對改性劑的研究較為分散[3-10]。

1 試驗研究

采用次氯酸鈉作為膠粉改性劑制備改性橡膠瀝青，將其應用于霍永高速公路永和至永和關段路面工程中面層，對改性前后橡膠瀝青的性能進行了分析。

1.1 材料

1.1.1 基質瀝青

試驗采用90號道路石油瀝青，性能指標見表1。

表1 基質瀝青性能指標

1.1.2 膠粉

試驗用膠粉的性能指標見表2。

表2 膠粉性能指標

1.1.3 改性劑

次氯酸鈉溶液呈堿性，是微黃色溶液，在受熱受光下會快速分解，具有強氧化性。

1.2 次氯酸鈉改性橡膠瀝青的制備

1.2.1 膠粉活化

取一定量膠粉置于托盤中，于60℃烘箱中干燥5 h。將質量比為10∶1的膠粉和次氯酸鈉溶液置于燒杯中，攪拌使之充分混合。將燒杯中的混合物倒入托盤中，攤鋪均勻，并于40℃烘箱中放置16 h，得到活化膠粉。

1.2.2 改性橡膠瀝青制備

將基質瀝青倒入盛樣容器中攪拌加熱至160℃，加入活化膠粉，繼續升溫至一定溫度，并在此溫度下攪拌反應1 h，得到改性橡膠瀝青。

普通橡膠瀝青則是摻入未活化膠粉，其他試驗條件與改性橡膠瀝青相同。

2 試驗結果及分析

本文采用90號瀝青、40目膠粉，在不同摻量、不同溫度下反應得到橡膠瀝青，按照規范測定改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的性能指標；選用180℃旋轉黏度和軟化點作為高溫性能指標，5℃延度和25℃針入度作為低溫性能指標，并測定了25℃彈性恢復性能。

2.1 不同膠粉摻量

為了研究橡膠瀝青性能受膠粉摻量的影響，本文測定40目膠粉活化前后摻量分別為20%、25%、30%，反應溫度為180℃樣品的性能，結果如表3所示。

表3 不同膠粉摻量改性前后橡膠瀝青性能

2.1.1 高溫性能指標

2.1.1.1 180℃旋轉黏度

圖1 改性前后橡膠瀝青180℃旋轉黏度性能圖

從圖1可以看出，改性前后橡膠瀝青的黏度均隨膠粉摻量的增加而增大，而改性橡膠瀝青的黏度則低于同等摻量下普通橡膠瀝青的黏度，可見次氯酸鈉對橡膠瀝青起到降黏作用。

2.1.1.2 軟化點

圖2 改性前后橡膠瀝青軟化點性能圖

從圖2可以看出，改性前后橡膠瀝青的軟化點均隨膠粉摻量增加而變大，而改性橡膠瀝青的軟化點則低于同等摻量下普通橡膠瀝青，改性后高溫性能略有降低。

2.1.2 低溫性能指標

2.1.2.1 25℃針入度

圖3 改性前后橡膠瀝青25℃針入度性能圖

從圖3可以看出，改性前后橡膠瀝青的針入度均隨膠粉摻量的增加而減小，而改性橡膠瀝青的針入度則低于同等摻量下普通橡膠瀝青，說明改性后橡膠瀝青變硬，改性使橡膠瀝青的高溫性能得到提升。

2.1.2.2 5℃延度

圖4 改性前后橡膠瀝青5℃延度性能圖

從圖4可以看出，改性前后橡膠瀝青的延度均隨膠粉摻量的增加而提高，說明膠粉摻量越高，低溫性能則越好，改性橡膠瀝青的針入度則高于同等摻量下普通橡膠瀝青，即其低溫性能得到了提高。

2.1.3 彈性恢復性能

圖5 改性前后橡膠瀝青彈性恢復性能圖

從圖5可以看出，改性前后橡膠瀝青的彈性恢復性能均隨膠粉摻量的增加而有所提高，而改性橡膠瀝青的彈性恢復性能則低于同等摻量下普通橡膠瀝青。膠粉摻量及改性劑對彈性恢復性能影響并不明顯。

2.2 不同反應溫度

為了研究橡膠瀝青性能受反應溫度變化的影響，本文測定40目膠粉活化前后反應溫度分別為170℃、180℃、190℃，膠粉摻量為25%樣品的性能指標，結果如表4所示。

表4 不同反應溫度改性前后橡膠瀝青性能

2.2.1 高溫性能指標

2.2.1.1 180℃旋轉黏度

圖6 不同反應溫度改性前后橡膠瀝青180℃旋轉黏度性能圖

從圖6可以看出，改性前后橡膠瀝青的黏度均隨反應溫度的升高而降低，說明隨著溫度的升高，膠粉在高溫熱力作用下更易與瀝青發生反應而成為更小的顆粒，從而使橡膠瀝青的流動性變大、黏度降低；改性橡膠瀝青隨溫度變化黏度變化幅度稍小，而普通橡膠瀝青隨溫度變化黏度變化更大，說明添加了改性劑后，黏度指標對溫度的敏感性降低。

2.2.1.2 軟化點

圖7 不同反應溫度改性前后橡膠瀝青軟化點性能圖

從圖7可以看出，改性前后橡膠瀝青的軟化點均隨反應溫度的升高而提高，這是由于在較高溫度下，膠粉與瀝青之間反應更深入、更易形成網絡結構，結合力更強，因此軟化點提高。

2.2.2 低溫性能指標

2.2.2.1 25℃針入度

圖8 不同反應溫度改性前后橡膠瀝青25℃針入度性能圖

從圖8可以看出，改性前后橡膠瀝青的針入度均隨反應溫度的升高而增大，這是由于在較高溫度下，有利于膠粉與瀝青發生溶脹反應，膠粉粒徑變小，橡膠瀝青的流動性變大，針入度增大。

2.2.2.2 5℃延度

圖9 不同反應溫度改性前后橡膠瀝青5℃延度性能圖

從圖9可以看出，改性前后橡膠瀝青的延度均隨反應溫度的升高而提高，且改性橡膠瀝青隨溫度變化的變化值更大，這是由于較高溫度有利于膠粉反應，使溶于瀝青中的膠粉分子鏈段數增加，反應后橡膠瀝青的柔韌性得到改善，宏觀表現為延度值的增大，特別是添加改性劑后，其延度增大更為明顯。

2.2.3 彈性恢復性能

圖10 不同反應溫度改性前后橡膠瀝青彈性恢復性能圖

從圖10可以看出，改性前后橡膠瀝青的彈性恢復性能均隨反應溫度的升高而有所提高，隨溫度升高，橡膠瀝青的柔韌性有所提高，因此彈性恢復性能更好。

3 結論

通過對次氯酸鈉改性橡膠瀝青的性能研究和在霍永高速公路永和至永和關段路面中面層中的應用表明：改性后橡膠瀝青與普通橡膠瀝青有相同的性能變化規律，隨著膠粉摻量的增加，黏度提高、軟化點變大、延度提高、針入度下降、彈性恢復性能更好；隨著反應溫度提升，黏度降低、軟化點提高、延度增大、針入度增加、彈性恢復性能更好。與普通橡膠瀝青相比，改性橡膠瀝青的黏度有所降低，更利于施工；軟化點降低，高溫性能略有下降；針入度下降、延度提高，低溫性能得到提升；彈性恢復性能略有降低。