過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青性能研究

陳 夢，張 濤

（1.山西省交通建設工程質量檢測中心（有限公司） 太原市 030032；2.山西省交通規劃勘察設計院有限公司 太原市 030032）

橡膠瀝青具有良好的高低溫性能、抗疲勞開裂性能、抗滑降噪性能，為提高橡膠瀝青的性能，采用改性劑對膠粉進行活化，改善其表面活性。采用過氧化氫和硫酸鐵共同作為膠粉改性劑制備改性橡膠瀝青，針對膠粉摻量、膠粉細度和反應時間對改性前后橡膠瀝青性能的影響進行研究，為橡膠瀝青性能的改善和后續推廣提供參考。

1 試驗研究

1.1 材料

（1）基質瀝青

試驗采用90號道路石油瀝青。

（2）膠粉

試驗采用的膠粉為子午胎輪胎橡膠粉，細度包括20目、40目和80目。

（3）過氧化氫-硫酸鐵復合改性劑

將過氧化氫與蒸餾水按照質量比為1∶8混合，再加入硫酸鐵，攪拌至溶解，最終得到的復合改性劑中過氧化氫∶硫酸鐵∶水＝1∶1∶8（質量比）。

1.2 過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青制備

（1）膠粉活化

取一定量膠粉置于托盤中，于50℃烘箱中干燥12h。將質量比為5∶1的膠粉和復合改性劑置于容器中，攪拌使之充分混合。將容器中的混合物置于托盤中，置于50℃烘箱中12h，得到活化膠粉。

（2）改性橡膠瀝青制備

將一定量基質瀝青置于容器中，攪拌加熱至150℃，加入一定量活化膠粉，繼續加熱至一定溫度，并在此溫度下攪拌反應1h，得到過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青。

普通橡膠瀝青則是加入未活化的膠粉，其它試驗操作與改性橡膠瀝青相同。

2 試驗結果及分析

在不同膠粉摻量、不同膠粉細度、不同反應溫度下制備得到橡膠瀝青樣品，按照相關規范對過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的180℃旋轉黏度、軟化點、25℃針入度、5℃延度、25℃彈性恢復性能進行測試，并對試驗結果進行分析。

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，測定膠粉細度為40目，摻量分別為20%、25%、30%（外摻），反應溫度為180℃時樣品的性能。

（1）180℃旋轉黏度

從圖1中可以看出，過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的180℃旋轉黏度均隨膠粉摻量的增加而明顯增大，膠粉摻量從20%增加至30% 時，改性橡膠瀝青黏度增加幅度為1.47Pa·s，普通橡膠瀝青黏度增加幅度更大為2.31Pa·s。從圖中還可以看出，過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青的黏度明顯低于同等膠粉摻量下普通橡膠瀝青的黏度，且隨膠粉摻量增加，黏度降低幅度越顯著。過氧化氫-硫酸鐵復合改性劑對橡膠瀝青進行改性后，可達到明顯降黏效果，更有利于現場拌和、攤鋪和碾壓，且改性后黏度對于摻量的敏感度有所下降。

（2）軟化點

從圖2中可以看出，過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的軟化點均隨膠粉摻量增加而變大，但變化不大。改性橡膠瀝青的軟化點高于同等摻量下的普通橡膠瀝青，改性后高溫性能略有提高，但過氧化氫-硫酸鐵復合改性劑對軟化點的改變幅度并不顯著。

（3）25℃針入度

從圖3中可以看出，過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青針入度低于同等摻量下普通橡膠瀝青，說明改性后橡膠瀝青變硬，其低溫性能得到提升；改性前后，橡膠瀝青的針入度均隨膠粉摻量的增加而降低，其中，改性橡膠瀝青的針入度降低幅度較小，說明加入改性劑后形成的共混體系更加穩定，因此在不同摻量下的變化幅度較小。

（4）5℃延度

從圖4中可以看出，過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的延度均隨膠粉摻量的增加而提高，膠粉摻量從20%增加至30%時，改性橡膠瀝青延度增加幅度為37%，普通橡膠瀝青延度增加幅度為27%，說明膠粉摻量越高，低溫性能則越好，且改性后橡膠瀝青的延度遠高于改性前，低溫性能得到顯著提升。

（5）彈性恢復性能

從圖5中可以看出，過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的彈性恢復性能均隨膠粉摻量的增加而略有提高，但是其變化幅度較小；改性后，橡膠瀝青的彈性恢復性能略有降低，但降低幅度也較小，由此可見，改性劑和膠粉摻量對彈性恢復性能的影響并不顯著。

2.2 不同膠粉細度

為了研究橡膠瀝青性能受膠粉細度的影響，測定膠粉細度為20目、40目和80目，摻量為25%（外摻）、反應溫度為180℃時樣品的性能。

（1）180℃旋轉黏度

從圖6中可以看出，摻入不同細度的膠粉，過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青的180℃旋轉黏度均低于普通橡膠瀝青，且改性前后橡膠瀝青的黏度均隨膠粉細度的增加而增大，但膠粉細度對于黏度的影響小于膠粉摻量。

（2）軟化點、25℃針入度、5℃延度

從圖7中可以看出，過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的軟化點均隨膠粉細度的增加而變大，但變化并不顯著。改性橡膠瀝青的軟化點高于同等膠粉細度下的普通橡膠瀝青，改性后高溫性能略有提高。

從圖7中可以看出，過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青針入度低于同等膠粉細度下普通橡膠瀝青，改性前后，橡膠瀝青的針入度均隨膠粉細度的增大而降低，說明改性劑和細度的提高均對低溫性能有益。

過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的延度均隨膠粉細度的增大而提高，但細度的影響并不顯著；不同細度下，改性后橡膠瀝青的延度較改性前提升較大。

（3）彈性恢復性能

從圖8中可以看出，膠粉細度的增大對改性前后橡膠瀝青的彈性恢復性能產生有利作用，改性劑則降低了彈性恢復性能，但細度和改性劑的作用均不顯著。

2.3 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，測定膠粉細度為40目、膠粉摻量為25%，反應溫度分別為180℃、190℃時樣品的性能。

從圖9中可以看出，當反應溫度由180℃升至190℃，過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的黏度、彈性恢復、軟化點、針入度、延度性能均有所提升，可能是由于在更高溫度下，膠粉和瀝青的反應更為充分，提高了相容性。但反應溫度對性能的影響較小，遠小于膠粉摻量對性能的影響。

3 結論

研究結果顯示，隨著膠粉摻量的增加、膠粉細度的增大及反應溫度升高，過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的性能均有所提升，其中黏度、軟化點、延度和彈性恢復變大，針入度降低。與普通橡膠瀝青相比，過氧化氫-硫酸鐵復合改性橡膠瀝青中瀝青和膠粉的相容性更好。改性橡膠瀝青的黏度有所降低，更利于實際應用中的拌和、攤鋪和碾壓，軟化點提高，對高溫性能有利，針入度下降、延度增大，對低溫性能有利，更有利于低溫施工。