溫拌阻燃橡膠瀝青制備與影響因素研究

張冀

摘要：為獲得溫拌阻燃橡膠瀝青最佳制備方案，文章基于三大指標試驗、氧指數試驗及布氏旋轉黏度試驗，探究溫拌劑、阻燃劑摻量及拌和工藝對溫拌阻燃瀝青性能的影響。結果表明：溫拌劑、阻燃劑摻量對溫拌阻燃瀝青性能的影響顯著，溫拌劑為3%、阻燃劑為6%、拌和速率為4 000 r/min時，溫拌阻燃瀝青性能最佳，其具有良好的高低溫性能及工作性能。

關鍵詞：道路工程;溫拌阻燃瀝青;橡膠瀝青;氧指數

中國分類號：U416.03

0引言

基于“碳達峰、碳中和”的承諾與目標，我國積極參與國際社會碳減排，主動順應全球綠色低碳發展潮流，其中重點方向之一即是廢物利用。隨著我國經濟及運輸行業快速發展，產生了大量廢舊輪胎，其處理、堆放等問題制約著我國經濟的綠色低碳發展[1]。針對這一問題，可將廢舊輪胎磨細后與瀝青混熔，制得具有良好路用性能的橡膠瀝青，這樣既可達到循環利用的目的，且具有良好的社會經濟效益。橡膠瀝青混合料施工溫度較高，且會在拌和、運輸和碾壓過程中產生大量的刺激性有毒氣體，在污染環境的同時也對作業人員的生命健康安全造成不良影響。特別是假如在環境封閉的隧道內發生意外火情，橡膠瀝青混合料受熱產生大量有毒煙霧無法及時排出，易造成嚴重的人員傷亡。因此，降低橡膠瀝青施工溫度，減少對環境及施工人員的危害，增強瀝青路面阻燃性能成為橡膠瀝青研究的主要方向。本文擬對溫拌阻燃橡膠復合改性瀝青的開發與性能評價展開研究。

目前大量研究人員對溫拌阻燃瀝青展開了相關研究，如喬建剛在SBS改性瀝青中分別摻入了EC130溫拌劑和FRMAX TM阻燃劑，然后測試了其高低溫流變性能和粘溫性能，結果表明兩者共同加入SBS改性瀝青，會提高其高溫性能和粘溫性能，但對其低溫性能不利[2];吳林松針對溫拌阻燃SBS改性瀝青混合料的路用性能的研究發現：溫拌劑和阻燃劑可改善瀝青混合料的抗車轍性能和抗水損害能力，但是劣化了混合料低溫抗裂能力[3]。但鮮有針對橡膠瀝青溫拌阻燃技術的相關研究，因此，本文選取性能優良、應用效果較好的溫拌劑、阻燃劑及成品橡膠瀝青，對溫拌阻燃橡膠瀝青性能展開研究，以期指導相關工程項目。

1原材料

1.1橡膠瀝青

橡膠瀝青采用工廠化制備，由質量比為12%的0.250 mm廢舊汽車輪胎膠粉（橡膠粉）、少量SBS改性劑與70 #道路石油瀝青摻配而成。其性能滿足《路用廢胎膠粉橡膠瀝青》（JT/T 798-2019）要求，如表1所示。

1.2溫拌劑及阻燃劑

溫拌劑選用Sa-sobit型聚烯烴類有機降粘型溫拌劑;阻燃劑采用FRMAX TM高效型阻燃劑。其技術性能分別如表2、表3所示。

2試驗方法與方案設計

2.1試驗方案

2.1.1三大指標試驗

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）（以下簡稱試驗規程）中T0604-2011、T0606-2011、T0605-2011試驗方法，分別檢測不同瀝青的針入度、軟化點和5 ℃延度。

2.1.2布氏旋轉黏度試驗

依據試驗規程中T0625-2011布氏瀝青旋轉黏度試驗方法測定瀝青表觀黏度。

2.1.3氧指數試驗

采用試驗規程中GB/T 2406氧指數試驗方法測定極限氧指數（LOI）來評價瀝青阻燃性能，LOI越小表示材料越易燃。可由式（1）計算：

2.2正交試驗設計

參考廠家推薦及國內工程應用經驗[4]，初步確定各原材料用量范圍，選取各影響因素的試驗水平如表4所示，進行L9（3 3）正交試驗設計。

3溫拌阻燃橡膠瀝青性能評價

按正交試驗設計的不同影響因素各水平成型試件后，依照前述試驗方法進行三大指標試驗、布氏旋轉黏度試驗、氧指數試驗。試驗結果如表5所示。

采用極差分析法進行定量分析（表6），其中ki表示某因素第i水平對應試驗指標的平均值，極差為ki（i=，3）中最大值與最小值的差值。

綜合分析各因素對溫拌阻燃瀝青高低溫性能、阻燃性能及降黏效果的影響結果，9組試驗組中溫拌劑為3%、阻燃劑為6%、拌和速率為4 000 r/min時，溫拌阻燃瀝青性能最佳。

3.1高溫性能（圖1～3）

（1）剪切機轉速對溫拌阻燃瀝青高溫性能基本無影響，而溫拌劑及阻燃劑摻量對其高溫性能影響較為顯著，其中溫拌劑摻量對其影響最大，三因素對應針入度、軟化點極值大小排序均為：溫拌劑摻量>阻燃劑摻量>剪切儀轉速。

（2）溫拌劑的摻入有利于瀝青的高溫性能，且隨摻量的增大對其有進一步的提升。隨著2%溫拌劑的摻入，橡膠瀝青軟化點從73 ℃提升至74.4 ℃，針入度從5.93 mm下降至5.11 mm，且隨摻量的增加，溫拌阻燃瀝青軟化點進一步增大，針入度進一步減小。這說明溫拌劑的摻入，會使瀝青變硬，抗變形能力增強，高溫性能有所提升。

（3）阻燃劑的摻入同樣對瀝青高溫性能有利，但提升效果弱于溫拌劑。由圖1、圖2可知，阻燃劑摻量從4%增至8%，瀝青軟化點從75 ℃增至76.8 ℃，提升了1.8 ℃;溫拌劑摻量從2%增至4%，瀝青軟化點從74.4 ℃增至77.1 ℃，提升了2.7 ℃;隨著溫拌劑摻量的增大，溫拌阻燃瀝青軟化點逐步增大，針入度逐步減小，高溫性能逐漸增強，且溫拌劑對瀝青高溫性能改善效果更明顯。

3.2低溫性能（圖4～5）

（1）溫拌劑、阻燃劑的摻量顯著影響瀝青的低溫性能，剪切機轉速對瀝青低溫性能基本無影響。其中，阻燃劑摻量對溫拌阻燃瀝青低溫性能影響最大，三種因素延度極值大小排序為：阻燃劑摻量>溫拌劑摻量>剪切機轉速。

（2）溫拌劑、阻燃劑的摻入對瀝青低溫性能有顯著的不利影響。隨著溫拌劑、阻燃劑摻量的增大，瀝青延度逐漸減小，低溫性能逐漸變差。這是由于溫拌劑中有機添加物存在蠟結晶，增加了瀝青脆性，使得延度降低;同時阻燃劑吸附于瀝青分子表面，使得瀝青分子間表面自由能下降，從而致使瀝青低溫抗裂性能下降。因此在溫拌劑、阻燃劑摻量選取時，應重點關注瀝青低溫性能的變化，避免瀝青性能劣化。

3.3降黏性能（圖6～7）

（1）所選三因素中對瀝青135 ℃黏度影響最大的是溫拌劑摻量，其次是阻燃劑摻量，剪切機轉速影響最小，三者對應極差大小排序為：0.5 Pa·s>0.4 Pa·s>0.1 Pa·s。

（2）溫拌劑可有效降低溫拌阻燃瀝青黏度，降低施工中瀝青拌和及壓實溫度，且隨溫拌劑摻量的增大，降黏效果越好。溫拌劑摻量從2%增大至4%，溫拌阻燃瀝青135 ℃黏度從2.1 Pa·s降至1.6 Pa·s，這是由于溫拌劑中低熔點的有機添加劑在瀝青中融化，起到潤滑作用，從而降低瀝青黏度。

（3）阻燃劑的摻入對溫拌劑的降黏效果存在不利影響，且隨其摻量增加，對瀝青溫拌工作性能更為不利。阻燃劑摻量從4%增至8%，溫拌阻燃瀝青135 ℃黏度增加0.3 Pa·s，增幅達17.6%。

3.4阻燃性能（圖8～9）

（1）阻燃劑的摻入可有效提升瀝青的阻燃性能，阻燃劑摻量從4%增至8%，瀝青氧指數從23.5%增加到27.4%。這是由于阻燃劑在瀝青受熱時，在表面生成一層均勻的碳化泡沫層，從而隔氧隔熱，因此提升了瀝青的阻燃性能。

（2）剪切機轉速對瀝青阻燃性能基本無影響，溫拌劑的摻量對溫拌阻燃瀝青的阻燃性能存在不利影響，隨著溫拌劑摻量的增大，瀝青氧指數逐漸減小，阻燃性能有所下滑，因此在溫拌阻燃瀝青溫拌劑摻量的選取時，應考慮其對瀝青阻燃效果的影響。

4結語

（1）綜合考慮溫拌阻燃瀝青的高溫性能、低溫性能、阻燃性能及降黏效果，溫拌阻燃瀝青最佳制備方案為：溫拌劑3%、阻燃劑6%、拌和速率4 000 r/min。

（2）溫拌劑、阻燃劑均對瀝青高溫性能有利，而對瀝青低溫性能存在較為不利的影響，因此對于溫拌劑及阻燃劑摻量的選取，應著重考慮其對瀝青低溫性能的影響，防止性能顯著劣化。

（3）溫拌劑對于瀝青阻燃性能不利，阻燃劑又影響著瀝青降黏效果，因此選取溫拌阻燃瀝青的溫拌劑及阻燃劑時，應對溫拌劑與阻燃劑的配伍性展開研究。

參考文獻：

[1]再協.廢舊輪胎回收利用迫在眉睫[J].中國資源綜合利用，2018（8）：60.

[2]喬建剛，李志剛，程璨，等.溫拌劑和阻燃劑對SBS改性瀝青流變性能的影響[J].石油煉制與化工，2019，50（3）：87-91.

[3]吳林松，田小革，常乃坤，等.溫拌阻燃SBS改性瀝青混合料路用性能研究[J].北方交通，2018，300（4）：77-81.

[4]蔣瑋，沙愛民，趙輝，等.溫拌阻燃瀝青混合料設計與性能評價[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2018，41（5）：671-676.