PE脫硫橡膠改性瀝青基本性能試驗研究

黃守卿

【摘要：】為研究聚乙烯（PE）材料與脫硫橡膠粉的融合性及其對脫硫橡膠改性瀝青性能的影響規律，文章采用常規試驗方法分析了PE摻量變化、剪切時間變化和相關試驗參數變化對脫硫橡膠改性瀝青各項性能的影響。結果表明：隨PE摻量的增加，針入度、延度指標均呈下降趨勢，軟化點呈增加趨勢，摻量越大對各項性能指標影響越顯著，提高了脫硫橡膠改性瀝青的高溫性能，劣化了低溫延伸性能;隨剪切時間的增加，針入度呈下降趨勢，軟化點呈增加趨勢，延度呈先增加后下降趨勢，當剪切時間超過75 min后，軟化點和延度指標變化幅度顯著;隨試驗溫度的增加，PE脫硫橡膠改性瀝青的黏度均呈下降趨勢，溫度與黏度呈指數關系，且與基質瀝青和SBS改性瀝青相比，PE脫硫橡膠改性瀝青的粘彈性能最佳。

【關鍵詞：】道路工程;橡膠改性瀝青;PE改性劑;基本性能

U416.03A150463

0 引言

廢舊輪胎的再生利用是世界各國的重點研究領域之一。廢舊輪胎合理處治后參與道路工程基礎設施應用作為我國重要的可持續推廣的應用成果，不僅能夠解決黑色污染問題，還能解決常規路面鋪筑結構的缺陷，如提高瀝青路面抗疲勞性能、高溫穩定性能及降低行車噪聲問題等。董大偉等研究了橡膠粉對高黏瀝青性能影響，分析了膠粉類型、聚烯烴改性劑和其他樹脂摻量制備高黏瀝青的性能變化，提出制備高黏改性瀝青的最佳配比[1]。張爭奇等研究了脫硫膠粉和普通膠粉瀝青的區別，采用微觀紅外光譜、粘彈性試驗及其他常規試驗對比分析兩種瀝青之間的性能變化規律，并指出脫硫膠粉與普通膠粉的應用范圍[2]。王海朋等研究了膠粉類型對橡膠瀝青基本性能影響，分析了不同類型橡膠瀝青的微觀結構，利用膠粉在瀝青結構中分散程度表征膠粉改性瀝青儲存穩定性[3]。王笑風等分析了硫化膠粉、脫硫膠粉、SBS改性劑等復合改性瀝青的基本性能變化，指出硫化橡膠粉具有較強的敏感性，摻量變化對瀝青性能影響顯著，推薦采用SBS復合硫化橡膠改性瀝青，其高溫穩定性和儲存穩定性最佳[4]。

綜上所述，對于聚乙烯（PE）復合脫硫橡膠改性瀝青及瀝青混合料的研究較少，本文以常用基質瀝青為基礎，分析PE脫硫橡膠粉改性瀝青的基本性能及粘彈性能，為實體工程中推廣應用提供技術指導。

1 試驗材料

研究選擇基質瀝青為殼牌70#、SBS（I-C）改性瀝青，聚乙烯選擇國內某公司生產的低密度聚乙烯（PE）產品，橡膠粉選擇采用常溫物理方法脫硫后的膠粉。試驗結果見表1～4。

2 試驗方案

本文選擇殼牌70#基質瀝青開展相關研究，復合改性瀝青制備及基本性能試驗方案如下。

（1）PE脫硫橡膠改性瀝青制備。直接選取成品基質瀝青，恒溫140 ℃加熱至流淌狀態，采用高速剪切機進行PE改性劑與基質瀝青的混合（每次加工樣品約2 kg），PE摻量分別為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%（占基質瀝青質量的百分數），逐步加熱至175 ℃，攪拌速率為5 000 r/min，攪拌約30 min至PE完全溶解、攪拌均勻;然后添加脫硫橡膠粉（摻量為18%，占改性瀝青的質量百分數），高速剪切約40～50 min，剪切完畢后置于165 ℃烘箱中60 min，冷卻后供后續試驗用。

（2）優化選擇試驗方法。我國常用于評價瀝青基本性能指標的參數為針入度、軟化點和延度，本文在此基礎上開展粘彈性能試驗，分析PE脫硫橡膠改性瀝青的彈性恢復能力，依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）[5]中方法進行各項性能分析。

3 PE摻量對脫硫橡膠改性瀝青性能的影響

瀝青作為膠結材料，對瀝青混合料的高溫性能、低溫性能等具有顯著影響，其軟化點指標表征高溫性能，延度指標表征低溫延展性能，針入度指標表征瀝青的稠度、軟硬等性能。本文采用25 ℃針入度、5 ℃延度和軟化點指標進行相關分析，結果見圖1～3。

由圖1～3可知：

（1）PE對脫硫橡膠改性瀝青的高溫性能、低溫性能均具有顯著影響。隨PE摻量的增加，針入度、延度均呈下降趨勢，軟化點呈增加趨勢，摻量越大對上述性能指標影響越顯著。說明PE材料提高了改性瀝青的高溫性能，隨PE摻量增加，增加了瀝青的稠度和硬度，針入度值逐漸下降，PE摻量為2.5%時，針入度指標下降了約29.7%（與未添加PE材料相比）。

（2）軟化點指標顯著增加，提高了10%～20%，PE材料的添加能夠進一步提高脫硫橡膠改性瀝青的高溫性能，彌補其高溫性能不足的缺陷。但PE材料降低了脫硫橡膠改性瀝青的低溫延展性能，延度指標顯著下降，在摻量1.0%～2.0%時，延度指標變化幅度穩定，下降23.6%～29.0%，在摻量為2.5%時，其下降了52.6%。說明PE摻量超過2.0%時對延度指標劣化程度顯著增加。

由此可知，采用PE與脫硫膠粉復合后，對改性瀝青的高溫性能具有顯著改善作用，增加了改性瀝青的稠度;但對低溫性能具有一定的劣化作用，尤其是超過最佳摻量時，對低溫延度指標影響嚴重。綜合分析，確定PE材料摻加用量為2.0%。

4 剪切時間對PE脫硫橡膠改性瀝青性能的影響

復合改性瀝青的加工工藝對瀝青的性能也存在一定的影響，尤其是加工時間與瀝青的儲存穩定性等存在顯著聯系。本文分析不同剪切時間（45 min、60 min、75 min、90 min）下PE脫硫橡膠改性瀝青的基本性能變化，結果見圖4～6。

由圖4～6可知：

（1）剪切時間對PE脫硫橡膠改性瀝青的基本性能存在顯著影響，隨剪切時間的增加，針入度呈下降趨勢，軟化點呈增加趨勢，延度呈先增加后下降趨勢。3種指標的變化情況不盡相同，說明剪切時間變化對瀝青各項性能存在不同的影響規律。

（2）針入度指標下降、軟化點指標增加，說明隨剪切時間增加，瀝青的稠度增加，提高了瀝青的高溫性能。如剪切時間為75 min、90 min時的針入度指標分別下降了4.5%和6.4%，軟化點指標增加了6.2%和7.0%;剪切時間超過75 min后，軟化點增加幅度顯著下降。結合延度指標變化趨勢（延度指標在75 min范圍內存在最大值），確定PE脫硫橡膠改性瀝青剪切時間為75 min。

5 PE脫硫橡膠改性瀝青粘彈性能分析

粘彈性能表征復合改性瀝青的彈性恢復能力，與路面的疲勞性能存在密切關聯，彈性恢復能力越強，其受力作用后產生的永久變形越小，復合改性瀝青的性能越優良。采用上述確定的工藝參數對PE脫硫橡膠改性瀝青進行粘彈性試驗，結果見圖7～8。

由圖7～8可知：

（1）隨試驗溫度的增加，3種瀝青的黏度均呈下降趨勢，利用溫度與黏度關系擬合，發現二者呈指數關系變化，且相關系數均達到0.9以上，說明溫度變化對瀝青黏度存在直接影響。其中，SBS改性瀝青黏度最大、PE脫硫橡膠改性瀝青黏度居中，基質瀝青黏度最小，隨溫度的增加，3種瀝青之間的黏度差值越小。PE材料的添加，并未促使復合改性瀝青黏度高于SBS改性瀝青，說明PE脫硫橡膠復合改性瀝青具備良好的施工和易性，滿足規范要求。

（2）3種瀝青彈性恢復變化規律如下：PE脫硫橡膠改性瀝青>SBS改性瀝青>基質瀝青，這與黏性指標變化趨勢相一致。PE脫硫橡膠改性瀝青的粘彈性能最佳，具備良好的抗疲勞性能，抵抗車輛荷載的抗變形能力最佳，這與PE材料的性質密切相關。PE材料屬于熱塑性樹脂，具備良好的高溫穩定性和耐柔性，與脫硫膠粉混合后能夠形成空間網絡結構，與瀝青不再單一物理存在，橡膠粉裂解后，分子量減小，與部分PE分子結構形成鏈接，共同作用于瀝青分子結構中。

6 結語

（1）隨PE摻量增加，針入度、延度指標均呈下降趨勢，軟化點呈增加趨勢，摻量越大對各項性能指標影響越顯著。說明PE材料提高了脫硫橡膠改性瀝青的高溫性能，劣化了低溫延伸性能。綜合分析，確定PE材料摻加用量為2.0%。

（2）隨剪切時間的增加，針入度呈下降趨勢，軟化點呈增加趨勢，延度呈先增加后下降趨勢，當剪切時間超過75 min后，軟化點和延度指標變化幅度顯著。由此，可確定PE脫硫橡膠改性瀝青剪切時間為75 min。

（3）隨試驗溫度的增加，PE脫硫橡膠改性瀝青的黏度均呈下降趨勢，溫度與黏度呈指數關系，且PE脫硫橡膠改性瀝青的粘彈性能最佳，與SBS改性瀝青相比，具備良好的施工和易性。

參考文獻：

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