橡膠瀝青熱儲存性能研究

張炯

(岳陽市公路橋梁基建總公司， 湖南 岳陽 414021)

采用低溫冷凍粉碎法和常溫輥壓剪切法將廢舊輪胎制成橡膠粉應(yīng)用于道路建設(shè)，不僅能緩解廢舊輪胎的“黑色污染”，還可改善道路性能。但橡膠瀝青中橡膠顆粒與瀝青屬于熱力學(xué)不相容體系，橡膠顆粒懸浮于瀝青中進而發(fā)生離析，高黏度也影響橡膠瀝青混合料的攤鋪、壓實。易離析和高黏度嚴(yán)重影響橡膠瀝青的推廣應(yīng)用，提高其熱儲存穩(wěn)定性尤為重要。添加相容劑和SBS改性劑或維他連接劑、多聚磷酸、硫化交聯(lián)體系，可在一定程度上改善橡膠顆粒與瀝青的相容性，從而改善其儲存穩(wěn)定性，但添加外加劑會增加建設(shè)成本。溶解性膠粉制備技術(shù)通過高溫、高速剪切和延長反應(yīng)時間促進膠粉脫硫降解，使其在瀝青中近乎全部溶解，膠粉改性瀝青的儲存穩(wěn)定性和工作和易性大幅提高。但高溫、高剪切速度和較長的反應(yīng)時間會加劇瀝青老化，同時消耗更多能源。為研究橡膠瀝青在儲存罐中的性能變化，將橡膠瀝青分別在不同溫度(140 ℃、160 ℃、180 ℃)和時間(12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、96 h)下儲存，分析其性能演變趨勢，結(jié)合路用性能變化，推薦最佳儲存溫度和儲存時間。

1 試驗原材料

1.1 基質(zhì)瀝青

采用AH-70作為基質(zhì)瀝青制備橡膠粉改性瀝青，AH-70的技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 AH-70瀝青的技術(shù)指標(biāo)

1.2 橡膠粉

采用50目廢舊輪胎橡膠粉，其技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 50目廢舊輪胎橡膠粉的技術(shù)指標(biāo)

1.3 制備流程

將AH-70基質(zhì)瀝青放入150 ℃烘箱中使其軟化，同時將橡膠粉放入110 ℃烘箱中烘干備用；將橡膠粉加入基質(zhì)瀝青中，采用剪切機剪切，橡膠粉和基質(zhì)瀝青的質(zhì)量比為20∶80，剪切速率為2 000 r/min，剪切溫度為180 ℃左右；待膠粉全部溶于瀝青后，將剪切機轉(zhuǎn)速調(diào)至6 000 r/min剪切45 min，并用玻璃棒攪拌使瀝青剪切均勻；剪切完成后，將瀝青放入175 ℃烘箱中發(fā)育1 h，制得橡膠粉改性瀝青。

1.4 儲存條件

為模擬橡膠瀝青工程儲存條件，將橡膠瀝青分別在不同溫度和時間下儲存，溫度分別為140 ℃、160 ℃、180 ℃，儲存時間分別為12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、96 h。在儲存期間，定期對橡膠瀝青攪拌5 min，模擬瀝青罐中的連續(xù)攪拌。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 軟化點

軟化點表征瀝青的高溫性能，軟化點越高，瀝青的高溫性能越好。對不同儲存條件下橡膠瀝青進行軟化點試驗，結(jié)果見圖1。

圖1 不同儲存條件下橡膠瀝青的軟化點

由圖1可知：1) 橡膠瀝青的軟化點隨儲存時間延長先增大后減?。徊煌瑑Υ鏈囟认孪鹉z瀝青的軟化點最大值出現(xiàn)在12 h時，可能是由于橡膠顆粒吸附瀝青輕質(zhì)組分發(fā)生吸附溶脹作用，瀝青質(zhì)成分增加，瀝青高溫性能得到提高。2) 儲存溫度越高，橡膠瀝青的高溫性能衰減越大，180 ℃儲存溫度下橡膠瀝青的高溫性能在48 h時快速衰減。原因是橡膠顆粒吸附輕質(zhì)組分發(fā)生溶脹作用，導(dǎo)致橡膠顆粒裂解，隨著儲存時間的延長，橡膠顆粒發(fā)生離析導(dǎo)致改性效果變差。在較低儲存溫度下橡膠瀝青的高溫性能衰減較小，建議在滿足要求的前提下降低儲存溫度。

2.2 延度

通過低溫延度試驗測試橡膠瀝青的低溫性能，試驗溫度5 ℃，拉伸速度10 mm/cm，試驗結(jié)果見圖2。

圖2 不同儲存條件下橡膠瀝青的延度

由圖2可知：橡膠瀝青的延度隨儲存時間延長先增大后減小，原因是橡膠顆粒吸附瀝青輕質(zhì)組分發(fā)生吸附溶脹，導(dǎo)致橡膠顆粒裂解，溶脹后的橡膠顆粒間形成三維空間結(jié)構(gòu)，低溫性能得到改善；長期儲存后橡膠瀝青的低溫性能衰減較快，可能與橡膠顆粒相互交聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞有關(guān)。

2.3 黏度

橡膠瀝青的高黏度影響混合料的攤鋪、壓實。進行不同儲存條件下橡膠瀝青黏度試驗，試驗溫度177 ℃，采用27號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為80 r/min，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 不同儲存條件下橡膠瀝青的黏度

由圖3可知：橡膠瀝青的黏度隨儲存時間延長而減小。初始階段橡膠瀝青黏度下降，有助于改善橡膠瀝青的施工和易性；隨著儲存時間的增加，橡膠顆粒的裂解加劇，顆粒沉降，橡膠瀝青的黏度明顯下降，導(dǎo)致橡膠瀝青失去高黏特性。使用中應(yīng)避免較長時間儲存，建議儲存時間不超過72 h、儲存溫度控制在160 ℃。

2.4 針入度

橡膠顆粒的存在會影響橡膠瀝青針入度測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，鑒于目前還沒有專門用于橡膠瀝青的評價方法和體系，采用現(xiàn)行的針入度測試方法。橡膠瀝青的針入度試驗結(jié)果見圖4。

圖4 不同儲存條件下橡膠瀝青的針入度

由圖4可知：1) 初期橡膠瀝青的針入度增大，隨著儲存時間的增加，針入度減少。原因是初期橡膠顆粒吸附溶脹并不明顯，針入度偏大；隨著儲存時間的延長，吸附溶脹的橡膠顆粒發(fā)生裂解，顆粒粒徑變小，同時瀝青老化加重導(dǎo)致瀝青變硬，針入度減小。2) 隨著儲存溫度的升高，橡膠瀝青的針入度減小，原因是溫度越高，橡膠顆粒吸附溶脹作用越明顯。

2.5 離析試驗

橡膠瀝青中橡膠顆粒與瀝青屬于熱力學(xué)不相容體系，橡膠顆粒懸浮于瀝青中造成沉淀離析，從而影響橡膠瀝青的使用性能。分別在140 ℃、160 ℃、180 ℃下對橡膠瀝青進行離析試驗，結(jié)果見圖5。

圖5 不同儲存條件下橡膠瀝青離析試驗結(jié)果

由圖5可知：橡膠瀝青的軟化點差值隨儲存時間的延長而增大，原因是橡膠瀝青的黏度隨溫度升高而降低，較小的黏度在一定程度上可阻礙橡膠顆粒下沉，從而延緩離析的發(fā)生；隨著儲存時間的增加，軟化點差值大于2.5 ℃，已不滿足規(guī)范要求。建議儲存時間不超過72 h、儲存溫度取160 ℃。

3 路用性能

考慮到橡膠瀝青混合料的路用性能隨儲存條件變化會發(fā)生衰減，將橡膠瀝青性能與路用性能結(jié)合起來，通過車轍試驗研究橡膠瀝青合適的儲存溫度和時間。各檔粗集料均采用玄武巖，細(xì)集料均為石灰?guī)r，其各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。采用SMA-13中值級配，最佳油石比為5.0%。車轍試驗結(jié)果見圖6。

由圖6可知：隨著儲存時間的增加，橡膠瀝青混合料的動穩(wěn)定度減??；48 h內(nèi)動穩(wěn)定度衰減不大；72 h、96 h時動穩(wěn)定度衰減較大，140 ℃、160 ℃、180 ℃儲存溫度下，72 h時降解率分別為8.2%、18.0%、21.8%，96 h時降解率分別為12.5%、24.7%、29.6%。儲存溫度越高，性能衰減越大，與橡膠瀝青性能衰減結(jié)果吻合。建議儲存溫度取160 ℃、儲存時間不超過72 h。

圖6 不同儲存條件下橡膠瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

4 結(jié)論

(1) 隨著儲存時間的增加，橡膠瀝青的軟化點、延度、針入度先增大后減小，且溫度越高，性能衰減越大。

(2) 隨儲存時間增加，橡膠瀝青的黏度減??；隨儲存溫度升高，橡膠瀝青黏度衰減越大。

(3) 隨儲存時間增加，橡膠瀝青的軟化點差值增大；儲存時間超過72 h時，離析試驗結(jié)果已不滿足規(guī)范要求。建議儲存時間不超過72 h、儲存溫度為160 ℃。

(4) 隨儲存時間增加，橡膠瀝青混合料的動穩(wěn)定度減小，儲存溫度越高，性能衰減越大。