淺析高性能橡膠瀝青的配合比設計與生產工藝

王學武

（甘肅省遠大路業集團有限公司，甘肅蘭州 730030）

橡膠瀝青主要是利用廢舊輪胎等廢舊橡膠制品經過碎化處理，變成橡膠粉，橡膠粉再與道路石油瀝青相結合，經過一系列的加熱、預混、溶脹、高速剪切后，膠粉逐漸吸收了瀝青中的芳香酚而膨脹、軟化，導致瀝青中的芳香酚減少，瀝青粘度增大，最終瀝青和橡膠粉界面逐漸模糊，生成的一種高彈性膠凝物質。但是目前橡膠瀝青的生產普遍存在設備比較落后，生產工藝簡單，采用預混發育一體的加工方式，不能確保大面積施工用量，在加工生產過程中對溫度及各組分材料數量控制不精準，容易引起瀝青過熱老化和各配方添加不準確。當膠粉添加量達到20%以后，如膠粉和道路石油瀝青不能很好的融合，預混后組成的混合就會出現不能充分溶脹、極易分散、結團、堵管現象，導致成品存儲穩定性差、易離析，往往出現已檢驗合格的成品橡膠瀝青存放幾小時后二次復檢多項技術指標不合格的問題。為了解決以上問題，最大限度增加膠粉摻量和橡膠瀝青各階段溫度進行控制，本研究在傳統橡膠瀝青加工工藝的基礎上，對原有橡膠瀝青加工設備進行改造升級，優化生產工藝，進一步提高了橡膠瀝青產品質量[1-4]。

1 橡膠瀝青加工設備改造升級，提高橡膠瀝青路用性能

1.1 增加罐體，分離預混罐和發育罐

傳統橡膠瀝青加工過程中只用一個罐體就完成了橡膠瀝青的預混和發育，生產效率低，影響施工進度，完全不能滿足橡膠瀝青工廠化生產數量要求，經過對橡膠瀝青生產設備全過程進行設計，通過增加罐體，分離預混罐和發育罐，采用先預混后反應溶脹的生產工藝，進行閥門切換，瀝青泵和膠體磨連續運行，實現不間斷生產[5]。

1.2 實現管理信息化

在基質瀝青儲存罐、預混罐、發育罐安裝全套紅外液位器、溫度傳感器和壓力控制元件，應用信息化手段自動調節瀝青泵轉速和改性劑進料速率，實現各成分的準確計量，實時監控成品發育溫度和發育時間，并及時上傳至信息化管理平臺，達到橡膠瀝青生產事中控制的目的。

1.3 安裝膠體磨裝置

在預混罐和發育罐之間安裝膠體磨裝置，橡膠粉和基質瀝青經預混后，通過膠體磨的高速研磨、剪切作用，提高了橡膠粉顆粒在瀝青中的分散度，通過發育罐內攪拌，瀝青油分充分溶脹至瀝青橡膠粉中，添加穩定劑后，大幅提高了橡膠瀝青儲存及運輸穩定性。

經過對生產設備進行改升級造，一是通過信息化手段實時監控加工溫度和各組分數量，從根本上優化橡膠瀝青加工工藝流程，增加了橡膠瀝青的生產效率；二是增加膠體磨裝置，不僅解決了橡膠瀝青在溶脹過程中由于粉顆粒膨脹而限制了膠粉摻量，導致橡膠粉添加不足的問題，而且避免了橡膠瀝青灑布過程中的橡膠粉顆粒膨脹堵塞同步碎石封層車的過濾網，出現漏灑的情況發生；三是通過研究膠粉摻量和生產工藝對橡膠瀝青性能指標的影響，優化了生產工藝和橡膠瀝青各組分配合比設計，規范各階段操作要點，明確發育溫度和發育時間，儲存溫度和儲存時間，以保證橡膠瀝青發揮最大路用性能。

2 試生產及橡膠瀝青路用性能驗證

2.1 原材料介紹

基質瀝青：采用的基質瀝青為A 級90 號道路石油瀝青，檢測結果見表1。

表1 90#道路石油瀝青檢測結果

橡膠粉：采用常溫研磨粉碎的橡膠粉，外觀質地均勻，不含有目測可見的木屑、砂礫、玻璃和污物等雜質。膠粉中的纖維不結團，且不存在編織狀的纖維顆粒[6]，細度為40目，檢測結果見表2。

表2 橡膠粉檢測結果

2.2 配合比設計

將基質瀝青、橡膠粉按照不同物料比例、不同溫度、不同預混和發育溫度進行室內橡膠瀝青樣品制備，按照相關技術指標要求，進行橡膠瀝青配合比設計。在道路石油瀝青中分別添加18%、20%、23%、25%的橡膠粉進行試驗，經過預混、膠體磨研磨、剪切，經過發育罐1.5 h溶脹后，按照不同摻量生產橡膠瀝青進行性能試驗，試驗結果見表3。

表3 不同橡膠粉摻量生產的橡膠瀝青性能對比

相關研究表明[7]，橡膠瀝青的發育時間和發育溫度具有相關性，正常情況下，采用18%橡膠粉摻量在180℃發育180 min，190℃發育120 min，200℃發育90 min 即可達到完全溶脹的效果。同時，橡膠瀝青的發育時間和橡膠粉的摻量也有很大關系。采用90#瀝青，40 目的橡膠粉不同摻量，現場190℃加工橡膠瀝青，檢測其177℃布氏粘度，結果表明，橡膠粉摻量達到20%以上時，橡膠瀝青的粘度隨著發育時間呈先升后降的趨勢。20%橡膠粉摻量在發育60 min 后的粘度達到峰值，23%橡膠粉摻量在發育75 min 后粘度達到峰值，25%橡膠粉摻量在發育90 min 后達到峰值，但過高的粘度影響施工，過短的發育時間橡膠粉無法溶脹，影響橡膠瀝青的延度。因此，本研究采用25%橡膠粉摻量生產橡膠瀝青的發育時間為90 min，發育溫度為190℃進行生產[8]。

2.3 橡膠瀝青試生產

（1）加熱及預混。按照配合比設計確定的配方和工藝條件進行試生產，試生產量為3 t。試產前保證罐內和管線內沒有其他種類的瀝青殘留，將專罐內合格的基質瀝青快速加熱到120～130℃，泵送到生產區經換熱器加熱到185～195℃預混罐，通過瀝青流量計調整瀝青量，開始向預混罐內添加規定比例的橡膠粉，開啟攪拌，攪拌時間為3～5 min。

（2）反應溶脹。當預混罐內瀝青達到一定數量時，開始向預混罐內按比例添加瀝青和橡膠粉，反應溶脹溫度為185～195℃，且不得超過205℃，預混罐內所有物料的混合物全部預混完成后經膠體磨高速研磨、剪切后進入反應釜，反應釜發育溫度185～195℃，發育時間為90 min。

（3）經反應釜充分溶脹后，取樣進行試驗檢測，橡膠瀝青各項指標在滿足相關技術指標要求時，固化各項加工參數，為后期大面積施工提供更為可靠的橡膠瀝青。

3 性能驗證

設備改造后，通過采用90#基質瀝青、40目橡膠粉生產同樣粘度的橡膠瀝青進行試驗，試驗結果表明（表5）：橡膠粉最大摻量可由原來的20%提高至25%，成品橡膠瀝青的彈性恢復提高了8.0%，軟化點提高了6.2%，針入度提高了7.3%，延度提高了70%，橡膠瀝青的存儲穩定性更好，存儲24 h后檢測未發現技術指標發生過大變化，見表4。

表4 生產加工設備增加膠體磨前后橡膠瀝青性能對比

4 結語

本研究通過對橡膠瀝青加工設備進行升級改造，在不同橡膠粉摻量和不同發育時間的條件下，對橡膠瀝青進行性能試驗對比，最終確定橡膠瀝青生產配合比和加工工藝，得出了以下主要結論：

（1）橡膠瀝青加工增加膠體磨裝置，橡膠粉最大摻量可以提高至25%，彈性恢復、軟化點和針入度等檢測指標都得到提高，橡膠瀝青的存儲穩定性更好。

（2）橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青的高溫穩定性和低溫抗裂性都能得到提高，橡膠瀝青的粘度會隨之升高。

（3）橡膠粉摻量達到20%以上時，橡膠瀝青的粘度隨著發育時間呈先升后降的趨勢。

（4）通過綜合考慮橡膠瀝青技術指標和施工過程中的泵送以及噴灑等因素，本研究最終選用生產橡膠瀝青的橡膠粉最佳摻量為25%，發育時間90 min，發育溫度190℃。