浅析胶粉改性沥青的路用性质及改性机理

王大成 王大华

随着汽车工业的迅猛发展,废旧轮胎的数量也在逐年增加。被称为“黑色污染”的废旧轮胎的回收和处理是世界性难题,我国所面临的压力也越来越大。解决因废旧轮胎大量堆积而造成的黑色污染和占用土地,保护环境,缓解国家资源短缺的压力,已迫在眉睫。

胶粉改性沥青是通过一定的生产工艺将橡胶粉加入沥青中得到的改性沥青结合料。国内外研究表明,用胶粉改性沥青铺设的道路,与普通路面相比,可延长使用寿命1倍～3倍,降低噪声50%～70%,能大大提高路面的高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害能力、抗滑性能等,进而缩短刹车制动距离,提高安全系数。

本文所用材料为基质沥青：70号A级道路石油沥青;橡胶粉：常温研磨法生产,分别来源于货车轮胎及小汽车轮胎。

1 胶粉改性沥青及其路用性能研究

胶粉改性沥青具有其他类沥青所无法拥有的功能。通过室内外试验,对胶粉改性沥青混凝土路用性能及施工工艺进行分析,与SBS改性沥青路用性能进行对比,对其技术指标进行分析,见表1。

表1 两种沥青性能对比

从表1可看出,胶粉改性沥青的性能指标基本接近SBS改性沥青的有关技术标准,有些指标甚至超过SBS改性沥青。

1.1 胶粉改性沥青高温稳定性能

胶粉填充使混合料更加密实,增加了混合料的内摩擦角,增加了沥青的粘度,有利于提高混合料的粘聚力,因此,可以认为橡胶粉掺加到沥青混合料中,对其高温稳定性的改善是有利的。表2给出干拌法胶粉改性沥青混合料车辙试验结果,表3给出采用湿拌法胶粉改性沥青混合料车辙试验结果。

表2 干拌法胶粉改性沥青混合料车辙试验结果

表3 湿拌法胶粉改性沥青混合料车辙试验结果

从表2,表3可看出：无论是干拌还是湿拌,随着橡胶粉掺加剂量的提高,混合料的高温稳定性逐渐提高。综合经济指标,为了达到良好的高温性能,橡胶粉的掺量不宜低于20%(外掺)。结合车辙试验分析,根据橡胶粉与沥青的作用机理,橡胶粉会吸收沥青中的轻质油分,导致沥青老化进程加快,为避免这种不利影响,充分发挥橡胶粉混合料的高温性能,建议干拌法生产的混合料用于中、下面层,表面层混合料可采用湿拌法。

1.2 胶粉改性沥青低温性能

胶粉中含有大量的天然胶和合成胶,这些成分与沥青拌和后会大大改善沥青混合料的低温抗裂性能。胶粉改性沥青混合料的低温性能十分优越,甚至超过常用SMA和SUPERPAVE混合料。

2 橡胶沥青改性机理

2.1 胶粉粒径对胶粉改性沥青性能的影响

采用2种来源、3种粒径的胶粉对70号基质沥青进行改性,胶粉掺量为20%,常规指标采用美国亚利桑纳州Ⅰ型胶粉改性沥青技术要求。SHRP性能分级采用AASHTO M320标准。由试验结果可以看出,基质沥青加入胶粉改性以后,胶粉改性沥青针入度下降,软化点提高,原样以及 RTFOT老化后抗车辙因子G＊/sin6显著增大,蠕变劲度S减小,加入胶粉改性前后,技术指标从基质沥青的PG64-22等级提高到PG-82-28等级。PAV老化后疲劳因子G＊/sin8在31℃时约为300 kPa,远小于5 000 kPa要求,表明胶粉的加入改善了沥青的抗老化性能和抗疲劳性能。

2.2 胶粉种类对胶粉改性沥青性能的影响

试验结果表明：不同种类胶粉对胶粉改性沥青的流变特性有着明显的影响,对比采用相同目数胶粉的胶粉改性沥青,货车胶粉比小车胶粉的胶粉改性沥青弹性特征更为明显,抗变形能力更强。对比不同种类的胶粉改性沥青软化点及抗车辙因子可知(见图1,图2),对胶粉改性沥青高温性能的改善效果,货车胶粉优于小车胶粉。低温蠕变试验表明,货车胶粉的胶粉改性沥青的蠕变劲度S较小,显示了较好的低温柔性。货车胶粉的胶粉改性沥青疲劳因子小于小车胶粉,货车胶粉胶粉改性沥青的抗老化能力更强。

从胶粉的来源考虑,货车轮胎胶粉的改性效果明显优于小车轮胎胶粉。主要原因在于货车轮胎中天然橡胶的含量较高,天然橡胶与沥青间的相互反应更强,能够改善橡胶沥青的粘结力和弹性。对沥青的改性效果更为明显。

2.3 胶粉掺量对胶粉改性沥青性能的影响

胶粉掺量是影响胶粉改性沥青技术性能的主要参数之一。随着胶粉掺量增加,胶粉改性沥青高温性能、低温性能、抗老化性能等都有明显增加,胶粉掺量从12%提高到24%,软化点提高了28.8℃,弹性恢复提高了11%,抗车辙因子G＊/sinδ提高了6倍～8倍,-18℃蠕变劲度S减少了75%,说明随着胶粉掺量的增加,胶粉改性沥青的高低温性能都随之提高。

2.4 基质沥青类型对胶粉改性沥青性能的影响

表4 不同标号基质沥青试验结果

不同标号基质沥青由于组分有所不同,胶粉改性的效果也会有所差异。试验采用货车轮胎胶粉,胶粉掺量20%,拌合温度为175℃,不同标号基质沥青试验结果如表4所示。

由于90号沥青中轻质组分的含量较高,经胶粉改性后的低温性能略高于70号沥青,但两者比较接近,且都满足PG低温等级-28℃的要求,前者老化后的疲劳因子比后者明显降低,表明前者具有较好的抗老化和抗疲劳开裂性能。但从高温性能指标来看,90号沥青的改性效果不如70号沥青。

3 结语

1)胶粉改性沥青的性能指标基本接近SBS改性沥青的有关技术标准,有些指标甚至超过SBS改性沥青。2)沥青加入胶粉改性以后,提高了沥青的抗老化性能和抗疲劳性能。3)货车轮胎胶粉的改性效果明显优于小车轮胎胶粉,对沥青的改性效果更为明显。4)胶粉改性沥青混合料的低温性能、高温稳定性十分优越。随着胶粉掺量增加,胶粉改性沥青高温性能、低温性能、抗老化性能等都有明显增加。5)不同标号基质沥青由于组分有所不同,胶粉改性的效果也会有所差异。

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