橡胶改性沥青的制备与性能优化研究

曹传江

(新疆林业规划设计院敬业监理咨询部，新疆乌鲁木齐 830000)

0 前言

随着我国工业经济的蓬勃发展，每年都会产生大量的废旧橡胶，其中以汽车轮胎为主要代表［1］。废旧橡胶不仅侵占大量土地，而且在空气中不易降解，对环境产生较大的危害［2，3］。研究表明［4，5］，将废旧橡胶经过特殊处理，添加到沥青中制备得到橡胶改性沥青，将橡胶沥青用于沥青路面建设不仅可以减少环境污染，而且能有效改善沥青路面的使用功能，延长路面使用寿命。本文通过室内试验，研究了橡胶粉掺量、搅拌温度、搅拌时间对橡胶沥青软化点、针入度、低温延度、针入度指数和弹性恢复等技术指标的影响，得到了最佳的橡胶粉掺量，优化了制备工艺，对橡胶沥青的制备和应用具有重要意义。

1 原材料

沥青选用Shell90#基质沥青，基本技术指标见表1。橡胶粉是在常温下粉碎的橡胶颗粒，目数为60目，具有良好的物理力学性能。

表1 基质沥青的主要技术指标

2 试验结果与分析

2.1 橡胶粉掺量对沥青性能的影响

将不同比例(0、10%、15%、20%和25%)的橡胶粉加入到基质沥青中，在170℃下充分搅拌45 min制得橡胶沥青，由标准方法测定不同橡胶粉掺量下沥青的软化点、针入度、5℃延度，并由不同温度下的针入度计算针入度指数以评价沥青的感温性能，研究橡胶粉掺量对沥青性能的影响，试验结果见图1。

从图1可以看出，在沥青中加入橡胶粉会使沥青的软化点、针入度、低温延度和针入度指数显著增大。随着橡胶粉掺量的增大，软化点先增大后稍有减小，当橡胶粉掺量为20%时软化点最大;针入度随橡胶粉掺量的增大急剧减小，而低温延度和针入度指数随橡胶粉掺量的增大逐渐增大;当橡胶粉掺量大于20%时，再增加橡胶粉对各指标的影响程度相对减弱。表明在沥青中加入橡胶粉可以明显改善沥青的高温性能、低温性能和温度敏感性。这是因为，高温下橡胶粉在沥青中产生溶胀，吸收沥青中的轻质组分，使沥青质的相对比例增大，使高温性能和温度敏感性得到改善;又因为在外力作用下，橡胶颗粒会产生形变，出现许多微裂纹，吸收部分能量，减缓裂纹扩展，改善沥青的低温性能。当橡胶粉掺量较大时，橡胶粉在沥青中分散的均匀性变差，橡胶粉颗粒之间相互接触形成小结团，使改性效果变差。综合考虑，橡胶粉的最佳掺量为20%。

图1 橡胶粉掺量对沥青性能的影响

2.2 制备温度对沥青性能的影响

在沥青中加入20%的橡胶粉，控制搅拌时间为45 min，测定不同搅拌温度下橡胶改性沥青的软化点、针入度、5℃延度和弹性恢复，研究制备温度对橡胶改性沥青性能的影响，试验结果见图2。

从图2可以看出，随着搅拌温度的升高，橡胶沥青的软化点和弹性恢复都出现先增大后减小的趋势，当搅拌温度为175℃时软化点和弹性恢复都出现最大值，表明此时橡胶沥青的高温性能和弹性恢复能力越好;而针入度和低温延度都随着搅拌温度的升高逐渐增大，表明升高搅拌温度可以提高橡胶沥青的低温性能。这主要是因为，高温下橡胶粉在沥青中发生溶胀，在一定温度范围内温度越高溶胀越容易发生，橡胶粉吸收沥青中的轻质组分使高温性能得到改观，当温度太高时，随着温度的升高橡胶发生脱硫降解，温度越高脱硫降解越快，脱硫使硫交联键断裂，高温性能和弹性恢复能力变差。随着温度的升高，发生脱硫降解的橡胶粉越多，橡胶粉脱硫后变成天然橡胶，而天然橡胶的弹性使橡胶沥青的低温性能提高。综合考虑，最佳搅拌时间为175℃。

图2 制备温度对沥青性能的影响

2.3 制备时间对沥青性能的影响

控制橡胶粉掺量为20%、搅拌温度为175℃，测定不同搅拌时间时橡胶沥青的软化点、针入度和5℃延度，研究制备时间对橡胶沥青性能的影响，试验结果见图3。

从图3可以看出，在0～60 min内延长搅拌时间能够增大橡胶沥青的软化点，但当搅拌时间大于60 min时，软化点反而随搅拌时间的延长逐渐降低，说明当搅拌时间为60 min时橡胶沥青的高温性能最好;针入度和低温延度都随着搅拌时间的延长逐渐增大，说明延长搅拌时间有利于提高橡胶沥青的低温性能。这主要是因为，当搅拌时间小于60 min时，随着搅拌时间的延长，橡胶粉吸收沥青中的轻质组分增多，沥青粘度变大，高温性能增强;而当搅拌时间大于60 min时，过长的搅拌时间使橡胶粉脱硫降解，使高温性能变差。同时，搅拌时间越长，由脱硫转变为天然橡胶的橡胶粉越多，在外界拉力作用下，吸收的能量越多，橡胶沥青的低温抗拉性能越好。综合考虑，最佳搅拌时间为60 min。

图3 制备时间对沥青性能的影响

3 结论

1)相同条件下，存在最佳的橡胶粉掺量使橡胶沥青的软化点最大，同时橡胶粉掺量越大，针入度越低，而低温延度和针入度指数越大;当橡胶粉掺量为20%时，橡胶沥青的高温性能、低温性能和感温性最好。

2)同一条件下，随着制备温度的升高，橡胶沥青的软化点和弹性恢复增大后减小，当温度为175℃时两者都有最大值;制备温度越高，针入度和低温延度越大;最佳制备温度为175℃。

3)当其他条件相同时，软化点随制备时间的延长出现先增大后减小的趋势，当时间为60 min时软化点最高;针入度和低温延度都随制备时间的延长逐渐增大;综合考虑，最佳制备时间为60 min。

［1］杨永顺，曹卫东，李英勇，等.橡胶沥青制备工艺及其性能的研究［J］. 山东大学学报(工学版)，2008，38(5):10－13.

［2］高 川.橡胶沥青及其混合料性能研究［D］.西安:长安大学，2011.

［3］郭朝阳.废胎胶粉橡胶沥青应用技术研究［D］.重庆:重庆交通大学，2008.

［4］微 颖.基于胶浆性质的橡胶沥青混合料性能研究［D］.西安:长安大学，2012.

［5］黄 明，汪 翔，黄卫东.橡胶沥青混合料疲劳性能的自愈合影响因素分析［J］. 中国公路学报，2013，26(4):16－22.