橡胶改性沥青室内加工方法试验研究

刘 敏

（沧州市交通运输局公路处，河北 沧州 061000）

0 引言

随着我国高等级公路里程的不断增加，人们对公路路面路用性能和使用寿命的要求也越来越高。沥青混合料的主要组成成分为沥青、矿料和添加剂等，其中沥青及添加剂的质量决定了沥青路面的路用性能。沥青是一种粘弹塑性材料，对温度条件非常敏感，在通常情况下，基质沥青低温容易开裂，高温下容易变软，在同一地域两者性能很难兼顾，这就衍生出改性沥青。改性沥青是一种混入树脂、橡胶粉和其他聚合物的沥青，掺入物与沥青发生反应，使沥青混合料的性能得到改进。

目前，我国最常用的沥青改性剂是通过掺入聚合物达到目的的。而胶粉掺入量、反应时间和反应温度对橡胶改性沥青路面路用性能有很重要的影响。本文通过对不同掺入量的橡胶改性沥青进行室内试验，以确定橡胶改性沥青最佳反应时间、反应温度和最佳掺入量。

1 试验材料

1.1 基质沥青

基质沥青采用70#沥青，其性能满足A级70#沥青各指标的要求。

1.2 橡胶粉

试验中采用粒径为40目的废旧胶粉为原料（见图1），其物理指标和化学指标要求见表1和表2，各种指标均符合相关标准。

图1 颗粒橡胶粉

表1 物理技术指标

表2 化学技术指标

1.3 胶粉改性沥青

成品胶粉改性沥青采用掺量为18%的40目胶粉经胶体磨工艺制备，其具体试验检测结果见表3。

表3 胶粉改性沥青检测数据表

2 试验方案

不同的改性沥青加工工艺对改性沥青的性能影响非常大，影响胶粉改性沥青性能的因素分为两类：一是材料自身因素，二是加工工艺因素。本文在材料方面选择了40目胶粉和70#基质沥青，根据不同的影响因素制定了试验方案，如图2所示。

图2 试验方案

3 试验结果

3.1 反应时间

70#基质沥青加热到180℃，并加入含量为18%的40目胶粉颗粒，高速剪切机搅拌速度为2000r/min，反应时间分别选择30min、45min、60min、90min、120min，对搅拌后的沥青进行常规试验，结果见表4及图3～图6。

表4 橡胶改性沥青在不同反应时间下的试验统计表

图3 175℃布氏黏度—反应时间图

图4 25℃针入度—反应时间图

图5 软化点—反应时间图

图6 5℃延度—反应时间图

通过以上四组试验可得出结论：175℃橡胶改性沥青黏度和软化点随着反应时间不断增大，90min后略有下降；针入度与反应时间呈反比关系，在90min后略有变大；随时间的增加，橡胶改性沥青的延度逐渐减小。所以推断出：橡胶改性沥青的最佳反应时间为60min。

3.2 反应温度

沥青具有对温度特别敏感的特性，在确定橡胶改性沥青的最佳反应时间以后，再通过试验确定其最佳反应温度。根据普通沥青的试验经验，选择的试验温度分别是160℃、170℃、180℃和200℃，经过搅拌后检测其性能指标。试验结果见表5及图7～图11所示。

表5 橡胶改性沥青在不同温度下性能数据统计表

图8 25℃针入度—温度图

图9 软化点—温度图

图10 5℃延度—温度图

图11 老化试验结果—温度关系图

表6 （续）

图12 175℃布氏黏度—胶粉掺量图

通过以上四组试验可得出结论：175℃橡胶改性沥青布氏粘度随着反应温度不断增大；橡胶改性沥青的针入度随着温度增加不断下降，180℃后略有上升；橡胶改性沥青软化点随温度的增加不断增大；橡胶改性沥青的延度随温度增加上下变化幅度较大，在180℃时达到最大。所以，可以确定橡胶改性沥青的最佳反应温度为180℃。

3.3 胶粉掺量

胶粉的掺入量对胶粉改性沥青的性能影响也比较大，是进行实际加工工艺的最主要参数，本项试验分别选择了15%、18%、21%的入掺量制备胶粉改性沥青，进行常规试验检测，试验结果见表6及图12～图17所示。

表6 橡胶改性沥青不同掺量条件下性能数据统计表

图13 软化点—胶粉掺量图

图14 5℃延度—胶粉掺量图

图15 针入度指数—胶粉掺量图

图16 当量软化点—胶粉掺量图

图17 当量脆点—胶粉掺量图

通过以上试验可得出结论：175℃胶粉改性沥青粘度、软化点跟橡胶粉的掺入量成正比，延度与橡胶粉的掺入量成反比，针入度指数在掺入量为18%时达到最佳。因此，橡胶改性沥青最佳胶粉掺量为18%。

4 结论

通过不同胶粉掺入量橡胶改性沥青的室内试验，确定了其最佳反应时间、最佳反应温度和最佳掺量，即胶粉改性沥青的最佳反应时间是60min，最佳反应温度是180℃，最佳胶粉掺量是18%。

[1]徐世法.改性沥青关键问题的讨论[J].北京建筑工程学院学报，1999，13（4）：8-15.

[2]杨志峰，李美江，王旭东.废旧橡胶粉在道路工程中应用的历史和现状[J].公路交通科技，2005，22（7）：19-22.

[3]张登良.沥青路面工程手册[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4]黄文元，张隐西.路面工程用橡胶沥青的反应机理与进程控制[J].公路交通科技，2006（11）：12-20.

[5]孙健.沥青混合料动态模量研究[D].西安：长安大学，2007.

[6]Epps A L.Thermal Behavior of Crumb-Rubber Modified Asphalt Concrete Mixtures[J].Science&Engineering,1998,58(7):3797-B.