橡胶粉复合改性沥青配方及加工工艺研究

周健楠

(辽宁省交通科学研究院有限责任公司 沈阳市 110015)

橡胶粉复合改性沥青配方及加工工艺研究

周健楠

(辽宁省交通科学研究院有限责任公司 沈阳市 110015)

通过对SBS橡胶粉复合改性沥青针入度、软化点、5℃延度、175℃旋转粘度、弹性恢复等指标的研究，确定了SBS橡胶粉复合改性沥青的配方及加工工艺。

橡胶粉；SBS；复合改性沥青；加工工艺

在SBS改性沥青中加入橡胶粉，能够充分发挥SBS和橡胶粉两种改性剂各自的优势，使各改性剂之间相互促进和补充，不但可以提高沥青的弹性，改善沥青的高、低温性能，还可以扩大沥青的使用温度范围。SBS橡胶粉复合改性沥青混合料具有优良的高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害能力，其抗老化性能和抗疲劳性能更优于单纯的SBS、橡胶粉改性沥青混合料。

本文以90号道路石油沥青作为基质沥青，将SBS、橡胶粉二者复合作为改性剂对基质沥青进行改性，通过试验研究了SBS与橡胶粉不同掺量组合、不同稳定剂和活化剂掺量、不同加工工艺对SBS橡胶粉复合改性沥青性能指标的影响。

1 原材料

(1)SBS

本次试验采用中国石化集团巴陵石化分公司生产的YH-791H SBS。

(2)废橡胶粉

本次试验采用辽宁瑞德公路科技有限公司生产的60目公路专用胶粉。

(3)添加剂

本次试验采用的添加剂为稳定剂和活化剂。

(4)基质沥青

沥青采用A级90号道路石油沥青。

2 橡胶粉复合改性沥青配方研究

2.1 橡胶粉和SBS掺量的确定

SBS和橡胶粉的掺量如表1所示。制备时先将基质沥青缓慢加热至180℃，加入SBS，以5000r/min的转速剪切20min后加入橡胶粉, 温度调至185℃，以6000r/min的转速高速剪切2h。制得的橡胶粉复合改性沥青试验结果见表2～表5。

表1 复合改性沥青配制方案

表2 SBS掺量为1.5%时橡胶粉复合改性沥青性能指标

上述配方试验结果中，SBS掺量为1.5%时，橡胶粉掺量低时软化点偏低，橡胶粉掺量高时复合改性沥青粘度偏大；软化点和粘度均较为合适的配方为SBS掺量2.0%、橡胶粉掺量18%、21%；SBS掺量2.5%、橡胶粉掺量15%、18%；SBS掺量3.0%、橡胶粉掺量12%、15%、18%。

表3 SBS掺量为2.0%时橡胶粉复合改性沥青性能指标

表4 SBS掺量为2.5%时橡胶粉复合改性沥青性能指标

表5 SBS掺量为3.0%时橡胶粉复合改性沥青性能指标

考虑到生产、施工和经济性推荐SBS橡胶粉复合改性沥青中SBS掺量为2.0%，橡胶粉掺量为18%。2.2 外掺剂掺量的确定

(1)稳定剂掺量的确定

在实验室内加工SBS橡胶粉复合改性沥青，SBS掺量2.0%，60目橡胶粉掺量18%，分别掺加0%、0.2%、0.4%的稳定剂进行对比试验，结果见表6。

表6 不同掺量稳定剂的橡胶粉复合改性沥青性能指标

从表6可以看出，随着稳定剂掺量的增加，SBS橡胶粉复合改性沥青各项指标变化明显，针入度、软化点、5℃延度增大，175℃旋转粘度、离析、软化点差减小，弹性恢复变化不明显。说明稳定剂在控制离析、软化点差(℃)的指标上有很好的作用，基本上可以解决分散相(溶胀的橡胶粉和SBS)分散在分散介质(沥青)中的稳定效果，同时对于降低复合改性沥青粘度的作用也是很明显的。因此为了提高复合改性沥青的整体指标性能，建议在橡胶粉复合改性沥青中掺加0.4%的稳定剂。

(2)活化剂掺量的确定

在实验室内加工SBS橡胶粉复合改性沥青，SBS掺量2.0%，60目橡胶粉掺量18%，分别掺加0%、0.03%、0.06%的活化剂进行对比试验，结果见表7。

表7 不同活化剂掺量的橡胶粉复合改性沥青性能指标

由表7可以看出随着活化剂掺量的增加，橡胶粉复合改性沥青的针入度、175℃旋转粘度减小，软化点、5℃延度、弹性恢复呈现先增大后减小的趋势，离析、软化点差呈现先减小后增大的趋势。综合比较各项性能指标，建议活化剂的掺量为0.03%。

3 橡胶粉复合改性沥青加工工艺研究

为了研究橡胶粉复合改性沥青的加工工艺，在实验室内加工SBS橡胶粉复合改性沥青，SBS掺量2.0%，60目橡胶粉掺量18%，掺加0.03%的活化剂、0.4%的稳定剂，在实验室内设计了三种加工工艺，如下：

(1)基质沥青升温至180℃，加入废橡胶粉以5000r/min的速度高速剪切20min后，加入活化剂、SBS、稳定剂，然后升温至 185℃，以6000r/min的速度高速剪切2h。

(2)基质沥青升温至180℃，在5000r/min的转速下，加入SBS、废橡胶粉、活化剂、稳定剂，然后升温至185℃，以6000r/min的速度高速剪切2.5h。

(3)基质沥青升温至180℃，加入SBS以5000r/min的速度高速剪切20min后，升温至185℃，加入活化剂、废橡胶粉、稳定剂，然后以6000r/min的速度高速剪切2h。

三种不同加工工艺的橡胶粉复合改性沥青性能指标见表8。

表8 不同加工工艺的橡胶粉复合改性沥青性能指标

综合表8检测指标来看，几种添加方式对复合改性沥青的指标没有明显的影响，但从实际制备过程中的工艺：

(1)工艺一：因先加胶粉经溶胀后，沥青混合物的粘度增大，体积膨胀明显导致磨头旋转不充分，使SBS的加入变得些许困难，同时也影响研磨效果。

(2)工艺二：SBS和胶粉同时加入时，开始阶段会导致两者的搅拌不够充分，因此SBS的作用效果不够明显，导致针入度相对大一些。

(3)工艺三：先加掺量少的SBS充分研磨发育后可以在沥青中吸收轻组分膨胀而互相之间形成网格交联的结构；再掺加的胶粉对沥青多余轻质组分进行吸附膨胀，增加沥青的稠度，可稳定地控制质量指标。因此，橡胶粉复合改性沥青的加工工艺按工艺三控制。

4 结语

结合室内实验数据，从制备难易和控制混合物质量的角度考虑确定了SBS橡胶粉复合改性沥青的制备工艺为：先掺加少量的SBS充分研磨发育后，再掺加橡胶粉对沥青多余轻质组分进行吸附膨胀，增加沥青的稠度，可稳定地控制质量指标；根据不同掺量的SBS胶粉复合改性沥青针入度、软化点、粘度、延度、弹性恢复指标，考虑到生产、施工和经济性建议SBS橡胶粉复合改性沥青中SBS掺量为2.0%、橡胶粉掺量为18%。从控制复合改性沥青的离析和降粘方面考虑本文建议掺加0.4%的稳定剂和0.03%的活化剂。

[1] 中华人民共和国交通部.JTJ 052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2000.

[2] 中华人民共和国交通部.JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[S]. 北京：人民交通出版社，2004.

[3] 宋家楠，黄治冶，徐向辉.胶粉/SBS复合改性沥青与SBS改性沥青、橡胶沥青的基本性能比较研究[J].北方交通，2012(7)：3-5.

[4] 赵明宇，姜友生，陈光新，等.改性沥青弹性恢复性能评价方法研究[J].石油沥青， 2012，26(2)：41-46.

Research on Formula and Processing Technology of Composite Modified Asphalt of Rubber Powder

ZHOUJian-nan

(Liaoning Transportation Research Institute Co.,Ltd.,Shenyang 110015,China)

Through the research on indexes like needle penetration of composite modified asphalt of SBS rubber powder, softening point, 5℃ ductility, 175℃ rotary viscosity, elastic recovery and so on, the formula and processing technology of composite modified asphalt of SBS rubber powder are determined.

Rubber powder; SBS; Composite modified asphalt; Processing technology

1673-6052(2016)11-0036-03

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.11.010

U414.7+5

B

辽宁省交通厅科技项目(201508)