橡胶颗粒改性沥青最适反应条件的确定

党 彦，王国忠，高江波

（内蒙古农业大学能源与交通工程学院，内蒙古呼和浩特 010018）

橡胶颗粒改性沥青最适反应条件的确定

党 彦，王国忠，高江波

（内蒙古农业大学能源与交通工程学院，内蒙古呼和浩特 010018）

把橡胶颗粒与沥青反应一段时间，制备出一种类似改性沥青的新沥青，把这种沥青定义为橡胶颗粒改性沥青。选取橡胶颗粒质量比为25％与基质沥青进行反应，设计正交试验确定最适宜反应条件，二因素四水平，影响因素是温度（170℃、180℃、190℃、200℃）与时间（30 min、45 min、60 min、75 min），控制指标是沥青三大指标，最终确定最适宜反应条件是反应温度190℃左右、反应时间45 min左右。本文为橡胶颗粒掺入到基质沥青中作为改性沥青应用在实际施工中提供依据。

橡胶颗粒改性沥青；湿拌法；三大指标；反应条件

1 原材料性能检测

1.1沥青性能检测

表1　盘锦90#沥青技术指标

1.2橡胶颗粒性能检测

表2　橡胶颗粒技术指标

2 橡胶颗粒与沥青最佳反应条件确定

2.1正交试验设计

（1）影响因素确定

根据相关研究橡胶颗粒与沥青反应温度和时间具体如下：

橡胶颗粒与沥青反应温度：分别选取170℃、180℃、190℃、200℃；

橡胶颗粒与沥青反应时间：分别选取30 min、45 min、60 min、75 min。

橡胶颗粒与沥青掺配比例：采用等体积的橡胶颗粒替换集料，替换比例分别为1％、2％、3％、4％，通过计算橡胶颗粒沥青比值平均值约为25％。因此，本文橡胶颗粒与沥青掺配比例选取25％。

参照正交试验设计要求，本实验设计L16（45）标准正交试验，二因素四水平，设置三列空列，具体正交试验设计如下。

表3　影响因素水平

表4　正交试验表（L16）

（2）控制指标确定

橡胶颗粒改性沥青软化点：软化点越高，沥青混合料高温稳定性越好；

橡胶颗粒改性沥青延度：延度值越大，沥青混合料低温抗裂性越好；

橡胶颗粒改性沥青针入度：针入度值越小，表明沥青的黏度越大，沥青混合料高温稳定性越好。

所以本文主要是通过测定橡胶颗粒改性沥青三大指标来确定制备橡胶颗粒改性沥青适宜条件。

2.2橡胶颗粒与沥青最佳反应条件确定

采用正交试验方法设计试验时，数据处理选用直观分析方法，直观分析法使用简单、计算方便、结果明确，可以通过比较影响因素的各水平对应的均值和极值，确定最适宜的反应条件。

（1）反应条件对软化点的影响分析

图1　软化点随反应时间变化曲线

图2　软化点随反应温度变化曲线

表5　软化点直观分析

图3　延度随反应时间变化曲线

极差分析，RA=1.75，RB=2.06，因为RA＜RB，表明反应时间比反应温度对橡胶颗粒改性沥青软化点值影响更大。

（2）反应条件对延度值的影响分析

图4　延度随反应温度变化曲线

表6　延度直观分析

图5　针入度随反应时间变化曲线

极差分析，RA=1.06，RB=1.01，因为RA＞RB，表明反应时间比反应温度对橡胶颗粒改性沥青延度值影响更大。

（3）反应条件对针入度的影响分析

图6　针入度随反应温度变化曲线

根据以上图表对影响因素时间进行分析，其中水平均值最小者为3，在直观分析中各水平均值最小（大）对应的水平是最适宜反应条件3对应橡胶颗粒与沥青反应时间60 min，此反应时间下制备所得橡胶颗粒改性沥青针入度值最小。

表7　针入度直观分析

根据上述图表对影响因素温度进行分析，其中水平均值最小者为2，在直观分析中各水平均值最小（大）对应的水平是最适宜反应条件，2对应橡胶颗粒与沥青反应温度为180℃，此温度下制备所得橡胶颗粒改性沥青针入度值最小。

极差分析，RA=2.42，RB=2.08，因为RA＞RB，表明反应温度比反应时间对橡胶颗粒改性沥青针入度值影响更大。

综合以上分析可得：

反应时间45 min左右、反应温度190℃左右制备所得橡胶颗粒改性沥青软化点值最大、延度值最大；反应时间60 min左右、反应温度180℃左右制备所得橡胶颗粒改性沥青针入度值最小；综合考虑软化点值可以反应沥青高温性能、延度值可以反应沥青低温性能，虽然针入度值也可以间接反应沥青高温性能，但是软化点值能够更好反应沥青高温性能。综合可得橡胶颗粒改性沥青最适宜制备条件：反应时间45 min、反应温度190℃。

3 橡胶颗粒改性沥青与其他沥青性能比较

国内外科研、工程实践中经常采用沥青三大指标对于其性能进行评价比较。本文沥青高温性能使用针入度（25℃）、软化点进行评价比较，低温性能使用延度（5℃）进行评价比较。

图7　软化点值比较

图8　延度值比较

图9　针入度值比较

软化点比较：对三种沥青软化点值进行比较，大小依次为：SBS改性沥青＞橡胶颗粒改性沥青＞盘锦90#基质沥青；实测基质沥青软化点50.2℃，橡胶颗粒改性沥青软化点57.8℃，SBS改性沥青软化点62.8℃；软化点值可以评价沥青高温性能，所以可得橡胶颗粒改性沥青高温性能优于基质沥青，与SBS改性沥青差距很小（软化点值为SBS改性沥青92％）。

延度比较：数据图表显示，橡胶颗粒改性沥青延度值与基质沥青和SBS改性沥青延度值差距很大，但是橡胶颗粒改性沥青与基质沥青属于两种类型沥青，各自规范参考值不同，盘锦90#基质沥青规范值要求延度值为100 cm，检测值为118 cm。橡胶颗粒改性沥青参照橡胶沥青规范要求，橡胶沥青延度规范要求值是10 cm，橡胶颗粒改性沥青延度实验值为16 cm，满足橡胶沥青规范要求。橡胶沥青延度值一般在10～15 cm，橡胶沥青已经在工程实践中证明具有很好的低温性能优于普通基质沥青，与SBS改性沥青低温性能差距较小；而橡胶颗粒改性沥青和橡胶沥青性质接近，参照橡胶沥青规范，本实验制备所得橡胶颗粒改性沥青延度值大于一般的橡胶沥青延度值，低温性能优于橡胶沥青；替换可得橡胶颗粒改性沥青低温性能优于盘锦90#基质沥青，与SBS改性沥青低温性能差距很小。

针入度比较：针入度值虽然不能直接反应沥青性能，但是针入度可以反应沥青的黏度，针入度值越小，沥青黏度值越大，黏度值越大沥青高温性能越好，所以针入度可以间接评价沥青高温性能；橡胶颗粒改性沥青针入度实测值6.4 mm，基质沥青针入度值为9.2 mm，SBS改性沥青针入度值为7.5 mm，通过数据比较可以在一定程度说明橡胶颗粒改性沥青高温性能优于盘锦90#基质沥青。

综合评价：橡胶颗粒改性沥青较基质沥青有很好的高温性能和低温性能，但是与SBS改性沥青有一定差距。

4 结 论

（1）通过选取橡胶颗粒掺量为沥青质量的25％，在不同反应温度、不同反应时间下试验测得橡胶颗粒改性沥青的三大指标，通过直观分析确定橡胶颗粒改性沥青制备的最适宜时间为45 min、最适宜温度为190℃；

（2）通过与基质沥青、SBS改性沥青三大指标对比分析，橡胶颗粒改性沥青高温性能和低温性能均优于基质沥青，作为一种新型沥青有很好的应用前景。

［1］ 钱伯章.废旧轮胎利用准入政策落地［J］.世界橡胶工业，2013，40（5）：48.

［2］ 李智.勇废旧橡胶改性沥青路用性能与环境评价研究［D］.长春：吉林大学，2006.

［3］ 陈建华.橡胶粉改性沥青混凝土路用性能研究［D］.长春：吉林大学，2012.

［4］ 祝龙旭.橡胶沥青在城市道路改造中的应用［D］.重庆：重庆交通大学，2014.

U416

C

1008-3383（2016）09-0006-04

2016-03-11

党彦（1989-），男，内蒙古乌兰察布化德人，硕士研究生，研究方向：道路工程。