橡胶沥青制备工艺对橡胶沥青性能的影响

王 敏

（晋中市交通建设质量安全监督局，山西 晋中 030600）

0 引言

公路建设二十余年，大量的实践经验证明沥青路面的优越性。然而目前沥青路面多以SBS改性沥青或者基质沥青路面为主[1-2]。SBS改性沥青具有优良的高低温性能，且施工和易性佳，得到了广泛的应用。然而SBS价格经常波动巨大且价格昂贵，经常导致施工成本超出预算[3]。世界上许多发达国家经过多年研究，发现废旧胶粉改性沥青同样可以得到良好的高低温性能，而且橡胶沥青混合料的抗疲劳性能和行车舒适性更优异[4]。目前橡胶沥青的应用主要以南非欧洲等国家，我国还没有大面积使用橡胶沥青作为沥青路面胶黏剂[5-6]。

本文从橡胶沥青的改性工艺方面入手，研究了改性工艺对橡胶沥青性能的影响。主要包括拌和方式、拌和温度和拌和时间对橡胶沥青性能的影响。

张连长瞪着眼前整齐地列成队的知青们,训道:“你看你们,啊,麻袋扔得哪哪都是!那可都是新的!今后你们要记住,在北大荒,麻袋也是宝贵的东西!”

传统工业发展中机械机具的设计主要通过人工设计，结合机具制造的方式进行设计作业。一定程度上存在设计效率低，设计误差大，设计周期长的现象，对于高速发展的工业生产，以及庞大的市场需求分析，低效率的机械设计现状则出现了较多的问题。分析当前自动化技术在机械设计中的应用，主要的应用作用之一即为：提升了机械设计的作业效率。具体在自动化技术的应用中，结合计算机软件技术以及3D打印技术，进行相关机械的设计。有效的提升了机械设计的效率性，同时对于机械设计中存在的问题优化，也发挥了重要的作用。

1 试验部分

1.1 原料及仪器

东海70号沥青，性能指标见表1。40目废胶粉，青岛沃达丰橡塑科技有限公司。维他链接剂（TOR），德国Degussa公司。

1.2 沥青性能测试

本项目考察的发育温度：170℃、180℃、190℃和 200 ℃，发育时间：1 h、1.5 h、2 h、2.5 h、3 h 和5 h。

图1中的试验涉及的其他反应条件为：搅拌、发育温度180℃，发育时间为3 h，不含TOR，不活化。

1.3 橡胶沥青的制备工艺考察

表1 东海70号沥青性能指标

橡胶沥青的拌和工艺包括了拌和温度、拌和时间，及发育时间和温度等工艺参数。沥青黏度与沥青混合料的动稳定度正相关，与车辙试验变形速率成反相关。高温黏度越高，沥青的黏结强度越大，沥青混合料抗剪强度越高。因此，以180℃黏度作为橡胶沥青应力吸收层性能优劣的关联因素，通过考察不同条件下180℃黏度的高低来选择最佳的工艺条件。

由图1中可以看出，反应温度在170℃～180℃时，反应速度较慢，橡胶沥青黏度随着反应时间逐渐增加，5℃延度也逐步增加，反应3 h后仍然不能满足本项目对橡胶沥青的指标要求，而反应温度为210℃时，橡胶沥青黏度提升迅速，当反应时间超过1.5 h后橡胶沥青黏度基本增加放缓，而橡胶沥青5℃延度也开始出现衰减，说明这时反应基本完成，而沥青老化逐步占了主导，因此黏度的增加主要是因为橡胶沥青的老化所致。而反应温度在190℃～200℃时，橡胶沥青黏度随着反应时间的增加，逐步增加，5℃延度也随着反应时间的增加而增加，当反应时间超过2 h后5℃延度基本保持不变，而黏度仍然有所增加，但是增幅很小，说明反应温度在190℃～200℃时，橡胶沥青也出现了轻微的老化，但是老化程度有限，而反应的速度也能更好地兼顾。分析得出，最佳的反应温度范围为190℃～200℃。因此，选择190℃～200℃，2 h为制备橡胶沥青的反应条件。

基本的制备工艺为：将基质沥青在110℃烘箱中恒温加热4 h，然后称量并加入到反应装置中；将沥青加热到指定温度，调整搅拌速度，维持在需要的反应温度；按照一定比例加入一定量的废旧胶粉和维他链接剂TOR，反应结束后调整反应装置温度为发育温度，发育一段时间即可。本试验中胶粉和TOR改性剂均按照外掺法计算。

本项目选用的预处理和协同改性选的用量和工艺参数为：环烷油占废旧胶粉质量分别为：10%、20%、30%、40%、50%和100%；预处理时间分别为24 h、48 h和72 h。其他反应条件为：25%废胶粉，200℃反应，180℃发育3 h，TOR含量为胶粉用量的4%。

图1 反应温度与反应时间对橡胶沥青180℃黏度和5℃延度影响

步骤2 对子制造任务集合MTask={mt1,mt2,,mtn}进行逐个任务类型判断，获得子制造任务类型矩阵TP(MTask)。

1.3.2 发育条件对橡胶沥青性能的影响

改性橡胶沥青的针入度、软化点以及5℃延度、25℃弹性恢复和旋转黏度均按JTJ052/T0604206标准测定。

图2 发育温度与发育时间对橡胶沥青180℃黏度及5℃延度的影响

1.3.3 预处理对橡胶沥青性能的影响

1.3.1 反应温度、反应时间对橡胶沥青性能的影响本文考察的反应温度：170℃、180℃、190℃、200 ℃和 210 ℃。反应时间：0.5 h、1 h、1.5 h、2 h、2.5 h及 3 h。

图3 预处理时间及活化剂含量对橡胶沥青180℃黏度的影响

图4 预处理时间对橡胶沥青离析的影响

图5 TOR对离析的影响

2 试验结果分析

在初中数学课堂中，学生学习的虽然是数学知识，但是对于其能力的培养却是全面的。提高数学课堂质效的有效途径不仅是教师在课堂教学方式上的创新，还要充分调动学生的主动性和创造力。我们在课堂上需要为学生创设能够创新的环境，如通过典型例题来引导学生思考探索，让学生通过自己的思索运用多种思路进行解题，以此来激发学生的创新意识。要先激发学生的创新意识，才能够培养其创新思维能力。

从图3中可以得出，随着活化剂对废旧胶粉活化时间的增加，得到的改性沥青180℃黏度稳定性有所提升。当活化剂添加量超过30%时，180℃黏度出现了衰减，当活化剂添加量超过50%以后180℃黏度衰减显著。而未添加TOR的橡胶沥青随着活化剂的加入，180℃黏度快速衰减，当活化剂添加量为10%时180℃黏度略优于添加TOR的橡胶沥青，但是随着添加量的继续增加没有出现相对稳定的平台。从图中也可以看出，TOR的添加有助于橡胶沥青黏度的增加，在保证其他指标满足要求的情况下，较高的高温黏度有利于橡胶沥青的热存储性能，也有助于橡胶沥青在应力吸收层应用中提升应力吸收层的黏结强度和抗剪强度，可以有效地提升橡胶沥青应力吸收层的服役性能。

图2中，选择190℃～200℃，2 h为制备橡胶沥青的反应条件，胶粉含量25%，不含TOR，不活化。由图2a可以看出，发育温度超过190℃时，橡胶沥青黏度随着时间的增加，当时间超过3 h后180℃黏度增幅变缓，当发育温度为200℃时，橡胶沥青黏度高于其他发育温度下橡胶沥青黏度，主要是因为较高的反应温度加快了废旧胶粉与链接剂和沥青之间的交联反应，而沥青老化对橡胶沥青低温延度的影响相对较小。而发育温度为170℃时，随着时间的增加，黏度稳步上升，当发育温度为180℃时，黏度随着发育时间增加先增加后趋于平缓。从图2b 5℃黏度与发育时间和温度的关系中可以看出，当发育温度超过190℃时，橡胶沥青的延度出现了衰减，而且随着发育时间的增加，温度高的橡胶沥青延度（200℃）与温度较低的橡胶沥青延度（170℃）差值增加，说明随着发育温度和发育时间的增加，沥青老化对延度的影响大于橡胶沥青进一步反应对延度的提升。从图2中可以看出，TOR的加入不仅可以有效地提升橡胶沥青的高温黏度，也可以有效地提升橡胶沥青的低温延展性（5℃延度），这可以有效地改善橡胶沥青在服役过程中在不同环境温度下有较好的服役效果。当发育温度在180℃以下时，随着存储时间的增加，沥青老化影响较小，而低温延度又能保持在一个较为合理的范围，有利于橡胶沥青长时间存储，选用的发育条件为170℃～180℃和2.5～4 h，实验室内为了更好地进行试验数据对比，采取180℃的发育温度和3 h的发育时间。

从图4中可以看出随着活化时间的增加，橡胶沥青的高温存储稳定性有所提升，离析温差逐渐降低。

从图5中可以看出TOR的加入也有助于橡胶沥青存储稳定性的提升，TOR对离析温差的影响显著大于活化对离析温差的影响，经过72 h活化后离析温差减少了0.6℃，而添加TOR的添加离析温差减少了2℃。

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综上所述，确定的最佳反应条件为：反应温度190℃～200℃，反应时间为2 h，发育温度为180℃，发育时间为3 h，活化剂用量20%，活化时间为72 h。

(1)矿石中石英、云母、长石约占矿物总量的96%以上；矿石以原生块状构造为主，次生变化微弱，结构构造简单；矿石中的白云母与硫化物矿物成因紧密相关。

3 结论

a）经过多工艺对比，根据高黏橡胶沥青应用在应力吸收层的需求，确定了最佳工艺条件为：活化剂用量20%，活化时间72 h，反应方式采用200℃下搅拌2 h，发育温度180℃，发育时间3 h。

b）经过对高黏橡胶沥青中胶粉含量及TOR含量的研究发现，TOR的添加有助于提升橡胶沥青的多项性能。当胶粉含量为25%（外掺），TOR占胶粉含量4%（外掺），按照最佳试验要求所制备的橡胶沥青性能指标为：软化点 70℃，针入度 38.6（0.1 mm），5℃延度11.5 cm，25℃弹性恢复95.7%，180℃旋转黏度2.35 Pa·s，离析温差 2.1 ℃。