活化橡胶沥青混合料性能试验研究

徐行军

(福建船政交通职业学院，福建 福州 350008)

橡胶沥青属于改性沥青胶结材料，具有效果佳、节能环保等优点. 近些年，相关研究课题越来越多. 根据结果来看， 普通橡胶沥青带有各种先天缺陷，如，施工期间混合料搅匀难度高、环境污染大、 储藏期间性质容易发生变化等. 本文以橡胶沥青作为研究对象， 依靠活化工法使其加工温度、 储藏稳定性得到改善， 进而提高其实用性[1].

1 橡胶沥青混凝土各材料性能

1.1 沥青

参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTGE20—2011)》《公路沥青路面施工技术规范(JTGF40—2004)》的试验方法[2]，针对改性所用基质沥青开展试验分析与评价工作，由此明确其各项技术指标情况，如表1所示.

1.2 橡胶粉

试验所用的橡胶粉相关物理化学成分及指标如表2所示.

1.3 活化助剂

针对试验所用活化助剂，本次采用的是聚合物辅助剂，存在双键化学结构，为白色颗粒状[2].作用机理如下：

结合软/硬沥青质、磨细轮胎粉不难发现，混合物内均带有许多硫成分.通过活化助剂可连接这部分硫成分，从而产生环状、链式聚合物，形成网状结构.各种化学反应作用下，橡胶粉、沥青混合物将产生新物质，经过交接联结反应，形成稳定分子.不仅如此，所有弹性物质会直接进入各物质化学键网格内[2].

2 废橡胶粉活化与活化沥青制备

2.1 常规橡胶沥青的制备

详细步骤说明：第一，依靠加热容器处理改性所用基质沥青，提升温度至180 ℃，留作备用；第二，待基质沥青温度符合要求时，可置于拌合容器，根据设计要求，将相应磨细橡胶粉逐批匀速加入搅拌容器，匀速搅拌，避免用力过猛溅出容器(橡胶粉占比应达到基质沥青的18%)；第三，当橡胶粉全部混入拌合容器时，可以把容器放在加热设备(自行控温)处，接着通过乳化机(FM300型、可快速剪切分散沥青)完成拌合，并合理设置温度与转速，温度约为180 ℃，拌合速度为2 000 r/min，时间1 h.沥青应现场配置，及时使用，不可久留安放[3].

表2 橡胶粉物理化学指标

物理指标化学指标相对密度/(kg·cm-3)286灰分/%10.00水分/%0.29丙酮抽出物/%10.13金属含量/%0.03炭黑含量/%32.74纤维含量/%0.00橡胶烃含量/%50.76

2.2 活化工法制取橡胶沥青

详细步骤说明：第一，依靠加热容器处理改性所用基质沥青，提升温度至180 ℃，留作备用；第二，待基质沥青温度符合要求时，可置于拌合容器，根据设计要求，将相应磨细橡胶粉逐批匀速加入搅拌容器，且匀速搅拌，避免用力过猛溅出容器(活化剂与橡胶粉质量百分比为4.5%；橡胶粉占比应达到基质沥青18%)；第三，当橡胶粉全部混入拌合容器时，可以把容器放在加热设备(自行控温)处，接着通过相同乳化机完成拌合，并合理设置温度与转速，温度为180 ℃(±3 ℃)，拌合速度为500 r/min，时间1 h.沥青应当现场配置，及时使用，不可久留安放.

3 试验结果分析

利用各工法制备出沥青混凝土，基本技术指标可参见表3.

3.1 高温性能分析

(1)由图1可知，按照正常比例添加橡胶粉，可明确增强基质沥青软化性能，提高基质沥青软化点和当量软化点，前后两者的软化点温度分别超过16 ℃、10 ℃.在高温环境中，橡胶沥青稳定性非常理想；选择活化改进后、普通两种橡胶沥青，从基础指标着手完成比较分析，改性后橡胶性能所有指标都得到明显增强，二者稳定性大体相近，且抗车辙性非常出色[4].

(2)由于沥青材料中不同颗粒存在分子引力，故而会产生黏性，当温度不断变大时，这种黏性将明显下降，究其原因不难发现，在温升过程中，分子十分活跃，运动速度不断提高，不同分子的间距变大，造成相互间引力变小，黏性也会随之下降.结合图2提供的结果可知，在试验阶段，若温度为180 ℃，经活化处理后，布氏旋转黏度为1.557 Pa·S，处在14 Pa·S范围内，达到技术标准.从高温、低温两种环境来看，活化沥青稳定性均非常理想，换言之，低温环境中，胶结料高温特性并未出现较大变化，高温环境中，施工与实用性都能得到保证.根据布氏旋转黏度指标可知，活化完成时，沥青混合料布氏旋转黏度指标更高，由此可见，高温环境中其稳定性更加出色[5].

图1 软化点与当量软化点指标对比图

图2 布氏旋转黏度指标对比图

3.2 低温性能分析

本次试验选择当量脆点T12进行评价橡胶沥青低温性能.脆点，即相应试验条件下，沥青断裂时的温度.通常来讲，低温环境下的当量脆点不断变小时，沥青抗开裂性能也将更加理想.结合图3进行说明，如果针入度是1.2，橡胶沥青(尚未活化)温度可减小至-19.1 ℃，相较基质沥青而言更低(相差2.5 ℃)，根据结果来看，低温环境中橡胶(尚未活化)、基质两种沥青相比，前者出现裂缝的可能性更低；对于活化所得橡胶沥青，如果针入度是1.2，温度将减小到-21.0 ℃，相较基质沥青而言更低(相差4.4 ℃)，下降比例大约是27%，相较活化前同样较低(相差1.9 ℃)，由此能够证明一点，橡胶沥青完成活化时，低温环境中，其抗开裂性能将得到明显改善[6-7].

图3 当量脆点指标对比图

3.3 弹性恢复性能

结合表3进行说明，若橡胶沥青尚未活化，卸载时弹性变形回复率是63%，由此能够证明，弹性变形性能非常理想，可有效抗疲劳与开裂；活化完成时，弹性变形回复率67%，明显超过其他普通橡胶沥青.因此采用活化工法制作橡胶沥青，弹性变形性能得到大幅改善[8]，所以，较基质沥青、普通橡胶沥青而言，经过活化处理的橡胶沥青既能显著提升抗疲劳性，又能降低裂缝出现概率.

3.4 抗老化性能

本次将活化前/后橡胶沥青、基质沥青作为研究对象，借此完成RTFOT试验.根据表3进行说明，将上述三者进行老化试验分析，质量降低幅度存在一定差别，三者重量依次降低0.05、0.04、0.04，降幅十分相近；以25 ℃时针入度比、5 ℃时延度比为基础，从试件断裂时的拉伸长度来看，橡胶沥青抗老化性得到相应提升.以改性沥青为前提，由改性机理层面着手进行研究：磨细橡胶粉末和一定温度沥青混匀后，前者的颗粒和后者进行离子交换，产生全新物质，另外，前者中S、C、SiO2、Fe2O3元素、化合物、外加剂(防老化)全部融入沥青胶体，可避免过度老化[9].对于活化前/后橡胶沥青，两者抗老化性能并无明显差异，基本一致.

3.5 存储稳定性

由于橡胶沥青的改性机理比较独特，普通橡胶沥青实践应用阶段始终面临以下难题：实际拌合期间，离析情况比较严重；储藏期间，常常会发生分解，稳定性不足.所以，尚未活化时，通常必须当场配置，及时使用，另外，从国内外研究情况来看，橡胶沥青存储上并没有制定统一标准[10].

采用活化工法制作沥青时，结合制作过程与作用原理，化学反应极其复杂，而活化助剂能够使橡胶粉、基质沥青产生化学反应，得到新物质，借此生成环状、链状网络结构[2]，根据试验结果，这种结构稳定性非常理想.由此可见，经过活化处理，橡胶沥青存储稳定性得到巨大改善.将活化前/后橡胶沥青、SBS(Styrene Butadiene Styrene block polymer热塑性丁苯橡胶)改性沥青作为分析对象，通过试验方法判断三者间存储稳定性有无异常，本文利用试管法进行分析，选择试管中上部、下部1/3处活化前/后两种橡胶沥青开展成分分离试验，以软化为前提，测取它们的温度差.根据结果，活化前后软化点分别是7.9 ℃、3.7 ℃，相差4.2 ℃，活化后橡胶沥青和SBS改性沥青软化点基本一致[11]，换言之，两者存储稳定性大体相似.因此，前者能够储藏相应时间，一旦出现需求，经过加热便能发挥正常效用.

4 结语

将基质、橡胶沥青以及活化橡胶沥青混合料作为分析对象，综合比较各项工程指标，可得出采用活化橡胶沥青拥有如下优点：

首先，通过活化工法制备所得橡胶沥青，在低温抗裂性、存储稳定性等方面更加出色，由此证明，这种工法非常实用.

其次，从弹性变形性能、高温稳定性两方面进行分析，对于活化工法制备所得橡胶沥青，两种性能均十分理想，优于普通橡胶沥青和基质沥青.

第三，将活化前/后橡胶沥青作为分析对象，经过比较分析可知，两者抗老化性基本一致，并无显著差别.