橡胶沥青热储存性能研究

张炯

(岳阳市公路桥梁基建总公司， 湖南 岳阳 414021)

采用低温冷冻粉碎法和常温辊压剪切法将废旧轮胎制成橡胶粉应用于道路建设，不仅能缓解废旧轮胎的“黑色污染”，还可改善道路性能。但橡胶沥青中橡胶颗粒与沥青属于热力学不相容体系，橡胶颗粒悬浮于沥青中进而发生离析，高黏度也影响橡胶沥青混合料的摊铺、压实。易离析和高黏度严重影响橡胶沥青的推广应用，提高其热储存稳定性尤为重要。添加相容剂和SBS改性剂或维他连接剂、多聚磷酸、硫化交联体系，可在一定程度上改善橡胶颗粒与沥青的相容性，从而改善其储存稳定性，但添加外加剂会增加建设成本。溶解性胶粉制备技术通过高温、高速剪切和延长反应时间促进胶粉脱硫降解，使其在沥青中近乎全部溶解，胶粉改性沥青的储存稳定性和工作和易性大幅提高。但高温、高剪切速度和较长的反应时间会加剧沥青老化，同时消耗更多能源。为研究橡胶沥青在储存罐中的性能变化，将橡胶沥青分别在不同温度(140 ℃、160 ℃、180 ℃)和时间(12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、96 h)下储存，分析其性能演变趋势，结合路用性能变化，推荐最佳储存温度和储存时间。

1 试验原材料

1.1 基质沥青

采用AH-70作为基质沥青制备橡胶粉改性沥青，AH-70的技术指标见表1。

表1 AH-70沥青的技术指标

1.2 橡胶粉

采用50目废旧轮胎橡胶粉，其技术指标见表2。

表2 50目废旧轮胎橡胶粉的技术指标

1.3 制备流程

将AH-70基质沥青放入150 ℃烘箱中使其软化，同时将橡胶粉放入110 ℃烘箱中烘干备用；将橡胶粉加入基质沥青中，采用剪切机剪切，橡胶粉和基质沥青的质量比为20∶80，剪切速率为2 000 r/min，剪切温度为180 ℃左右；待胶粉全部溶于沥青后，将剪切机转速调至6 000 r/min剪切45 min，并用玻璃棒搅拌使沥青剪切均匀；剪切完成后，将沥青放入175 ℃烘箱中发育1 h，制得橡胶粉改性沥青。

1.4 储存条件

为模拟橡胶沥青工程储存条件，将橡胶沥青分别在不同温度和时间下储存，温度分别为140 ℃、160 ℃、180 ℃，储存时间分别为12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、96 h。在储存期间，定期对橡胶沥青搅拌5 min，模拟沥青罐中的连续搅拌。

2 试验结果分析

2.1 软化点

软化点表征沥青的高温性能，软化点越高，沥青的高温性能越好。对不同储存条件下橡胶沥青进行软化点试验，结果见图1。

图1 不同储存条件下橡胶沥青的软化点

由图1可知：1) 橡胶沥青的软化点随储存时间延长先增大后减小；不同储存温度下橡胶沥青的软化点最大值出现在12 h时，可能是由于橡胶颗粒吸附沥青轻质组分发生吸附溶胀作用，沥青质成分增加，沥青高温性能得到提高。2) 储存温度越高，橡胶沥青的高温性能衰减越大，180 ℃储存温度下橡胶沥青的高温性能在48 h时快速衰减。原因是橡胶颗粒吸附轻质组分发生溶胀作用，导致橡胶颗粒裂解，随着储存时间的延长，橡胶颗粒发生离析导致改性效果变差。在较低储存温度下橡胶沥青的高温性能衰减较小，建议在满足要求的前提下降低储存温度。

2.2 延度

通过低温延度试验测试橡胶沥青的低温性能，试验温度5 ℃，拉伸速度10 mm/cm，试验结果见图2。

图2 不同储存条件下橡胶沥青的延度

由图2可知：橡胶沥青的延度随储存时间延长先增大后减小，原因是橡胶颗粒吸附沥青轻质组分发生吸附溶胀，导致橡胶颗粒裂解，溶胀后的橡胶颗粒间形成三维空间结构，低温性能得到改善；长期储存后橡胶沥青的低温性能衰减较快，可能与橡胶颗粒相互交联形成的三维网络结构破坏有关。

2.3 黏度

橡胶沥青的高黏度影响混合料的摊铺、压实。进行不同储存条件下橡胶沥青黏度试验，试验温度177 ℃，采用27号转子，转速为80 r/min，试验结果见图3。

图3 不同储存条件下橡胶沥青的黏度

由图3可知：橡胶沥青的黏度随储存时间延长而减小。初始阶段橡胶沥青黏度下降，有助于改善橡胶沥青的施工和易性；随着储存时间的增加，橡胶颗粒的裂解加剧，颗粒沉降，橡胶沥青的黏度明显下降，导致橡胶沥青失去高黏特性。使用中应避免较长时间储存，建议储存时间不超过72 h、储存温度控制在160 ℃。

2.4 针入度

橡胶颗粒的存在会影响橡胶沥青针入度测试结果的准确性，鉴于目前还没有专门用于橡胶沥青的评价方法和体系，采用现行的针入度测试方法。橡胶沥青的针入度试验结果见图4。

图4 不同储存条件下橡胶沥青的针入度

由图4可知：1) 初期橡胶沥青的针入度增大，随着储存时间的增加，针入度减少。原因是初期橡胶颗粒吸附溶胀并不明显，针入度偏大；随着储存时间的延长，吸附溶胀的橡胶颗粒发生裂解，颗粒粒径变小，同时沥青老化加重导致沥青变硬，针入度减小。2) 随着储存温度的升高，橡胶沥青的针入度减小，原因是温度越高，橡胶颗粒吸附溶胀作用越明显。

2.5 离析试验

橡胶沥青中橡胶颗粒与沥青属于热力学不相容体系，橡胶颗粒悬浮于沥青中造成沉淀离析，从而影响橡胶沥青的使用性能。分别在140 ℃、160 ℃、180 ℃下对橡胶沥青进行离析试验，结果见图5。

图5 不同储存条件下橡胶沥青离析试验结果

由图5可知：橡胶沥青的软化点差值随储存时间的延长而增大，原因是橡胶沥青的黏度随温度升高而降低，较小的黏度在一定程度上可阻碍橡胶颗粒下沉，从而延缓离析的发生；随着储存时间的增加，软化点差值大于2.5 ℃，已不满足规范要求。建议储存时间不超过72 h、储存温度取160 ℃。

3 路用性能

考虑到橡胶沥青混合料的路用性能随储存条件变化会发生衰减，将橡胶沥青性能与路用性能结合起来，通过车辙试验研究橡胶沥青合适的储存温度和时间。各档粗集料均采用玄武岩，细集料均为石灰岩，其各项指标均满足规范要求。采用SMA-13中值级配，最佳油石比为5.0%。车辙试验结果见图6。

由图6可知：随着储存时间的增加，橡胶沥青混合料的动稳定度减小；48 h内动稳定度衰减不大；72 h、96 h时动稳定度衰减较大，140 ℃、160 ℃、180 ℃储存温度下，72 h时降解率分别为8.2%、18.0%、21.8%，96 h时降解率分别为12.5%、24.7%、29.6%。储存温度越高，性能衰减越大，与橡胶沥青性能衰减结果吻合。建议储存温度取160 ℃、储存时间不超过72 h。

图6 不同储存条件下橡胶沥青混合料车辙试验结果

4 结论

(1) 随着储存时间的增加，橡胶沥青的软化点、延度、针入度先增大后减小，且温度越高，性能衰减越大。

(2) 随储存时间增加，橡胶沥青的黏度减小；随储存温度升高，橡胶沥青黏度衰减越大。

(3) 随储存时间增加，橡胶沥青的软化点差值增大；储存时间超过72 h时，离析试验结果已不满足规范要求。建议储存时间不超过72 h、储存温度为160 ℃。

(4) 随储存时间增加，橡胶沥青混合料的动稳定度减小，储存温度越高，性能衰减越大。