废旧橡胶粉改性沥青的高温性能研究

韩　君　于晓飞　周德洪

(1.江苏宝利国际投资股份有限公司，江苏江阴　214422; 2.上海交通大学化学与化工学院，上海　200240)

废旧橡胶粉改性沥青的高温性能研究

韩君1于晓飞2周德洪1

(1.江苏宝利国际投资股份有限公司，江苏江阴214422; 2.上海交通大学化学与化工学院，上海200240)

摘要:选取废旧橡胶粉与基质沥青为原材料，从针入度、软化点、高温性能等方面，研究了不同橡胶粉掺量下改性沥青的性能变化情况，指出废旧橡胶粉能显著提高沥青的高温性能，并且掺量为15%时制备的改性沥青性能最优。

关键词:废旧橡胶粉，改性沥青，针入度，软化点，高温性能

随着汽车工业的飞速发展和汽车持有量的逐年极速增加，废旧轮胎的大量堆积已造成严重的经济与环境问题。而我国橡胶资源较为匮乏，2010年仅生产700万t橡胶，70%以上天然橡胶，40%以上的合成橡胶则需要进口。2013年废旧轮胎的产量为1 080万t，并以每年约6%的速度增长，预计到2020年废旧橡胶产量将达到2 000万t［1］。大量废弃轮胎的堆积不但造成环境污染、资源浪费，而且其降解困难。因此，如何综合利用数量巨大的废旧橡胶、治理环境污染是全社会都应重视解决的大问题［2-5］。据资料显示，美国、瑞典、英国、法国、比利时、澳大利亚、日本等国家先后开展了橡胶沥青和橡胶粉沥青混凝土的应用研究，并通过立法和技术推广极大地促进了废旧轮胎在道路工程中的利用［6，7］。该技术不但弥补了传统改性沥青的不足，同时有效的利用废旧橡胶缓解“黑色污染”，因而将废橡胶应用于道路建设是各国解决废旧橡胶污染的有效途径之一［8］。本文将不同质量分数的橡胶粉加入到基质沥青中，分别测定了在橡胶粉不同掺量下改性沥青的各种性能的变化，并经综合考虑给出了较合适的橡胶粉掺量。

1　原材料

1.1废旧橡胶粉

中国轮胎翻修与循环利用协会根据我国废旧轮胎的生产情况，把橡胶粉分为三类:粗橡胶粉0.425 mm以上，细橡胶粉0.425 mm～0.180 mm，微细胶粉0.180 mm～0.075 mm。考虑到橡胶粉特性以及推广成本，本文采用40目～80目的细碎橡胶粉颗粒来进行改性试验。

1.2基质沥青

基质沥青的标号不仅影响到沥青与聚合物的相容性还影响到改性性质，研究认为:随着针入度的减小，相容性相应降低，所以改性宜采用高标号的沥青。并且高标号沥青修筑的沥青路面，低温柔性好，不易产生温度裂缝，即使产生裂缝也会在较高温度下弥合。但是当沥青标号太大时，改性沥青达到高温指标要求所需用的聚合物剂量则要增加。因此标号的选择要结合沥青路面使用温度而定。本文选用韩国双龙70号沥青作为基质沥青进行废旧聚合物改性沥青性能的研究。

2　废旧橡胶粉改性沥青的制备

先将基质沥青加热到160℃，分别加入不同质量分数( 5%，10%，15%，20%)的废旧橡胶粉，500 r/min的转速下进行搅拌1 h，再逐渐调速至5 000 r/min的转速下高速剪切，使橡胶粉充分溶胀，高速剪切1 h后停止剪切，再普通搅拌30 min，排出高速剪切中带入沥青中的大量气泡，然后测定其性质。

3　废旧橡胶粉改性沥青的性能研究

3.1针入度

表1　15℃各配比的针入度值　0.1 mm

表2　25℃各配比的针入度值　0.1 mm

表3　30℃各配比的针入度值　0.1 mm

本文将废旧橡胶粉掺入基质沥青制备废旧橡胶粉改性沥青，并根据JTJ 051—2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程［9］规定的方法对废旧橡胶改性沥青进行针入度和软化点实验研究，采用软化点和当量软化点T800两个指标来评价废旧橡胶改性沥青的高温性能。具体试验数据如表1～表3所示。

从表1～表3可以看出，当橡胶粉掺量为15%时，15℃，25℃和30℃的针入度分别为16.7( 0.1 mm)，47.7( 0.1 mm)和79.3( 0.1 mm)，较基质沥青针入度分别减小了18%，48%和32%。随着橡胶粉掺量的增加，针入度明显减小，沥青稠度增大，表明废旧橡胶粉提高了基质沥青的高温性能。当橡胶粉掺量超过15%后，存在着随橡胶粉掺量的增加沥青针入度变化逐渐减小的现象，并且当掺量达到20%后，橡胶粉改性沥青的针入度值减小不再明显甚至有增大的趋势，这表明当废旧橡胶粉掺量达到20%后对基质沥青高温性能的影响已不明显甚至有反弹趋势，因此废旧橡胶粉的最高掺量为20%。

3.2软化点

图1　软化点与胶粉掺量的关系

从图1可以看出，改性沥青的软化点随着橡胶粉的掺量增加而增大，胶粉掺量为5%时，软化点从49.5℃升高到51.5℃，胶粉掺量为10%时，软化点升至52.5℃，升高速率有所减缓。当橡胶粉掺量在10%～15%时，改性沥青的软化点随胶粉含量的变化最为明显;当橡胶粉含量超过15%后，改性沥青软化点的升高幅度减缓，橡胶粉掺量为20%时，与基质沥青相比，其软化点提高了21.2%，高温性能得到很大改善。

3.3高温性能

图2　T800与橡胶粉掺量的关系

从图2可以看出，随着橡胶粉掺量的增加，橡胶粉改性沥青的当量软化点显著增加，当掺量为10%时，T800由基质沥青的47.1℃增加到了51.2℃，当掺量达到20%时，其当量软化点较基质沥青提高了11.7%，沥青的高温性能得到了很大的提高。随橡胶粉掺量的改变，当量软化点T800所反映的高温性能的变化趋势与针入度和软化点所反映的情况大体上一致。在橡胶粉掺量低于15%时，T800随橡胶粉用量的增加而增大的速率相对较大;当橡胶粉用量超过15%后，T800递增速率显著下降，这表明过多的胶粉用量对沥青的高温改善作用不再有明显的提高。

对以上数据分析可知，对基质沥青加入废旧橡胶粉改性，软化点和当量软化点都得到了提高，针入度明显减小，表明废旧胶粉对基质沥青的高温稳定性有很大的改善作用，提高了路面抵抗车辆反复压缩变形及侧向流动的能力。当胶粉掺量低于15%时，随着胶粉掺量的增加，软化点、当量软化点和针入度的变化显著，当掺量为15%～20%之间时，三项指标的变化率减小，表明过多的胶粉掺量对基质沥青的改性效果不再明显。因此，最佳的胶粉掺量不应低于15%。

4　结语

1)随着橡胶粉掺量的增加，废旧橡胶粉改性沥青的针入度明显减小，沥青稠度增大，表明废旧橡胶粉提高了基质沥青的高温性能。2)废旧橡胶粉的掺量对基质沥青性能的发挥有很大的影响，废旧橡胶粉在基质沥青中的掺量应大于15%。

参考文献:

［1］张正甫，刘松玉，蔡光华，等.废旧轮胎在道路工程中的研究进展［J］.土木工程学报，2015，48( 2) :361-368.

［2］吴龙虎，罗晖，黄煜镔.废旧橡胶粉改性沥青材料及其性能［J］.公路交通技术，2008( 2) :31-32.

［3］Potgieter C J，Coetsee J S.Bitumen rubber asphalt: design and construction procedures in South Africa［J］.Asphalt Rubber，2003( 12) :65-84.

［4］袁德明，刘冬，廖克俭.废旧橡胶粉改性沥青研究进展［J］.合成橡胶工业，2007，30( 2) :159-162.

［5］Heitzman M.Design and construction of asphalt paving materials with crumb rubber modifier［J］.Transportation Research record，1992( 1339) :1-8.

［6］吴少鹏.橡胶—沥青改性机理的研究［J］.武汉工业大学学报，1997，19( 3) :7-10.

［7］Maccarrone S.Properties of Polymer Modified Binders and Relationship to Mix and Pavement Performance［J］.Asphalt Paving Technol，1991( 60) :210.

［8］原健安，赵可.聚合物改性沥青机理研究(Ⅱ) :改性粒子的亚微观形态及改性机理综述［J］.西安公路交通大学学报，2001，21( 3) :20-24.

［9］JTJ 052—2000，公路工程沥青及其混合料试验规程［S］.

·道路·铁路·

Study on high-temperature performance of waste rubber powder modified asphalt

Han Jun1Yu Xiaofei2Zhou Dehong1
( 1.Jiangsu Baoli International Investment Co.，Ltd，Jiangyin 214422，China; 2.Collge of Chemistry＆Chemical Industry，Shanghai University of Communication，Shanghai 200240，China)

Abstract:Selecting waste rubber powder and basis asphalt as raw materials，starting from aspects of penetration grade，softening point and hightemperature performance，the article studies modified asphalt performance changing conditions with various rubber power mixing amount，and points out that: waste rubber power can obviously improve the asphalt high-temperature performance.Furthermore，the modified asphalt performance is optimal with 15% of rubber power mixing amount.

Key words:waste rubber powder，modified asphalt，penetration grade，softening point，high-temperature performance

作者简介:韩君(1983-)，女，博士后，高级工程师;于晓飞(1983-)，男，在读硕士;周德洪(1962-)，男，高级工程师

收稿日期:2015-11-20

文章编号:1009-6825( 2016) 04-0117-03

中图分类号:TU535

文献标识码:A