橡胶粉掺量和目数对橡胶沥青性能的影响机理研究

李晓琛张丽娟（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司；华南理工大学土木与交通学院）

橡胶粉掺量和目数对橡胶沥青性能的影响机理研究

李晓琛1张丽娟2
（1广东省建筑科学研究院集团股份有限公司；2华南理工大学土木与交通学院）

本文研究了橡胶粉掺量和目数对橡胶沥青性能的影响，随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青的黏度、软化点和弹性恢复随着增加，针入度逐渐减小，延度先增加后减小，在橡胶粉掺量为25%时，延度出现了拐点。橡胶粉目数对针入度结果有一定影响，采用多少目的橡胶粉才合适，要结合橡胶沥青混合料的路用性能予以选择。

掺量；目数；橡胶粉；橡胶沥青

1　前言

近年来，我国交通运输业的快速发展，交通基础设施建设进入了一个高速发展期，公路里程大幅度增长。据资料统计，我国在1989年全国公路总里程为271公里，到1999年，我国公路总里程已突破1万公里，到2002年突破2万公里，2003年近3万公里，已位居世界第二位。从2008年开始我国道路建设发展更为突飞猛进，到2014年底，我国公路里程已突破446.39万公里。在短短的二十多年里，我国公路建设成绩相当于其他国家半个世纪的发展历程。

随着我国汽车保有量的逐年增加，大量的废旧轮胎急需处理，2009年以后，每年都有一定程度的上涨，废旧轮胎2013年产量为1080万吨，并以每年约5%～6%的速度增长，预计2020年将达到2000万吨［1］。如此多的废旧轮胎，如果采用燃烧处理，将产生大量废气污染，影响空气质量和人民生活水平，并造成大量资源浪费。

研究表明将废旧轮胎磨成橡胶粉加入道路石油沥青中，不仅起到了节约能源保护环境的效果，同时还能改善道路石油沥青的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性能，橡胶沥青混合料不仅可以减少行车噪音，提高行车的安全系数，改善路面的路用质量，并且废旧轮胎价格低廉，生产技术成熟，降低了筑路的成本［2］。本文通过研究橡胶粉掺量和目数对橡胶沥青性能的影响，确定废旧橡胶粉的掺量、目数和基质沥青的种类，提出橡胶沥青的配方。

2　橡胶粉掺量对橡胶沥青性能的影响

2.1原材料

基质沥青1#采用70#A级的道路石油沥青，其性能见表1［3，4］。基质沥青2#采用50#A级的道路石油沥青，其性能见表2。

表1　70#A级的道路石油沥青性能

表2　50#A级的道路石油沥青性能

2.2试验方案

废旧橡胶粉采用40目的胶粉，将废旧橡胶粉采用15%、20%、25%、30%四个等级，分别加入基质沥青中，采用高速剪切机对橡胶沥青进行加工。

2.3试验结果

橡胶粉掺量对橡胶沥青性能的影响试验结果见表3和图1。

表3　橡胶沥青性能试验结果

图1　橡胶粉掺量与橡胶沥青性能关系图

从表3和图1可看出，掺量对1#和2#橡胶沥青的影响基本相同，随着橡胶粉掺量的增加，1#和2#橡胶沥青的黏度、软化点和弹性恢复随着增加，针入度逐渐减小，延度先增加后减小，在橡胶粉掺量为25%时延度都出现了拐点，说明橡胶粉掺量有一个临界点，其原因是因为橡胶粉吸附在沥青的轻质组分中，当掺量超过一定比例后，就会出现橡胶粉过剩，导致延度下降。根据试验结果，推荐橡胶粉的掺量为25%。

3　橡胶粉目数对橡胶沥青性能的影响

3.1原材料

基质沥青1#采用70#A级的道路石油沥青，其性能见表1。基质沥青2#采用50#A级的道路石油沥青，其性能见表2。

3.2试验方案

采用橡胶粉掺量为25%，废旧橡胶粉采用20目、40目、60目和80目的胶粉，采用高速剪切机对橡胶沥青进行加工。

3.3试验结果

橡胶粉目数对橡胶沥青性能的影响的试验结果见表4和图2。

表4　橡胶沥青性能试验结果

图2　橡胶粉目数与橡胶沥青性能关系图

从表4和图2可看出，橡胶粉目数对1#和2#橡胶沥青的影响基本相同，随着橡胶粉目数的增加，橡胶沥青的针入度逐渐减小，而对黏度、软化点、弹性恢复和延度的影响不大。从试验结果可知，橡胶粉目数对针入度结果有一定影响，采用多少目的橡胶粉添加进沥青才合适，还要结合橡胶沥青混合料的路用性能予以选择。从性能上看，采用1#基质沥青加工的橡胶沥青，性能比较好，建议在选择橡胶沥青时，要因地制宜，根据当地的环境和使用目的选择合适的基质沥青。根据本文的研究需要采用40目的废旧橡胶粉做为胶粉，采用70#A级的道路石油沥青做为基质沥青。

4　结语

根据上述的试验结果，确定橡胶沥青的配方是基质沥青（70#A级的道路石油沥青）：橡胶粉（40目）=75：25。采用该配方对橡胶沥青的主要技术性能进行检验，见表5，其主要技术指标满足《橡胶沥青及混合料设计施工技术指南》［5］中橡胶沥青技术标准对于热区（热区主要是指《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）A.4.4中的1-3、1-4气候分区）的技术要求。

橡胶沥青既可以节约能源，减少环境污染，解决了废旧轮胎堆放、再处理的问题，改善了现有沥青的性能，顺应了节约资源和保护环境的基本国策，实现了建设资源节约型、环境友好型国家的目标。●

表5　橡胶沥青的主要技术指标

［1］张正甫，刘松玉，蔡光华，魏启炳.废旧轮胎在道路工程中的研究进展.土木工程学报［J］.2015，（S2）：361-368.

［2］State of California Department of Transportation. Asphalt Rubber Usage Guide［S］，2003.

［3］交通部公路科学研究院.JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［4］交通部公路科学研究院.JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］交通部公路科学研究院.橡胶沥青及混合料设计施工技术指南［M］.北京：人民交通出版社，2008.