橡胶沥青制备工艺参数及改性机理研究

薛哲 +乔云雁+宋莉芳 陆晶晶 陈华鑫

摘要：为了确定橡胶沥青合理的制备工艺参数，通过常规试验和SHRP试验研究沥青的反应温度、反应时间、胶粉掺量及胶粉粒径对橡胶沥青高温、低温及黏弹性能的影响，并结合微观试验分析橡胶沥青改性机理。结果表明：在反应温度为180 ℃～200 ℃、反应时间为90～120 min、胶粉掺量为20%、胶粉粒径为40目时，制备橡胶沥青比较适宜；橡胶沥青以物理共混为主，存在微弱的化学反应。

关键词：橡胶沥青；制备工艺；微观分析；改性机理

中图分类号：U414文献标志码：B

Study on Effect of Preparation Process Parameters on Performance of Rubberized Asphalt and Mechanism of Modification

XUE Zhe1， QIAO Yunyan1，SONG Lifang1， LU Jingjing2， CHEN Huaxin1

（1. School of Materials Science and Engineering， Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China；

2. CCCC First Highway Consultants Co.， Ltd.， Xian 710075， Shaanxi， China）

Abstract： In order to determine reasonable parameters for the preparation process of rubberized asphalt， regular tests and SHRP tests were applied to study the effect of the reaction temperature， reaction time， powder content and particle size on high temperature， low temperature and viscoelastic properties of rubberized asphalt. And the mechanism of modification was studied by microscopic analysis. The results show that the optimal preparation parameters are detailed as follows： the reaction temperature is 180 ℃200 ℃， reaction time is 90120 min， powder content is 20% and the particle size is 40 meshes； rubberized asphalt is mainly physical blending， accompanied by a weak chemical reaction.

Key words： rubberized asphalt； preparation process； microscopic analysis； modification mechanism

0引言

橡膠沥青是将橡胶颗粒加入到基质沥青中，发生熔胀反应后形成的改性沥青胶结料，其路用性能良好，近年来是国内外学者研究的热点[14]。国外橡胶沥青的使用经验表明，橡胶沥青具有高温稳定性、低温抗裂性和耐疲劳等优点，Shen J和Putman B J研究提出了橡胶沥青的改性过程同时发生吸收反应（IE）和颗粒填充（PE）作用。国内很多学者对橡胶沥青也进行了大量研究，但所得结论却不尽相同，主要是因为影响橡胶沥青性能的因素有很多，如胶粉类型、改性工艺以及基质沥青品种不同等[511]。因此，需要对橡胶沥青工艺参数做全面深入的研究。

本文通过常规试验和SHRP试验研究反应温度、反应时间、胶粉掺量和胶粉粒径等对橡胶沥青高温、低温和黏弹性能的影响，并结合红外光谱试验、热重分析、荧光显微镜研究橡胶沥青的改性机理，以确定最佳的橡胶沥青改性工艺参数，为橡胶沥青制备工艺的确定提供指导和参考依据。

1原材料

1.1沥青

采用埃索AS70#和AS90#基质沥青，其各项性能指标见表1。

以上结果表明，随反应温度的升高，橡胶沥青的软化点和抗车辙因子均呈下降趋势，这是因为橡胶沥青在加热初期以溶胀反应为主，但随着温度升高，橡胶颗粒脱硫和裂解反应加剧，使橡胶沥青内部相互作用力减弱，高温稳定性下降。黏度随温度的升高呈先上升后下降趋势，这是因为温度升高会加速胶粉吸收沥青中轻质组分且发生溶胀，但高于200 ℃后橡胶颗粒降解反应明显加剧，橡胶沥青交联作用降低，黏稠度下降。橡胶沥青的低温延度值随温度升高逐渐增大，这是由于胶粉脱硫和裂解作用使其粒径减小，不易产生应力集中，同时裂解反应又使溶于沥青中的橡胶小分子链段增多，橡胶沥青低温柔韧性增强[1215]。AS70#和AS90#橡胶沥青分别在200 ℃～210 ℃和210 ℃～220℃时弹性恢复特性表现最佳。如果对弹性恢复要求较高，建议AS70#橡胶沥青反应温度低于200 ℃，AS90#橡胶沥青反应温度低于210 ℃。实际工程应用中橡胶沥青的反应温度一般高于180 ℃，因此建议采用180 ℃～200 ℃作为橡胶沥青反应温度。

2.2反应时间

反应时间与温度是制备工艺中2个相互制约的因素，为研究反应时间对橡胶沥青性能的影响，选取反应时间为60～180 min，采用20目胶粉，胶粉掺量为20%，反应温度为200 ℃～210 ℃。试验结果见表3。endprint