胶粉掺量对橡胶粉改性沥青性能的影响研究

2017-09-25汪昭宇

中华建设科技 2017年8期

【摘要】为探究橡胶粉掺量对其改性沥青胶结料及混合料性能的影响，以指导实体工程应用，本文在试验室制备不同胶粉掺量的橡胶沥青及混合料，进行了相关试验研究，结果表明：（1）橡胶粉的掺入对沥青胶结料的性能指标有显著影响，其25℃针入度随胶粉掺量的增大而减小，软化点、延度及弹性恢复指标均随胶粉掺量的增大而增大；这4项指标的变化均与胶粉掺量的变化趋势呈线性相关，且相关系数较高；（2）21～24%胶粉掺量对软化点指标改善较好；18～24%胶粉掺量对延度和弹性恢复指标改善比较稳定，综合考虑，认为21～24%比较合适。（3）21%与24%胶粉掺量的60℃车辙动稳定度指标与真空饱水马歇尔残留稳定度指标无明显差异，但24%胶粉掺量的低温改善效果却优于21%胶粉掺量。

【关键词】胶粉掺量；橡胶沥青；沥青混合料；性能影响

Study on the properties influence of rubber powder content for rubber powder modified asphalt

Wang Zhao-yu

（China Merchants Chongqing Communications Research & Design InstituteChongqing400067）

【Abstract】In order to explore the properties influence of rubber powder content for modified asphalt binder and mixture， rubber asphalt and mixtures of different colloidal powder was prepared in the laboratory，and the relevant experimental was studied in this paper.The results shows：（1）The mixed rubber powder for asphalt cement has remarkable effect on the performance indexes of the 25 ℃ penetration decreases with increasing the powder content， softening point， ductility and elastic recovery index with the increases of the rubber powder content；The changes of these four indexes are linearly correlated with the variation trend of the amount of colloidal powder， and the correlation coefficient is high；（2）21 ～ 24% of the amount of rubber powder is better for softening point index；The improvement of extension and elastic recovery index is relatively stable of 21 ～ 24% of the amount of rubber powder； comprehensive consideration， think 21 ～ 24% is appropriate；（3）The dosage of 21% and 24% rubber powder 60 ℃ the rut dynamic stability index and vacuum filling water residue Marshall stability index has no obvious difference，however， the effect of the low temperature improvement of 24 percent of the powder was better than that of 21 percent.

【Key words】Rubber powder content；Rubber asphalt；Asphalt mixture；Influence on performances

1. 前言

（1）隨着社会经济的快速发展，高速公路的交通量显著增加，尤其是重载交通越来越多，此对高速公路沥青路面的质量和使用耐久性提出了更高的要求，因此，为了提高路面的使用耐久性，改性沥青技术被广泛应用，如SBS改性沥青、橡胶改性沥青等。不同于SBS改性沥青，橡胶改性沥青的改性作用主要表现在对石油沥青的增柔增韧方面，可显著改善沥青胶结料的弯曲变形和低温抗裂性能[1，2]。目前，橡胶粉改性沥青及其混合料多用在冬季低温地区和干刚性基层或刚性基层的应力吸收层等方面。

（2）橡胶粉改性沥青是将一定量的废旧轮胎胶粉掺入到石油沥青中，在一定的物理化学条件下混合形成橡胶沥青混合料，可见，在橡胶沥青制备的过程中，影响其性能的参数较多，比如胶粉掺量、搅拌时间以及反应温度等[3]。有研究表明，在上述参数中，胶粉掺量对橡胶改性沥青胶结料的性能影响最显著[4]，因此，本文根据实体工程建设需要，通过试验分析胶粉掺量对胶粉改性沥青胶结料及其混合料性能的影响。

2. 试验原材料

试验采用壳牌70#A级石油沥青，60目废胎胶粉，原材料技术性能检测结果如表1与表2所示。

3. 橡胶沥青生产参数选择

（1）橡胶沥青的生产从广义上可定义为：通过物理作用（搅拌方式）使一定掺量的橡胶粉在一定的温度条件下反应达到一定的时间，使胶粉颗粒在热沥青中充分反应与分散，从而形成具有相应技术标准的橡胶沥青胶结料[3]。可见，橡胶沥青胶结料生产过程较为复杂，工艺参数较多，如各工艺参数控制不稳定，则势必会导致最终生产的橡胶沥青性能的不稳定[5]。endprint

（2）本次研究拟选定搅拌方式、反应时间及反应温度3个参数，研究胶粉掺量对橡胶沥青胶结料的影响。参考现有的研究结论[6]，本次试验室制备橡胶沥青时，搅拌方式选择2500r/min的高速搅拌，反应温度为180℃，反应时间为1h。

4. 试验及结果分析

设计12%、15%、18%、21%以及24%共5个胶粉掺量（外掺），试验室制备橡胶沥青进行试验。

4.1针入度与软化点试验。

（1）不同胶粉掺量下橡胶沥青胶结料25℃针入度与软化点变化关系如图1与图2所示。

（2）从图1与2可以看到，胶结料25℃针入度随胶粉掺量的增大而减小，软化点随胶粉掺量的增大而增大，此表明胶粉的掺入显著的使沥青胶结料变硬变稠，且胶结料变稠的趋势与胶粉的掺量相关性较高，与25℃针入度变化的相关系数达到0.9，与软化点变化的相关系数也超过了0.8。

（3）同样可以看到，在胶粉掺量低于21%时，胶结料软化点增大比较明显，胶粉掺量在21～24%范围时，增大不明显或者区趋于稳定；但25℃针入度指标并没有表现出同样的规律，其在5个胶粉掺量范围内，随着胶粉掺量的增大在持续减小。可见，软化点与针入度虽然均属于评判沥青胶结料软硬程度的指标，但对于橡胶沥青来说，胶粉掺量对其的影响趋势可能并不完全一致。

（4）从具体工程应用来说，软化点指标的变化趋势更具有实际指导意义，胶粉掺量在21～24%，软化点指标改善较好。

4.2延度与弹性恢复试验。

不同胶粉掺量下胶结料5℃延度与25℃弹性恢复试验结果如图3与图4所示。

（1）从图3与4可以看到，胶粉掺量与胶结料5℃延度与25℃弹性恢复的变化同样具有线性关系，且相关系数较高，二者均随着胶粉掺量的增大而增大。观察试验结果的变化趋势发现，胶粉掺量从15%增大到18%时，5℃延度与25℃弹性恢复增大的比较明显；而当胶粉掺量从18%增大到24%时，二者虽也有增大，但增大幅度已经不明显了。

（2）从延度与弹性恢复指标的改善效果来讲，24%胶粉掺量的胶结料效果最优，但考虑到生产成本以及从18%以上胶粉掺量与延度和弹性恢复变化的试验结果来看，认为18～24%的胶粉掺量即可。

4.3混合料性能试验。

（1）胶粉掺量对25℃针入度、软化点、5℃延度以及25℃弹性恢复的影响试验结果表明，21～24%的胶粉掺量，其胶结料综合性能与经济效益较好。因此，试验室制备21%与24%胶粉掺量的沥青混合料，采用60℃车辙试验、小梁弯曲试验与真空饱水马歇尔试验进行混合料性能评价[7]。

（2）研究采用AR-SMA-13间断级配，级配范围与合成级配如表3所示，试验结果表4～6所示。

（3）从表4试验结果看到，21%胶粉掺量的沥青混合料60℃车辙试验45min与60min变形小于24%掺量的橡胶沥青混合料，但从动稳定度指标来看，21%胶粉掺量与24%胶粉掺量的混合料相当，并没有表现出明显的差异。我国沥青路面工程建设中，规定以60℃车辙试验动稳定度指标评价沥青混合料的高温抗变形性能，所以，笔者认为21%与24%的胶粉掺量差异对其改性沥青混合料的高温性能几乎没有差異性影响。

（4）在沥青混合料低温弯曲试验中，最大弯拉应变越大、抗弯拉强度越大，表明沥青混合料的低温抗变形性能越好；而劲度模量越小，则也表明沥青混合料的低温性能越好。从表5试验结果看到，2种胶粉掺量沥青沥青混合料的各项试验指标均表现出了较为明显的差异，24%胶粉掺量的沥青混合料的最大弯拉应变与抗弯拉强度大于21%胶粉掺量的混合料，劲度模量小于21%胶粉掺量的混合料。此表明，24%胶粉掺量对混合类的低温改善效果优于21%胶粉掺量。

（5）从表6试验结果看到，2种胶粉掺量的沥青混合料的稳定度、浸水48h稳定度以及残留稳定度均相当，24%胶粉掺量的沥青混合料并没有表现出明显的优势，可见21%与24%的胶粉掺量差异对其改性沥青混合料的抗水损害性能也没有差异性的影响。

5. 结论

本文在试验室制备橡胶沥青胶结料及混合料，进行了不同胶粉掺

量对沥青胶结料与沥青混合料性能的影响研究，得到以下结论：

（1）橡胶粉改性沥青的25℃针入度随胶粉掺量的增大而减小，软化点随胶粉掺量的增大而增大，且二者的变化趋势与胶粉掺量变化呈线性关系，相关系数较高；从具体工程应用来说，软化点指标的变化趋势更具有实际指导意义，胶粉掺量在21～24%，软化点指标改善较好。

（2）胶粉的掺入可显著提高沥青胶结料的延度与弹性恢复，二者的变化与胶粉掺量呈线性关系，且均随胶粉掺量的增大而增大，相关系数也较高；仅考虑延度和弹性恢复指标的改善效果，认为18～24%胶粉掺量比较合适。

（3）21%与24%胶粉掺量的差异对橡胶沥青混合料的60℃车辙动稳定度指标与真空饱水马歇尔残留稳定度指标没有表现出明显差异，但24%的胶粉掺量对混合类的低温改善效果却优于21%的胶粉掺量。

参考文献

[1]黄文元. 国内外轮胎橡胶在路面工程中的应用及研究. 第六届全国路面材料及新技术研讨会论文集. 2005： 185～190.

[2]杨志峰等，废旧橡胶粉在道路工程中应用的历史和现状[J]. 公路交通科技， 2005（6）.

[3]王旭东，李美江，路凯冀. 橡胶沥青及混凝土应用成套技术[M]. 北京：人民交通出版社， 2008.

[4]袁德明等，废旧橡胶粉改性沥青研究进展[J]. 合成橡胶工业， 2007（30）.