过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青性能研究

陈 梦，张 涛

（1.山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司） 太原市 030032；2.山西省交通规划勘察设计院有限公司 太原市 030032）

橡胶沥青具有良好的高低温性能、抗疲劳开裂性能、抗滑降噪性能，为提高橡胶沥青的性能，采用改性剂对胶粉进行活化，改善其表面活性。采用过氧化氢和硫酸铁共同作为胶粉改性剂制备改性橡胶沥青，针对胶粉掺量、胶粉细度和反应时间对改性前后橡胶沥青性能的影响进行研究，为橡胶沥青性能的改善和后续推广提供参考。

1 试验研究

1.1 材料

（1）基质沥青

试验采用90号道路石油沥青。

（2）胶粉

试验采用的胶粉为子午胎轮胎橡胶粉，细度包括20目、40目和80目。

（3）过氧化氢-硫酸铁复合改性剂

将过氧化氢与蒸馏水按照质量比为1∶8混合，再加入硫酸铁，搅拌至溶解，最终得到的复合改性剂中过氧化氢∶硫酸铁∶水＝1∶1∶8（质量比）。

1.2 过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青制备

（1）胶粉活化

取一定量胶粉置于托盘中，于50℃烘箱中干燥12h。将质量比为5∶1的胶粉和复合改性剂置于容器中，搅拌使之充分混合。将容器中的混合物置于托盘中，置于50℃烘箱中12h，得到活化胶粉。

（2）改性橡胶沥青制备

将一定量基质沥青置于容器中，搅拌加热至150℃，加入一定量活化胶粉，继续加热至一定温度，并在此温度下搅拌反应1h，得到过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青。

普通橡胶沥青则是加入未活化的胶粉，其它试验操作与改性橡胶沥青相同。

2 试验结果及分析

在不同胶粉掺量、不同胶粉细度、不同反应温度下制备得到橡胶沥青样品，按照相关规范对过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青和普通橡胶沥青的180℃旋转黏度、软化点、25℃针入度、5℃延度、25℃弹性恢复性能进行测试，并对试验结果进行分析。

2.1 不同胶粉掺量

为了研究橡胶沥青性能受胶粉掺量的影响，测定胶粉细度为40目，掺量分别为20%、25%、30%（外掺），反应温度为180℃时样品的性能。

（1）180℃旋转黏度

从图1中可以看出，过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青和普通橡胶沥青的180℃旋转黏度均随胶粉掺量的增加而明显增大，胶粉掺量从20%增加至30% 时，改性橡胶沥青黏度增加幅度为1.47Pa·s，普通橡胶沥青黏度增加幅度更大为2.31Pa·s。从图中还可以看出，过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青的黏度明显低于同等胶粉掺量下普通橡胶沥青的黏度，且随胶粉掺量增加，黏度降低幅度越显著。过氧化氢-硫酸铁复合改性剂对橡胶沥青进行改性后，可达到明显降黏效果，更有利于现场拌和、摊铺和碾压，且改性后黏度对于掺量的敏感度有所下降。

（2）软化点

从图2中可以看出，过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青和普通橡胶沥青的软化点均随胶粉掺量增加而变大，但变化不大。改性橡胶沥青的软化点高于同等掺量下的普通橡胶沥青，改性后高温性能略有提高，但过氧化氢-硫酸铁复合改性剂对软化点的改变幅度并不显著。

（3）25℃针入度

从图3中可以看出，过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青针入度低于同等掺量下普通橡胶沥青，说明改性后橡胶沥青变硬，其低温性能得到提升；改性前后，橡胶沥青的针入度均随胶粉掺量的增加而降低，其中，改性橡胶沥青的针入度降低幅度较小，说明加入改性剂后形成的共混体系更加稳定，因此在不同掺量下的变化幅度较小。

（4）5℃延度

从图4中可以看出，过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青和普通橡胶沥青的延度均随胶粉掺量的增加而提高，胶粉掺量从20%增加至30%时，改性橡胶沥青延度增加幅度为37%，普通橡胶沥青延度增加幅度为27%，说明胶粉掺量越高，低温性能则越好，且改性后橡胶沥青的延度远高于改性前，低温性能得到显著提升。

（5）弹性恢复性能

从图5中可以看出，过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青和普通橡胶沥青的弹性恢复性能均随胶粉掺量的增加而略有提高，但是其变化幅度较小；改性后，橡胶沥青的弹性恢复性能略有降低，但降低幅度也较小，由此可见，改性剂和胶粉掺量对弹性恢复性能的影响并不显著。

2.2 不同胶粉细度

为了研究橡胶沥青性能受胶粉细度的影响，测定胶粉细度为20目、40目和80目，掺量为25%（外掺）、反应温度为180℃时样品的性能。

（1）180℃旋转黏度

从图6中可以看出，掺入不同细度的胶粉，过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青的180℃旋转黏度均低于普通橡胶沥青，且改性前后橡胶沥青的黏度均随胶粉细度的增加而增大，但胶粉细度对于黏度的影响小于胶粉掺量。

（2）软化点、25℃针入度、5℃延度

从图7中可以看出，过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青和普通橡胶沥青的软化点均随胶粉细度的增加而变大，但变化并不显著。改性橡胶沥青的软化点高于同等胶粉细度下的普通橡胶沥青，改性后高温性能略有提高。

从图7中可以看出，过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青针入度低于同等胶粉细度下普通橡胶沥青，改性前后，橡胶沥青的针入度均随胶粉细度的增大而降低，说明改性剂和细度的提高均对低温性能有益。

过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青和普通橡胶沥青的延度均随胶粉细度的增大而提高，但细度的影响并不显著；不同细度下，改性后橡胶沥青的延度较改性前提升较大。

（3）弹性恢复性能

从图8中可以看出，胶粉细度的增大对改性前后橡胶沥青的弹性恢复性能产生有利作用，改性剂则降低了弹性恢复性能，但细度和改性剂的作用均不显著。

2.3 不同反应温度

为了研究橡胶沥青性能受反应温度变化的影响，测定胶粉细度为40目、胶粉掺量为25%，反应温度分别为180℃、190℃时样品的性能。

从图9中可以看出，当反应温度由180℃升至190℃，过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青和普通橡胶沥青的黏度、弹性恢复、软化点、针入度、延度性能均有所提升，可能是由于在更高温度下，胶粉和沥青的反应更为充分，提高了相容性。但反应温度对性能的影响较小，远小于胶粉掺量对性能的影响。

3 结论

研究结果显示，随着胶粉掺量的增加、胶粉细度的增大及反应温度升高，过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青和普通橡胶沥青的性能均有所提升，其中黏度、软化点、延度和弹性恢复变大，针入度降低。与普通橡胶沥青相比，过氧化氢-硫酸铁复合改性橡胶沥青中沥青和胶粉的相容性更好。改性橡胶沥青的黏度有所降低，更利于实际应用中的拌和、摊铺和碾压，软化点提高，对高温性能有利，针入度下降、延度增大，对低温性能有利，更有利于低温施工。