不同胶粉掺量的废胎胶粉橡胶沥青性能研究

马 力

（宁夏交投工程建设管理有限公司,宁夏 银川 750000）

0 引言

近年来，我国的道路建设正在向绿色、耐久的方向快速发展。将废旧轮胎这一固体废弃物进行回收加工，应用于道路建设修筑沥青路面，开创了废轮胎无害化资源再生利用的新途径[1-4]。与道路石油沥青相比，废胎胶粉橡胶沥青具备良好的高低温性能、耐久性能及抗滑降噪性能，有利于减少路面病害、提高道路使用性能[5-8]。废胎胶粉橡胶沥青的应用将推进资源节约型社会的建设和绿色交通的发展。该文研究了不同胶粉掺量的废胎胶粉橡胶沥青性能，为废胎胶粉橡胶沥青性能改善及后续应用提供了数据参考。

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，性能指标见表1。

表1 基质沥青性能指标

（2）胶粉。试验用胶粉为经脱硫活化的废胎胶粉，细度为60目、40目和20目。

1.2 废胎胶粉橡胶沥青制备

将90号道路石油沥青置于容器中，搅拌加热至160 ℃，加入胶粉，加热至180 ℃，并在此温度下剪切反应1 h；加入橡胶油，搅拌1 h；加入稳定剂，搅拌0.5 h，得到废胎胶粉橡胶沥青。

2 试验结果及分析

该文通过对不同细度胶粉改性沥青进行性能检测与数据分析，选择合适的胶粉细度，并制备不同胶粉掺量的废胎胶粉橡胶沥青，按照相关规范对废胎胶粉橡胶沥青的180 ℃旋转黏度、软化点、25 ℃针入度、5 ℃延度、25 ℃弹性恢复等性能进行测试，并对试验结果进行分析。

2.1 不同胶粉细度的废胎胶粉橡胶沥青

胶粉细度分别为20目、40目和60目，胶粉掺量为20%（外掺），橡胶油掺量1%（外掺），稳定剂掺量0.1%（外掺），制备废胎胶粉橡胶沥青，并测试其性能。

（1）180 ℃旋转黏度。从图1中可以看出，随着胶粉目数增加，即胶粉越来越细，废胎胶粉橡胶沥青的180 ℃旋转黏度呈增长趋势。胶粉较粗时，胶粉与沥青之间的溶胀反应不充分，而当胶粉较细时，胶粉与沥青能较充分反应形成溶胶体系，黏度增大。当胶粉目数从20目增加至40目时，黏度增长幅度较大，而从40目增加至60目时，涨幅较小，说明胶粉目数超过40目后，细度对黏度的影响程度降低。

图1 不同胶粉细度的废胎胶粉橡胶沥青旋转黏度性能图

（2）软化点。随着胶粉目数增加，废胎胶粉橡胶沥青的软化点呈上升趋势，但上升幅度不显著，软化点均超过60 ℃，具备较好的高温性能。

（3）25 ℃针入度。随着胶粉目数增加，废胎胶粉橡胶沥青的针入度呈下降趋势，但变化不显著，针入度均在50～70（0.1 mm）之间，满足温区技术要求。

（4）5 ℃延度。从图2中可以看出，当胶粉目数从20目增加至40目时，废胎胶粉橡胶沥青的5 ℃延度显著增大，这是由于加入40目胶粉时，胶粉与沥青充分反应形成溶胶结构，显著提升了废胎胶粉橡胶沥青在低温下的延韧性。而进一步增加目数至60目时，延度并未显著提升，说明胶粉在40目的细度时，胶粉已与沥青发生充分反应，此时进一步增加胶粉细度对延度提升并未产生显著影响。

图2 不同胶粉细度的废胎胶粉橡胶沥青5 ℃延度性能图

（5）弹性恢复性能。从图3中可以看出，随着胶粉目数增加，废胎胶粉橡胶沥青的弹性恢复性能呈增大趋势，尤其当胶粉从20目增加至40目时，更为显著。这种现象的产生与前文所述的溶胶结构有关，溶胶结构的形成有效提升了废胎胶粉橡胶沥青的黏弹性。

图3 不同胶粉细度的废胎胶粉橡胶沥青弹性恢复性能图

结合不同目数胶粉制备的废胎胶粉橡胶沥青性能及胶粉成本，该文选择40目胶粉进行废胎胶粉橡胶沥青性能研究分析。

2.2 不同胶粉掺量的废胎胶粉橡胶沥青

为了研究胶粉掺量对废胎胶粉橡胶沥青性能的影响，该文选择胶粉细度为40目，胶粉掺量分别为15%、20%、25%、30%（外掺），橡胶油掺量1%（外掺），稳定剂掺量0.1%（外掺），制备废胎胶粉橡胶沥青并测试其性能。

（1）180 ℃旋转黏度。从图4中可以看出，随着胶粉掺量的增加，废胎胶粉橡胶沥青的黏度呈上升趋势。胶粉掺量从15%增加至20%时，黏度变化较为显著，更多的胶粉与沥青形成凝胶结构，从20%增加至25%时，黏度增加但幅度较小，从25%增加至30%时，黏度再次大幅度增加，主要是由于胶粉掺量过高，部分胶粉无法与沥青充分反应，导致黏度显著增加，且30%掺量的废胎胶粉橡胶沥青黏度过大，超出温区技术要求范围（2.5～3.5 Pa·s）。实际工程应用中不推荐30%掺量的废胎胶粉橡胶沥青，因其黏度过大，不利于现场拌和及摊铺碾压。

图4 不同胶粉掺量的废胎胶粉橡胶沥青180 ℃旋转黏度性能图

（2）软化点。从图5中可以看出，随着胶粉掺量的增加，废胎胶粉橡胶沥青的软化点呈增大趋势，但变化并不显著。最低15%掺量的废胎胶粉橡胶沥青软化点仍超过60 ℃，胶粉的掺入大大提高了沥青的软化点，使其具备良好的高温性能。在工程应用中，废胎胶粉橡胶沥青路面高温病害可显著减少。

图5 不同胶粉掺量的废胎胶粉橡胶沥青软化点性能图

（3）25 ℃针入度。从图6中可以看出，掺入胶粉后，废胎胶粉橡胶沥青相对于道路石油沥青其针入度下降，说明经过胶粉改性后，沥青变硬，对其低温性能有一定提升。随着胶粉掺量的增加，废胎胶粉橡胶沥青的针入度呈下降趋势，但均在温区技术要求范围（50～70，0.1 mm）。

图6 不同胶粉掺量的废胎胶粉橡胶沥青针入度性能图

（4）5 ℃延度。与道路石油沥青相比，掺入胶粉后低温延韧性得到了很好的提升，这主要是源于胶粉自身特性及胶粉与沥青形成了凝胶结构，使其在低温下仍具备良好的延展性能，在工程应用中废胎胶粉橡胶沥青具备更好的低温抗裂性能。从图7中可以看出，随着胶粉掺量的增加，废胎胶粉橡胶沥青的5 ℃延度呈增加趋势，且掺量从15%增加至20%时，增长幅度显著，而从20%增加至30%，延度变化不显著，此时，溶胶结构对低温延展性的影响减弱。

图7 不同胶粉掺量的废胎胶粉橡胶沥青5 ℃延度性能图

（5）弹性恢复性能。沥青掺入胶粉后，废胎胶粉橡胶沥青弹性恢复性能显著增强，这是由于胶粉本身具备黏弹性等特性，胶粉与沥青形成的共混体同样具备此项特性。且从图8中可以看出，随着胶粉掺量提高，共混体中胶粉占比越大，弹性恢复性能越好。在实际应用中，良好的弹性恢复能力能够减少路面病害的产生。

图8 不同胶粉掺量的废胎胶粉橡胶沥青弹性恢复性能图

对不同掺量的废胎胶粉橡胶沥青进行性能分析，30%废胎胶粉橡胶沥青由于其黏度过大，大大增加了施工难度，不适合用于工程中，综合考虑高温及低温性能，20%与25%废胎胶粉橡胶沥青具备较高的软化点、较大延度及较好的弹性恢复性能，更适于工程建设使用。

3 结论

（1）随着胶粉目数增加，即胶粉越来越细，废胎胶粉橡胶沥青的180 ℃旋转黏度增加，软化点、弹性恢复、5 ℃延度等性能提升，针入度下降，尤其是胶粉从20目增加至40目时，黏度、弹性恢复及5 ℃延度显著变化，这是由于更细的胶粉与沥青充分反应形成凝胶结构。

（2）选择40目胶粉，研究胶粉掺量对废胎胶粉橡胶沥青性能的影响。随着胶粉掺量从15%增加至30%，其180 ℃旋转黏度增加，软化点、弹性恢复、5 ℃延度等性能提升，针入度下降，高温和低温性能均得到提升。对不同掺量的废胎胶粉橡胶沥青性能进行对比，工程应用中建议选择掺量为20%或25%的废胎胶粉橡胶沥青。