橡胶沥青性能影响因素分析

橡胶沥青性能影响因素分析

赵灿元1杨建成2

1.云南华丽高速公路建设指挥部云南丽江674100；

2.云南公投建设集团有限公司云南省昆明市650000

摘要：通过橡胶沥青的室内试验，研究了不同品牌基质沥青、不同厂家胶粉、不同加工方式（搅拌方式、搅拌时间）等参数对橡胶沥青性能指标的影响，分析了其路用性能的主要影响因素及变化规律。研究表明：橡胶粉细度对橡胶沥青的性能影响不大，影响较大的是基质沥青、胶粉来源、搅拌方式以及反应时间。因此在选择工艺参数时，要合理选用基质沥青品牌、胶粉品种和加工工艺，在满足橡胶沥青良好路用性能的情况下，还要满足现场施工的可操作性。

关键词：橡胶沥青；基质沥青品牌；胶粉品种；加工工艺；路用性能

一、引言

废旧轮胎磨细成橡胶粉，然后添加在道路沥青中，已经被广泛应用于道路工程中。相比基质沥青与其它改性沥青，橡胶沥青不仅仅能够解决环保问题，而且能够更加有效地防止或延缓路面反射裂缝的产生，减少路面其它病害，从而延长路面使用寿命，减少道路养护维修费用。

本文在已有研究基础上，较为全面地考察了橡胶粉改性沥青（湿法）的路用性能，通过研究不同品牌基质沥青、不同胶粉品种、不同加工工艺等方面对橡胶沥青性能指标的影响，找出了影响其路用性能的主要因素及变化规律，为道路工程废旧橡胶粉改性沥青工业化应用，特别是面层橡胶粉改性沥青混合料的推广应用提供技术支持。

二、基质沥青

不同品牌的基质沥青所含组分不同，所以与橡胶粉的配伍性亦不相同，进而影响橡胶沥青的性能。为了研究不同品牌基质沥青对橡胶沥青的性能影响，在胶粉掺量为20%的情况下，对以下三种基质沥青所制备的橡胶沥青性能进行了测试，测试结果如表1所示。

表1橡胶改性沥青（不同品牌基质沥青）测试结果

基质沥青种类25℃针入度/0.1mm180℃粘度/pa.s软化点/℃5℃延度/cm弹性恢复/%1#412.6687.6802#423.1688.0833#433.8747.887

由表1数据可知：橡胶粉掺量相同的情况下，基质沥青的品质对橡胶沥青的性能影响较大，主要表现在对180℃粘度、软化点及弹性恢复这些指标的影响上，对针入度和5℃延度指标的影响不大。3#沥青所制备的橡胶沥青性能最好。

三、胶粉品种

（一）胶粉来源

不同厂家生产的胶粉来源不同，生产工艺也不同，其天然橡胶、丙酮抽取物等成分的含量以及橡胶粉颗粒的级配情况也将有所不同，势必会影响橡胶沥青的性能。本文采用3#基质沥青，以及两种不同厂家胶粉（分别是厂家1和厂家2），橡胶沥青在高速剪切（7000r/min）、180～190℃的温度下，连续搅拌45min后制成，测试两种橡胶改性沥青的性能指标，测试结果如表2所示。

表2不同胶粉改性的橡胶沥青性能试验

胶粉种类胶粉掺量（%）针入度当量软化点当量脆点塑性温度范围5℃延度/cm软化点/℃弹性恢复/%试验温度/℃针入度/0.1mm针入度指数厂家1201516.41.7968.8-21.291.44.779.684.82532.63046.7251520.33.3679.2-34.2113.22.582.378.12533.93047.6厂家2201512.80.8366.7-11.281.54.379.789.22524.63034.7251514.62.0572.5-20.899.47.981.686.42528.73040.5

根据表2数据，对比两种不同来源的胶粉所得橡胶沥青的技术指标可知：无论是20%的掺量，还是25%的掺量，所测得的橡胶沥青指标中，除5℃延度和弹性恢复值偏小外，厂家1生产的橡胶粉改性沥青的指标值都比厂家2生产的橡胶粉改性沥青的指标值要大。由此说明，胶粉来源不同，生产出来的橡胶沥青的性能也有很大变化。

（二）胶粉细度

本文选用厂家2生产25～30目、30～50目、40～60目三种细度的胶粉，用来改性的沥青为3#基质沥青，胶粉掺量为沥青重量的20%，加工过程同上。然后测试各种橡胶沥青的技术指标，其各项技术指标测试结果如表3所示。

表3不同胶粉目数改性橡胶沥青技术指标

胶粉目数25℃针入度/0.1mm180℃粘度/Pa.s软化点/℃5℃延度/cm弹性恢复/%25～3043.33.774.17.686.830～5043.73.873.77.987.640～6043.13.874.48.287.1

由表3试验数据可知，在相同的加工工艺、同种基质沥青的条件下，橡胶沥青的粘度与胶粉细度有一定关系，但不是那么敏感。并且其他性能指标对胶粉细度也不那么敏感，其性能指标都相差不大，25℃针入度都较低，在43~44（0.1mm）之间；软化点都较高，都超过了73℃；5℃延度都较低，不超过10cm，弹性恢复值也都较大。由此说明，橡胶粉的细度对橡胶沥青的性能并没有较大影响，因此在考虑橡胶沥青性能时，不应过于依赖橡胶粉的细度指标。

四、不同加工工艺

（一）搅拌方式

在橡胶沥青加工过程中，搅拌方式不同，不但会影响搅拌速率，往往还会造成橡胶沥青内部温度不均匀，影响橡胶粉在沥青中的溶胀。在相同的原材料、同样的加工温度和搅拌时间（45min）下，不同加工方式对橡胶沥青性能的影响见表4所示。

表4搅拌温度对改性沥青技术指标的影响

搅拌方式25℃针入度/0.1mm180℃粘度/Pa.s软化点/℃5℃延度/cm弹性恢复/%人工搅拌48.12.463.68.774.9高速剪切机搅拌43.13.874.48.287.1

由表4试验数据可知，搅拌方式对橡胶沥青的性能有较大影响，人工搅拌的橡胶沥青性能远低于经高速剪切机搅拌所得到的橡胶沥青性能。由此说明，在人工搅拌的过程中，橡胶粉和沥青的熔融速度较慢，且不能充分均匀，从而使橡胶沥青的性能降低。

（二）搅拌时间

在剪切温度和搅拌速率（7000r/min）相同的情况下，搅拌时间对橡胶改性沥青性能的影响也很大，搅拌时间过短，胶粉不能充分溶胀；时间过长，胶粉将会融化、降解，降低橡胶沥青的粘度，搅拌时间对橡胶改性沥青粘度的影响见表5和图1所示。

表5搅拌时间对改性沥青技术指标的影响

180℃时间/min015304560150240300360粘度/dpa.s121728313233261713190℃时间/min015304560150240300360粘度/dpa.s11212627241916128

图1橡胶沥青的粘时曲线

由表5数据和图1（180℃和190℃的粘时曲线）可以看出：

①将胶粉加入沥青，搅拌均匀后，在开始的一段时间里，随着反应时间的延长，粘度呈现迅速增加的趋势；到达某个时间，粘度达到最大值；之后，随着反应时间的延长，粘度开始逐渐衰减。

②不同反应温度下，粘度出现最大值的时间也不同，反应温度为190℃时，粘度在45min时出现最大值为：2.7pa·s；反应温度为180℃时，在150min左右时出现最大值为：3.3pa.s，由此说明，反应温度越高，沥青与胶粉的反应速度就越快，粘度出现最大值的时间就越早；反应温度越低，沥青与胶粉的反应速度就越慢，粘度出现最大值的时间就越迟。

③相比180℃反应温度，190℃反应温度下的胶粉与沥青反应速率较快，但是它的粘度衰减速度也比180℃也较快，且6小时之后的粘度低于了1.0pa.s，此时的粘度已不符合规范要求的可施工粘度，此时的橡胶沥青已经不能使用，由此说明，采用190℃的反应温度比采用180℃的反应温度生产出来的橡胶沥青可储存时间短，即反应温度越高，产出的橡胶沥青现场可操作性就越不强。

五、结论

①橡胶粉掺量相同的情况下，基质沥青的品质对橡胶沥青的性能影响较大，主要表现在对180℃粘度、软化点及弹性恢复这些指标的影响上，对针入度和5℃延度指标的影响不大。

②胶粉的来源对橡胶沥青性能影响较大，因此胶粉来源不同，将使橡胶沥青的性能发生较大变化。

③橡胶粉的细度对橡胶沥青性能影响不大，因此我们今后选择橡胶粉细度时，不应只根据其用途来选择。

④加工橡胶沥青的过程中，确定加工温度和加工时间等参数时，不仅要考虑橡胶沥青的性能，还要考虑到现场施工的可操作性，要想使橡胶沥青的粘度尽快达到施工所需粘度，且能做到现制现用时，可将反应温度控制在190℃以上，发育时间控制在45min左右；如果想要存储的时间较长些，可将温度控制在180℃～190℃，反应时间至少为45min，且剪切速率均为7000r/min。

参考文献：

[1]王旭东，李美江，路凯冀，等.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

[2]查旭东，陈兆坤，季文广.胶粉改性沥青配比及性能试验研究[J].长沙交通学院学报，2008，24（3）：24-27

作者简介：

赵灿元，单位：云南华丽高速公路建设指挥部；学历：学士。