陈朝辉

(许昌市市政实业有限公司 许昌 461000)

0 引 言

对废旧轮胎进行回收利用一直是各领域学者研究的热点[1-3].在道路工程领域，相关学者提出将废旧轮胎磨细为橡胶粉对沥青进行改性，可改善沥青部分性能[4-7]，因而对橡胶沥青进行研究有重要意义.

白金安等[8]对比了橡胶沥青和SBS改性沥青高温性能差异，发现橡胶沥青高温性能更优；Wang等对橡胶沥青低温性能进行了研究，发现橡胶颗粒可阻止裂纹产生，因而能改善沥青低温性能；杜骋等对橡胶沥青疲劳性能进行了研究，发现橡胶能明显改善基质沥青抗疲劳性能，且与SBS复合使用时效果更优[10]；康爱红等[11]对橡胶沥青存储稳定性进行了研究，发现掺入胶粉使基质沥青抗离析性能变差，且掺量越高表现越明显；王学民等[12]基于正交试验对橡胶沥青制备方法进行了优化，发现橡胶粉掺量为20%、细度为40目，剪切时间为90 min和剪切温度为150～170 ℃之间时制备的橡胶沥青综合性能较好；王笑风等[13]对橡胶沥青改性机理进行了研究，发现胶粉与基质沥青的相互作用以物理共混为主，但也存在弱化学反应，其反应时间越长，化学反应越明显.

现有研究主要涉及橡胶沥青的高温、低温、疲劳、存储稳定性及改性机理等，而橡胶沥青制备完成后往往需要高温存储，但橡胶为聚合物，其性质与基质沥青有较大差别，因此存储过程中不可避免会发生离析现象，造成橡胶沥青性能下降，因而有必要研究掌握橡胶沥青存储稳定性衰减规律影响因素，但现有研究对此较少涉及[14-15].故文中制备橡胶粉掺量、剪切温度、剪切时间和剪切速率不同的橡胶沥青进行不同存储时间下存储稳定性试验，分析其存储稳定性衰减规律，并提出抗离析性能优良的橡胶沥青制备方法.

1 试验概况

1.1 原材料

1) 基质沥青 试验选用SK90#基质沥青，主要技术指标检测结果见表1.

2) 橡胶粉 试验用常温研磨法生产380 μm目橡胶粉，主要技术指标见表2.

1.2 存储稳定性试验

将制备的橡胶沥青加热至160 ℃注入直径和长分别为2.5和20 cm的铝管后垂直置于163 ℃

表1 SK90#基质沥青主要技术指标

表2 橡胶粉主要技术指标

烘箱中保温0，12，24，36，48，60和72 h，取出后移入冷柜冷冻4 h，取铝管上下1/3高度部分沥青进行软化点试验，计算两者软化点差随存储时间变化规律评价橡胶沥青存储稳定性衰减特性.

2 橡胶粉掺量对橡胶沥青存储稳定性衰减规律影响

为分析橡胶粉掺量对橡胶沥青存储稳定性衰减规律的影响，将基质沥青加热至180 ℃，分别掺入12%，14%，16%，18%和20%的橡胶粉后使用MXR-A500-90型高速剪切机(工作头直径90 mm)以5 000 r/min速率剪切60 min制备橡胶沥青，进而进行存储稳定性试验研究，得出其软化点差随存储时间变化规律见图1.

图1 橡胶粉掺量对橡胶沥青存储稳定性衰减规律影响

由图1可知：

1) 随着存储时间的增加，各个橡胶粉掺量下橡胶沥青软化点差均呈逐渐上升趋势，表明存储时间越长橡胶沥青离析分层现象越明显.同时，存储时间为0 h时，五个橡胶粉掺量下橡胶沥青软化点差基本接近，而存储时间达到72 h时五种橡胶沥青软化点差差异明显，表明橡胶粉掺量不同时其制备橡胶沥青存储稳定性随存储时间增加的衰减速率不同，其中掺量为20%的橡胶沥青衰减速率最快，而掺量为16%橡胶沥青衰减速率最慢.

2) 随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青存储稳定性随存储时间增加的衰减速率呈先降低后升高趋势，在掺量为16%时衰减速率最慢.各个存储时间条件下橡胶粉掺量增加时其软化点差整体上呈先减小后增大趋势，其中以聚合物改性沥青存储稳定性试验中软化点差不大于2.5 ℃为要求计算时，12%，14%，16%，18%和20%的橡胶沥青可存储时间分别为46.5，49.7，56，39和32.7 h，显然掺量为16%的橡胶沥青可存储时间最长.分析原因为橡胶粉掺量较低时橡胶颗粒尚未在沥青中形成连续相网状结构，此时增加掺量能促进网状结构形成，整体上橡胶与沥青相互约束性增强，抗离析性能变好，而掺量超过一定范围后多余橡胶颗粒游离于沥青，高温存储时容易发生离析.

3 制备工艺对橡胶沥青存储稳定性衰减规律影响

3.1 剪切温度影响

为研究橡胶沥青制备过程中剪切温度对其存储稳定性的影响，分别在170，180和190 ℃条件下以5 000 r/min速率剪切60 min制备掺量为16%橡胶沥青进行存储稳定性试验研究，得出其软化点差随剪切温度变化规律见图2.

图2 剪切温度对橡胶沥青存储稳定性衰减规律影响

由图2可知，橡胶沥青制备过程中剪切温度增加时其存储稳定性随存储时间增加的衰减速率逐渐降低，但温度超过180 ℃后降低幅度减小.各个存储时间条件下剪切温度增加时其软化点差整体上呈降低趋势，其中以聚合物改性沥青存储稳定性试验中软化点差不大于2.5 ℃为要求计算时，170，180和190 ℃条件下制备的橡胶沥青可存储时间分别为34.5，56和60 h，由170 ℃增加至180 ℃时可存储时间增加62.3%，而由180 ℃增加至190 ℃时，可存储时间仅增加7%.分析原因为剪切温度增加时橡胶颗粒发生更多的脱硫降解反应，与沥青相互作用增强的缘故.但考虑到较高的剪切温度会造成能源消耗量增加，且加重沥青老化，对其他性能不利，故就存储稳定而言推荐的橡胶沥青剪切温度为180 ℃.

3.2 剪切时间影响

为研究橡胶沥青制备过程中剪切时间对其存储稳定性的影响，在180 ℃条件下以5 000 r/min速率分别剪切30，60，90和120 min制备掺量为16%橡胶沥青进行存储稳定性试验研究，得出其软化点差随剪切时间变化规律见图3.

图3 剪切时间对橡胶沥青存储稳定性衰减规律影响

由图3可知，橡胶沥青制备过程中剪切时间增加时其存储稳定性随存储时间增加的衰减速率呈先降低后升高趋势，其中剪切时间由30 min增加到60 min时对存储稳定性衰减速率的降低作用最为显著，而剪切时间为90 min时存储稳定性衰减速率最低.各个存储时间条件下剪切时间增加时其软化点差整体上呈先下降后上升趋势，其中以聚合物改性沥青存储稳定性试验中软化点差不大于2.5 ℃为要求计算时，30，60和90 min条件下制备的橡胶沥青可存储时间分别为34.5，56，62.4和52 h，其中剪切时间由30 min增加至60 min时可存储时间增加62.3%，由60 min增加至90 min时，可存储时间增加11.4%，而由90 min增加至120 min时，可存储时间降低16.7%.分析原因为剪切时间过短时不能使橡胶颗粒充分分散于基质沥青，橡胶颗粒容易团聚，故高温存储时容易离析，而剪切时间过长时橡胶颗粒脱硫降解严重，另一方面持续的剪切可能破坏橡胶网状结构，故存储时间延长时存储稳定性更容易衰减.

3.3 剪切速率影响

为研究橡胶沥青制备过程中剪切速率对其存储稳定性的影响，在180 ℃条件下以3 000，5 000，7 000和9 000 r/min剪切速率分别剪切90 min制备掺量为16%橡胶沥青进行存储稳定性试验研究，得出其软化点差随剪切速率变化规律见图4.

图4 剪切速率对橡胶沥青存储稳定性衰减规律影响

由图4可知，橡胶沥青制备过程中剪切速率增加时其存储稳定性随存储时间增加的衰减速率呈先降低后基本不变趋势，其中剪切速率由3 000 r/min增加到5 000 r/min时对存储稳定性衰减速率的降低幅度最为显著，而剪切时间超过7 000 r/min后对存储稳定性衰减速率基本无影响.各个存储时间条件下剪切时间增加时其软化点差整体上呈先下降后基本不变趋势，其中以聚合物改性沥青存储稳定性试验中软化点差不大于2.5 ℃为要求计算时，3 000，5 000，7 000和9 000 r/min剪切速率条件下制备的橡胶沥青可存储时间分别为46.5，62.4，67.2和66.9h，其中剪切速率由3 000 r/min增加至5 000 r/min时，可存储时间增加34.2%，由5 000 r/min增加至7 000 r/min时，可存储时间增加7.7%，而由7 000 r/min增加至9 000 r/min时，可存储时间变化率仅为0.4%.故就存储稳定而言推荐的橡胶沥青剪切速率为7 000 r/min.

4 结 论

1) 随着橡胶粉掺量和剪切时间的增加，橡胶沥青存储稳定性随存储时间增加的衰减速率呈先降低后升高趋势，分别在掺量为16%和剪切时间为90 min时衰减速率最低.

2) 随剪切温度增加，橡胶沥青存储稳定性随存储时间的增加衰减速率逐渐降低，尤其温度由170 ℃增加至180 ℃时降低幅度明显，超过180 ℃后降低幅度则较小，而剪切速率增加时衰减速率呈先降低后基本不变趋势，速率为7 000 r/min时效果较好.

3) 仅考虑橡胶沥青存储稳定性优良时，推荐采用橡胶粉掺量为16%、剪切温度为180 ℃、剪切时间为90 min和剪切速率为7 000 r/min制备橡胶沥青.