陈开国

摘 要：通过系统试验，定性地分析了不同橡胶粉掺量对沥青的高温性能、低温性能、弹性恢复性能等几个方面的影响。研究表明：橡胶粉的掺入可以明显提高沥青的高、低温性能，提高沥青的弹性恢复能力，改善沥青的温度敏感性。但是当掺量达到18%以后，掺量的提高对性能的改善幅度大幅减小，甚至更大的掺量还可能出现负面的影响。综合考虑改性沥青的性能，试验确定采用内掺18%的橡胶粉作为橡胶改性沥青的最佳胶粉掺量。

关键词：橡胶改性沥青；高温性能；低温性能；弹性恢复性能

随着我国公路等级的提高，沥青混凝土路面已经成为高等级路面道路路面中占主要地位的路面结构。而且随着公路上的交通量及轴重日益增加，一般的沥青材料品质已难以满足高等级沥青混凝土路面结构的需要。

废旧轮胎中含有丁苯橡胶（SBR）、天然橡胶等多种高分子聚合物以及各类添加剂，这些添加剂均为改善沥青混合料性能的有效成分。所以，将废旧轮胎回收再利用，作为胶粉添加剂改善石油沥青具有很好的应用前景。进年来随着研究水平的不断提高，对废橡胶粉改性沥青又进行了一些积极的研究，本试验通过研究不同橡胶粉掺量对橡胶改性沥青的性能的影响，以促进废橡胶粉在沥青混凝土路面中的应用。

1 试验用基质沥青、橡胶粉技术指标和橡胶粉掺量

1.1 试验用基质沥青技术指标

试验采用东海70#A级基质沥青作为研究用沥青，其性能指标见表1.1。

从上表可以看出，基质沥青的性能符合要求。

1.2 试验用橡胶粉技术指标

试验所采用的胶粉为深圳海川工程科技有限公司生产的废旧橡胶粉，胶粉类别为斜交胎废旧轮胎胶粉，采用的加工工艺为室温粉碎法。试验用橡胶粉技术指标具体见表1.2。

粒径是废旧橡胶粉的主要技术指标之一，橡胶粉颗粒的大小将会直接影响改性沥青的性能。ASTM有一整套按照轮胎橡胶粉的颗粒分布进行分类的方法。分类名称按照公称最大粒径，分为从10目～80目（分类级差为10目）、100目～140目（分类级差为20目）、170目、200目总计13类。试验选用了深圳海川公司提供的60目橡胶粉进行研究，制备改性沥青。深圳海川60目橡胶粉级配筛分结果见表1.3。

1.3 试验中橡胶粉掺量

试验中所有橡胶粉掺量均为内掺剂量，即：18%的掺量表示橡胶粉：基质沥青=18：82。试验研究中考虑了8%、13%、18%、23%等掺量的性能对比。

2 橡胶粉改性沥青的技术要求和制备工艺

2.1 橡胶粉改性沥青的技术要求

60℃粘度是反映沥青的高温性能的一个重要指标。60℃粘度越大，其高温性能也就越强。试验之所以采用180℃粘度这个指标作为橡胶粉改性沥青的高温性能的评价指标之一是因为橡胶粉沥青在60℃下的粘度太大，在试验室中，用布氏旋转粘度计无法准确测出。而美国的研究结果表明，高温粘度能够更好地反映橡胶沥青的性能，ASTM橡胶沥青技术标准规定用175℃表观粘度作为评价标准，而亚利桑那州橡胶沥青技术标准规定用177℃旋转粘度作为评价指标。在我国，多数采用的是180℃旋转粘度作为评价标准，因此本试验也采用180℃旋转粘度作为橡胶沥青的高温性能评价指标之一。橡胶沥青技术要求见表2.1。

2.2 橡胶粉改性沥青的制备工艺

参照橡胶沥青改性工艺研究成果，用于制作SBS改性沥青的高速剪切设备很多，而专业用于橡胶沥青改性简单搅拌溶胀改性的设备省内没有，为铺筑2km的试验路而去调用设备，成本太高。因此，试验决定采用高速剪切改性的工艺，其参数为：加工工艺：高速剪切（转速2000/min），反应温度：180℃，反应时间：60分钟。橡胶沥青的室内制备工艺见下图2.1。

3 不同掺量橡胶粉对沥青性能的影响

3.1 橡胶粉掺量对沥青高温性能的影响

试验量测了不同橡胶粉掺量下沥青的针入度、软化点和180℃黏度，试验结果如下：

通过上表3.1得出橡胶粉掺量对沥青25℃针入度的影响曲线图、橡胶粉掺量对沥青软化点的影响曲线图、橡胶粉掺量对沥青180℃粘度的影响曲线图，分别如下：

从表3.1和图3.1～3.3可以看出，随着橡胶粉剂量的增加，橡胶沥青与基质沥青相比明显变硬，针入度降低、软化点增大、180℃粘度增大，说明橡胶粉改性沥青的高温性能的确有所改善。随着废旧橡胶粉的掺量的增加，针入度降低、软化点增加、粘度增大。但是当掺量达到18%以后，随着废旧橡胶粉的进一步增加，这三个指标改善的趋势在逐渐减缓。

通过表3.1的针入度计算得出针入度指数，并制作橡胶粉掺量对沥青针入度指数的影响曲线图，如下：

针入度指数PI是用以描述沥青的温度敏感性的指标（注意针入度是用以描述稠度的指标）；针入度指数PI越大，沥青的温度敏感性越小。

从图3.4可以看出，橡胶粉的加入，使得沥青的针入度指数有了很大的提高，极大的改善了沥青的温度敏感性。且随着胶粉掺量的增大，PI值逐渐增大，但当橡胶粉掺量达到18%后，胶粉的掺量增加对PI的提高很小。

3.2 橡胶粉掺量对沥青低温性能的影响

试验量测了低温条件下，橡胶粉掺量对沥青5℃延度的影响，试验结果如下：

图3.5 橡胶粉掺量对沥青低温延度的影响

由图3.5可以看出，橡胶沥青5℃延度显著大于基质沥青的5℃延度，随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青的低温延度明显增加。当橡胶粉掺量大于18%时，延度增加的趋势变缓。开始橡胶粉剂量小时，胶粉颗粒与沥青中的胶质结合在一起形成分散质，在适当的温度下搅拌，使它们与沥青质界面充分结合，同时使已形成的分散质进一步混合均匀，相當于使沥青的胶体结构中分散质的数量增加，分散介质进一步减小，其延度随着橡胶粉剂量的增加而逐渐升高，表现为上升趋势。当橡胶粉掺量大于18%时，橡胶粉颗粒数量接近饱和，这样在分散介质中就会形成胶粉小团粒，而橡胶粉小团粒的内部的橡胶粉粒子几乎没有结合力，它与沥青界面不能充分结合或接触，其粘结性能不佳，对沥青低温延度的提高有限；甚至可以预测，当掺量继续增大，这种小团粒增多时反而会使沥青的延度下降，表现为下降趋势。

3.3 橡胶粉掺量对沥青25℃弹性恢复的影响

试验量测了橡胶粉掺量对沥青25℃弹性恢复的影响，试验结果如下：

图3.6 橡胶粉掺量对沥青弹性恢复的影响

由图3.6可以看出，随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青的弹性恢复性能显著提高，其原因是因为橡胶粉是一种良好的弹性材料，橡胶粉在沥青中溶胀后，橡胶粉微粒互相搭接融合而形成网络结构，这种网状结构具有橡胶的特征，具有良好的弹性，因此可以提高沥青的弹性恢复能力。但在掺量超过18%后，弹性恢复的增加幅度减小，可见当橡胶粉掺量加到一定程度时，弹性恢复性能对橡胶粉掺量变化的敏感性会降低。

4 结语

根据试验结果分析可以得出如下结论：

（1）橡胶粉的掺入可以明显提高沥青的高、低温性能，提高沥青的弹性恢复能力，改善沥青的温度敏感性。

（2）橡胶粉对沥青上述性能的改善程度随着掺量的增大而提高，但是当掺量达到18%以后，掺量的提高对性能的改善幅度大幅减小，甚至更大的掺量还可能出现负面的影响。

（3）综合考虑改性沥青的性能、经济成本和国内外的成功经验，试验确定采用内掺18%的橡胶粉作为橡胶改性沥青的最佳胶粉掺量。

参考文献

[1] 刘月娇.橡胶沥青及其SMA混合料技术性能研究[D].西安：长安大学，2010.

[2] 路学元，张素云，郑南翔等.沥青胶浆（SMA）实验方法与评价指标研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2006（07）.