熊梦日，王辉

(长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙 410114)

将采用废旧轮胎加工得到的废胶粉作为改性剂添加到沥青中制得胶粉改性沥青，能有效改善沥青低温柔性、提高沥青黏度等，且符合绿色交通发展的需求。但目前常规胶粉改性沥青常存在储存性能不足等缺点，影响其应用。何兆益等研究发现将硫化胶粉中的S—S键、S—C键断开，达到脱硫效果，使其更具有活性，胶粉与沥青更易充分溶胀，反应更完全，稳定性更好。徐希娟等研究发现工艺因素(剪切温度、剪切时间)和材料因素(胶粉掺量、目数)对改性沥青性能均有影响。将普通胶粉进行脱硫预处理并添加一定软化剂和活化剂制得预处理胶粉，能改善改性沥青的储存稳定性，提升路用性能。但预处理胶粉与硫化胶粉性质不同，导致二者对沥青的改性机理存在差异，进而影响制备工艺。因此，有必要研究预处理胶粉改性沥青制备工艺。该文通过四因素四水平正交试验，测试沥青的主要性能指标，采用极差分析法考察各因素水平对沥青性能的影响，探讨最佳制备工艺参数。

1 试验材料

选用双龙70#A级基质沥青作为试验材料，其相关技术指标见表1。

表1 双龙70#A级基质沥青的技术指标

预处理废胶粉为经半脱硫化学预处理后添加软化剂与活化剂的成品胶粉，目数为40目。SBS采用星型结构SBS。稳定剂以硫磺为主要成分，添加丁基橡胶、三元乙丙橡胶等掺配而成。

2 制备工艺探讨

预处理废胶粉复合改性沥青由基质沥青、SBS、预处理废胶粉和稳定剂按顺序掺入，经高温剪切制成。胶粉沥青改性过程中影响改性效果的因素有很多，其中：剪切温度、剪切时间是影响胶粉与基质沥青相互反应和相容的重要因素，若剪切温度过低、时间短，则胶粉得不到充分溶胀而分散不均匀，高温性能和储存性能差；SBS能吸附沥青中的轻质组分，打破基质沥青原有胶体结构的平衡，建立新的胶体结构体系，在沥青中形成弹性网络结构，使改性沥青的弹性、塑性和延展性得到改善；稳定剂能结合沥青形成网状结构，增加其热稳定性、坚韧性。因此，选取剪切温度、胶粉剪切时间、SBS掺量及稳定剂掺量为主要考察因素进行研究。

因预处理胶粉活性较强，改性时用量可适量提高。根据前期研究，选用沥青质量31.5%掺量进行改性。改性时，胶粉颗粒通过剪切机高速剪切而磨碎，故剪切速率不宜过小，否则颗粒结块聚集。选用4 500 r/min转速。制备工艺为先将基质沥青加热至170～180 ℃→加入一定量SBS，以3 000 r/min转速剪切5 min→缓慢加入沥青质量31.5%的预处理废胶粉并搅拌均匀→在选定的高温条件下以4 500 r/min的转速剪切规定时间→加入稳定剂高速剪切3 min，制得预处理胶粉复合改性沥青。

选择A(剪切温度)、B(剪切时间)、C(SBS掺量)和D(稳定剂掺量)4个因素进行正交试验，通过L16(44)正交表对预处理废胶粉复合改性沥青各因素进行试验方案设计，各因素分别拟定4个水平。正交设计方案见表2。

表2 正交试验方案

16组预处理废胶粉复合改性沥青的制备按上述流程进行。16组成品改性沥青除正交表中4种因素不同外，其他条件均相同。对成品沥青进行沥青三大指标及弹性恢复、180 ℃布氏黏度、离析测试，结果见表3。

表3 正交试验结果

对试验结果进行极差分析，确定制备工艺及改性剂掺量最佳组合，分析结果见表4。

表4 极差分析

续表4

由表4可知：1)对于针入度，A因素极差最大，剪切温度的影响最大。针入度不宜过大，否则稠度过小，混合料包裹不均匀，容易松散；也不宜太小，否则稠度太大，不易施工。根据针入度数据分析得出最佳组合为A1/A2B3/B4C1/C2D1/D4。2)对于软化点，SBS掺量是影响最大的因素。一般情况下，软化点越高，高温性能越好。根据软化点数据分析得出最佳组合为A1B2C4D4。3)对于5 ℃延度，剪切温度是影响最大的因素。5 ℃延度指标主要用来评价沥青的低温性能，提升延度可提升沥青的塑性变形能力。根据5 ℃延度数据分析得出最佳组合为A4B4C4D3。4)对于沥青布氏黏度，剪切温度是影响最大的因素。沥青材料的黏度表征沥青抵抗流动和变形的能力，黏度越大，沥青材料的抗疲劳能力越强，高温下对荷载作用的抗变形能力越好，弹性恢复能力也越强。但黏度过大不利于路面混合料施工，路面难以压实。从这个角度考虑，根据布氏黏度数据分析得出最佳组合为A1/A3B1/B3C1/C4D2/D4。5)对于沥青离析，稳定剂掺量是影响最大的因素。软化点差值越大，沥青材料上下部差距越大，均质性越弱。根据沥青离析数据分析得出最佳组合为A2B4C1D4。根据5个指标数据分析得出的最佳组合均有所不同，考虑5个指标分别对应的最佳组合中各水平出现的频率和各影响因素对5个指标的影响程度大小等，确定最佳制备工艺组合为A2、B2、C4、D3。

综上，通过正交试验最终确定的预处理废胶粉复合改性沥青最佳制备工艺组合为温度180 ℃、剪切时间30 min、SBS掺量1%、稳定剂掺量0.5%。最佳制备工艺技术流程见图1。

图1 最佳制备工艺技术流程

3 结论

根据剪切温度、剪切时间、SBS掺量、稳定剂掺量4个因素四水平正交试验结果，对针入度、5 ℃延度、布氏黏度影响最大的因素为剪切温度，SBS掺量对软化点的影响最大。稳定剂对离析的影响最大。考虑到混合料的施工要求，预处理废胶粉复合改性沥青的最佳制备工艺为剪切温度180 ℃、剪切时间30 min、SBS掺量1%、稳定剂掺量0.5%。