過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青性能研究

陳 夢(mèng)，張 濤

（1.山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心（有限公司） 太原市 030032；2.山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司 太原市 030032）

橡膠瀝青具有良好的高低溫性能、抗疲勞開(kāi)裂性能、抗滑降噪性能，為提高橡膠瀝青的性能，采用改性劑對(duì)膠粉進(jìn)行活化，改善其表面活性。采用過(guò)氧化氫和硫酸鐵共同作為膠粉改性劑制備改性橡膠瀝青，針對(duì)膠粉摻量、膠粉細(xì)度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)改性前后橡膠瀝青性能的影響進(jìn)行研究，為橡膠瀝青性能的改善和后續(xù)推廣提供參考。

1 試驗(yàn)研究

1.1 材料

（1）基質(zhì)瀝青

試驗(yàn)采用90號(hào)道路石油瀝青。

（2）膠粉

試驗(yàn)采用的膠粉為子午胎輪胎橡膠粉，細(xì)度包括20目、40目和80目。

（3）過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性劑

將過(guò)氧化氫與蒸餾水按照質(zhì)量比為1∶8混合，再加入硫酸鐵，攪拌至溶解，最終得到的復(fù)合改性劑中過(guò)氧化氫∶硫酸鐵∶水＝1∶1∶8（質(zhì)量比）。

1.2 過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青制備

（1）膠粉活化

取一定量膠粉置于托盤(pán)中，于50℃烘箱中干燥12h。將質(zhì)量比為5∶1的膠粉和復(fù)合改性劑置于容器中，攪拌使之充分混合。將容器中的混合物置于托盤(pán)中，置于50℃烘箱中12h，得到活化膠粉。

（2）改性橡膠瀝青制備

將一定量基質(zhì)瀝青置于容器中，攪拌加熱至150℃，加入一定量活化膠粉，繼續(xù)加熱至一定溫度，并在此溫度下攪拌反應(yīng)1h，得到過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青。

普通橡膠瀝青則是加入未活化的膠粉，其它試驗(yàn)操作與改性橡膠瀝青相同。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

在不同膠粉摻量、不同膠粉細(xì)度、不同反應(yīng)溫度下制備得到橡膠瀝青樣品，按照相關(guān)規(guī)范對(duì)過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的180℃旋轉(zhuǎn)黏度、軟化點(diǎn)、25℃針入度、5℃延度、25℃彈性恢復(fù)性能進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

2.1 不同膠粉摻量

為了研究橡膠瀝青性能受膠粉摻量的影響，測(cè)定膠粉細(xì)度為40目，摻量分別為20%、25%、30%（外摻），反應(yīng)溫度為180℃時(shí)樣品的性能。

（1）180℃旋轉(zhuǎn)黏度

從圖1中可以看出，過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的180℃旋轉(zhuǎn)黏度均隨膠粉摻量的增加而明顯增大，膠粉摻量從20%增加至30% 時(shí)，改性橡膠瀝青黏度增加幅度為1.47Pa·s，普通橡膠瀝青黏度增加幅度更大為2.31Pa·s。從圖中還可以看出，過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青的黏度明顯低于同等膠粉摻量下普通橡膠瀝青的黏度，且隨膠粉摻量增加，黏度降低幅度越顯著。過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性劑對(duì)橡膠瀝青進(jìn)行改性后，可達(dá)到明顯降黏效果，更有利于現(xiàn)場(chǎng)拌和、攤鋪和碾壓，且改性后黏度對(duì)于摻量的敏感度有所下降。

（2）軟化點(diǎn)

從圖2中可以看出，過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的軟化點(diǎn)均隨膠粉摻量增加而變大，但變化不大。改性橡膠瀝青的軟化點(diǎn)高于同等摻量下的普通橡膠瀝青，改性后高溫性能略有提高，但過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性劑對(duì)軟化點(diǎn)的改變幅度并不顯著。

（3）25℃針入度

從圖3中可以看出，過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青針入度低于同等摻量下普通橡膠瀝青，說(shuō)明改性后橡膠瀝青變硬，其低溫性能得到提升；改性前后，橡膠瀝青的針入度均隨膠粉摻量的增加而降低，其中，改性橡膠瀝青的針入度降低幅度較小，說(shuō)明加入改性劑后形成的共混體系更加穩(wěn)定，因此在不同摻量下的變化幅度較小。

（4）5℃延度

從圖4中可以看出，過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的延度均隨膠粉摻量的增加而提高，膠粉摻量從20%增加至30%時(shí)，改性橡膠瀝青延度增加幅度為37%，普通橡膠瀝青延度增加幅度為27%，說(shuō)明膠粉摻量越高，低溫性能則越好，且改性后橡膠瀝青的延度遠(yuǎn)高于改性前，低溫性能得到顯著提升。

（5）彈性恢復(fù)性能

從圖5中可以看出，過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的彈性恢復(fù)性能均隨膠粉摻量的增加而略有提高，但是其變化幅度較??；改性后，橡膠瀝青的彈性恢復(fù)性能略有降低，但降低幅度也較小，由此可見(jiàn)，改性劑和膠粉摻量對(duì)彈性恢復(fù)性能的影響并不顯著。

2.2 不同膠粉細(xì)度

為了研究橡膠瀝青性能受膠粉細(xì)度的影響，測(cè)定膠粉細(xì)度為20目、40目和80目，摻量為25%（外摻）、反應(yīng)溫度為180℃時(shí)樣品的性能。

（1）180℃旋轉(zhuǎn)黏度

從圖6中可以看出，摻入不同細(xì)度的膠粉，過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青的180℃旋轉(zhuǎn)黏度均低于普通橡膠瀝青，且改性前后橡膠瀝青的黏度均隨膠粉細(xì)度的增加而增大，但膠粉細(xì)度對(duì)于黏度的影響小于膠粉摻量。

（2）軟化點(diǎn)、25℃針入度、5℃延度

從圖7中可以看出，過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的軟化點(diǎn)均隨膠粉細(xì)度的增加而變大，但變化并不顯著。改性橡膠瀝青的軟化點(diǎn)高于同等膠粉細(xì)度下的普通橡膠瀝青，改性后高溫性能略有提高。

從圖7中可以看出，過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青針入度低于同等膠粉細(xì)度下普通橡膠瀝青，改性前后，橡膠瀝青的針入度均隨膠粉細(xì)度的增大而降低，說(shuō)明改性劑和細(xì)度的提高均對(duì)低溫性能有益。

過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的延度均隨膠粉細(xì)度的增大而提高，但細(xì)度的影響并不顯著；不同細(xì)度下，改性后橡膠瀝青的延度較改性前提升較大。

（3）彈性恢復(fù)性能

從圖8中可以看出，膠粉細(xì)度的增大對(duì)改性前后橡膠瀝青的彈性恢復(fù)性能產(chǎn)生有利作用，改性劑則降低了彈性恢復(fù)性能，但細(xì)度和改性劑的作用均不顯著。

2.3 不同反應(yīng)溫度

為了研究橡膠瀝青性能受反應(yīng)溫度變化的影響，測(cè)定膠粉細(xì)度為40目、膠粉摻量為25%，反應(yīng)溫度分別為180℃、190℃時(shí)樣品的性能。

從圖9中可以看出，當(dāng)反應(yīng)溫度由180℃升至190℃，過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的黏度、彈性恢復(fù)、軟化點(diǎn)、針入度、延度性能均有所提升，可能是由于在更高溫度下，膠粉和瀝青的反應(yīng)更為充分，提高了相容性。但反應(yīng)溫度對(duì)性能的影響較小，遠(yuǎn)小于膠粉摻量對(duì)性能的影響。

3 結(jié)論

研究結(jié)果顯示，隨著膠粉摻量的增加、膠粉細(xì)度的增大及反應(yīng)溫度升高，過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的性能均有所提升，其中黏度、軟化點(diǎn)、延度和彈性恢復(fù)變大，針入度降低。與普通橡膠瀝青相比，過(guò)氧化氫-硫酸鐵復(fù)合改性橡膠瀝青中瀝青和膠粉的相容性更好。改性橡膠瀝青的黏度有所降低，更利于實(shí)際應(yīng)用中的拌和、攤鋪和碾壓，軟化點(diǎn)提高，對(duì)高溫性能有利，針入度下降、延度增大，對(duì)低溫性能有利，更有利于低溫施工。