橡膠和改性瀝青儲存穩(wěn)定性能研究

陳 振 華

(廣東交通實業(yè)投資有限公司，廣東 廣州 510100)

1 概述

橡膠瀝青在減少反射裂縫，疲勞裂縫和增加路面耐久性方面表現(xiàn)出良好的改善性能。在應(yīng)用橡膠粉方面，一個值得注意的共識是，從環(huán)保的角度來看，利用了需要長時間才能自然降解的輪胎廢物。SBS，由于其彈性和熱塑性的特性，被劃分為熱塑性橡膠類，是一種被廣泛利用的改性劑[1]。雖然廢膠粉已被廣泛使用，因其與SBS相比成本低，但橡膠瀝青在使用壽命期間抵抗熱的能力減弱，因而限制了其在廢舊路面再生的機會。因此，有必要進一步研究利用廢膠粉以及SBS的復(fù)合改性。

康愛紅等采用離析試驗方法(CBT)、熒光顯微照相技術(shù)和紅外光譜法對廢膠粉改性瀝青進行微觀結(jié)構(gòu)分析，表明：橡膠改性瀝青存儲穩(wěn)定性相應(yīng)較差，廢膠粉摻量越大，基質(zhì)瀝青中游離的廢膠粉增加，致使離析變大[2]。梁明等采用的儲存試驗表明從鋁管底部取到的試樣的黏度通常比頂部大，這一差別隨著膠粉顆粒的增大而越來越明顯，顯示出穩(wěn)定性差的趨勢[3]。WANG Yi等的研究結(jié)果表明采用高溫儲存不可避免地影響了橡膠瀝青的性能，橡膠瀝青在高溫下長期儲存應(yīng)該避免[4]。熊萍等對不同的改性瀝青，在不同熱儲存時間下，試驗研究其離析后的動態(tài)剪切流變性能，據(jù)此提出用離析率Rs來評價改性瀝青的儲存穩(wěn)定性[5]。

綜上所述，盡管在SBS改性瀝青，橡膠瀝青，CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青方面的研究頗多，但三者之間的常溫儲存性能還沒系統(tǒng)研究總結(jié)過。本文的主要目的是結(jié)合室內(nèi)試驗，研究橡膠瀝青、SBS改性瀝青、復(fù)合橡膠瀝青常溫儲存后性能的衰變規(guī)律，并分析其儲存穩(wěn)定性能的情況。

2 試驗材料與試驗方法

2.1 試驗材料

在本文中，采用的是加德士90號瀝青，其性能指標(biāo)和化學(xué)組成見表1。苯乙烯—丁二烯—苯乙烯共聚物(SBS)是一種星型結(jié)構(gòu)的聚合物。廢膠粉是由常溫粉碎法由廢輪胎加工制成的，顆粒大小為30目(0.6 mm)。

表1 加德士A-90瀝青性能指標(biāo)

2.2 橡膠瀝青、SBS改性瀝青、CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青的制備

三種瀝青的改性工藝如下：

1)橡膠瀝青：基質(zhì)瀝青加熱到165 ℃，加入膠粉，21%外摻量，180 ℃下攪拌1 h。

2)SBS改性瀝青：基質(zhì)瀝青加熱到165 ℃，加入SBS，攪拌加熱到180 ℃溶脹30 min，剪切1 h，剪速4 000 rpm，剪切完成后加入穩(wěn)定劑和抽出油，并在170 ℃下發(fā)育2 h～3 h。

3)CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青(不加穩(wěn)定劑)：基質(zhì)瀝青加熱到165 ℃，加入2%SBS，攪拌均勻后加入17%外摻量橡膠粉，180 ℃攪拌1 h，剪切2 h，剪速4 000 rpm，最后180 ℃下攪拌發(fā)育2 h。

4)CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青(加穩(wěn)定劑)：基質(zhì)瀝青加熱到165 ℃，加入2%SBS，攪拌均勻后加入17%外摻量橡膠粉，180 ℃攪拌1 h，剪切2 h，剪速4 000 rpm，最后180 ℃下攪拌發(fā)育2 h，之后在其中加入0.14%穩(wěn)定劑并攪拌30 min。

2.3 試驗方法

將制得的三種瀝青裝入規(guī)定的離析試管(直徑2.5 cm，高度14 cm)中,垂直放進163 ℃±1 ℃下放置48 h。然后將離析試管取出,放入冰箱中至少4 h。待冷卻后，將樣品分成3部分，舍去中間部分，將頂部和底部的1/3試樣用來做軟化點試驗并取少量瀝青制片。

熒光顯微鏡是研究聚合物改性瀝青穩(wěn)定性的有效工具。改性瀝青中的聚合物相有一個特點：當(dāng)聚合物相在受到短光波激發(fā)時可以散發(fā)出波長較長的光。利用這個原理，可采用熒光光源激發(fā)出的光(最好是藍光)照向改性瀝青，聚合物相在熒光的激發(fā)下會反射出波長較長的黃光(當(dāng)光源為藍光時)，而瀝青相則不激發(fā)出任何光，因此在熒光顯微鏡下就可以清楚地分辨出聚合物相(黃色)和瀝青相(黑色)[6]。

3 試驗結(jié)果

3.1 常溫儲存后對三種瀝青黏度、軟化點的影響

為研究橡膠瀝青、SBS改性瀝青、CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青的儲存穩(wěn)定性，本文以黏度和軟化點作為重點，觀測橡膠瀝青、SBS改性瀝青、CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青放置不同天數(shù)的常溫儲存后這兩項指標(biāo)的變化。由于復(fù)合橡膠瀝青的常溫儲存后其性能變化情況未知，故選取較長的儲存時間來研究，因此本文選取了將三種瀝青放置1 d,6 d,12 d作對比研究。橡膠瀝青、SBS改性瀝青、CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青放置不同天數(shù)后黏度、軟化點變化分別如表2～表4和圖1～圖3所示。

表2 橡膠瀝青180 ℃黏度、軟化點試驗記錄

由表2,圖1分析可知，從圖1中可看到黏度與軟化點的變化規(guī)律不一致。橡膠瀝青放置時間越長，瀝青黏度變化增大，說明二次、三次加熱后橡膠繼續(xù)溶脹，瀝青芳香分和飽和分減少，黏度增加，這不利于橡膠瀝青的施工流動性能。因此，橡膠瀝青加工后不能久放，且不宜多次加熱，一般4 h內(nèi)用完最好。加熱次數(shù)對橡膠瀝青軟化點的影響不是很大，這主要是因為黏度過大，橡膠粉不會發(fā)生離析，因而軟化點差別不大。

表3 SBS改性瀝青135 ℃黏度、軟化點試驗記錄

由表3,圖2分析可知，SBS改性瀝青放置時間越長，瀝青黏度、軟化點的變化都是減小，但減小幅度不大，故放置一段時間對SBS改性瀝青的性能影響不顯著。因此，SBS改性瀝青加工后在常溫下儲存，其性能指標(biāo)不會降低。

表4 CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青180 ℃黏度、軟化點試驗記錄

由表4和圖3分析可知，從圖3中可看到黏度與軟化點的變化規(guī)律不一致。隨著CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青放置時間增長，黏度變化逐漸減小，但總幅度不大，軟化點先減小后增大。因此，CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青加工后不能久放，最好生產(chǎn)完畢立即使用。

3.2 離析試驗結(jié)果及熒光顯微圖分析

3.2.1離析試驗結(jié)果分析

上述三種瀝青分別在第1天，第6天，第12天做離析試驗，分析其常溫儲存后穩(wěn)定性能評價，采用離析后軟化點的變化評價其穩(wěn)定性能，同時分別從離析管中取頂部和底部的試樣制片，采用熒光顯微鏡來分析其儲存性能的變化情況。其中離析試驗記錄見表5，三種瀝青第1天，第6天，第12天離析后頂部與底部的熒光顯微鏡圖見圖4～圖6。

表5 三種瀝青離析試驗記錄

由表5，橡膠瀝青第1天、第6天、第12天離析試驗頂部和底部的軟化點之差都在2.5 ℃之內(nèi)，這是否說明橡膠瀝青的儲存穩(wěn)定性就比較好，其實不然，因為橡膠瀝青主要以物理溶脹為主，30目(0.6 mm)的膠粉在瀝青中大部分還是以顆粒的形式存在的，而其高黏度特性導(dǎo)致其軟化點差別不大，因而不適宜用離析試驗來評價橡膠瀝青的儲存穩(wěn)定性，或者說可以適當(dāng)提高離析試驗的溫度來研究其儲存穩(wěn)定性能。梁明[3]的研究也證明了這一點。

SBS改性瀝青第1天，第6天，第12天離析試驗頂部和底部的軟化點之差都在2.5 ℃之內(nèi)，說明SBS改性瀝青放置時間長不影響其性能。SBS改性瀝青第1天的軟化點比第6天、第12天的要大，這是因為改性劑經(jīng)強力剪切形成細絲，并在輕質(zhì)組分的作用下發(fā)生溶脹，在制備后的初期，由于短期SBS與瀝青相互牽引，形成彈性網(wǎng)絡(luò)處于應(yīng)力狀態(tài)，而放置一段時間以后，由于應(yīng)力松弛作用，彈性網(wǎng)絡(luò)變得松弛導(dǎo)致軟化點較低[7]。

為研究復(fù)合橡膠瀝青的儲存穩(wěn)定性，設(shè)計加與不加穩(wěn)定劑的方案，試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)在CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青在制備完的第1天內(nèi)其儲存穩(wěn)定性滿足要求，但第6天、第12天發(fā)現(xiàn)其離析的比較嚴重，隨著存儲時間的增長，是否加穩(wěn)定劑對離析試驗結(jié)果的影響減小。這和前述所說的CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青加工后不能久放，即使加入穩(wěn)定劑也不能有效改善，因此，最好生產(chǎn)完畢就立即使用相吻合。

3.2.2離析試驗熒光顯微圖分析

第一天的熒光顯微圖見圖4，首先，橡膠瀝青的離析變化不大。其次，多次試驗表明，加入穩(wěn)定劑后SBS改性劑在熒光顯微鏡中是看不到的，而不加穩(wěn)定劑可明顯看到SBS改性劑的分布。最后，無論復(fù)合橡膠瀝青中添加穩(wěn)定劑與否，清晰的看到膠粉沉積在底部而SBS改性劑凝聚在頂部，表明復(fù)合橡膠瀝青離析嚴重，生產(chǎn)完后應(yīng)立即使用。

第6天橡膠瀝青，改性瀝青試樣的顯微圖與第1天基本類似，顯微圖顯示橡膠瀝青的離析變化不大。SBS改性瀝青底部SBS改性劑稍微比頂部多，略有離析。而CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青加和沒加穩(wěn)定劑中的SBS改性劑都在頂部聚集，離析較嚴重。

第12天橡膠瀝青，改性瀝青試樣的顯微圖與第1天基本類似，結(jié)果表明橡膠瀝青的離析變化不大。SBS改性瀝青的試樣中看不出改性劑的分布情況。復(fù)合橡膠瀝青加和沒加穩(wěn)定劑中的SBS改性劑在顯微圖中已看不到分布情況，這可能與放置時間長后，膠粉與少量的SBS結(jié)合在離析后沉積在底部，軟化點差大于10 ℃以上。

4 結(jié)語

1)因橡膠瀝青的高黏度，故橡膠瀝青的儲存穩(wěn)定性不適宜用聚合物離析試驗來評價。橡膠瀝青的熒光顯微鏡圖像表明，膠粉在其中的分布形態(tài)是細長的、條狀的。

2)SBS改性瀝青的常溫儲存穩(wěn)定性好，在常溫儲存不影響其性能指標(biāo)。試驗結(jié)果表明，加入穩(wěn)定劑后的SBS改性劑在熒光顯微鏡中看不到分布情況。

3)CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青儲存后，由于復(fù)合橡膠瀝青具有大摻量的膠粉顆粒，并沒有形成類似SBS改性瀝青的網(wǎng)狀結(jié)果，故而SBS改性劑凝聚在頂部，而膠粉沉積在底部，這說明了CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青離析嚴重，儲存穩(wěn)定性差，加工完畢宜立即使用。