老化橡膠粉及其改性瀝青的路用性能研究

楊西銘

（江西城際公路工程有限公司，江西 南昌 330000）

1 引言

近年來，由廢舊輪胎磨細而制成橡膠粉已被證明既解決廢舊輪胎引起環境問題的有效途徑，還可有效用于基質瀝青和瀝青路面，同時為處理每年產生的數億條廢舊輪胎提供了一種保護環境的可持續方法[1-3]。

20世紀60年代，Chales McDonald[4]首先發明了將廢胎膠粉加工成橡膠粉生產橡膠瀝青的技術，在70年代中期首次將橡膠瀝青用于開級配的瀝青混凝土中。1996年，Abdelrahman[5]首次研究了瀝青和橡膠粉的反應機理。南非的廢舊輪胎粉在公路建設中的應用十分成功，擁有超過20年但仍然完好的橡膠瀝青路面。在法國，橡膠瀝青的攤鋪量已經超過100萬m2，認為橡膠瀝青多孔隙路面在排水性能、抵抗重交通、抗剪切和抵抗不良氣候影響等方面比普通瀝青多孔隙路面具有更多的優勢[6]。Ibrahim[7]等闡述了γ輻射對廢舊輪胎橡膠用于改性瀝青的影響，研究了橡膠粉改性瀝青的抗老化特性和流變性能。在國內，20世紀80年代初，同濟大學研究了廢胎膠粉與瀝青溶脹反應后的黏度變化規律和橡膠瀝青混合料的路用性能，并鋪設了橡膠瀝青試驗路。肖鵬等[8，9]研究了橡膠瀝青紫外光和水老化后的性能變化，使用布氏黏度儀、動態剪切流變儀、彎曲流變儀測試紫外光老化后的橡膠瀝青的軟化點、黏度、疲勞因子、蠕變勁度和蠕變速率。李寧利等[10，11]提出了適合橡膠瀝青的老化方法，并探究了橡膠瀝青的老化機理。齊秀廷等[12]采用室內紫外試驗箱模擬室外紫外照射條件，對溫拌橡膠瀝青進行紫外老化，研究了紫外老化對溫拌橡膠瀝青流變性能的影響。

綜合上述文獻，雖然對于橡膠瀝青的研究和應用比較廣泛，而針對由于廢舊輪胎在使用過程中已受到光、熱自然環境的侵蝕，產生一定程度的老化，從而在使用橡膠粉制備橡膠瀝青時，無法獲知橡膠粉的老化程度知之較小。因此，本文在篩選不同粒徑橡膠粉的基礎上，利用老化試驗儀在不同溫度和不同老化時間條件下對橡膠粉進行老化，并制備相應的橡膠瀝青，測試不同老化程度橡膠粉對其改性瀝青流變性能的影響。

2 原材料性質及橡膠改性瀝青的制備

2.1 基質瀝青的性質

本文所使用的瀝青為SK90#基質瀝青，其基本性能指標見表1。

表1 SBS I-C改性瀝青主要性能指標

2.2 橡膠改性瀝青的制備

選用60目、100目兩種粒徑的橡膠粉，將等量60目、100目兩種粒徑的橡膠顆粒倒入直徑140mm±9.5mm的老化盤中，放入耐黃變試驗機中進行熱-氧-紫外老化，老化時間為6h、12h，老化溫度為60℃。

將SK90#基質瀝青盛入容器中，加熱至流動狀態，溫度控制在180℃±5℃，向加熱的基質瀝青中分別倒入稱量好的橡膠粉（60目、100目兩種粒徑，未老化、老化6h、老化12h），在摻加橡膠粉的同時，利用攪拌器以500r/min的速度攪拌至橡膠粉摻加結束。利用高速剪切機以5000r/min的速度剪切45 min，將高速剪切后的橡膠瀝青控制溫度為180℃±5℃，利用攪拌器以500r/min的速度攪拌，發育60min，即制備了老化橡膠粉改性的橡膠瀝青。

3 老化橡膠粉制備的橡膠瀝青路用性能

3.1 針入度

不同粒徑、不同老化程度的橡膠粉對橡膠瀝青針入度（25℃）的影響見圖1。

由圖1可以看出，60目橡膠瀝青的針入度隨著橡膠粉老化程度的加重逐漸增加，但老化6h的針入度和未老化的結果相差不大，這是由于隨著老化時間的延長，橡膠內部分子交聯結構部分被破壞，導致制備的橡膠瀝青的稠度下降，針入度增大，而100目橡膠瀝青的針入度未表現出一定的規律性。

圖1 橡膠瀝青針入度

3.2 軟化點

不同粒徑、不同老化程度的橡膠粉對橡膠瀝青軟化點的影響見圖2。

圖2 橡膠瀝青軟化點

由圖2可知，60目橡膠瀝青軟化點變化趨勢與100目橡膠瀝青變化趨勢是一致的，均隨著橡膠粉老化程度的加重，制備的橡膠瀝青軟化點逐漸升高，并且60目橡膠瀝青的軟化點基本大于100橡膠瀝青的軟化點，除橡膠粉老化12h的情況。說明橡膠粉的摻加提高了橡膠瀝青的高溫特性，這是由于橡膠粉與瀝青結合后，膠粉吸收了瀝青中的輕質組分，使得橡膠瀝青具備了更好的路用性能。

3.3 延度

圖3 橡膠瀝青延度

不同粒徑、不同老化程度的橡膠粉對橡膠瀝青延度的影響見圖3。

由圖3可知，60目橡膠瀝青延度和100目橡膠瀝青延度變化趨勢相同，均隨橡膠粉老化程度的加深而減小，但100目橡膠瀝青的延度大于相應的60目橡膠瀝青，說明100目橡膠瀝青的低溫性能優于60目橡膠瀝青，這是因為100目的橡膠粉粒徑較小，比表面積較大，與基質瀝青的接觸多，物理化學反應更充分，增強了低溫性能。

3.4 車轍因子

車轍因子是衡量瀝青材料永久變形能力的一個指標，車轍因子越大，瀝青在高溫時的耗能越少，流動變形越小，抗車轍能力也就越強。不同粒徑、不同程度的橡膠粉對橡膠瀝青車轍因子的測試結果見圖4和圖5。

由圖4和圖5發現，兩種粒徑橡膠瀝青的車轍因子均隨溫度的升高而下降，說明隨著溫度的升高，橡膠瀝青抵抗高溫永久變形的能力下降。未老化橡膠粉制備的橡膠瀝青車轍因子均最大，老化6h和12h后的橡膠粉制備的橡膠瀝青車轍因子逐漸減小，高溫性能下降，這與軟化點的變化趨勢是一致的，同一溫度下，60目老化橡膠粉制備的橡膠瀝青，其車轍因子大于100目橡膠瀝青的車轍因子。在50℃之前，車轍因子迅速下降，70℃之后的車轍因子相對于35℃的車轍因子，已接近0，說明此時的橡膠瀝青基本不具有抵抗高溫變形的能力。這是因為橡膠瀝青從低溫時的高彈態向高溫時的黏流態轉化，瀝青在剪切試驗中所受的最大剪切應力減小，而最大剪切應變卻增大，復合剪切模量會降低；同時，隨著溫度的升高，會使瀝青材料的黏彈性質中的黏性成分增加，彈性成分減小。

圖4 60目橡膠瀝青車轍因子

圖5 100目橡膠瀝青車轍因子

4 結語

①60目橡膠瀝青的針入度隨著橡膠粉老化程度的加重逐漸增加，而100目橡膠瀝青的針入度未表現出一定的規律性。

②隨著橡膠粉老化程度的加重，兩種粒徑老化橡膠粉制備的橡膠瀝青軟化點逐漸升高。

③兩種粒徑老化橡膠粉制備的橡膠瀝青的延度均隨橡膠粉老化程度的加深而減小，但100目橡膠瀝青的延度大于相應的60目橡膠瀝青。

④兩種粒徑橡膠瀝青的車轍因子均隨溫度的升高而下降，同一溫度下，60目老化橡膠粉制備的橡膠瀝青，其車轍因子大于100目橡膠瀝青的車轍因子。