不同摻量膠粉對瀝青性能影響的研究

田國

（山東省濟寧市微山縣交通運輸服務中心，山東 濟寧 277600）

0 引言

瀝青路面一直是我國高速公路建設和大中城市路面建設的重點路面構成，伴隨著經濟社會的高速度發展，高速公路工程項目的建設規模逐漸增大，路面技術標準逐步提高，對瀝青建筑材料市場的供應量，尤其是新興高性能瀝青建筑材料的需求量也開始增加。

運用相關的物理學理論和化學特性，能夠對水泥瀝青材料進行改造，從而生成一種新的材料并將其作為道路輔料。同時，還可以合理利用廢舊的輪胎物料，將其磨碎之后充分攪拌，并在高溫條件下加入瀝青混凝土材料中，這樣不僅可以增強瀝青混凝土在鋪路過程中的柔韌度，還能吸附瀝青混凝土材料中的油蠟，從而提高瀝青混凝土鋪路材料的耐高溫性，實現對于瀝青的改性，提高鋪路瀝青混凝土材料的抗老性能，提高其彈力。對比傳統的鋪路材料水泥瀝青而言，這種方式不僅能夠提高道路的柔韌度，還能緩解道路反光的情況，提高行車的舒適度，同時還能提高道路的安全性，降低3～8dB的噪音，相當于降低了30%～40%的道路車流速，改善了道路的機械性質，并延長了道路的使用壽命。所以，本文對膠粉改性瀝青的研究，將產生巨大的理論作用與工程意義[1]。

1 膠粉改性瀝青的試驗內容

1997年，ASTM（美國聯邦建筑材料與測試聯合會）將橡皮瀝青料（AsphaltRubber，簡稱為AR）界定為由瀝青料、可回收的輪胎膠粉末以及一些添加劑混合而成的膠結料，其橡膠成分占總數的15%以上，并需要橡皮顆粒和熱瀝青料的完全化學反應形成熱溶脹。國外對膠粉改造瀝青涂料長達20余年的應用結果也顯示，與一般的水泥瀝青料相比，橡皮水泥瀝青料具備了耐高熱變形、耐低溫裂縫、防止熱反射裂紋的產生、持久性較好等優勢。而改性的膠粉摻入量，也是影響橡皮水泥瀝青料特性的一項主要因素。

其他各國也對橡皮水泥瀝青料中的膠粉摻入量有相似規定。主要對各種膠粉摻雜度的橡膠瀝青進行了特性測試，并分析了各種比例的橡膠粉對摻雜度橡膠瀝青特性的影響。

1.1 材料的選擇

此次試驗主要選擇AH-70作為鋪路材料，選擇廢舊車胎的重新加工改性膠粉作為改進劑。瀝青材料在高溫條件下升溫至160oC，然后把膠粉按比例逐漸摻入瀝青料中并連續攪拌，攪拌時間為10min，瀝青材料在這一過程中發生改性，然后將其放入高速剪切乳化機中，在經過200oC、5000r/min長達一個小時的處理過程中，進一步加熱并排出氣泡，而后再根據既有規定制成試模。經過檢測試驗發現，改性瀝青在高溫條件下的穩定性、抗裂特性、抗老化特性更強，同時還具有更好的彈性復原性，并具備感溫特性[2]。

1.2 試驗過程

根據上述試驗條件可以得出，不同的膠粉摻雜度下橡膠瀝青的針入度數值，在生產要求和改性膠粉細化性能基本不變的情況下，會隨著廢胎膠粉摻雜量的增加而升高，膠瀝青軟化點也呈現遞增。在5oC的延度下，與普通的硫化橡膠瀝青相比，脫硫橡膠瀝青的溫度變化規律要平穩得多。而通過對試驗條件和數據的分析可以發現，膠瀝青料的軟化點遠高于基質瀝青，這表明，相對瀝青料的高溫特性，硫化橡膠粉具有更顯著的溫度提高效果。這主要是因為，在不同增味劑的共同作用下，硫化膠粉的熱穩定性能良好，而粒子的膠分子則呈現出交聯結構特點，這有助于改善瀝青料的熱穩定性能。膠粉劑量的增大，能夠制造出質量更好的改性瀝青，從而獲得良好的改造效果。也就是說，一方面膠微粒結與瀝青料分子融合后數量增多，另一方面也會增加瀝青料中空隙網狀構造（瀝青質的膠體與溶脹的橡膠粉）的概率。因此，由上述分析能夠發現，隨著膠粉劑量的增加，無論增加40%還是60%，軟化點上升的勢頭都會逐漸變緩。當橡膠瀝青的摻入量超過20%時，軟化點到達最高值，而當摻入量上升到25%時，橡膠瀝青的軟化點卻會降低[3]。

2 試驗結果

以橡膠粉中不同的摻適量比例（5%，10%，15%，20%，25%）對瀝青進行改性，其試驗結果見表1。

表1 膠粉瀝青試驗結果

由試驗結果可知，體積摻量-針入度：在試驗過程中，當瀝青中加入了改進劑，瀝青的針入度會隨著廢膠或胎粉量的提高而發生變化，當膠粉摻度較低時，瀝青料比較硬，但有的瀝青料則比較軟，這與瀝青料的種類有重要關系。當膠粉摻度較高時，橡膠合成瀝青料會隨著膠粉用量的增加而逐漸軟化，這是由于膠粉吸附了聚合物瀝青料中的油分，在溶脹后仍均勻地排布于聚合物瀝青料中，從而導致聚合物瀝青料的整體軟化。

外加劑摻量-黏度：黏度是橡膠瀝青料最主要的特點，黏度較高的瀝青混凝土料在荷載作用下，形成了較小的剪切強度變化，彈力復原性能較好，這與水泥瀝青混料的動態穩定性相關。從試驗結果可以得出，黏度變化與水泥瀝青混料的動態穩定性規律顯然大于針入量和軟化點指數。由這一指標可以看出，膠粉的添加可以明顯提高瀝青料的黏度，并且由于摻雜量的增加，橡膠瀝青的黏度也會迅速增加。

摻量-軟化點：此次試驗所選擇的AH-70型瀝青，經過添加車胎廢料后，軟化點增加，耐高溫性能有所提高，感溫特性發生了改變。具體來說，在膠粉摻量達到15%左右時，瀝青的軟化點發生了變化，溫度提高了7.9%；當溫度達到60oC時，黏度大大提高，且軟化點在此時達到了8oC；當膠粉摻量繼續提高到15%以上時，各項指標的增長幅度都逐漸減小。

外加劑摻量-延度：就試驗結果而言，大部分材料的延度值保持在20～35，小于基質瀝青。但是也可以看到，外加劑摻量對延度的作用比較明顯，隨著摻度的提高，延度也逐漸上升，但總體的變化幅度較小。

附加劑摻量-針入度指數：附加劑摻量-針入度在10%～20%期間，針入度指數的改變較為強烈，當膠粉摻雜量超過20%時，針入度指數值基本固定。而路面瀝青料的針入度指數應在溫度值系數范圍內，因此，道路膠粉混入量必須以5%～15%的針入度指數來滿足此要求。

摻量-柔韌性修補：廢膠胎粉本身就是一種優良的柔韌建筑材料，瀝青混凝土柔韌恢復力量的增強，能夠減輕負載效應的殘余變化，從而減少對路面的損害。試驗結果表明，由于提高了廢膠胎粉的摻量，瀝青的彈力恢復速率也得以提高。

摻量-短期老化：從覆膜電烘焙前后的針入度對比可以發現，橡膠瀝青電烘焙后的針入度均超過了70%，其烘箱后的膠水泥瀝青黏度也提高了，變軟點也比基質水泥瀝青少，這表明，膠混凝土瀝青的抗變老力比基體水泥瀝青強[4]。

摻量-當量脆點：試驗證明，將當量脆點作為評判瀝青結合料在低溫下抗裂特性的重要指標是合理的，這使得使用過程當中的性能提高。

2.1 膠粉的摻量及對橡膠瀝青低溫延度的影響

根據上述的試驗條件，可以得出不同膠粉摻雜度下橡膠瀝青的最大延度數值。當增加了廢胎膠粉后，經由變化分析可以發現，由于膠粉摻雜量的增大，橡膠瀝青的5oC延度曲線出現了顯著改變。這表明，相比基質瀝青，橡膠瀝青的低溫特性有了顯著提高。在橡膠瀝青的5oC延度下，當膠粉摻雜率超過20%時，基本滿足技術標準。這主要是因為在混合和溶脹的步驟中，由于膠顆粒吸收了基質瀝青料中的部分，導致瀝青料在一定溫度下發脆的特性顯著下降，從而提高了膠黏結構中溶膠的濃度，延緩了裂縫的出現。

2.2 廢胎膠粉摻雜量對橡膠瀝青韌性恢復程度的影響

按照以上的試驗要求和數據分析，可以得出各種膠粉摻雜度下橡膠瀝青的彈力恢復統計數據。通過對廢胎膠粉的添加情況可以看到，不同膠粉摻雜度的選擇能夠提高瀝青的彈性恢復性能。在溶脹過程中，改性橡膠粉吸附了瀝青中的輕質部分，這一方面是因為廢胎膠粉的添加改變了瀝青膠體的分子結構，另一方面是因為硫化膠粉本身產生了高彈的化學特性，導致基質瀝青中高分子數目的瀝青質和膠質濃度也有所提高，從而提高了其彈性恢復性能。同時，通過數據的變化可以發現，當膠粉摻量在15%～20%時，對彈性的恢復是最有用的。而且，其彈性恢復性能會隨著廢胎膠粉的摻量增長而呈上升狀態，當膠粉摻量超過15%時，彈性恢復滿足要求。但是，彈性恢復指標卻在膠粉摻量超過20%及以上時，出現了下滑。

2.3 膠粉的摻量對橡膠瀝青布氏旋轉黏度的影響

根據上述的試驗條件，可以得出不同膠粉摻雜度下橡膠瀝青的旋轉黏度數值。通過橡膠瀝青的布氏黏度變化情況可以看出，摻量較低，處于10%～15%時，布氏黏度相差不大，但其會隨著膠粉摻入量的增加而逐漸升高，在膠粉摻入量較大時，布氏黏度的上升幅度也較為明顯。這是由于在較高的攪拌溫度下，較低膠粉摻雜度的橡膠瀝青更接近基質瀝青的特性，有著明顯的牛頓流體特性，因此黏度值較低、差別較小，而膠粉的20%摻雜度與25%摻雜度的橡膠瀝青的布氏黏度值差異也不大。

通過試驗可得，在膠粉與瀝青質量百分比達到15%時，改性瀝青的各項指標表現穩定，基本性能滿足要求：黏度有所提高，且抗高溫性能在175～185oC之間，初壓溫度在165～170oC之間；改性瀝青的針入度下降，當量脆點下降，而軟點、黏度和當量變軟點有所提高，這說明改性瀝青的高溫特性、低溫特性得以提高，同時PI值增加，感溫性能更好。

當前，改性瀝青已經逐漸被應用于鋪路工程中，成為一種新興的材料。它不僅可持續清潔，還能夠對周邊環境產生積極作用，節約施工成本，減少鍋爐噪音，提高駕駛性能。

3 結語

在橡膠瀝青材料的制造和運送過程中，儲存時間是一個十分關鍵的問題。由于膠粉和瀝青料等高分子材料的分子鏈不一致，導致相互間不相溶。再加上膠粉的前后加量很大（15%～20%），增加了膠粉瀝青材料的黏稠度，使膠粉和水泥瀝青料更容易發生混凝土離析，從而產生了裝載、搬運的問題。但總體來說，由于膠粉摻雜程度的提高，橡膠瀝青混凝土材料的性能也會更好，當膠粉摻雜度在15%以下時，所改性的橡膠瀝青混凝土材料的性能基本可以達到國家交通運輸部推薦的標準。但當膠粉摻雜程度超過20%甚至更高時，橡膠瀝青混凝土材料的性能會發生改變，但不明顯。從施工技術的可行性考慮，15%～25%的膠粉摻雜度是相對科學、合理的范圍，具體可以根據實際情況，通過在施工項目中進行預測試來確定，從而得到技術性能優異的橡膠瀝青料，并盡量保持其優秀的特性，使其在道路施工過程中得到更好的應用和發展。