基于配伍性分析的高摻量橡膠瀝青路用性能研究

包啟云 劉國濤

(云南省建設投資控股集團有限公司,云南 昆明 650501)

0 引言

目前橡膠瀝青通常膠粉摻量為15%～18%，而高摻量橡膠瀝青能達到20%～25%左右。當膠粉摻量增加時，增加了廢舊輪胎利用率，同時增大了瀝青黏度，較高的黏度提高了橡膠瀝青高溫性能和抗水損害性能，但黏度過大導致瀝青儲存穩定性差，同時降低施工和易性。如何合理提高膠粉摻量，加大廢舊輪胎利用率，同時優化高摻量橡膠瀝青制備工藝和配伍性，解決橡膠瀝青存儲穩定性差是急需解決的問題。

研究表明[1]，當膠粉磨細均勻分散在基質瀝青中，改性瀝青體系更加穩定，能夠更好的提高橡膠瀝青高溫存儲穩定性。但過細的膠粉容易導致膠粉過度脫硫降解，影響橡膠瀝青性質。針對高摻量橡膠瀝青配伍性和高存儲穩定性研究，本文通過改性瀝青離析指標以及PG分級試驗，研究膠粉用量、化學添加劑等對橡膠瀝青性能的影響，并通過水穩定性試驗和高溫車轍試驗，評價高摻量橡膠瀝青路用性能。

1 試驗方案

為了將膠粉進一步磨細，本文采用高速剪切乳化機在橡膠瀝青制備過程中對膠粉進一步細化，高速剪切乳化機的剪切速率為4 000 rpm。由于膠粉細度發生較大改變，膠粉的溶脹速率和程度與傳統現場濕法橡膠瀝青將有不同程度的差異，橡膠瀝青的物化性能也將發生變化。因此，本文在最佳工藝條件下[2]，分析膠粉用量、化學添加劑等對橡膠瀝青性能的影響。

本文選擇采用基質瀝青、膠粉等原材料進行性能評價和配伍性及工藝研究。其中基質瀝青為SK-70號重交瀝青[3]。膠粉選擇30目貨車輪胎膠粉。交聯劑選擇升華硫磺。活化劑選擇橡膠活化劑420(烷基苯酚二硫化物等)通過選擇17.5%，20.0%，22.5%，25.0%幾種不同摻量膠粉，研究膠粉摻量對橡膠瀝青性能的影響。高摻量橡膠瀝青制備工藝為：不同摻量膠粉先在160 ℃的基質中浸泡45 min，使膠粉充分溶脹。然后采用剪切乳化機在180 ℃，轉速為4 000 rpm條件下，剪切45 min，制備不同膠粉摻量橡膠瀝青進行PG分級試驗[4]。

2 配伍性分析

2.1 膠粉摻量

通過分析不同摻量膠粉橡膠瀝青三大指標及離析值，研究不同摻量膠粉對橡膠瀝青性能影響。試驗結果如表1所示。

表1 膠粉摻量對橡膠瀝青性能的影響

由表1試驗結果可知，隨著膠粉摻量的增加，粘度逐漸增大，限制了瀝青體系流動性。同時隨著針入度減小，延度降低。分析主要是由于隨著橡膠顆粒增加，改性體系彈性逐漸增大。但由于膠粉顆粒在改性體系形成應力集中，造成橡膠瀝青延度減小。而離析值隨著膠粉摻量增大而減小，橡膠瀝青穩定性變好。隨膠粉摻量增大，體系粘度增加，根據Stoke沉降公式，體系粘度增大降低沉降速度，提高穩定性。但摻量過高時，粘度過大，造成橡膠瀝青不宜施工。當膠粉摻量為25%時，各項指標綜合性能較好。

2.2 PG等級分析

選擇25%摻量膠粉，硫化劑0.5%(占膠粉含量)，活化劑0.3%，制備高摻量橡膠瀝青。通過PG分級試驗關鍵性能指標研究高摻量性能[5]，試驗結果如表2所示。

表2 高摻量橡膠瀝青PG等級測試

根據表2評價結果，高摻量橡膠瀝青的各項指標均滿足相關技術要求，且滿足PG82-28指標要求，具有良好地高低溫性能。綜上，橡膠瀝青的各項性能與加工溫度、加工時間、膠粉類型與摻量、添加劑等因素息息相關，為獲得儲存性能良好的高摻量橡膠瀝青，可根據物理細化膠粉顆粒和化學改性的原理，通過選擇合理的加工工藝、合適的材料和材料用量等制備性能優良的高摻量橡膠瀝青。

3 穩定性分析

高摻量橡膠瀝青具有良好的存儲穩定性，為進一步評價高摻量橡膠瀝青的存儲穩定性，本文分別通過室內和現場試驗測試一定溫度下不同存儲時間的高摻量橡膠瀝青177 ℃黏度[6]。

室內試驗是將高摻量橡膠瀝青置于177 ℃烘箱中存放、取樣測試。現場試驗是對存儲罐常用存儲溫度165 ℃的高摻量橡膠瀝青分別取樣測試[7]。不同存儲時間的高摻量橡膠瀝青177 ℃運動黏度試驗結果見圖1。其中，橡膠瀝青分別在177 ℃烘箱和165 ℃儲存罐中進行長期加熱保溫。

由圖1試驗結果可知：存儲溫度越高，177 ℃黏度下降幅度越大。在高溫存儲條件下，高摻量橡膠瀝青在存儲早期(24 h內)的177 ℃黏度有一定程度的下降，存儲中后期(24 h后)高摻量橡膠瀝青的177 ℃黏度變化較小，可忽略不計。主要是由于早期膠粉與瀝青在高溫環境下仍持續發生溶脹和脫硫降解反應，瀝青的性能指標發生一定的變化。反應一定時間后，高摻量橡膠瀝青中反應趨于平衡，瀝青膠結料性能趨于穩定。

不論高摻量橡膠瀝青的存儲溫度多少，在經過存儲早期的黏度衰減之后，高摻量橡膠瀝青的性能趨于穩定，且衰減前后的高摻量橡膠瀝青177 ℃黏度均滿足1.0 Pa·s～4.0 Pa·s的技術要求。說明高摻量橡膠瀝青具有良好的存儲穩定性。考慮到高摻量橡膠瀝青的存儲特點，在高摻量橡膠瀝青實際使用過程中，應重點關注早期(24 h內)高摻量橡膠瀝青的性能變化。當高摻量橡膠瀝青需要存儲時，應在保證和易性的同時，降低存儲溫度以減少高摻量橡膠瀝青性能的衰減，同時也可減少一定的能源消耗，節約成本。

4 路用性能分析

根據PG分級試驗結果，選擇25%摻量膠粉制備具有高存儲穩定性的高摻量橡膠瀝青。根據AC-20C目標配合比的試驗結果[8]，選擇油石比4.5%為最佳油石比，研究高摻量橡膠瀝青混合料路用性能。

4.1 水穩定性分析

采用生產配合比成型混合料試件，分析高摻量橡膠瀝青混合料的水穩定性[9]。混合料的水穩定性測試結果如表3所示。

表3 浸水馬歇爾試驗結果

根據表3試驗結果可知，25%摻量橡膠瀝青混合料生產配合比水穩定均滿足規范要求，具有良好的水穩定性。

4.2 高溫性能分析

為了研究高摻量橡膠瀝青AC-20混合料高溫性能，本節通過車轍試驗動穩定度評價混合料高溫性能[10]。試驗條件為(60±1) ℃，(0.7±0.05) MPa。車轍試驗動穩定度試驗結果見圖2。

根據圖2試驗結果可知，高摻量橡膠瀝青AC—車轍試驗動穩定度平均值4 500次/mm，遠大于技術要求(≥2 800次/mm)，具有優異的高溫性能。結合配合比中混合料的體積性質可知，高摻量橡膠瀝青與AC級配具有良好的適用性，可用于中、下面層用混合料，具有良好的路用性能和經濟性。

5 結語

1)當膠粉摻量為25%時，各項指標綜合性能較好。高摻量橡膠瀝青的各項指標均滿足相關技術要求，且滿足PG82-28指標要求，具有良好的高、低溫性能。

2)高摻量橡膠瀝青在存儲早期(24 h內)的177 ℃黏度有一定程度的下降，存儲中后期(24 h后)177 ℃黏度趨于穩定，具有良好的儲存穩定性。

3)高摻量橡膠瀝青AC-20混合料具有優異的高溫穩定性和水穩定性。各項指標均滿足技術要求。