不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青性能研究

馬 力

（寧夏交投工程建設管理有限公司,寧夏 銀川 750000）

0 引言

近年來，我國的道路建設正在向綠色、耐久的方向快速發展。將廢舊輪胎這一固體廢棄物進行回收加工，應用于道路建設修筑瀝青路面，開創了廢輪胎無害化資源再生利用的新途徑[1-4]。與道路石油瀝青相比，廢胎膠粉橡膠瀝青具備良好的高低溫性能、耐久性能及抗滑降噪性能，有利于減少路面病害、提高道路使用性能[5-8]。廢胎膠粉橡膠瀝青的應用將推進資源節約型社會的建設和綠色交通的發展。該文研究了不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青性能，為廢胎膠粉橡膠瀝青性能改善及后續應用提供了數據參考。

1 試驗研究

1.1 材料

（1）基質瀝青。試驗采用90號道路石油瀝青，性能指標見表1。

表1 基質瀝青性能指標

（2）膠粉。試驗用膠粉為經脫硫活化的廢胎膠粉，細度為60目、40目和20目。

1.2 廢胎膠粉橡膠瀝青制備

將90號道路石油瀝青置于容器中，攪拌加熱至160 ℃，加入膠粉，加熱至180 ℃，并在此溫度下剪切反應1 h；加入橡膠油，攪拌1 h；加入穩定劑，攪拌0.5 h，得到廢胎膠粉橡膠瀝青。

2 試驗結果及分析

該文通過對不同細度膠粉改性瀝青進行性能檢測與數據分析，選擇合適的膠粉細度，并制備不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青，按照相關規范對廢胎膠粉橡膠瀝青的180 ℃旋轉黏度、軟化點、25 ℃針入度、5 ℃延度、25 ℃彈性恢復等性能進行測試，并對試驗結果進行分析。

2.1 不同膠粉細度的廢胎膠粉橡膠瀝青

膠粉細度分別為20目、40目和60目，膠粉摻量為20%（外摻），橡膠油摻量1%（外摻），穩定劑摻量0.1%（外摻），制備廢胎膠粉橡膠瀝青，并測試其性能。

（1）180 ℃旋轉黏度。從圖1中可以看出，隨著膠粉目數增加，即膠粉越來越細，廢胎膠粉橡膠瀝青的180 ℃旋轉黏度呈增長趨勢。膠粉較粗時，膠粉與瀝青之間的溶脹反應不充分，而當膠粉較細時，膠粉與瀝青能較充分反應形成溶膠體系，黏度增大。當膠粉目數從20目增加至40目時，黏度增長幅度較大，而從40目增加至60目時，漲幅較小，說明膠粉目數超過40目后，細度對黏度的影響程度降低。

圖1 不同膠粉細度的廢胎膠粉橡膠瀝青旋轉黏度性能圖

（2）軟化點。隨著膠粉目數增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的軟化點呈上升趨勢，但上升幅度不顯著，軟化點均超過60 ℃，具備較好的高溫性能。

（3）25 ℃針入度。隨著膠粉目數增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的針入度呈下降趨勢，但變化不顯著，針入度均在50～70（0.1 mm）之間，滿足溫區技術要求。

（4）5 ℃延度。從圖2中可以看出，當膠粉目數從20目增加至40目時，廢胎膠粉橡膠瀝青的5 ℃延度顯著增大，這是由于加入40目膠粉時，膠粉與瀝青充分反應形成溶膠結構，顯著提升了廢胎膠粉橡膠瀝青在低溫下的延韌性。而進一步增加目數至60目時，延度并未顯著提升，說明膠粉在40目的細度時，膠粉已與瀝青發生充分反應，此時進一步增加膠粉細度對延度提升并未產生顯著影響。

圖2 不同膠粉細度的廢胎膠粉橡膠瀝青5 ℃延度性能圖

（5）彈性恢復性能。從圖3中可以看出，隨著膠粉目數增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的彈性恢復性能呈增大趨勢，尤其當膠粉從20目增加至40目時，更為顯著。這種現象的產生與前文所述的溶膠結構有關，溶膠結構的形成有效提升了廢胎膠粉橡膠瀝青的黏彈性。

圖3 不同膠粉細度的廢胎膠粉橡膠瀝青彈性恢復性能圖

結合不同目數膠粉制備的廢胎膠粉橡膠瀝青性能及膠粉成本，該文選擇40目膠粉進行廢胎膠粉橡膠瀝青性能研究分析。

2.2 不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青

為了研究膠粉摻量對廢胎膠粉橡膠瀝青性能的影響，該文選擇膠粉細度為40目，膠粉摻量分別為15%、20%、25%、30%（外摻），橡膠油摻量1%（外摻），穩定劑摻量0.1%（外摻），制備廢胎膠粉橡膠瀝青并測試其性能。

（1）180 ℃旋轉黏度。從圖4中可以看出，隨著膠粉摻量的增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的黏度呈上升趨勢。膠粉摻量從15%增加至20%時，黏度變化較為顯著，更多的膠粉與瀝青形成凝膠結構，從20%增加至25%時，黏度增加但幅度較小，從25%增加至30%時，黏度再次大幅度增加，主要是由于膠粉摻量過高，部分膠粉無法與瀝青充分反應，導致黏度顯著增加，且30%摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青黏度過大，超出溫區技術要求范圍（2.5～3.5 Pa·s）。實際工程應用中不推薦30%摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青，因其黏度過大，不利于現場拌和及攤鋪碾壓。

圖4 不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青180 ℃旋轉黏度性能圖

（2）軟化點。從圖5中可以看出，隨著膠粉摻量的增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的軟化點呈增大趨勢，但變化并不顯著。最低15%摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青軟化點仍超過60 ℃，膠粉的摻入大大提高了瀝青的軟化點，使其具備良好的高溫性能。在工程應用中，廢胎膠粉橡膠瀝青路面高溫病害可顯著減少。

圖5 不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青軟化點性能圖

（3）25 ℃針入度。從圖6中可以看出，摻入膠粉后，廢胎膠粉橡膠瀝青相對于道路石油瀝青其針入度下降，說明經過膠粉改性后，瀝青變硬，對其低溫性能有一定提升。隨著膠粉摻量的增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的針入度呈下降趨勢，但均在溫區技術要求范圍（50～70，0.1 mm）。

圖6 不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青針入度性能圖

（4）5 ℃延度。與道路石油瀝青相比，摻入膠粉后低溫延韌性得到了很好的提升，這主要是源于膠粉自身特性及膠粉與瀝青形成了凝膠結構，使其在低溫下仍具備良好的延展性能，在工程應用中廢胎膠粉橡膠瀝青具備更好的低溫抗裂性能。從圖7中可以看出，隨著膠粉摻量的增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的5 ℃延度呈增加趨勢，且摻量從15%增加至20%時，增長幅度顯著，而從20%增加至30%，延度變化不顯著，此時，溶膠結構對低溫延展性的影響減弱。

圖7 不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青5 ℃延度性能圖

（5）彈性恢復性能。瀝青摻入膠粉后，廢胎膠粉橡膠瀝青彈性恢復性能顯著增強，這是由于膠粉本身具備黏彈性等特性，膠粉與瀝青形成的共混體同樣具備此項特性。且從圖8中可以看出，隨著膠粉摻量提高，共混體中膠粉占比越大，彈性恢復性能越好。在實際應用中，良好的彈性恢復能力能夠減少路面病害的產生。

圖8 不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青彈性恢復性能圖

對不同摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青進行性能分析，30%廢胎膠粉橡膠瀝青由于其黏度過大，大大增加了施工難度，不適合用于工程中，綜合考慮高溫及低溫性能，20%與25%廢胎膠粉橡膠瀝青具備較高的軟化點、較大延度及較好的彈性恢復性能，更適于工程建設使用。

3 結論

（1）隨著膠粉目數增加，即膠粉越來越細，廢胎膠粉橡膠瀝青的180 ℃旋轉黏度增加，軟化點、彈性恢復、5 ℃延度等性能提升，針入度下降，尤其是膠粉從20目增加至40目時，黏度、彈性恢復及5 ℃延度顯著變化，這是由于更細的膠粉與瀝青充分反應形成凝膠結構。

（2）選擇40目膠粉，研究膠粉摻量對廢胎膠粉橡膠瀝青性能的影響。隨著膠粉摻量從15%增加至30%，其180 ℃旋轉黏度增加，軟化點、彈性恢復、5 ℃延度等性能提升，針入度下降，高溫和低溫性能均得到提升。對不同摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青性能進行對比，工程應用中建議選擇摻量為20%或25%的廢胎膠粉橡膠瀝青。