搅拌时间和胶粉掺量对橡胶沥青性能的影响研究

发布日期:2015-05-26 10:26:48
公路
中国对橡胶沥青的研究已经有二三十年的历 史,但是由于某些因素的影响,橡胶沥青的应用受到 一定限制。现今公路交通快速发展,车辆保有量急 剧上升,近年来,废旧轮胎堆积如山,不仅造成资源 的闲置,而且极易带来一系列的环境问题,比如橡胶 堆势必占用大量的土地,阴雨天容易滋生病菌,污染 水源、土地,且在干燥天气容易引发火灾。随着橡胶 沥青改性技术的进步,废旧轮胎经过回收后被磨制 为橡胶颗粒,广泛应用于道路、机场工程铺面材料中。通过将橡胶颗粒添加到基质沥青中,加热到适 宜温度,以某种搅拌方式持续搅拌一定时间,让橡胶 颗粒与沥青充分融合并发生相应的物理化学反应, 从而改善沥青的路用性能。理论和工程经验均表 明,在橡胶沥青生产过程中,众多因素都可能影响最 终的橡胶沥青性能,比如搅拌温度、搅拌方式、搅拌 时间以及胶粉的规格、掺量、老化程度等。该文通过 室内试验重点探讨搅拌时间和胶粉掺量这两个重要 工艺参数对橡胶沥青性能的影响规律。
基质沥青采用SK90*沥青,根据JTG E20 — 2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求 对其进行性能检测。废胎胶粉采用的是斜交胎胶 粉,规格为40目,根据文献[5]进行性能检测。测试 结果表明,原材料各性能均符合规范要求。试验选 取4个搅拌时间,分别为0. 5、1.0、1.5、2.0 h。试验 选取5个胶粉掺量,分别为6%、12%、17. 6%、 22%、28%,均采用外掺法,搅拌温度180 °C,搅拌方 式采用高速搅拌(2 500 r/min)。
2搅拌时间和胶粉掺量对橡胶沥青性能的 影响分析
通过室内试验,获取沥青三大指标、弹性恢复和 布氏粘度等数据(见表1),为定量分析搅拌时间和 
表1搅拌时间和胶粉掺量对橡胶沥育性能的影响
胶粉掺搅拌时针人度/(〇. 1 mm)针入度5。。延软化弹性恢布氏粘度/
量/%间/h15 X:25 9C30 #C指数度/cm点/。。S./%(MPa • s)
0.526.767. 2110.7-0. 1645.249.32683.9
L027.569.8114.9-0.2125.648.83180. 5
6.01.527.976.9119.2_ 0.3694.847.53877.7
2.028.782. 5125.6—0.5063.947.04261. 9
0. 521.257.791.0—0. 3857. 255. 640239. 6
1.026.060.092.90. 5638.754.352250. 2
12.01.523.864.094.8-0.0668. 153. 555280. 3
2.025.067.394.8— 0.0508.452.257269.7
0.521.847.374.80.8308.859.863911.9
1.022.951. 578.30.81110. 158.767831.4
17.61. 526.054.581. 71.32110.858.074810.2
2.027.657.585.81. 38511. 356. 276779.4
0.520.542.765.21.2759.265.9691 957.0
1.024.349.068.81.95110. 565. 1791 911.0
22.01.525.051.272.41.81210.763.4812 235.0
2.027.254.780.31.71811.661.7831 600. 0
0.522.242.361.32.09512. 168.1814 230.0
1.024.548.766.72.22012. 765.8834 797.0
28.01.529.154.379. 12.37213.864.3873 128.0
2.031.757.883. 32.57914. 163.5892 970.0
 
胶粉掺量对橡胶沥青性能的影响提供参数依据。结 合表1的试验数据分析不同搅拌时间和胶粉掺量对 橡胶沥青各性能指标的影响。
(1)不同搅拌时间和胶粉掺量对针入度的影 响。图1〜3为不同胶粉掺量和搅拌时间条件下橡 胶沥青的针入度。总体而言,随着搅拌时间的延长, 橡胶沥青针人度呈现增加趋势。这是因为在胶粉与 基质沥青融合的初始阶段,沥青中的轻质油分被橡 胶颗粒吸收而变稠,针人度数值相对较低。随着高 温下搅拌时间的延长,胶粉将发生不同程度的脱硫 反应,分子量变小,沥青的粘度减小,针入度数值相 对较高。就不同胶粉掺量的橡胶沥青而言,胶粉量 越低,针入度之间的差异越大,曲线明显分离。从图 1〜3可以看出:胶粉掺量为17. 6%〜28%时的针人 
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第2期 2013年3月 
6 307 4 180 3 3 3 2 2 2 1
(Es-ov^y^
度曲线紧密靠拢,差别很小。这一定程度说明,掺人 的胶粉量越少,则橡胶沥青的性能易偏向于基质沥 青的性能;掺人的胶粉量越多,则橡胶沥青的性能易 偏向于胶粉的性能。
0.51.01.52.02.5
搅拌时间/h
溶胀作用将会加速脱硫和裂解.造成胶粉颗粒崩裂, 降低分子量,橡胶沥青的感温性逐渐降低。然而,胶 粉掺量为28%的橡胶沥青感温性在2 h的试验时段 内一直处于增加状态。分析其原因,可能是过多的 胶粉极大地增加了橡胶沥青的稠度。就实际施工条 件而言,对橡胶沥青加工2 h以上不太现实,不仅增 加能耗,还会降低工作效率,故没有进行更长搅拌时 间的试验。
(1)不同搅拌时间和胶粉掺量对橡胶沥青延度 的影响。图5为不同胶粉掺量和搅拌时间条件下橡 胶沥青的延度。从图5可以看出:橡胶浙青的5 °C 延度随着胶粉掺量的增加而降低,随着搅拌时间的 延长呈现先增加后减小、再逐渐增加的趋势。对于 过低或过髙的胶粉掺量,橡胶沥青的延度差异比较 显著。这是因为延度是一个纯经验性参数,跟实际 路用受力状态并不吻合。经受超大变形时,自由沥 青和橡胶颗粒变形能力的巨大差异会导致二者接触 界面的应力集中,极易发生断裂破坏。此外,橡胶浙 青的延度差异也可能是由胶粉与基质沥青的融合程 度不同造成的。 
86420864 1* 11 —1 —1
so/趔域
图3不同试验条件下橡胶沥育的30 t针入度
(2)不同搅拌时间和胶粉掺量对橡胶沥青针人 度指数的影响。图4为不同胶粉掺量和搅拌时间条 件下橡胶沥青的针人度指数。从图4可以看出:在 胶粉掺量较低时,橡胶沥青的针入度指数呈现先增 加后减小的趋势;当胶粉的掺量比较大时,针入度指 数随着搅拌时间的增加呈现递增的趋势。这是因为 较强的胶粉溶胀作用使得橡胶沥青性能偏向于橡胶 性能,随时间增加,感温性呈现增大趋势;而过强的
0.51.01.52.02.5
搅拌时间/h
图5不同试验条件下橡胶沥青的5 1C延度
(2)不同搅拌时间和胶粉掺量对橡胶沥青软化 
99
总第155期 
7 3951739 7 7666554
a/吨与拯
2.5
点的影响。图6为不同胶粉掺量和搅拌时间条件下 橡胶沥青的软化点。由图6可以看出:橡胶沥青的 软化点随着搅拌时间的增加呈现递减的趋势.随着 胶粉掺量的增加呈现增加的趋势。这是因为.高温 条件下基质沥青和胶粉组成的共混结构物是一种相 互交错的三维空间结构,使橡胶沥青同时具有二者 的部分性能。但是随着搅拌时间的延长,溶胀作用 加剧,胶粉发生脱硫反应,胶粉的高弹性转变为再生 橡胶塑性状态。
0.00.51.01.52.02.5
搅拌时间/h
图6不同试验条件下橡胶沥育的软化点
(3)不同搅拌时间和胶粉掺量对橡胶沥青弹性 恢复的影响。图7为不同胶粉掺量和搅拌时间条件 下橡胶沥青的弹性恢复。由图7可知:橡胶沥青的 弹性恢复性能随着搅拌时间呈现增加趋势;随着胶 粉掺量的增加逐渐增加,但在较高的胶粉掺量时,弹 性恢复增加幅度减小。这是因为,搅拌时间越长,基 质沥青和橡胶颗粒的溶胀程度越深,分散更加均匀, 橡胶沥青的弹性恢复性能越好,因而测试数据越高。
图7不同试验条件下橡胶沥靑的弹性恢复
(4)不同搅拌时间和胶粉掺量对橡胶沥青布氏 粘度的影响。图8为不同胶粉掺量和搅拌时间条件 下橡胶沥青的布氏粘度。由图8可知:橡胶沥青的 布氏粘度随着搅拌时间大致呈现减小的趋势,规律 性比较杂乱;随着胶粉掺量的增加逐渐增加,在较高 的胶粉掺量时布氏牯度增加幅度较明显,而掺量较 低(6%〜17. 6%>时布氏粘度差异不大。这可能是 因为,较低胶粉掺量的橡胶沥青在较高搅拌温度条 件下具有明显的牛顿流体特性,更靠近基质沥青的 性能,粘度值较低,差异很小。胶粉掺量越多,为使 胶粉均匀分散在基质沥青中,就需要更长的搅拌时 间,使沥青变稠,但在180 °C高温下长时间搅拌会加 强溶胀反应和胶粉颗粒的脱硫反应。
6400 5 600 4 800 4 000 3 200 2 400 1 600 800 0
0.0
B 8不同试验条件下橡胶沥靑的布氏粘度
3结语
该文在室内试验的基础上,定量研究了不同搅 拌时间和胶粉掺量对橡胶沥青各性能指标的影响规 律。结果表明,搅拌时间和胶粉掺量对橡胶沥青的 三大指标、弹性恢复和布氏粘度均有重要影响,但各 试验指标在不同搅拌时间和胶粉掺量呈现不同的变 化规律,这跟橡胶颗粒的溶胀反应和脱硫反应有很 大关系。从施工可行性角度考虑,1〜1.5 h搅拌时 间、17. 6%〜28%胶粉掺量是比较合理的范围,具体 可在工地进行预试验来确定,以获得性能最佳的橡 胶沥青,尽可能地保证其优良路用性能的发挥。