不同膠粉對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的影響研究

付立勇 張洪剛 熊保林

由于橡膠粉的胎源選擇、生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝差異較大，因此由不同產(chǎn)地的橡膠粉制備的橡膠瀝青的性能差異較大。本研究依托崇左至水口高速公路項(xiàng)目采用不同產(chǎn)地、不同細(xì)度、不同摻量的橡膠粉分別制備橡膠瀝青，通過(guò)70 ℃高溫車轍試驗(yàn)研究橡膠瀝青混合料的高溫性能。結(jié)果表明：膠粉產(chǎn)地對(duì)制備的橡膠瀝青混合料性能影響較大;采用40目左右的膠粉制得的橡膠瀝青混合料高溫性能最好;在一定范圍內(nèi)隨著膠粉摻量的提高，橡膠瀝青混合料性能逐漸提高。

道路工程;橡膠粉;橡膠瀝青;高溫性能

0?引言

崇左至水口高速公路原設(shè)計(jì)上面層采用4 cmAC-13C改性瀝青混凝土。為打造綠色高速公路，利用再生廢舊輪胎橡膠粉，提高瀝青表面層防裂、降噪性能，上面層變更為4 cmARAC-13橡膠瀝青混凝土。

橡膠瀝青是由廢舊輪胎橡膠粉和基質(zhì)瀝青加工而成的改性瀝青，由于其優(yōu)異的性能和消耗大量舊輪胎的能力，被廣泛用于道路工程中。目前，廢舊輪胎在道路工程施工用橡膠粉中的應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注，這是大量處理廢舊輪胎的有效方法之一[1]。

在高溫條件下（180 ℃左右）用基質(zhì)瀝青溶脹輪胎橡膠粉末，得到橡膠改性瀝青。橡膠粉末吸收瀝青的輕質(zhì)組分，在顆粒表面上形成具有高瀝青質(zhì)含量的凝膠薄膜[2]。由于橡膠瀝青中膠粉的摻量接近20%，作為主要改性劑，對(duì)橡膠瀝青的性能具有決定性的影響，進(jìn)而影響到橡膠瀝青混合料的性能[3]。為了探究膠粉對(duì)橡膠瀝青混合料的性能影響程度，本研究從橡膠瀝青混合料高溫性能入手，分析不同產(chǎn)地、膠粉細(xì)度、膠粉摻量等因素對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的影響，為深入了解橡膠瀝青混合料性能影響因素，提升橡膠瀝青性能，促進(jìn)橡膠瀝青在道路工程中的應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)。

1?膠粉物化指標(biāo)對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的影響

已有的研究成果表明，膠粉的理化性質(zhì)決定著橡膠瀝青性能的優(yōu)劣，進(jìn)而影響橡膠瀝青混合料的性能，混合料的路用性能也會(huì)存在很大差別[4]。不同產(chǎn)地的橡膠粉由于胎源和加工工藝不同，使得橡膠粉的灰分、金屬含量、化學(xué)成分等物化指標(biāo)會(huì)有很大差異。調(diào)研選取了產(chǎn)地A、產(chǎn)地B、產(chǎn)地C、產(chǎn)地D四處的20～40目輪胎橡膠粉，測(cè)試其基礎(chǔ)物理化學(xué)指標(biāo)，如表1所示。

通過(guò)調(diào)研數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，四種膠粉中，產(chǎn)地A和產(chǎn)地B的物化指標(biāo)接近，產(chǎn)地C和產(chǎn)地D的指標(biāo)接近?；曳趾繛楫a(chǎn)地C>產(chǎn)地D>產(chǎn)地A>產(chǎn)地B;金屬含量為產(chǎn)地D>產(chǎn)地C>產(chǎn)地B>產(chǎn)地A;纖維含量為產(chǎn)地D>產(chǎn)地C>產(chǎn)地B>產(chǎn)地A。這表明產(chǎn)地C、產(chǎn)地D膠粉中含有的灰分較多，而產(chǎn)地A、產(chǎn)地B的膠粉相對(duì)潔凈。炭黑含量和橡膠烴含量為產(chǎn)地B>產(chǎn)地A>產(chǎn)地D>產(chǎn)地C。這表明產(chǎn)地A、產(chǎn)地B的膠粉中對(duì)橡膠瀝青性能有益的成分含量較高。

選擇四個(gè)產(chǎn)地的20～40目輪胎橡膠粉作對(duì)比試驗(yàn)，采用相同的高溫?cái)嚢韫に嚭拖鹉z粉摻量（20%），制備四種橡膠瀝青試件，測(cè)試其基礎(chǔ)性能指標(biāo)。利用高溫?cái)嚢柚苽涞南鹉z瀝青試件，采用ARAC-13級(jí)配，制備混合料進(jìn)行70 ℃車轍試驗(yàn)。試驗(yàn)的結(jié)果如表2所示。

從表2測(cè)試結(jié)果可以看出，不同產(chǎn)地膠粉制備的橡膠瀝青性能差異較大，產(chǎn)地A、產(chǎn)地B兩地的橡膠瀝青性能明顯優(yōu)于產(chǎn)地C、產(chǎn)地D兩地。這主要是由于不同產(chǎn)地橡膠粉的胎源性質(zhì)、物化指標(biāo)及其與瀝青的配伍性差異引起橡膠瀝青及其混合料的高溫性能差異。

瀝青軟化點(diǎn)是影響瀝青混合料高溫性能的重要指標(biāo)。將橡膠瀝青軟化點(diǎn)和混合料動(dòng)穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果繪入圖1中。由圖1可知，產(chǎn)地A、產(chǎn)地B兩地膠粉制得的橡膠瀝青軟化點(diǎn)較高且相差不大;而產(chǎn)地C、產(chǎn)地D兩地膠粉制得的橡膠瀝青軟化點(diǎn)偏低。與之相對(duì)應(yīng)的是，橡膠瀝青混合料的高溫抗車轍性能差別更大。產(chǎn)地A、產(chǎn)地B兩地的膠粉制備的橡膠瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度超過(guò)3 500次/mm，高溫性能較好;而產(chǎn)地C、產(chǎn)地D兩地的膠粉制備地橡膠瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度均不足2 000次/mm。

不同產(chǎn)地的膠粉物化指標(biāo)對(duì)橡膠瀝青性能的影響較大，特別是對(duì)軟化點(diǎn)有著顯著影響，而瀝青軟化點(diǎn)對(duì)瀝青混合料的高溫性能有著直接影響。在橡膠瀝青質(zhì)量控制過(guò)程中，橡膠粉物化指標(biāo)控制是確保橡膠瀝青質(zhì)量的先決條件。

2?橡膠粉的細(xì)度對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的影響

膠粉細(xì)度影響著膠粉和瀝青的充分溶脹，從而影響橡膠瀝青的性能。為了研究膠粉目數(shù)對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的影響，本研究分別選取了規(guī)格為20～40目、40～60目、60～80目的膠粉，來(lái)源為產(chǎn)地B和產(chǎn)地C。采用20%的膠粉摻量、70#A基質(zhì)瀝青制備了六種橡膠瀝青試件。加工工藝為在180 ℃條件下攪拌發(fā)育60 min[5]。由于橡膠瀝青軟化點(diǎn)對(duì)瀝青混合料的高溫性能有直接影響，因此測(cè)試制得橡膠瀝青的軟化點(diǎn)，并采用制備的橡膠瀝青拌合瀝青混合料，進(jìn)行70 ℃車轍試驗(yàn)。結(jié)果如表3和圖2所示。

對(duì)比產(chǎn)地B、產(chǎn)地C兩地膠粉制備橡膠瀝青軟化點(diǎn)及混合料動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果，可以看出產(chǎn)地B膠粉制得的瀝青混合料每種目數(shù)對(duì)應(yīng)的動(dòng)穩(wěn)定度約為產(chǎn)地C的兩倍，軟化點(diǎn)也要高出8 ℃～9 ℃。對(duì)于相同產(chǎn)地的膠粉而言，制備的橡膠瀝青軟化點(diǎn)隨膠粉目數(shù)增加而先增大后減小，動(dòng)穩(wěn)定度也表現(xiàn)出相似的規(guī)律。由上一節(jié)膠粉性質(zhì)分析可知，由于產(chǎn)地C的膠粉中灰分、金屬、纖維等雜質(zhì)含量較多，而有效成分含量低，其制備的橡膠瀝青性能差，進(jìn)而導(dǎo)致混合料的動(dòng)穩(wěn)定度較差;而產(chǎn)地B的膠粉雜質(zhì)含量低，有效成分高，制備的橡膠瀝青性能較好，其混合料的動(dòng)穩(wěn)定度也較好。

3?橡膠粉的摻量對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的影響

橡膠粉作為橡膠瀝青中的改性材料，其摻量的變化會(huì)影響到橡膠瀝青的性能，尤其是高溫性能，表現(xiàn)在橡膠瀝青混合料方面即為抗車轍性能[6]。通過(guò)前述試驗(yàn)可知，產(chǎn)地B生產(chǎn)的橡膠粉質(zhì)量穩(wěn)定，性能較好，因此本節(jié)采用產(chǎn)地B的40目橡膠粉進(jìn)行試驗(yàn)。采用高溫?cái)嚢杓庸すに?，分別制備18%、20%、22%三種不同橡膠粉摻量的橡膠瀝青，測(cè)試橡膠瀝青的軟化點(diǎn)指標(biāo)，并采用RAC-13級(jí)配制取混合料，進(jìn)行70 ℃高溫車轍試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，并將不同膠粉摻量的動(dòng)穩(wěn)定度測(cè)試結(jié)果繪入圖3中。

測(cè)試結(jié)果表明，在本次高溫?cái)嚢韫に囅轮苽涞南鹉z瀝青，橡膠粉的摻量對(duì)橡膠瀝青的性能產(chǎn)生較大影響，進(jìn)而改變了橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。對(duì)比三種膠粉摻量的測(cè)試結(jié)果，當(dāng)膠粉摻量從18%增加到20%時(shí)，軟化點(diǎn)提高了4 ℃，混合料動(dòng)穩(wěn)定度提高了16%;而當(dāng)膠粉摻量從20%增加到22%時(shí)，軟化點(diǎn)僅提高了2 ℃，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提高了3%。而25 ℃針入度和5 ℃延度隨著膠粉摻量的增加而衰減。這說(shuō)明通過(guò)高溫?cái)嚢柚苽涞南鹉z瀝青隨著膠粉摻量的增加，混合物的融合度和均勻性可能會(huì)影響橡膠瀝青的強(qiáng)度均勻性。因此，如果要提高橡膠粉的摻量，需要采用更高強(qiáng)度的工藝和制備方法，如添加反應(yīng)助劑、高速剪切等工藝，使膠粉更好地與瀝青發(fā)生融合反應(yīng)，以提高橡膠瀝青的技術(shù)性能。

4?結(jié)語(yǔ)

為了研究橡膠粉性質(zhì)對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的影響，文章從橡膠粉來(lái)源、橡膠粉細(xì)度、橡膠粉摻量三個(gè)方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究表明：不同產(chǎn)地的橡膠粉制備的橡膠瀝青及其混合料性能差異較大;偏粗或偏細(xì)的橡膠粉均會(huì)降低橡膠瀝青及其混合料性能，建議采用30～40目左右的橡膠粉為宜;橡膠粉摻量的提高可以增加橡膠瀝青及其混合料的高溫性能。但是當(dāng)摻量較高時(shí)，應(yīng)采用更高強(qiáng)度的工藝和制備方法促進(jìn)橡膠粉與瀝青的融合反應(yīng)。因此，為了提高橡膠瀝青及其混合料的性能，需要選擇理化性質(zhì)較好的穩(wěn)定橡膠粉，同時(shí)合理控制橡膠粉的細(xì)度、摻量及適宜的生產(chǎn)制備工藝。

[1]郭朝陽(yáng).廢胎膠粉橡膠瀝青應(yīng)用技術(shù)研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2008.

[2]王?偉.橡膠瀝青混合料高溫性能研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2008.

[3]梁建紅，王永剛.橡膠瀝青混合料高溫性能的改善方法[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2011（9）：46-48.

[4]張曉亮，陳華鑫，張?奔，等.不同來(lái)源橡膠粉對(duì)橡膠瀝青性能影響[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，38（5）：1-8.

[5]李?煜.橡膠瀝青生產(chǎn)工藝應(yīng)用研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2013.

[6]馮?波.橡膠粉細(xì)度和摻量對(duì)橡膠瀝青感溫性能的影響研究[J].西部交通科技，2018（11）：1-4，150.