橡膠瀝青及混合料高溫性能的影響因素研究

楊愛軍

(衡水公路工程總公司，河北 衡水 053000)

0 前言

隨著橡膠制品工業(yè)的飛速發(fā)展，橡膠制品需求量日益增長，同時(shí)廢棄橡膠也日益增多，廢舊橡膠不僅污染環(huán)境，而且危害人類健康，因此合理循環(huán)利用廢舊橡膠顯得至關(guān)重要［1］。研究表明［2］，將廢舊橡膠制品磨成粉后加到瀝青混合料中制成的橡膠瀝青材料在道路工程中得到了廣泛應(yīng)用。目前對(duì)橡膠瀝青材料高溫性能的研究主要體現(xiàn)在瀝青混合料方面［3，4］，然而瀝青混合料作為一種三維網(wǎng)絡(luò)體系，其中起主要粘結(jié)作用的是瀝青結(jié)合料，因此研究橡膠瀝青結(jié)合料的高溫性能意義重大?；诖耍疚耐ㄟ^試驗(yàn)，研究了橡膠粉細(xì)度和摻量對(duì)橡膠瀝青和橡膠瀝青混合料高溫性能的影響，并對(duì)比了兩者的變化規(guī)律，最后研究了油石比對(duì)橡膠瀝青混合料高溫性能的影響，為促進(jìn)橡膠瀝青材料在道路工程中的應(yīng)用打下理論基礎(chǔ)。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

本文基質(zhì)瀝青選用Shell70#基質(zhì)瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)見表1;粗細(xì)集料均選用玄武巖，礦粉為磨細(xì)的石灰石粉，其主要技術(shù)指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求;橡膠粉選用焦作市弘瑞橡膠有限公司生產(chǎn)的廢舊輪胎橡膠粉，粒度分別為40 目、60 目和80 目。橡膠瀝青混合料級(jí)配采用AC—13，并以其級(jí)配上限和下限的中值作為合成級(jí)配，具體見表2。

表1 Shell70#的基本技術(shù)指標(biāo)

表2 橡膠瀝青混合料合成級(jí)配

1.2 試驗(yàn)方法

稱取一定質(zhì)量的基質(zhì)瀝青加熱至155 ℃后，將不同細(xì)度和摻量的橡膠粉加入到瀝青中并用玻璃棒不停攪拌直至攪拌均勻，采用布氏粘度計(jì)測(cè)定不同條件下橡膠瀝青的粘度，其中試驗(yàn)溫度為175 ℃。

按標(biāo)準(zhǔn)方法成型不同橡膠粉細(xì)度、摻量和油石比下的300 mm×300 mm ×50 mm 的瀝青混合料車轍板，在60 ℃條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，測(cè)定其穩(wěn)定度，評(píng)價(jià)橡膠瀝青混合料的高溫性能。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 橡膠粉細(xì)度對(duì)高溫性能的影響

為了對(duì)比研究橡膠粉細(xì)度對(duì)瀝青及瀝青混合料高溫性能的影響，控制橡膠粉摻量為20%，油石比為5.4%，分別將40 目、60 目和80 目的橡膠粉加入到瀝青及瀝青混合料中，測(cè)定橡膠瀝青在175 ℃的布氏粘度和瀝青混合料在60 ℃的動(dòng)穩(wěn)定度，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 橡膠粉細(xì)度對(duì)瀝青及混合料高溫性能的影響

從圖1可以看出，隨著橡膠粉目數(shù)的增大，橡膠瀝青的粘度逐漸下降，例如當(dāng)橡膠粉目數(shù)由40 目增大到60 目和 80 目時(shí)，橡膠瀝青的粘度分別由2.0 Pa·s 減小至 1.6 Pa·s 和 1.3 Pa·s。而橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度卻隨著橡膠粉目數(shù)的增大出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，其中當(dāng)橡膠粉目數(shù)為60 目時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定度最大為2 025 次/mm。這主要是因?yàn)?，?duì)橡膠瀝青而言，一方面測(cè)定粘度時(shí)鉆子與試桶之間的間距較小，當(dāng)橡膠粉目數(shù)較小時(shí)，橡膠粉顆粒較粗，增加了橡膠粉顆粒與鉆子之間的摩擦力，因此使粘度變大;另一方面橡膠粉目數(shù)越小，粒徑越大，橡膠粉顆粒相互接觸，在外力作用下相互之間的摩阻力越大，因此粘度越大。對(duì)橡膠瀝青混合料而言，當(dāng)橡膠粉摻量相同時(shí)，隨著目數(shù)的增加，橡膠粉總比表面積增大，一方面填充在瀝青混合料孔隙中的橡膠粉顆粒增多，瀝青混合料孔隙率減小，密實(shí)度增大;另一方面橡膠粉吸附的瀝青增多，瀝青膠漿粘度增大，與骨料之間的粘結(jié)力增強(qiáng)，因此動(dòng)穩(wěn)定度增大，瀝青混合料高溫穩(wěn)定性提高。當(dāng)橡膠粉目數(shù)大于60 目時(shí)，隨目數(shù)的增大，橡膠粉總比表面積急劇增大，吸附瀝青的量大幅增多，混合料中自由瀝青減少，瀝青膠漿粘度急劇增長，瀝青混合料不易壓實(shí)，因此再增加橡膠粉目數(shù)會(huì)使動(dòng)穩(wěn)定度降低。

2.2 橡膠粉摻量對(duì)高溫性能的影響

選取60 目的橡膠粉，油石比為5.4%，控制橡膠粉摻量分別為18%、20%和22%，測(cè)定不同橡膠粉摻量下橡膠瀝青在175 ℃時(shí)的布氏粘度，以及橡膠瀝青混合料在60 ℃時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定度，研究橡膠粉摻量對(duì)橡膠瀝青和橡膠瀝青混合料高溫性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 橡膠粉摻量對(duì)瀝青及混合料高溫性能的影響

從圖2可以看出，隨著橡膠粉摻量的增多，橡膠瀝青的粘度和橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度都大幅增長，但是增長幅度有所不同。例如當(dāng)橡膠粉摻量由18%增大到20%和22%時(shí)，橡膠瀝青的粘度分別從2.9 Pa·s 增大到 3.6 Pa·s 和3.7 Pa·s，增幅分別為24.1%和27.6%;橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度分別由 3 425 次/mm 增大到 3 915 次/mm 和 4 030次/mm，增幅分別為14.3%和17.7%。表明當(dāng)橡膠粉摻量大于20%時(shí)，再增加摻量對(duì)橡膠瀝青和橡膠瀝青混合料高溫性能的改善作用不明顯。這主要是因?yàn)?，?dāng)橡膠粉摻量小于20%時(shí)，橡膠粉吸附的自由瀝青較少，瀝青粘度較小，此時(shí)增大橡膠粉摻量使自由瀝青含量急劇減小，瀝青粘度急劇增大，瀝青和礦料之間的粘結(jié)力急劇增長，因此動(dòng)穩(wěn)定度增大，瀝青混合料高溫穩(wěn)定性增強(qiáng)。當(dāng)橡膠粉摻量大于20%時(shí)，橡膠粉總比表面積較大，一部分橡膠粉表面無法被自由瀝青完全裹附，因此再增加橡膠粉摻量對(duì)提高瀝青粘度效果不大，瀝青混合料高溫穩(wěn)定性改善不顯著，當(dāng)橡膠粉摻量大于22%時(shí)，由于橡膠粉在瀝青和瀝青混合料中分別的均勻性變差，有可能使橡膠瀝青和橡膠瀝青混合料的高溫性能變差。

2.3 油石比對(duì)高溫性能的影響

選取60 目橡膠粉，控制橡膠粉摻量為20%，以油石比分別為4.4%、4.7%、5.4%、5.7%和6.4%成型標(biāo)準(zhǔn)車轍板，在60 ℃條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，測(cè)定動(dòng)穩(wěn)定度，研究油石比對(duì)橡膠瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 油石比對(duì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響

從圖3可以看出，隨著油石比的增大，橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度逐漸降低，高溫穩(wěn)定性逐漸變差。其中當(dāng)油石比小于5.9%時(shí)，隨著油石比的增大，橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度降低幅度不大，但當(dāng)油石比大于5.9%時(shí)，隨著油石比的增大，動(dòng)穩(wěn)定度急劇降低。例如當(dāng)油石比由5.4%增大到5.9%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度由 3 915 次/mm 下降到3 637 次/mm，降低幅度為7.1%，而當(dāng)油石比由5.9%增大到6.4%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度由3 637 次/mm 降低為2 966 次/mm，降低幅度為18.4%。因此從高溫性能方面考慮，橡膠瀝青混合料的油石比不宜大于5.9%。這主要是因?yàn)?，?dāng)油石比大于5.9%時(shí)，瀝青在集料表面形成一層過厚的自由瀝青膜，使瀝青和礦料之間的粘結(jié)力大幅下降，因此動(dòng)穩(wěn)定度急劇降低。

3 結(jié)論

1)橡膠粉細(xì)度對(duì)橡膠瀝青和橡膠瀝青混合料高溫性能的影響規(guī)律不一致，隨著目數(shù)的增大橡膠瀝青粘度逐漸降低，而橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度先增大后減小，當(dāng)目數(shù)為60 目時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度最大。

2)當(dāng)橡膠粉目數(shù)相同時(shí)，隨著橡膠粉摻量的增多，橡膠瀝青粘度和橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度都逐漸增大，其中當(dāng)摻量大于20%時(shí)，粘度和動(dòng)穩(wěn)定度隨橡膠粉摻量的增長趨勢(shì)不明顯，表明此時(shí)增大摻量對(duì)改善瀝青和混合料的高溫性能不顯著。

3)隨著油石比的增大，橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度逐漸降低，其中當(dāng)油石比大于一定值時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度急劇減小。

［1］陳貴炫.橡膠混凝土的抗沖擊性能研究［D］.廣州:廣東工業(yè)大學(xué)，2011.

［2］楊國良，苗二東，郭 偉，等.有機(jī)降粘劑對(duì)橡膠瀝青混合料性能影響研究［J］.公路工程，2013，38(4):90 －93.

［3］李 昆，黃衛(wèi)東，王 偉.基于高溫性能的橡膠瀝青混合料級(jí)配選擇［J］.公路工程，2009，34(5):57 －59.

［4］陳阿俊，劉開瓊，李明堯，等.成品橡膠瀝青在嵌擠型瀝青混合料中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2012(6):18 －21.