橡膠瀝青軟化點影響因素分析

趙海江

【摘要】為了確定橡膠瀝青生產(chǎn)加工時的膠粉摻量、剪切溫度、剪切時間等因素對其軟化點的影響作用，采用不同劑量的橡膠粉與90#基質(zhì)瀝青在不同的剪切溫度、剪切時間條件下制備橡膠瀝青，分別進行軟化點試驗，確定基于軟化點的橡膠瀝青最佳膠粉摻量、剪切溫度和剪切時間。結(jié)果表明，膠粉摻量為20%，剪切溫度為190℃，剪切時間為60 min時橡膠瀝青軟化點達到最大值。

【關(guān)鍵詞】道路工程；橡膠瀝青；軟化點；影響因素

0引言

橡膠瀝青具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫柔韌性、抗疲勞性能和抗水損壞性能，且以廢舊輪胎作為生產(chǎn)加工的原材料，屬于環(huán)保型路面材料。橡膠瀝青生產(chǎn)時首先將廢舊輪胎加工成橡膠粉，然后按照相應(yīng)的級配比例進行組合，同時添加高聚合物改性劑，在高溫條件下與基質(zhì)瀝青充分剪切熔脹，形成膠粉改性瀝青膠結(jié)料。國內(nèi)外相關(guān)研究表明，不同的生產(chǎn)加工條件對橡膠瀝青性能影響較大，且相同的生產(chǎn)加工條件下采用不同的基質(zhì)瀝青生產(chǎn)出的橡膠瀝青性能也存在較大差異。目前對于橡膠瀝青生產(chǎn)時最佳的膠粉摻量、最優(yōu)剪切溫度、剪切時間等參數(shù)均無統(tǒng)一的標準，對于橡膠瀝青的研究多集中于橡膠瀝青混合料路用性能的分析，對于生產(chǎn)加工條件對橡膠瀝青膠結(jié)料性能影響的研究相對較少。橡膠瀝青使用前應(yīng)對其針入度、軟化點、延度等指標進行測定，本文以軟化點為指標，通過改變膠粉摻量、剪切溫度和剪切時間等參數(shù)，分析不同條件下橡膠瀝青軟化點變化規(guī)律，確定基于軟化點指標的橡膠瀝青最優(yōu)加工參數(shù)。

1試驗原材料

1.1 基質(zhì)瀝青

制備橡膠瀝青的基質(zhì)瀝青各項性能指標應(yīng)符合相關(guān)的國家技術(shù)標準，本文試驗中選用的基質(zhì)瀝青為90#A級石油瀝青，其技術(shù)性能指標如表1所示。

表1 90#A級石油瀝青性能指標

試驗檢測項目 單 位 技術(shù)要求 測試結(jié)果

針人度25℃，100g，5s 0.1mm 80～100 87

延度15℃，5cm/min cm ≥100 115.4

軟化點 ℃ ≥44 53

閃點 ℃ ≥245 255

溶解度 % ≥99.5 99.7

TFOT（或RTFOT）后殘留物 質(zhì)量損失 % ≤±0.8 0.6

針入度比 25℃ % ≥57 66

延度10℃，5cm/min cm ≥8 10.3

1.2 橡膠粉

橡膠粉由廢舊輪胎加工而成，其表面形態(tài)、密度及自身成分對橡膠瀝青性能有著顯著影響。其物理化學性能指標應(yīng)滿足相關(guān)技術(shù)要求，本文試驗中采用40目密度為1.12±0.05g/cm3的橡膠粉，其性能指標如表2所示。

表2 橡膠粉性能指標

檢測項目 單 位 技術(shù)標準 測試結(jié)果

物理性能指標 篩余物 % ﹤10 8.5

相對密度 --- 1.10～1.30 1.17

水分 % ﹤1 0.6

金屬含量 % ﹤0.05 0.03

纖維含量 % ﹤1 0.82

物理性能指標 灰分 % ≤8 4.1

丙酮抽出量 % ≤22 18

炭黑含量 % ≥28 35.7

橡膠燼含量 % ≥42 55.3

2試驗結(jié)果分析

2.1 膠粉摻量對橡膠瀝青軟化點影響分析

為了分析膠粉摻量對橡膠瀝青軟化點的影響作用，分別選取0%、5%、10%、15%、18%、20%、22%、25%的橡膠粉制備橡膠瀝青，剪切速度為8000r/min，剪切溫度為190℃，剪切時間為60min，不同膠粉摻量的橡膠瀝青軟化點試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 橡膠瀝青軟化點隨橡膠粉摻量變化曲線

分析圖1試驗結(jié)果可以得出，剪切溫度為190℃，剪切時間60min條件下，橡膠瀝青膠結(jié)料的軟化點隨著橡膠粉摻量的增加呈現(xiàn)出總體增長的趨勢。橡膠粉摻量為20﹪時橡膠瀝青軟化點達到最大值65.7℃，比基質(zhì)瀝青軟化點提高了12.7℃，表明橡膠粉能夠改善基質(zhì)瀝青的高溫穩(wěn)定性。

2.2 不同剪切溫度對橡膠瀝青軟化點的影響

為了分析剪切溫度對橡膠瀝青軟化點的影響作用，分別選取25℃、140℃、160℃、180℃、190℃、200℃、220℃的攪拌剪切溫度，在橡膠粉劑量為20%，剪切速率為8000r/min，攪拌剪切時間為60min的條件下制備橡膠瀝青，并對其軟化點進行測試，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 橡膠瀝青軟化點隨剪切溫度變化曲線

分析圖2試驗結(jié)果可以得出，橡膠粉摻量為20%，攪拌剪切時間為60min時，橡膠瀝青軟化點隨剪切溫度的升高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。剪切溫度為190℃時，橡膠瀝青軟化點達到最大值65.7℃。

剪切溫度高于190℃后，隨著剪切溫度的升高，橡膠瀝青軟化點急劇下降，當剪切溫度升高到220℃時，橡膠瀝青軟化點僅為49℃，低于基質(zhì)瀝青軟化點。因此，在實際工程中應(yīng)嚴格控制橡膠瀝青加工時的剪切溫度，防止橡膠瀝青因溫度過高而嚴重老化，影響其使用性能。

3 結(jié)語

（1）橡膠粉摻量為20%時橡膠瀝青軟化點達到最大值65.7℃，比基質(zhì)瀝青軟化點提高12.7℃，摻加橡膠粉以后能夠明顯改善基質(zhì)瀝青的高溫穩(wěn)定性。

（2）剪切溫度為190℃時，橡膠瀝青軟化點達到最大值65.7℃，剪切溫度高于190℃后，隨著剪切溫度的升高，橡膠瀝青軟化點急劇下降，應(yīng)嚴格控制橡膠瀝青加工時的剪切溫度，防止橡膠瀝青因溫度過高而嚴重老化，影響其使用性能。

（3）剪切時間為60min時橡膠瀝青軟化點達到最大值65.7℃，攪拌剪切時間大于60min后，隨著剪切時間的延長，橡膠瀝青軟化點逐漸降低，在制備橡膠改性瀝青時攪拌剪切時間應(yīng)控制在60min左右，使其高溫性能達到最優(yōu)。

（4）對于本次試驗采用的90#石油瀝青，在剪切溫度為190℃，剪切時間60min條件下橡膠粉劑量為20%時橡膠瀝青高溫性能最優(yōu)。

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