橡膠瀝青生產(chǎn)工藝影響因素室內(nèi)試驗(yàn)研究

丁志勇

（貴州省交通信息與應(yīng)急指揮中心，貴陽　550081）

橡膠瀝青生產(chǎn)工藝影響因素室內(nèi)試驗(yàn)研究

丁志勇

（貴州省交通信息與應(yīng)急指揮中心，貴陽550081）

對(duì)影響橡膠瀝青制備的工藝參數(shù)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，研究不同膠粉目數(shù)、摻量以及瀝青加熱溫度、生產(chǎn)工藝對(duì)橡膠瀝青性能的影響。在室內(nèi)制備橡膠瀝青，進(jìn)行橡膠瀝青針入度、延度、軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)和粘度測(cè)試，并根據(jù)橡膠瀝青性能的變化趨勢(shì)，推薦合適的橡膠瀝青制備參數(shù)及工藝。

瀝青路面；橡膠瀝青；制備工藝

近年來，我國瀝青路面結(jié)合料主要采用SBS和SBR改性劑，其具有一定技術(shù)優(yōu)勢(shì)，也取得了良好效果，但價(jià)格較為昂貴［1-3］。為此，很多研究人員就廢舊資源在瀝青及瀝青混合料中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，目前研究較多的是廢舊輪胎磨細(xì)的膠粉［4-5］。較多研究資料表明，使用廢舊輪胎膠粉制備的改性瀝青路面，不僅具有良好的路用性能和低溫性能優(yōu)良，而且還具有較好的經(jīng)濟(jì)性和適用性，故得到了廣泛應(yīng)用［6-7］。但如何保證橡膠瀝青路面的使用性能，避免出現(xiàn)早期病害，則需對(duì)橡膠改性瀝青混合料的設(shè)計(jì)及施工工藝進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)［8］?；诖?，筆者對(duì)橡膠改性瀝青的制備工藝進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，研究膠粉的目數(shù)、摻量和瀝青加熱溫度、生產(chǎn)工藝等對(duì)橡膠瀝青性能的影響，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，推薦合適的參數(shù)范圍。

1　試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1原材料

試驗(yàn)時(shí)，基質(zhì)瀝青采用70#道路石油瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如下：針入度為69.8（0.01 mm），軟化點(diǎn)為50℃，延度（15℃）大于150 cm，粘度（135℃）為0.56 Pa·s。試驗(yàn)所用膠粉為廢舊輪胎磨細(xì)的橡膠顆粒，其物理和化學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1　橡膠顆粒物理和化學(xué)指標(biāo)

1.2橡膠瀝青制備及試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

根據(jù)橡膠顆粒的加入方式，橡膠瀝青加工工藝可分為濕法和干法，其中濕法指直接將膠粉加入到瀝青中并進(jìn)行預(yù)混，制備成橡膠瀝青；干法則是直接將膠粉加入到瀝青混合料中進(jìn)行拌和，制備相應(yīng)的橡膠瀝青混合料。由于濕法能夠使膠粉與瀝青充分混溶，本次試驗(yàn)采用濕法工藝。

影響橡膠瀝青效果的因素很多，主要可分為2類，一類是材料因素，即所選取的瀝青橡膠粉的材料屬性；另外一類是加工工藝因素，主要包括攪拌方式、反應(yīng)時(shí)間和制備時(shí)的溫度、膠粉摻量等。對(duì)于本次試驗(yàn)而言，瀝青及膠粉均為固定材料，因此不考慮其材料性能變化對(duì)橡膠瀝青帶來的影響，只對(duì)其摻量和生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究。

根據(jù)已有研究成果，本次試驗(yàn)選取膠粉摻量范圍為10%～25%、膠粉目數(shù)范圍為20～60目。生產(chǎn)工藝選取如下4種方案：A，320 r/min+攪拌40 min；B，2 000 r/min+攪拌40 min；C，3 000 r/min+剪切40 min；D，2 000 r/min+攪拌40 min+剪切40 min。制備時(shí)瀝青溫度范圍為170～200℃。

按照以上試驗(yàn)方案，分別對(duì)制備的橡膠瀝青的針入度、延度、軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)和粘度進(jìn)行測(cè)試，評(píng)價(jià)分析橡膠瀝青摻量對(duì)性能變化趨勢(shì)的影響，并選取適宜的生產(chǎn)工藝。

2　試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1膠粉目數(shù)對(duì)橡膠瀝青性能影響

試驗(yàn)時(shí)，為了選擇最優(yōu)的膠粉粒度，采用20～60目膠粉對(duì)瀝青進(jìn)行改性。試驗(yàn)時(shí)，攪拌溫度為180℃，膠粉摻量為18%，攪拌方式為方案D。橡膠瀝青制備好后，立即進(jìn)行了性能試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

從表2數(shù)據(jù)可知，膠粉顆粒目數(shù)對(duì)橡膠改性瀝青性能有明顯影響。盡管膠粉目數(shù)增大即顆粒變細(xì)時(shí)，瀝青性能均有所改善，但并不意味著膠粉目數(shù)越大就越好。隨著膠粉目數(shù)增大，橡膠瀝青的延度（5℃）、彈性恢復(fù)和粘度呈現(xiàn)先提高后降低的趨勢(shì)；橡膠瀝青軟化點(diǎn)隨著膠粉目數(shù)增大有所變化，但變化幅度非常小，表明軟化點(diǎn)指標(biāo)對(duì)膠粉顆粒大小并不敏感。從橡膠瀝青的粘度變化可知，當(dāng)膠粉目數(shù)由20目增大到40目時(shí)，其粘度提高了約92%，接近1倍，反映出膠粉目數(shù)對(duì)橡膠瀝青的粘度作用明顯。但如果橡膠瀝青粘度過高，則其施工就較為困難，碾壓也容易出現(xiàn)粘輪現(xiàn)象。因此，為了保證良好的施工效果，橡膠瀝青粘度不宜過高，膠粉目數(shù)也應(yīng)避免太大從而引起粘度過高。根據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果，本文推薦選取膠粉顆粒目數(shù)范圍為30～40目。

2.2膠粉摻量對(duì)橡膠瀝青性能的影響

膠粉摻量對(duì)橡膠瀝青性能也有一定影響。摻量較少，不利于膠粉與瀝青的反應(yīng)；摻量較多，超過瀝青對(duì)膠粉的吸收能力，也很難起到良好的改性效果，且會(huì)造成材料浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)性較差?；诖?，橡膠瀝青生產(chǎn)時(shí)，也要對(duì)其摻量進(jìn)行研究。

本次試驗(yàn)選取的膠粉摻量范圍為10%～25%。試驗(yàn)時(shí)，攪拌溫度為180℃，膠粉目數(shù)為30目，攪拌方式為方案D。橡膠瀝青制備好后，立即進(jìn)行了性能試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表2　膠粉目數(shù)對(duì)改性瀝青性能影響的試驗(yàn)結(jié)果

表3　膠粉摻量對(duì)改性瀝青性能影響的試驗(yàn)結(jié)果

從表3數(shù)據(jù)可知，膠粉摻量對(duì)橡膠瀝青的影響明顯，隨著橡膠用量的增多，橡膠瀝青的針入度（25℃）、延度（5℃）、軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)和粘度均呈現(xiàn)提高的趨勢(shì)，表明膠粉用量增加使得橡膠顆粒與瀝青的反應(yīng)過程更加充分和深入，瀝青性能良好。

單純從橡膠瀝青粘度來看，發(fā)現(xiàn)當(dāng)膠粉摻量從10%增大到25%時(shí)，其粘度提高了約10倍，表明粘度對(duì)橡膠摻量變化非常敏感。相關(guān)研究表明，當(dāng)瀝青粘度超過1.5 Pa·s，橡膠瀝青混合料的施工會(huì)變得較為困難。因此，結(jié)合本次試驗(yàn)結(jié)果，橡膠顆粒摻量在20%范圍以內(nèi)較為合適。

2.3加工溫度對(duì)橡膠瀝青性能的影響

本次試驗(yàn)選取的攪拌溫度變化范圍為170～200℃，膠粉目數(shù)為30目，摻量為20%，攪拌方式為方案D。橡膠瀝青制備好后，立即進(jìn)行了性能試驗(yàn)，結(jié)果如表4所示。

表4　加工溫度對(duì)改性瀝青性能影響的試驗(yàn)結(jié)果

從表4數(shù)據(jù)可知，加工溫度對(duì)橡膠瀝青的影響明顯，在試驗(yàn)溫度范圍（170～200℃）內(nèi)，橡膠瀝青針入度（25℃）、延度（5℃）和彈性恢復(fù)均隨著加工溫度的升高而增大；而橡膠瀝青的軟化點(diǎn)和粘度隨著溫度升高呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢(shì)，表明以上2種指標(biāo)存在著合適的加工溫度區(qū)間。也就是說，在一定溫度范圍內(nèi)，橡膠顆粒容易在瀝青內(nèi)部出現(xiàn)溶脹反應(yīng)，且其軟化點(diǎn)和粘度迅速升高，但當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，過高的溫度會(huì)加速橡膠顆粒的裂解和脫硫反應(yīng)過程，阻礙和限制瀝青與膠粉顆粒的反應(yīng)，因此各軟化點(diǎn)和粘度有所降低。

從膠粉顆粒與瀝青的反應(yīng)機(jī)理可知，當(dāng)溫度適宜時(shí)，膠粉容易在瀝青中分散和溶脹，從而保證了粘度升高；如果溫度繼續(xù)升高，則盡管針入度（25℃）、延度（5℃）和彈性恢復(fù)也有相應(yīng)提高，但其變化幅度較小，且軟化點(diǎn)和粘度明顯降低。同時(shí)，較高的溫度也容易導(dǎo)致瀝青產(chǎn)生老化，消耗過多的能源。因此，從橡膠瀝青的性能和經(jīng)濟(jì)性角度考慮，橡膠瀝青生產(chǎn)溫度不應(yīng)太高，190℃左右較為適宜。

2.4生產(chǎn)工藝對(duì)橡膠瀝青性能的影響

本次試驗(yàn)選取前述4種生產(chǎn)工藝方案，A、B、C、D，膠粉摻量為20%，膠粉目數(shù)為30目，攪拌溫度為190℃。橡膠瀝青制備好后，立即進(jìn)行了性能試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。

表5　生產(chǎn)工藝對(duì)改性瀝青性能影響

從表5數(shù)據(jù)可知，加工工藝對(duì)橡膠瀝青的影響明顯。4種不同的加工工藝對(duì)橡膠瀝青的軟化點(diǎn)和粘度均有不同程度的提高，采用方案C時(shí)，橡膠瀝青的軟化點(diǎn)和粘度提高幅度最小，主要原因是該方案缺少攪拌過程，不能保證膠粉在瀝青中的充分分散。采用方案D時(shí)，橡膠瀝青的軟化點(diǎn)和粘度提高幅度最大，表明橡膠瀝青加工時(shí)，適當(dāng)?shù)臄嚢柽^程可以顯著提高瀝青的改性效果，使得膠粉更為均勻和更長時(shí)間地與瀝青發(fā)生反應(yīng)。采用方案D時(shí)橡膠瀝青的攪拌過程主要是保證膠粉顆粒能夠充分地均勻地分散于瀝青中。因此，制備橡膠瀝青時(shí)，應(yīng)盡量考慮到經(jīng)濟(jì)的合理性，保證膠粉在瀝青中的均勻分散。

3　結(jié)論

本文基于室內(nèi)試驗(yàn)，研究了膠粉目數(shù)、摻量以及加熱溫度、生產(chǎn)工藝對(duì)橡膠瀝青性能的影響，并得出以下結(jié)論：

1）膠粉目數(shù)對(duì)橡膠瀝青的軟化點(diǎn)影響不大，膠粉目數(shù)越大，橡膠瀝青的延度和粘度就越高，且目數(shù)在30目或40目較為合適。

2）考慮到橡膠瀝青的性能變化和施工便捷性，橡膠粉的摻量不宜過多，應(yīng)保持在20%以內(nèi)。

3）橡膠瀝青生產(chǎn)時(shí)的加熱溫度對(duì)瀝青的性能有較大影響。研究表明，生產(chǎn)溫度為190℃左右時(shí)，橡膠瀝青的制備效果最好。

4）不同生產(chǎn)工藝對(duì)橡膠瀝青的針入度、延度和彈性恢復(fù)等性能指標(biāo)的影響不大，但對(duì)瀝青的軟化點(diǎn)和粘度影響顯著。因此，橡膠瀝青加工時(shí)，應(yīng)采用攪拌和剪切相結(jié)合的方式來進(jìn)行。

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In-house Experiment Research to Influencing Factors to Production Process of Rubber Asphalt

DING Zhiyong

This paper carries out indoor experiments to process parameters that might influence rubber asphalt production，study influence to rubber asphalt performance under different rubber particle mesh，proportion and asphalt heating temperature，processing methods.This paper made asphalt in house，and tests the asphalt penetration，ductility，softening point，elasticity recovery and viscosity，in order to recommend suitable rubber asphalt production parameters and processes according to variation trend of rubber asphalt performance.

Asphalt pavement；rubber asphalt；prepare process

1009-6477（2016）04-0031-04

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10.13607/j.cnki.gljt.2016.04.007

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2008BAG10B01）

2016-03-29

丁志勇（1971-），男，貴州省貴陽市人，本科，高工。