膠粉摻量對橡膠粉改性瀝青性能的影響研究

汪昭宇??

【摘要】為探究橡膠粉摻量對其改性瀝青膠結(jié)料及混合料性能的影響，以指導(dǎo)實(shí)體工程應(yīng)用，本文在試驗(yàn)室制備不同膠粉摻量的橡膠瀝青及混合料，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：（1）橡膠粉的摻入對瀝青膠結(jié)料的性能指標(biāo)有顯著影響，其25℃針入度隨膠粉摻量的增大而減小，軟化點(diǎn)、延度及彈性恢復(fù)指標(biāo)均隨膠粉摻量的增大而增大；這4項(xiàng)指標(biāo)的變化均與膠粉摻量的變化趨勢呈線性相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)較高；（2）21～24%膠粉摻量對軟化點(diǎn)指標(biāo)改善較好；18～24%膠粉摻量對延度和彈性恢復(fù)指標(biāo)改善比較穩(wěn)定，綜合考慮，認(rèn)為21～24%比較合適。（3）21%與24%膠粉摻量的60℃車轍動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)與真空飽水馬歇爾殘留穩(wěn)定度指標(biāo)無明顯差異，但24%膠粉摻量的低溫改善效果卻優(yōu)于21%膠粉摻量。

【關(guān)鍵詞】膠粉摻量；橡膠瀝青；瀝青混合料；性能影響

Study on the properties influence of rubber powder content for rubber powder modified asphalt

Wang Zhao-yu

（China Merchants Chongqing Communications Research & Design InstituteChongqing400067）

【Abstract】In order to explore the properties influence of rubber powder content for modified asphalt binder and mixture， rubber asphalt and mixtures of different colloidal powder was prepared in the laboratory，and the relevant experimental was studied in this paper.The results shows：（1）The mixed rubber powder for asphalt cement has remarkable effect on the performance indexes of the 25 ℃ penetration decreases with increasing the powder content， softening point， ductility and elastic recovery index with the increases of the rubber powder content；The changes of these four indexes are linearly correlated with the variation trend of the amount of colloidal powder， and the correlation coefficient is high；（2）21 ～ 24% of the amount of rubber powder is better for softening point index；The improvement of extension and elastic recovery index is relatively stable of 21 ～ 24% of the amount of rubber powder； comprehensive consideration， think 21 ～ 24% is appropriate；（3）The dosage of 21% and 24% rubber powder 60 ℃ the rut dynamic stability index and vacuum filling water residue Marshall stability index has no obvious difference，however， the effect of the low temperature improvement of 24 percent of the powder was better than that of 21 percent.

【Key words】Rubber powder content；Rubber asphalt；Asphalt mixture；Influence on performances

1. 前言

（1）隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路的交通量顯著增加，尤其是重載交通越來越多，此對高速公路瀝青路面的質(zhì)量和使用耐久性提出了更高的要求，因此，為了提高路面的使用耐久性，改性瀝青技術(shù)被廣泛應(yīng)用，如SBS改性瀝青、橡膠改性瀝青等。不同于SBS改性瀝青，橡膠改性瀝青的改性作用主要表現(xiàn)在對石油瀝青的增柔增韌方面，可顯著改善瀝青膠結(jié)料的彎曲變形和低溫抗裂性能[1，2]。目前，橡膠粉改性瀝青及其混合料多用在冬季低溫地區(qū)和干剛性基層或剛性基層的應(yīng)力吸收層等方面。

（2）橡膠粉改性瀝青是將一定量的廢舊輪胎膠粉摻入到石油瀝青中，在一定的物理化學(xué)條件下混合形成橡膠瀝青混合料，可見，在橡膠瀝青制備的過程中，影響其性能的參數(shù)較多，比如膠粉摻量、攪拌時(shí)間以及反應(yīng)溫度等[3]。有研究表明，在上述參數(shù)中，膠粉摻量對橡膠改性瀝青膠結(jié)料的性能影響最顯著[4]，因此，本文根據(jù)實(shí)體工程建設(shè)需要，通過試驗(yàn)分析膠粉摻量對膠粉改性瀝青膠結(jié)料及其混合料性能的影響。

2. 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)采用殼牌70#A級石油瀝青，60目廢胎膠粉，原材料技術(shù)性能檢測結(jié)果如表1與表2所示。

3. 橡膠瀝青生產(chǎn)參數(shù)選擇

（1）橡膠瀝青的生產(chǎn)從廣義上可定義為：通過物理作用（攪拌方式）使一定摻量的橡膠粉在一定的溫度條件下反應(yīng)達(dá)到一定的時(shí)間，使膠粉顆粒在熱瀝青中充分反應(yīng)與分散，從而形成具有相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的橡膠瀝青膠結(jié)料[3]?？梢?，橡膠瀝青膠結(jié)料生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，工藝參數(shù)較多，如各工藝參數(shù)控制不穩(wěn)定，則勢必會導(dǎo)致最終生產(chǎn)的橡膠瀝青性能的不穩(wěn)定[5]。endprint

（2）本次研究擬選定攪拌方式、反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)溫度3個(gè)參數(shù)，研究膠粉摻量對橡膠瀝青膠結(jié)料的影響。參考現(xiàn)有的研究結(jié)論[6]，本次試驗(yàn)室制備橡膠瀝青時(shí)，攪拌方式選擇2500r/min的高速攪拌，反應(yīng)溫度為180℃，反應(yīng)時(shí)間為1h。

4. 試驗(yàn)及結(jié)果分析

設(shè)計(jì)12%、15%、18%、21%以及24%共5個(gè)膠粉摻量（外摻），試驗(yàn)室制備橡膠瀝青進(jìn)行試驗(yàn)。

4.1針入度與軟化點(diǎn)試驗(yàn)。

（1）不同膠粉摻量下橡膠瀝青膠結(jié)料25℃針入度與軟化點(diǎn)變化關(guān)系如圖1與圖2所示。

（2）從圖1與2可以看到，膠結(jié)料25℃針入度隨膠粉摻量的增大而減小，軟化點(diǎn)隨膠粉摻量的增大而增大，此表明膠粉的摻入顯著的使瀝青膠結(jié)料變硬變稠，且膠結(jié)料變稠的趨勢與膠粉的摻量相關(guān)性較高，與25℃針入度變化的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9，與軟化點(diǎn)變化的相關(guān)系數(shù)也超過了0.8。

（3）同樣可以看到，在膠粉摻量低于21%時(shí)，膠結(jié)料軟化點(diǎn)增大比較明顯，膠粉摻量在21～24%范圍時(shí)，增大不明顯或者區(qū)趨于穩(wěn)定；但25℃針入度指標(biāo)并沒有表現(xiàn)出同樣的規(guī)律，其在5個(gè)膠粉摻量范圍內(nèi)，隨著膠粉摻量的增大在持續(xù)減小?？梢?，軟化點(diǎn)與針入度雖然均屬于評判瀝青膠結(jié)料軟硬程度的指標(biāo)，但對于橡膠瀝青來說，膠粉摻量對其的影響趨勢可能并不完全一致。

（4）從具體工程應(yīng)用來說，軟化點(diǎn)指標(biāo)的變化趨勢更具有實(shí)際指導(dǎo)意義，膠粉摻量在21～24%，軟化點(diǎn)指標(biāo)改善較好。

4.2延度與彈性恢復(fù)試驗(yàn)。

不同膠粉摻量下膠結(jié)料5℃延度與25℃彈性恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果如圖3與圖4所示。

（1）從圖3與4可以看到，膠粉摻量與膠結(jié)料5℃延度與25℃彈性恢復(fù)的變化同樣具有線性關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)較高，二者均隨著膠粉摻量的增大而增大。觀察試驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢發(fā)現(xiàn)，膠粉摻量從15%增大到18%時(shí)，5℃延度與25℃彈性恢復(fù)增大的比較明顯；而當(dāng)膠粉摻量從18%增大到24%時(shí)，二者雖也有增大，但增大幅度已經(jīng)不明顯了。

（2）從延度與彈性恢復(fù)指標(biāo)的改善效果來講，24%膠粉摻量的膠結(jié)料效果最優(yōu)，但考慮到生產(chǎn)成本以及從18%以上膠粉摻量與延度和彈性恢復(fù)變化的試驗(yàn)結(jié)果來看，認(rèn)為18～24%的膠粉摻量即可。

4.3混合料性能試驗(yàn)。

（1）膠粉摻量對25℃針入度、軟化點(diǎn)、5℃延度以及25℃彈性恢復(fù)的影響試驗(yàn)結(jié)果表明，21～24%的膠粉摻量，其膠結(jié)料綜合性能與經(jīng)濟(jì)效益較好。因此，試驗(yàn)室制備21%與24%膠粉摻量的瀝青混合料，采用60℃車轍試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)與真空飽水馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行混合料性能評價(jià)[7]。

（2）研究采用AR-SMA-13間斷級配，級配范圍與合成級配如表3所示，試驗(yàn)結(jié)果表4～6所示。

（3）從表4試驗(yàn)結(jié)果看到，21%膠粉摻量的瀝青混合料60℃車轍試驗(yàn)45min與60min變形小于24%摻量的橡膠瀝青混合料，但從動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)來看，21%膠粉摻量與24%膠粉摻量的混合料相當(dāng)，并沒有表現(xiàn)出明顯的差異。我國瀝青路面工程建設(shè)中，規(guī)定以60℃車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)評價(jià)瀝青混合料的高溫抗變形性能，所以，筆者認(rèn)為21%與24%的膠粉摻量差異對其改性瀝青混合料的高溫性能幾乎沒有差異性影響。

（4）在瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)中，最大彎拉應(yīng)變越大、抗彎拉強(qiáng)度越大，表明瀝青混合料的低溫抗變形性能越好；而勁度模量越小，則也表明瀝青混合料的低溫性能越好。從表5試驗(yàn)結(jié)果看到，2種膠粉摻量瀝青瀝青混合料的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)均表現(xiàn)出了較為明顯的差異，24%膠粉摻量的瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變與抗彎拉強(qiáng)度大于21%膠粉摻量的混合料，勁度模量小于21%膠粉摻量的混合料。此表明，24%膠粉摻量對混合類的低溫改善效果優(yōu)于21%膠粉摻量。

（5）從表6試驗(yàn)結(jié)果看到，2種膠粉摻量的瀝青混合料的穩(wěn)定度、浸水48h穩(wěn)定度以及殘留穩(wěn)定度均相當(dāng)，24%膠粉摻量的瀝青混合料并沒有表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，可見21%與24%的膠粉摻量差異對其改性瀝青混合料的抗水損害性能也沒有差異性的影響。

5. 結(jié)論

本文在試驗(yàn)室制備橡膠瀝青膠結(jié)料及混合料，進(jìn)行了不同膠粉摻

量對瀝青膠結(jié)料與瀝青混合料性能的影響研究，得到以下結(jié)論：

（1）橡膠粉改性瀝青的25℃針入度隨膠粉摻量的增大而減小，軟化點(diǎn)隨膠粉摻量的增大而增大，且二者的變化趨勢與膠粉摻量變化呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)較高；從具體工程應(yīng)用來說，軟化點(diǎn)指標(biāo)的變化趨勢更具有實(shí)際指導(dǎo)意義，膠粉摻量在21～24%，軟化點(diǎn)指標(biāo)改善較好。

（2）膠粉的摻入可顯著提高瀝青膠結(jié)料的延度與彈性恢復(fù)，二者的變化與膠粉摻量呈線性關(guān)系，且均隨膠粉摻量的增大而增大，相關(guān)系數(shù)也較高；僅考慮延度和彈性恢復(fù)指標(biāo)的改善效果，認(rèn)為18～24%膠粉摻量比較合適。

（3）21%與24%膠粉摻量的差異對橡膠瀝青混合料的60℃車轍動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)與真空飽水馬歇爾殘留穩(wěn)定度指標(biāo)沒有表現(xiàn)出明顯差異，但24%的膠粉摻量對混合類的低溫改善效果卻優(yōu)于21%的膠粉摻量。

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[文章編號]1619-2737（2017）08-05-642

[作者簡介] 汪昭宇（1991.10-），男，籍貫：安徽安慶人，職稱：助理工程師。endprint