不同老化條件對橡膠瀝青性能的影響對比研究

李懷玉 張洪剛 袁海濤

摘要：文章分析了短期老化、長期老化對不同加工工藝下的橡膠瀝青性能的影響，并與SBS改性瀝青進(jìn)行了試驗(yàn)對比，研究了不同老化條件下兩種改性瀝青的性能變化特點(diǎn)，評價(jià)了其抗老化能力。試驗(yàn)結(jié)果表明：兩種改性瀝青的性能隨著溫度、時(shí)間、壓力等老化條件的加劇而降低;針入度、延度是老化對瀝青性能影響的敏感指標(biāo)，老化后瀝青表現(xiàn)為針入度、延度減小，柔韌性降低;在相同條件下，橡膠瀝青老化敏感性弱于SBS改性瀝青、抗老化性能優(yōu)于SBS改性瀝青。

關(guān)鍵詞：橡膠瀝青;老化溫度;短期老化;長期老化;性能影響

中圖分類號：U416.18 A 03 008

0 引言

橡膠瀝青是將15%～5%的橡膠粉與瀝青在高溫下進(jìn)行混合，在一定工藝下經(jīng)“吸收-溶脹-發(fā)育”等一系列物理化學(xué)反應(yīng)而形成一種改性瀝青膠結(jié)料。由于廢舊輪胎橡膠粉中含有天然橡膠、合成橡膠、硫磺、碳黑、抗老化劑等成分，相較于SBS改性瀝青，橡膠瀝青提高了瀝青的粘彈性，改善了瀝青的抗變形和抗老化性能。目前關(guān)于瀝青及SBS改性瀝青的老化問題已有較多研究，道路材料科技工作者研究了老化溫度、老化時(shí)間、瀝青類型等因素對瀝青及改性瀝青的技術(shù)性能影響，但在老化對橡膠瀝青性能影響方面缺乏足夠的研究。

本文對不同加工工藝下的橡膠瀝青的短期老化、長期老化進(jìn)行試驗(yàn)，并與SBS改性瀝青進(jìn)行了試驗(yàn)對比，比較分析了不同老化條件下兩種改性瀝青的性能變化影響，評價(jià)其抗老化能力。

1 橡膠瀝青制備

本項(xiàng)目試驗(yàn)采用的基質(zhì)瀝青為某進(jìn)口品牌70#A級道路石油瀝青，其性能指標(biāo)要求如表1所示。

橡膠瀝青加工所用橡膠粉應(yīng)為（30～80）目橡膠粉，胎源為0.9 m以上的大貨車輪胎，經(jīng)常溫研磨工藝加工而成。其理化指標(biāo)要求如表所示。

本文分別采用純攪拌工藝、攪拌+剪切工藝共種工藝加工橡膠瀝青。純攪拌工藝制備橡膠瀝青：膠粉摻量為0%，加工溫度為185 ℃，混合攪拌時(shí)間為60 min;攪拌+剪切工藝制備橡膠瀝青：膠粉摻量為0%，加工溫度為185 ℃，混合攪拌時(shí)間40 min+剪切時(shí)間0 min，攪拌速率為3 000～4 000 r/min。

短期老化影響

本文采用旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱模擬在瀝青加溫、瀝青混合料拌和、運(yùn)輸、攤鋪等施工環(huán)節(jié)中的短期老化過程。改性瀝青將制備所得橡膠瀝青、SBS改性瀝青分別置于163 ℃、173 ℃、183 ℃等不同溫度下的旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱中，分別加熱老化5 h，測試分析其性能指標(biāo)隨老化溫度的衰變情況。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

注：5 ℃延度試驗(yàn)時(shí)，橡膠瀝青采用5 cm/min，SBS改性瀝青采用1 cm/min

（1）對于同一種瀝青，隨著短期老化溫度的升高，兩種改性瀝青的性能均有不同程度的下降，表現(xiàn)為針入度減小、延度降低、彈性恢復(fù)率略微降低等。其中SBS改性瀝青老化后延度衰減幅度較大。分析認(rèn)為，經(jīng)老化后，SBS改性瀝青的柔韌性衰減遠(yuǎn)大于橡膠瀝青。

（2）加工工藝影響橡膠瀝青的性能。在攪拌+剪切工藝下，橡膠瀝青中橡膠粉顆粒分散更加均勻，發(fā)育更為完全，橡膠瀝青的性能指標(biāo)數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定，如橡膠瀝青的黏度較為穩(wěn)定。因此，從控制橡膠瀝青黏度及其穩(wěn)定性上考慮，推薦橡膠瀝青生產(chǎn)制備采用“攪拌+剪切”工藝。

（3）老化對改性瀝青的軟化點(diǎn)影響。以本文樣品試驗(yàn)可知，經(jīng)過短期老化和隨著短期老化溫度的升高，橡膠瀝青的軟化點(diǎn)升高，延度降低，彈性恢復(fù)相對穩(wěn)定，說明橡膠瀝青經(jīng)老化后變硬變脆，但仍具有良好的彈性恢復(fù)，可抵抗一定程度的短期老化。然而老化SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)下降，同時(shí)延度降低，這可能與該SBS改性瀝青的基質(zhì)瀝青及穩(wěn)定劑等改性材料品質(zhì)、配方的穩(wěn)定性相關(guān)，在老化作用下，導(dǎo)致其抗變形能力衰減。

]3 AV長期老化影響

本文采用壓力老化容器AV模擬瀝青在自然環(huán)境下運(yùn)營服役期的長期老化過程。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)過程為：對已經(jīng)過163 ℃、5 h短期老化的瀝青試樣繼續(xù)進(jìn)行0 h、100 ℃、.1 [HTSS]Ma[HTXH]的壓力老化。為分析不同壓力溫度下，改性瀝青的抗老化性能，本文分別采用了90 ℃、100 ℃和110 ℃的壓力老化溫度。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

注：5 ℃延度試驗(yàn)時(shí)，橡膠瀝青采用5 cm/min，SBS改性瀝青采用1 cm/min

（1）經(jīng)長期老化后，橡膠瀝青、SBS改性瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)均有不同程度的衰變，尤其是針入度減小，5 ℃延度減小，彈性恢復(fù)下降，說明經(jīng)長期老化后兩種改性瀝青均變硬變脆，瀝青的柔韌性降低。

（2）延度是瀝青抗老化的重要指標(biāo)。經(jīng)長期老化后，SBS改性瀝青的延度衰減幅度明顯高于橡膠瀝青。SBS改性瀝青的5 ℃延度由36. cm下降到.0 cm，橡膠瀝青的5 ℃延度由6.5 cm下降到.9 cm，說明在長期老化條件下，橡膠瀝青的抗老化能力高于SBS改性瀝青。

（3）除延度以外，橡膠瀝青的彈性恢復(fù)、針入度等指標(biāo)的衰變幅度低于SBS改性瀝青的衰變幅度，橡膠瀝青的長期抗老化能力優(yōu)于SBS改性瀝青。同時(shí)，與短期老化類似，經(jīng)長期老化后，SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)明顯下降，這可能與該SBS改性瀝青的基質(zhì)瀝青及穩(wěn)定劑等改性材料品質(zhì)、配方的穩(wěn)定性相關(guān)，這可能也是SBS改性瀝青抗老化能力不及橡膠瀝青的重要原因。

]4 結(jié)語

（1）無論是短期老化還是長期老化，橡膠瀝青、SBS改性瀝青的性能均有不同程度的衰減，并隨著溫度、時(shí)間、壓力等老化條件的加劇而加劇，長期老化影響遠(yuǎn)大于短期老化影響。

（2）針入度、延度是老化對瀝青性能影響的敏感指標(biāo)。隨著老化進(jìn)程及老化條件的加劇，瀝青的針入度、延度衰減最為明顯，瀝青表現(xiàn)為變硬變脆，柔韌性降低。

（3）由于橡膠瀝青中加入了大劑量的富有橡膠成分的橡膠粉及其抗老化劑，同時(shí)SBS改性瀝青受基質(zhì)瀝青及穩(wěn)定劑等改性材料品質(zhì)、配方穩(wěn)定性的影響，在相同條件下，橡膠瀝青老化敏感性弱于SBS改性瀝青，抗老化性能優(yōu)于SBS改性瀝青。

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作者簡介：[HT9.XH][ZK（]李懷玉（1984—），工程師，主要從事高速公路建設(shè)工作;

張洪剛（1983—），高級工程師，研究方向：公路結(jié)構(gòu)與材料性能、工程應(yīng)用技術(shù);

袁海濤（1990—），工程師，研究方向：瀝青及其混合料性能、工程應(yīng)用技術(shù)。

基金項(xiàng)目：[HT9.XH]廣西科技重大專項(xiàng)“新一代高性能橡膠瀝青技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”（桂科AA18403）