廢舊輪胎橡膠粉對瀝青及混合料性能提升效果探究

劉建雄

摘 要：將廢舊輪胎橡膠粉依次按8%、12%、16%、20%等不同劑量摻入SK70#基質(zhì)瀝青中，制備廢舊輪胎橡膠粉改性瀝青及混合料。開展瀝青三大指標(biāo)、粘度、流變性能試驗(yàn)及混合料高低溫及水溫性能試驗(yàn)，探究廢舊輪胎橡膠粉對瀝青及混合料性能的提升效果。結(jié)果表明：該改性劑能明顯提升SK70#瀝青的高溫穩(wěn)定性，緩解瀝青的老化情況;當(dāng)其摻入量達(dá)16%時，對改性瀝青三大指標(biāo)及粘度和流變性能改善達(dá)到最佳效果，同時能有效改善混合料高低溫及水穩(wěn)性能。

關(guān)鍵詞：廢舊輪胎橡膠粉;針入度;軟化點(diǎn);延度;粘度;流變性能

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.30.068

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展，以廢舊輪胎為代表的工業(yè)垃圾逐年增加，有效利用廢舊輪胎橡膠粉，不僅可以變廢為寶，還能降低其對環(huán)境的污染。橡膠作為一種典型的高分子化合物，具備明顯彈性特性，其自身還具備良好的自粘和互粘性能，此方面性能明顯高于機(jī)質(zhì)瀝青本身的粘度;同時，橡膠瀝青因具有良好的高溫性能、低溫性能、防止路面開裂、提高路面抗滑力等優(yōu)良性能而廣泛應(yīng)用于公路建設(shè)。本文主要探究SK70#基質(zhì)瀝青摻配不同劑量廢舊輪胎橡膠粉后，對瀝青及混合料性能的提升情況，以期得出合適的橡膠粉摻量，給后續(xù)改性瀝青及混合料的制備給予建議，提高工程質(zhì)量并創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)變廢為寶并減少環(huán)境污染。

1 原材料及制備方法

1.1 原材料

1.1.1 基質(zhì)瀝青

1.2 橡膠瀝青的制備

在180℃試驗(yàn)溫度下，將SK70#瀝青加熱到流動狀態(tài)并轉(zhuǎn)移至反應(yīng)罐，反應(yīng)時間為60min，攪拌速率為2000rpm。在150℃恒溫條件下保溫60min左右。同時，將反應(yīng)罐置于恒溫加熱攪拌器，依次緩慢加入8%、12%、16%、20%等不同劑量的廢舊輪胎橡膠粉改性劑，制備完畢后將其密封存放，冷卻1天后方可使用。

2 廢舊輪胎瀝青橡膠粉摻量對瀝青性能提升效果

2.1 針入度試驗(yàn)結(jié)果及分析

不同劑量改性劑作用下，瀝青感溫性能指標(biāo)結(jié)果見圖1。由圖1可知，改性后瀝青的PI指數(shù)隨膠粉摻量加大而逐步增長，改善了瀝青的感溫性能，當(dāng)其摻量達(dá)到16%時，隨其摻量進(jìn)一步增長，PI指數(shù)僅出現(xiàn)小幅提升。

2.2 瀝青軟化點(diǎn)測試結(jié)果及分析

SK70#基質(zhì)瀝青摻加不同劑量廢舊輪胎橡膠粉后，其軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果見2圖;由圖2可知，瀝青軟化點(diǎn)隨廢舊輪胎橡膠粉摻量的增長而逐步提高，有效改善了瀝青的高溫性能，當(dāng)改性劑摻量達(dá)到16%時，隨其摻量進(jìn)一步增長，軟化點(diǎn)僅出現(xiàn)小幅增長。

2.3 瀝青低溫延度測試結(jié)果及分析

SK70#基質(zhì)瀝青摻加不同劑量廢舊輪胎橡膠粉后，其低溫延度試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示;由圖3可知，瀝青低溫性能隨膠粉量的增大而出現(xiàn)提升，反應(yīng)該改性劑的摻入提高了瀝青的柔韌性，強(qiáng)化其低溫性能，當(dāng)其摻量達(dá)到16%時，隨其摻量進(jìn)一步增大，延度不再出現(xiàn)明顯增長。

2.4 瀝青粘度測試結(jié)果及分析

粘度試驗(yàn)結(jié)果如圖4示，從圖4可知，隨溫度的提高，瀝青粘度明顯下降，當(dāng)溫度上升到160°時，下降趨勢出現(xiàn)減緩;隨改性劑摻量的增長，瀝青粘度性能出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，從而為提高膠粉摻量及施工和易性產(chǎn)生便利。當(dāng)改性劑摻量達(dá)到16%時，隨其摻量進(jìn)一步增加，其改善效果幅度很小。

2.5 流變性能測試結(jié)果及分析

采用動態(tài)剪切流變儀研究廢舊輪胎橡膠粉改性瀝青的高溫流變特性，此次DSR的試驗(yàn)條件為：應(yīng)變?yōu)?2%，角頻率為10rad/s，測試溫度分別為64℃。測試結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，隨廢舊輪胎橡膠粉改性劑摻入劑量的增加，橡膠瀝青的車轍因子逐步提高，反映出該改性劑能顯著改善瀝青的高溫穩(wěn)定性能。當(dāng)改性劑摻量達(dá)到16%后，隨其摻量進(jìn)一步加大，其車轍因子僅出現(xiàn)小范圍增長。

3 廢舊輪胎橡膠粉對瀝青混合料性能提升效果探究

結(jié)合以上研究結(jié)果，選取16%廢舊輪胎橡膠粉摻量后的改性瀝青進(jìn)行AC-25瀝青混合料制備，最佳油石比選用4.0%，與SK70#基質(zhì)瀝青制備的AC-25混合料進(jìn)行高低溫及水溫性能比對分析。

3.1 廢舊輪胎橡膠粉對混合料車轍性能的影響

車轍試驗(yàn)結(jié)果見表3所示。

從表3可以發(fā)現(xiàn)，摻入16%劑量的廢舊輪胎橡膠粉后，混合料動穩(wěn)定度得到了近400%的提升，由此可見，添加廢舊輪胎橡膠粉后，顯著強(qiáng)化了混合料的高溫性能。

3.2 廢舊輪胎橡膠粉對混合料水穩(wěn)性能的影響

從表4可以發(fā)現(xiàn)，摻入16%劑量的廢舊輪胎橡膠粉后，SM2提升約4.2%，SM提升約15%，SM1提升約16%，由此可見，添加廢舊輪胎橡膠粉后，顯著強(qiáng)化了混合料的水溫性能。

3.3 廢舊輪胎橡膠粉對混合料低溫抗裂性能性能的影響

低溫彎曲小梁試驗(yàn)結(jié)果見表5。

從表3可以發(fā)現(xiàn)，摻入16%劑量的廢舊輪胎橡膠粉后，混合料在低溫下的破壞應(yīng)變提升高了近17%，由此可見，添加廢舊輪胎橡膠粉后，顯著強(qiáng)化了混合料的低溫抗開裂性能。

4 結(jié)論

（1）廢舊輪胎橡膠粉能優(yōu)化基質(zhì)瀝青的高低溫性能，延緩瀝青老化;同時，瀝青粘度性能出現(xiàn)好轉(zhuǎn)，從而為提高膠粉摻量及施工和易性產(chǎn)生便利。（2）通過對比分析8%、12%、16%、20%等不同改性劑劑量下改性瀝青性能，發(fā)現(xiàn)廢舊輪胎橡膠粉的摻量與瀝青性能的改善情況不是呈線性關(guān)系，其存在最佳摻量。（3）摻入16%廢舊輪胎橡膠粉后，瀝青混合料在高溫抗車轍、低溫抗開裂及水溫等性能方面均有所提高，合理運(yùn)用廢舊輪胎橡膠粉進(jìn)行瀝青及混合料的制備，既有利于提高混合料的路用性能也可實(shí)現(xiàn)變廢為寶還能減小其對環(huán)境的污染，具有良好應(yīng)用前景。

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