橡膠和改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性能研究

陳 振 華

(廣東交通實(shí)業(yè)投資有限公司，廣東 廣州 510100)

1 概述

橡膠瀝青在減少反射裂縫，疲勞裂縫和增加路面耐久性方面表現(xiàn)出良好的改善性能。在應(yīng)用橡膠粉方面，一個(gè)值得注意的共識(shí)是，從環(huán)保的角度來(lái)看，利用了需要長(zhǎng)時(shí)間才能自然降解的輪胎廢物。SBS，由于其彈性和熱塑性的特性，被劃分為熱塑性橡膠類，是一種被廣泛利用的改性劑[1]。雖然廢膠粉已被廣泛使用，因其與SBS相比成本低，但橡膠瀝青在使用壽命期間抵抗熱的能力減弱，因而限制了其在廢舊路面再生的機(jī)會(huì)。因此，有必要進(jìn)一步研究利用廢膠粉以及SBS的復(fù)合改性。

康愛(ài)紅等采用離析試驗(yàn)方法(CBT)、熒光顯微照相技術(shù)和紅外光譜法對(duì)廢膠粉改性瀝青進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，表明：橡膠改性瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性相應(yīng)較差，廢膠粉摻量越大，基質(zhì)瀝青中游離的廢膠粉增加，致使離析變大[2]。梁明等采用的儲(chǔ)存試驗(yàn)表明從鋁管底部取到的試樣的黏度通常比頂部大，這一差別隨著膠粉顆粒的增大而越來(lái)越明顯，顯示出穩(wěn)定性差的趨勢(shì)[3]。WANG Yi等的研究結(jié)果表明采用高溫儲(chǔ)存不可避免地影響了橡膠瀝青的性能，橡膠瀝青在高溫下長(zhǎng)期儲(chǔ)存應(yīng)該避免[4]。熊萍等對(duì)不同的改性瀝青，在不同熱儲(chǔ)存時(shí)間下，試驗(yàn)研究其離析后的動(dòng)態(tài)剪切流變性能，據(jù)此提出用離析率Rs來(lái)評(píng)價(jià)改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性[5]。

綜上所述，盡管在SBS改性瀝青，橡膠瀝青，CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青方面的研究頗多，但三者之間的常溫儲(chǔ)存性能還沒(méi)系統(tǒng)研究總結(jié)過(guò)。本文的主要目的是結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，研究橡膠瀝青、SBS改性瀝青、復(fù)合橡膠瀝青常溫儲(chǔ)存后性能的衰變規(guī)律，并分析其儲(chǔ)存穩(wěn)定性能的情況。

2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)材料

在本文中，采用的是加德士90號(hào)瀝青，其性能指標(biāo)和化學(xué)組成見(jiàn)表1。苯乙烯—丁二烯—苯乙烯共聚物(SBS)是一種星型結(jié)構(gòu)的聚合物。廢膠粉是由常溫粉碎法由廢輪胎加工制成的，顆粒大小為30目(0.6 mm)。

表1 加德士A-90瀝青性能指標(biāo)

2.2 橡膠瀝青、SBS改性瀝青、CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青的制備

三種瀝青的改性工藝如下：

1)橡膠瀝青：基質(zhì)瀝青加熱到165 ℃，加入膠粉，21%外摻量，180 ℃下攪拌1 h。

2)SBS改性瀝青：基質(zhì)瀝青加熱到165 ℃，加入SBS，攪拌加熱到180 ℃溶脹30 min，剪切1 h，剪速4 000 rpm，剪切完成后加入穩(wěn)定劑和抽出油，并在170 ℃下發(fā)育2 h～3 h。

3)CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青(不加穩(wěn)定劑)：基質(zhì)瀝青加熱到165 ℃，加入2%SBS，攪拌均勻后加入17%外摻量橡膠粉，180 ℃攪拌1 h，剪切2 h，剪速4 000 rpm，最后180 ℃下攪拌發(fā)育2 h。

4)CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青(加穩(wěn)定劑)：基質(zhì)瀝青加熱到165 ℃，加入2%SBS，攪拌均勻后加入17%外摻量橡膠粉，180 ℃攪拌1 h，剪切2 h，剪速4 000 rpm，最后180 ℃下攪拌發(fā)育2 h，之后在其中加入0.14%穩(wěn)定劑并攪拌30 min。

2.3 試驗(yàn)方法

將制得的三種瀝青裝入規(guī)定的離析試管(直徑2.5 cm，高度14 cm)中,垂直放進(jìn)163 ℃±1 ℃下放置48 h。然后將離析試管取出,放入冰箱中至少4 h。待冷卻后，將樣品分成3部分，舍去中間部分，將頂部和底部的1/3試樣用來(lái)做軟化點(diǎn)試驗(yàn)并取少量瀝青制片。

熒光顯微鏡是研究聚合物改性瀝青穩(wěn)定性的有效工具。改性瀝青中的聚合物相有一個(gè)特點(diǎn)：當(dāng)聚合物相在受到短光波激發(fā)時(shí)可以散發(fā)出波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光。利用這個(gè)原理，可采用熒光光源激發(fā)出的光(最好是藍(lán)光)照向改性瀝青，聚合物相在熒光的激發(fā)下會(huì)反射出波長(zhǎng)較長(zhǎng)的黃光(當(dāng)光源為藍(lán)光時(shí))，而瀝青相則不激發(fā)出任何光，因此在熒光顯微鏡下就可以清楚地分辨出聚合物相(黃色)和瀝青相(黑色)[6]。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 常溫儲(chǔ)存后對(duì)三種瀝青黏度、軟化點(diǎn)的影響

為研究橡膠瀝青、SBS改性瀝青、CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，本文以黏度和軟化點(diǎn)作為重點(diǎn)，觀測(cè)橡膠瀝青、SBS改性瀝青、CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青放置不同天數(shù)的常溫儲(chǔ)存后這兩項(xiàng)指標(biāo)的變化。由于復(fù)合橡膠瀝青的常溫儲(chǔ)存后其性能變化情況未知，故選取較長(zhǎng)的儲(chǔ)存時(shí)間來(lái)研究，因此本文選取了將三種瀝青放置1 d,6 d,12 d作對(duì)比研究。橡膠瀝青、SBS改性瀝青、CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青放置不同天數(shù)后黏度、軟化點(diǎn)變化分別如表2～表4和圖1～圖3所示。

表2 橡膠瀝青180 ℃黏度、軟化點(diǎn)試驗(yàn)記錄

由表2,圖1分析可知，從圖1中可看到黏度與軟化點(diǎn)的變化規(guī)律不一致。橡膠瀝青放置時(shí)間越長(zhǎng)，瀝青黏度變化增大，說(shuō)明二次、三次加熱后橡膠繼續(xù)溶脹，瀝青芳香分和飽和分減少，黏度增加，這不利于橡膠瀝青的施工流動(dòng)性能。因此，橡膠瀝青加工后不能久放，且不宜多次加熱，一般4 h內(nèi)用完最好。加熱次數(shù)對(duì)橡膠瀝青軟化點(diǎn)的影響不是很大，這主要是因?yàn)轲ざ冗^(guò)大，橡膠粉不會(huì)發(fā)生離析，因而軟化點(diǎn)差別不大。

表3 SBS改性瀝青135 ℃黏度、軟化點(diǎn)試驗(yàn)記錄

由表3,圖2分析可知，SBS改性瀝青放置時(shí)間越長(zhǎng)，瀝青黏度、軟化點(diǎn)的變化都是減小，但減小幅度不大，故放置一段時(shí)間對(duì)SBS改性瀝青的性能影響不顯著。因此，SBS改性瀝青加工后在常溫下儲(chǔ)存，其性能指標(biāo)不會(huì)降低。

表4 CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青180 ℃黏度、軟化點(diǎn)試驗(yàn)記錄

由表4和圖3分析可知，從圖3中可看到黏度與軟化點(diǎn)的變化規(guī)律不一致。隨著CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青放置時(shí)間增長(zhǎng)，黏度變化逐漸減小，但總幅度不大，軟化點(diǎn)先減小后增大。因此，CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青加工后不能久放，最好生產(chǎn)完畢立即使用。

3.2 離析試驗(yàn)結(jié)果及熒光顯微圖分析

3.2.1離析試驗(yàn)結(jié)果分析

上述三種瀝青分別在第1天，第6天，第12天做離析試驗(yàn)，分析其常溫儲(chǔ)存后穩(wěn)定性能評(píng)價(jià)，采用離析后軟化點(diǎn)的變化評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性能，同時(shí)分別從離析管中取頂部和底部的試樣制片，采用熒光顯微鏡來(lái)分析其儲(chǔ)存性能的變化情況。其中離析試驗(yàn)記錄見(jiàn)表5，三種瀝青第1天，第6天，第12天離析后頂部與底部的熒光顯微鏡圖見(jiàn)圖4～圖6。

表5 三種瀝青離析試驗(yàn)記錄

由表5，橡膠瀝青第1天、第6天、第12天離析試驗(yàn)頂部和底部的軟化點(diǎn)之差都在2.5 ℃之內(nèi)，這是否說(shuō)明橡膠瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性就比較好，其實(shí)不然，因?yàn)橄鹉z瀝青主要以物理溶脹為主，30目(0.6 mm)的膠粉在瀝青中大部分還是以顆粒的形式存在的，而其高黏度特性導(dǎo)致其軟化點(diǎn)差別不大，因而不適宜用離析試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)橡膠瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，或者說(shuō)可以適當(dāng)提高離析試驗(yàn)的溫度來(lái)研究其儲(chǔ)存穩(wěn)定性能。梁明[3]的研究也證明了這一點(diǎn)。

SBS改性瀝青第1天，第6天，第12天離析試驗(yàn)頂部和底部的軟化點(diǎn)之差都在2.5 ℃之內(nèi)，說(shuō)明SBS改性瀝青放置時(shí)間長(zhǎng)不影響其性能。SBS改性瀝青第1天的軟化點(diǎn)比第6天、第12天的要大，這是因?yàn)楦男詣┙?jīng)強(qiáng)力剪切形成細(xì)絲，并在輕質(zhì)組分的作用下發(fā)生溶脹，在制備后的初期，由于短期SBS與瀝青相互牽引，形成彈性網(wǎng)絡(luò)處于應(yīng)力狀態(tài)，而放置一段時(shí)間以后，由于應(yīng)力松弛作用，彈性網(wǎng)絡(luò)變得松弛導(dǎo)致軟化點(diǎn)較低[7]。

為研究復(fù)合橡膠瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)加與不加穩(wěn)定劑的方案，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青在制備完的第1天內(nèi)其儲(chǔ)存穩(wěn)定性滿足要求，但第6天、第12天發(fā)現(xiàn)其離析的比較嚴(yán)重，隨著存儲(chǔ)時(shí)間的增長(zhǎng)，是否加穩(wěn)定劑對(duì)離析試驗(yàn)結(jié)果的影響減小。這和前述所說(shuō)的CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青加工后不能久放，即使加入穩(wěn)定劑也不能有效改善，因此，最好生產(chǎn)完畢就立即使用相吻合。

3.2.2離析試驗(yàn)熒光顯微圖分析

第一天的熒光顯微圖見(jiàn)圖4，首先，橡膠瀝青的離析變化不大。其次，多次試驗(yàn)表明，加入穩(wěn)定劑后SBS改性劑在熒光顯微鏡中是看不到的，而不加穩(wěn)定劑可明顯看到SBS改性劑的分布。最后，無(wú)論復(fù)合橡膠瀝青中添加穩(wěn)定劑與否，清晰的看到膠粉沉積在底部而SBS改性劑凝聚在頂部，表明復(fù)合橡膠瀝青離析嚴(yán)重，生產(chǎn)完后應(yīng)立即使用。

第6天橡膠瀝青，改性瀝青試樣的顯微圖與第1天基本類似，顯微圖顯示橡膠瀝青的離析變化不大。SBS改性瀝青底部SBS改性劑稍微比頂部多，略有離析。而CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青加和沒(méi)加穩(wěn)定劑中的SBS改性劑都在頂部聚集，離析較嚴(yán)重。

第12天橡膠瀝青，改性瀝青試樣的顯微圖與第1天基本類似，結(jié)果表明橡膠瀝青的離析變化不大。SBS改性瀝青的試樣中看不出改性劑的分布情況。復(fù)合橡膠瀝青加和沒(méi)加穩(wěn)定劑中的SBS改性劑在顯微圖中已看不到分布情況，這可能與放置時(shí)間長(zhǎng)后，膠粉與少量的SBS結(jié)合在離析后沉積在底部，軟化點(diǎn)差大于10 ℃以上。

4 結(jié)語(yǔ)

1)因橡膠瀝青的高黏度，故橡膠瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性不適宜用聚合物離析試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)。橡膠瀝青的熒光顯微鏡圖像表明，膠粉在其中的分布形態(tài)是細(xì)長(zhǎng)的、條狀的。

2)SBS改性瀝青的常溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性好，在常溫儲(chǔ)存不影響其性能指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明，加入穩(wěn)定劑后的SBS改性劑在熒光顯微鏡中看不到分布情況。

3)CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青儲(chǔ)存后，由于復(fù)合橡膠瀝青具有大摻量的膠粉顆粒，并沒(méi)有形成類似SBS改性瀝青的網(wǎng)狀結(jié)果，故而SBS改性劑凝聚在頂部，而膠粉沉積在底部，這說(shuō)明了CR/SBS復(fù)合橡膠瀝青離析嚴(yán)重，儲(chǔ)存穩(wěn)定性差，加工完畢宜立即使用。