PE脫硫橡膠改性瀝青基本性能試驗研究

黃守卿

【摘要：】為研究聚乙烯（PE）材料與脫硫橡膠粉的融合性及其對脫硫橡膠改性瀝青性能的影響規(guī)律，文章采用常規(guī)試驗方法分析了PE摻量變化、剪切時間變化和相關(guān)試驗參數(shù)變化對脫硫橡膠改性瀝青各項性能的影響。結(jié)果表明：隨PE摻量的增加，針入度、延度指標均呈下降趨勢，軟化點呈增加趨勢，摻量越大對各項性能指標影響越顯著，提高了脫硫橡膠改性瀝青的高溫性能，劣化了低溫延伸性能;隨剪切時間的增加，針入度呈下降趨勢，軟化點呈增加趨勢，延度呈先增加后下降趨勢，當剪切時間超過75 min后，軟化點和延度指標變化幅度顯著;隨試驗溫度的增加，PE脫硫橡膠改性瀝青的黏度均呈下降趨勢，溫度與黏度呈指數(shù)關(guān)系，且與基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青相比，PE脫硫橡膠改性瀝青的粘彈性能最佳。

【關(guān)鍵詞：】道路工程;橡膠改性瀝青;PE改性劑;基本性能

U416.03A150463

0 引言

廢舊輪胎的再生利用是世界各國的重點研究領(lǐng)域之一。廢舊輪胎合理處治后參與道路工程基礎(chǔ)設施應用作為我國重要的可持續(xù)推廣的應用成果，不僅能夠解決黑色污染問題，還能解決常規(guī)路面鋪筑結(jié)構(gòu)的缺陷，如提高瀝青路面抗疲勞性能、高溫穩(wěn)定性能及降低行車噪聲問題等。董大偉等研究了橡膠粉對高黏瀝青性能影響，分析了膠粉類型、聚烯烴改性劑和其他樹脂摻量制備高黏瀝青的性能變化，提出制備高黏改性瀝青的最佳配比[1]。張爭奇等研究了脫硫膠粉和普通膠粉瀝青的區(qū)別，采用微觀紅外光譜、粘彈性試驗及其他常規(guī)試驗對比分析兩種瀝青之間的性能變化規(guī)律，并指出脫硫膠粉與普通膠粉的應用范圍[2]。王海朋等研究了膠粉類型對橡膠瀝青基本性能影響，分析了不同類型橡膠瀝青的微觀結(jié)構(gòu)，利用膠粉在瀝青結(jié)構(gòu)中分散程度表征膠粉改性瀝青儲存穩(wěn)定性[3]。王笑風等分析了硫化膠粉、脫硫膠粉、SBS改性劑等復合改性瀝青的基本性能變化，指出硫化橡膠粉具有較強的敏感性，摻量變化對瀝青性能影響顯著，推薦采用SBS復合硫化橡膠改性瀝青，其高溫穩(wěn)定性和儲存穩(wěn)定性最佳[4]。

綜上所述，對于聚乙烯（PE）復合脫硫橡膠改性瀝青及瀝青混合料的研究較少，本文以常用基質(zhì)瀝青為基礎(chǔ)，分析PE脫硫橡膠粉改性瀝青的基本性能及粘彈性能，為實體工程中推廣應用提供技術(shù)指導。

1 試驗材料

研究選擇基質(zhì)瀝青為殼牌70#、SBS（I-C）改性瀝青，聚乙烯選擇國內(nèi)某公司生產(chǎn)的低密度聚乙烯（PE）產(chǎn)品，橡膠粉選擇采用常溫物理方法脫硫后的膠粉。試驗結(jié)果見表1～4。

2 試驗方案

本文選擇殼牌70#基質(zhì)瀝青開展相關(guān)研究，復合改性瀝青制備及基本性能試驗方案如下。

（1）PE脫硫橡膠改性瀝青制備。直接選取成品基質(zhì)瀝青，恒溫140 ℃加熱至流淌狀態(tài)，采用高速剪切機進行PE改性劑與基質(zhì)瀝青的混合（每次加工樣品約2 kg），PE摻量分別為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%（占基質(zhì)瀝青質(zhì)量的百分數(shù)），逐步加熱至175 ℃，攪拌速率為5 000 r/min，攪拌約30 min至PE完全溶解、攪拌均勻;然后添加脫硫橡膠粉（摻量為18%，占改性瀝青的質(zhì)量百分數(shù)），高速剪切約40～50 min，剪切完畢后置于165 ℃烘箱中60 min，冷卻后供后續(xù)試驗用。

（2）優(yōu)化選擇試驗方法。我國常用于評價瀝青基本性能指標的參數(shù)為針入度、軟化點和延度，本文在此基礎(chǔ)上開展粘彈性能試驗，分析PE脫硫橡膠改性瀝青的彈性恢復能力，依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）[5]中方法進行各項性能分析。

3 PE摻量對脫硫橡膠改性瀝青性能的影響

瀝青作為膠結(jié)材料，對瀝青混合料的高溫性能、低溫性能等具有顯著影響，其軟化點指標表征高溫性能，延度指標表征低溫延展性能，針入度指標表征瀝青的稠度、軟硬等性能。本文采用25 ℃針入度、5 ℃延度和軟化點指標進行相關(guān)分析，結(jié)果見圖1～3。

由圖1～3可知：

（1）PE對脫硫橡膠改性瀝青的高溫性能、低溫性能均具有顯著影響。隨PE摻量的增加，針入度、延度均呈下降趨勢，軟化點呈增加趨勢，摻量越大對上述性能指標影響越顯著。說明PE材料提高了改性瀝青的高溫性能，隨PE摻量增加，增加了瀝青的稠度和硬度，針入度值逐漸下降，PE摻量為2.5%時，針入度指標下降了約29.7%（與未添加PE材料相比）。

（2）軟化點指標顯著增加，提高了10%～20%，PE材料的添加能夠進一步提高脫硫橡膠改性瀝青的高溫性能，彌補其高溫性能不足的缺陷。但PE材料降低了脫硫橡膠改性瀝青的低溫延展性能，延度指標顯著下降，在摻量1.0%～2.0%時，延度指標變化幅度穩(wěn)定，下降23.6%～29.0%，在摻量為2.5%時，其下降了52.6%。說明PE摻量超過2.0%時對延度指標劣化程度顯著增加。

由此可知，采用PE與脫硫膠粉復合后，對改性瀝青的高溫性能具有顯著改善作用，增加了改性瀝青的稠度;但對低溫性能具有一定的劣化作用，尤其是超過最佳摻量時，對低溫延度指標影響嚴重。綜合分析，確定PE材料摻加用量為2.0%。

4 剪切時間對PE脫硫橡膠改性瀝青性能的影響

復合改性瀝青的加工工藝對瀝青的性能也存在一定的影響，尤其是加工時間與瀝青的儲存穩(wěn)定性等存在顯著聯(lián)系。本文分析不同剪切時間（45 min、60 min、75 min、90 min）下PE脫硫橡膠改性瀝青的基本性能變化，結(jié)果見圖4～6。

由圖4～6可知：

（1）剪切時間對PE脫硫橡膠改性瀝青的基本性能存在顯著影響，隨剪切時間的增加，針入度呈下降趨勢，軟化點呈增加趨勢，延度呈先增加后下降趨勢。3種指標的變化情況不盡相同，說明剪切時間變化對瀝青各項性能存在不同的影響規(guī)律。

（2）針入度指標下降、軟化點指標增加，說明隨剪切時間增加，瀝青的稠度增加，提高了瀝青的高溫性能。如剪切時間為75 min、90 min時的針入度指標分別下降了4.5%和6.4%，軟化點指標增加了6.2%和7.0%;剪切時間超過75 min后，軟化點增加幅度顯著下降。結(jié)合延度指標變化趨勢（延度指標在75 min范圍內(nèi)存在最大值），確定PE脫硫橡膠改性瀝青剪切時間為75 min。

5 PE脫硫橡膠改性瀝青粘彈性能分析

粘彈性能表征復合改性瀝青的彈性恢復能力，與路面的疲勞性能存在密切關(guān)聯(lián)，彈性恢復能力越強，其受力作用后產(chǎn)生的永久變形越小，復合改性瀝青的性能越優(yōu)良。采用上述確定的工藝參數(shù)對PE脫硫橡膠改性瀝青進行粘彈性試驗，結(jié)果見圖7～8。

由圖7～8可知：

（1）隨試驗溫度的增加，3種瀝青的黏度均呈下降趨勢，利用溫度與黏度關(guān)系擬合，發(fā)現(xiàn)二者呈指數(shù)關(guān)系變化，且相關(guān)系數(shù)均達到0.9以上，說明溫度變化對瀝青黏度存在直接影響。其中，SBS改性瀝青黏度最大、PE脫硫橡膠改性瀝青黏度居中，基質(zhì)瀝青黏度最小，隨溫度的增加，3種瀝青之間的黏度差值越小。PE材料的添加，并未促使復合改性瀝青黏度高于SBS改性瀝青，說明PE脫硫橡膠復合改性瀝青具備良好的施工和易性，滿足規(guī)范要求。

（2）3種瀝青彈性恢復變化規(guī)律如下：PE脫硫橡膠改性瀝青>SBS改性瀝青>基質(zhì)瀝青，這與黏性指標變化趨勢相一致。PE脫硫橡膠改性瀝青的粘彈性能最佳，具備良好的抗疲勞性能，抵抗車輛荷載的抗變形能力最佳，這與PE材料的性質(zhì)密切相關(guān)。PE材料屬于熱塑性樹脂，具備良好的高溫穩(wěn)定性和耐柔性，與脫硫膠粉混合后能夠形成空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，與瀝青不再單一物理存在，橡膠粉裂解后，分子量減小，與部分PE分子結(jié)構(gòu)形成鏈接，共同作用于瀝青分子結(jié)構(gòu)中。

6 結(jié)語

（1）隨PE摻量增加，針入度、延度指標均呈下降趨勢，軟化點呈增加趨勢，摻量越大對各項性能指標影響越顯著。說明PE材料提高了脫硫橡膠改性瀝青的高溫性能，劣化了低溫延伸性能。綜合分析，確定PE材料摻加用量為2.0%。

（2）隨剪切時間的增加，針入度呈下降趨勢，軟化點呈增加趨勢，延度呈先增加后下降趨勢，當剪切時間超過75 min后，軟化點和延度指標變化幅度顯著。由此，可確定PE脫硫橡膠改性瀝青剪切時間為75 min。

（3）隨試驗溫度的增加，PE脫硫橡膠改性瀝青的黏度均呈下降趨勢，溫度與黏度呈指數(shù)關(guān)系，且PE脫硫橡膠改性瀝青的粘彈性能最佳，與SBS改性瀝青相比，具備良好的施工和易性。

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