橡膠瀝青熱儲存性能研究

張炯

(岳陽市公路橋梁基建總公司， 湖南 岳陽 414021)

采用低溫冷凍粉碎法和常溫輥壓剪切法將廢舊輪胎制成橡膠粉應用于道路建設，不僅能緩解廢舊輪胎的“黑色污染”，還可改善道路性能。但橡膠瀝青中橡膠顆粒與瀝青屬于熱力學不相容體系，橡膠顆粒懸浮于瀝青中進而發(fā)生離析，高黏度也影響橡膠瀝青混合料的攤鋪、壓實。易離析和高黏度嚴重影響橡膠瀝青的推廣應用，提高其熱儲存穩(wěn)定性尤為重要。添加相容劑和SBS改性劑或維他連接劑、多聚磷酸、硫化交聯(lián)體系，可在一定程度上改善橡膠顆粒與瀝青的相容性，從而改善其儲存穩(wěn)定性，但添加外加劑會增加建設成本。溶解性膠粉制備技術通過高溫、高速剪切和延長反應時間促進膠粉脫硫降解，使其在瀝青中近乎全部溶解，膠粉改性瀝青的儲存穩(wěn)定性和工作和易性大幅提高。但高溫、高剪切速度和較長的反應時間會加劇瀝青老化，同時消耗更多能源。為研究橡膠瀝青在儲存罐中的性能變化，將橡膠瀝青分別在不同溫度(140 ℃、160 ℃、180 ℃)和時間(12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、96 h)下儲存，分析其性能演變趨勢，結合路用性能變化，推薦最佳儲存溫度和儲存時間。

1 試驗原材料

1.1 基質瀝青

采用AH-70作為基質瀝青制備橡膠粉改性瀝青，AH-70的技術指標見表1。

表1 AH-70瀝青的技術指標

1.2 橡膠粉

采用50目廢舊輪胎橡膠粉，其技術指標見表2。

表2 50目廢舊輪胎橡膠粉的技術指標

1.3 制備流程

將AH-70基質瀝青放入150 ℃烘箱中使其軟化，同時將橡膠粉放入110 ℃烘箱中烘干備用；將橡膠粉加入基質瀝青中，采用剪切機剪切，橡膠粉和基質瀝青的質量比為20∶80，剪切速率為2 000 r/min，剪切溫度為180 ℃左右；待膠粉全部溶于瀝青后，將剪切機轉速調至6 000 r/min剪切45 min，并用玻璃棒攪拌使瀝青剪切均勻；剪切完成后，將瀝青放入175 ℃烘箱中發(fā)育1 h，制得橡膠粉改性瀝青。

1.4 儲存條件

為模擬橡膠瀝青工程儲存條件，將橡膠瀝青分別在不同溫度和時間下儲存，溫度分別為140 ℃、160 ℃、180 ℃，儲存時間分別為12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h、96 h。在儲存期間，定期對橡膠瀝青攪拌5 min，模擬瀝青罐中的連續(xù)攪拌。

2 試驗結果分析

2.1 軟化點

軟化點表征瀝青的高溫性能，軟化點越高，瀝青的高溫性能越好。對不同儲存條件下橡膠瀝青進行軟化點試驗，結果見圖1。

圖1 不同儲存條件下橡膠瀝青的軟化點

由圖1可知：1) 橡膠瀝青的軟化點隨儲存時間延長先增大后減小；不同儲存溫度下橡膠瀝青的軟化點最大值出現(xiàn)在12 h時，可能是由于橡膠顆粒吸附瀝青輕質組分發(fā)生吸附溶脹作用，瀝青質成分增加，瀝青高溫性能得到提高。2) 儲存溫度越高，橡膠瀝青的高溫性能衰減越大，180 ℃儲存溫度下橡膠瀝青的高溫性能在48 h時快速衰減。原因是橡膠顆粒吸附輕質組分發(fā)生溶脹作用，導致橡膠顆粒裂解，隨著儲存時間的延長，橡膠顆粒發(fā)生離析導致改性效果變差。在較低儲存溫度下橡膠瀝青的高溫性能衰減較小，建議在滿足要求的前提下降低儲存溫度。

2.2 延度

通過低溫延度試驗測試橡膠瀝青的低溫性能，試驗溫度5 ℃，拉伸速度10 mm/cm，試驗結果見圖2。

圖2 不同儲存條件下橡膠瀝青的延度

由圖2可知：橡膠瀝青的延度隨儲存時間延長先增大后減小，原因是橡膠顆粒吸附瀝青輕質組分發(fā)生吸附溶脹，導致橡膠顆粒裂解，溶脹后的橡膠顆粒間形成三維空間結構，低溫性能得到改善；長期儲存后橡膠瀝青的低溫性能衰減較快，可能與橡膠顆粒相互交聯(lián)形成的三維網絡結構破壞有關。

2.3 黏度

橡膠瀝青的高黏度影響混合料的攤鋪、壓實。進行不同儲存條件下橡膠瀝青黏度試驗，試驗溫度177 ℃，采用27號轉子，轉速為80 r/min，試驗結果見圖3。

圖3 不同儲存條件下橡膠瀝青的黏度

由圖3可知：橡膠瀝青的黏度隨儲存時間延長而減小。初始階段橡膠瀝青黏度下降，有助于改善橡膠瀝青的施工和易性；隨著儲存時間的增加，橡膠顆粒的裂解加劇，顆粒沉降，橡膠瀝青的黏度明顯下降，導致橡膠瀝青失去高黏特性。使用中應避免較長時間儲存，建議儲存時間不超過72 h、儲存溫度控制在160 ℃。

2.4 針入度

橡膠顆粒的存在會影響橡膠瀝青針入度測試結果的準確性，鑒于目前還沒有專門用于橡膠瀝青的評價方法和體系，采用現(xiàn)行的針入度測試方法。橡膠瀝青的針入度試驗結果見圖4。

圖4 不同儲存條件下橡膠瀝青的針入度

由圖4可知：1) 初期橡膠瀝青的針入度增大，隨著儲存時間的增加，針入度減少。原因是初期橡膠顆粒吸附溶脹并不明顯，針入度偏大；隨著儲存時間的延長，吸附溶脹的橡膠顆粒發(fā)生裂解，顆粒粒徑變小，同時瀝青老化加重導致瀝青變硬，針入度減小。2) 隨著儲存溫度的升高，橡膠瀝青的針入度減小，原因是溫度越高，橡膠顆粒吸附溶脹作用越明顯。

2.5 離析試驗

橡膠瀝青中橡膠顆粒與瀝青屬于熱力學不相容體系，橡膠顆粒懸浮于瀝青中造成沉淀離析，從而影響橡膠瀝青的使用性能。分別在140 ℃、160 ℃、180 ℃下對橡膠瀝青進行離析試驗，結果見圖5。

圖5 不同儲存條件下橡膠瀝青離析試驗結果

由圖5可知：橡膠瀝青的軟化點差值隨儲存時間的延長而增大，原因是橡膠瀝青的黏度隨溫度升高而降低，較小的黏度在一定程度上可阻礙橡膠顆粒下沉，從而延緩離析的發(fā)生；隨著儲存時間的增加，軟化點差值大于2.5 ℃，已不滿足規(guī)范要求。建議儲存時間不超過72 h、儲存溫度取160 ℃。

3 路用性能

考慮到橡膠瀝青混合料的路用性能隨儲存條件變化會發(fā)生衰減，將橡膠瀝青性能與路用性能結合起來，通過車轍試驗研究橡膠瀝青合適的儲存溫度和時間。各檔粗集料均采用玄武巖，細集料均為石灰?guī)r，其各項指標均滿足規(guī)范要求。采用SMA-13中值級配，最佳油石比為5.0%。車轍試驗結果見圖6。

由圖6可知：隨著儲存時間的增加，橡膠瀝青混合料的動穩(wěn)定度減小；48 h內動穩(wěn)定度衰減不大；72 h、96 h時動穩(wěn)定度衰減較大，140 ℃、160 ℃、180 ℃儲存溫度下，72 h時降解率分別為8.2%、18.0%、21.8%，96 h時降解率分別為12.5%、24.7%、29.6%。儲存溫度越高，性能衰減越大，與橡膠瀝青性能衰減結果吻合。建議儲存溫度取160 ℃、儲存時間不超過72 h。

圖6 不同儲存條件下橡膠瀝青混合料車轍試驗結果

4 結論

(1) 隨著儲存時間的增加，橡膠瀝青的軟化點、延度、針入度先增大后減小，且溫度越高，性能衰減越大。

(2) 隨儲存時間增加，橡膠瀝青的黏度減??；隨儲存溫度升高，橡膠瀝青黏度衰減越大。

(3) 隨儲存時間增加，橡膠瀝青的軟化點差值增大；儲存時間超過72 h時，離析試驗結果已不滿足規(guī)范要求。建議儲存時間不超過72 h、儲存溫度為160 ℃。

(4) 隨儲存時間增加，橡膠瀝青混合料的動穩(wěn)定度減小，儲存溫度越高，性能衰減越大。