不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青性能研究

馬 力

（寧夏交投工程建設(shè)管理有限公司,寧夏 銀川 750000）

0 引言

近年來，我國的道路建設(shè)正在向綠色、耐久的方向快速發(fā)展。將廢舊輪胎這一固體廢棄物進(jìn)行回收加工，應(yīng)用于道路建設(shè)修筑瀝青路面，開創(chuàng)了廢輪胎無害化資源再生利用的新途徑[1-4]。與道路石油瀝青相比，廢胎膠粉橡膠瀝青具備良好的高低溫性能、耐久性能及抗滑降噪性能，有利于減少路面病害、提高道路使用性能[5-8]。廢胎膠粉橡膠瀝青的應(yīng)用將推進(jìn)資源節(jié)約型社會的建設(shè)和綠色交通的發(fā)展。該文研究了不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青性能，為廢胎膠粉橡膠瀝青性能改善及后續(xù)應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)參考。

1 試驗研究

1.1 材料

（1）基質(zhì)瀝青。試驗采用90號道路石油瀝青，性能指標(biāo)見表1。

表1 基質(zhì)瀝青性能指標(biāo)

（2）膠粉。試驗用膠粉為經(jīng)脫硫活化的廢胎膠粉，細(xì)度為60目、40目和20目。

1.2 廢胎膠粉橡膠瀝青制備

將90號道路石油瀝青置于容器中，攪拌加熱至160 ℃，加入膠粉，加熱至180 ℃，并在此溫度下剪切反應(yīng)1 h；加入橡膠油，攪拌1 h；加入穩(wěn)定劑，攪拌0.5 h，得到廢胎膠粉橡膠瀝青。

2 試驗結(jié)果及分析

該文通過對不同細(xì)度膠粉改性瀝青進(jìn)行性能檢測與數(shù)據(jù)分析，選擇合適的膠粉細(xì)度，并制備不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青，按照相關(guān)規(guī)范對廢胎膠粉橡膠瀝青的180 ℃旋轉(zhuǎn)黏度、軟化點、25 ℃針入度、5 ℃延度、25 ℃彈性恢復(fù)等性能進(jìn)行測試，并對試驗結(jié)果進(jìn)行分析。

2.1 不同膠粉細(xì)度的廢胎膠粉橡膠瀝青

膠粉細(xì)度分別為20目、40目和60目，膠粉摻量為20%（外摻），橡膠油摻量1%（外摻），穩(wěn)定劑摻量0.1%（外摻），制備廢胎膠粉橡膠瀝青，并測試其性能。

（1）180 ℃旋轉(zhuǎn)黏度。從圖1中可以看出，隨著膠粉目數(shù)增加，即膠粉越來越細(xì)，廢胎膠粉橡膠瀝青的180 ℃旋轉(zhuǎn)黏度呈增長趨勢。膠粉較粗時，膠粉與瀝青之間的溶脹反應(yīng)不充分，而當(dāng)膠粉較細(xì)時，膠粉與瀝青能較充分反應(yīng)形成溶膠體系，黏度增大。當(dāng)膠粉目數(shù)從20目增加至40目時，黏度增長幅度較大，而從40目增加至60目時，漲幅較小，說明膠粉目數(shù)超過40目后，細(xì)度對黏度的影響程度降低。

圖1 不同膠粉細(xì)度的廢胎膠粉橡膠瀝青旋轉(zhuǎn)黏度性能圖

（2）軟化點。隨著膠粉目數(shù)增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的軟化點呈上升趨勢，但上升幅度不顯著，軟化點均超過60 ℃，具備較好的高溫性能。

（3）25 ℃針入度。隨著膠粉目數(shù)增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的針入度呈下降趨勢，但變化不顯著，針入度均在50～70（0.1 mm）之間，滿足溫區(qū)技術(shù)要求。

（4）5 ℃延度。從圖2中可以看出，當(dāng)膠粉目數(shù)從20目增加至40目時，廢胎膠粉橡膠瀝青的5 ℃延度顯著增大，這是由于加入40目膠粉時，膠粉與瀝青充分反應(yīng)形成溶膠結(jié)構(gòu)，顯著提升了廢胎膠粉橡膠瀝青在低溫下的延韌性。而進(jìn)一步增加目數(shù)至60目時，延度并未顯著提升，說明膠粉在40目的細(xì)度時，膠粉已與瀝青發(fā)生充分反應(yīng)，此時進(jìn)一步增加膠粉細(xì)度對延度提升并未產(chǎn)生顯著影響。

圖2 不同膠粉細(xì)度的廢胎膠粉橡膠瀝青5 ℃延度性能圖

（5）彈性恢復(fù)性能。從圖3中可以看出，隨著膠粉目數(shù)增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的彈性恢復(fù)性能呈增大趨勢，尤其當(dāng)膠粉從20目增加至40目時，更為顯著。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生與前文所述的溶膠結(jié)構(gòu)有關(guān)，溶膠結(jié)構(gòu)的形成有效提升了廢胎膠粉橡膠瀝青的黏彈性。

圖3 不同膠粉細(xì)度的廢胎膠粉橡膠瀝青彈性恢復(fù)性能圖

結(jié)合不同目數(shù)膠粉制備的廢胎膠粉橡膠瀝青性能及膠粉成本，該文選擇40目膠粉進(jìn)行廢胎膠粉橡膠瀝青性能研究分析。

2.2 不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青

為了研究膠粉摻量對廢胎膠粉橡膠瀝青性能的影響，該文選擇膠粉細(xì)度為40目，膠粉摻量分別為15%、20%、25%、30%（外摻），橡膠油摻量1%（外摻），穩(wěn)定劑摻量0.1%（外摻），制備廢胎膠粉橡膠瀝青并測試其性能。

（1）180 ℃旋轉(zhuǎn)黏度。從圖4中可以看出，隨著膠粉摻量的增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的黏度呈上升趨勢。膠粉摻量從15%增加至20%時，黏度變化較為顯著，更多的膠粉與瀝青形成凝膠結(jié)構(gòu)，從20%增加至25%時，黏度增加但幅度較小，從25%增加至30%時，黏度再次大幅度增加，主要是由于膠粉摻量過高，部分膠粉無法與瀝青充分反應(yīng)，導(dǎo)致黏度顯著增加，且30%摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青黏度過大，超出溫區(qū)技術(shù)要求范圍（2.5～3.5 Pa·s）。實際工程應(yīng)用中不推薦30%摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青，因其黏度過大，不利于現(xiàn)場拌和及攤鋪碾壓。

圖4 不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青180 ℃旋轉(zhuǎn)黏度性能圖

（2）軟化點。從圖5中可以看出，隨著膠粉摻量的增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的軟化點呈增大趨勢，但變化并不顯著。最低15%摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青軟化點仍超過60 ℃，膠粉的摻入大大提高了瀝青的軟化點，使其具備良好的高溫性能。在工程應(yīng)用中，廢胎膠粉橡膠瀝青路面高溫病害可顯著減少。

圖5 不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青軟化點性能圖

（3）25 ℃針入度。從圖6中可以看出，摻入膠粉后，廢胎膠粉橡膠瀝青相對于道路石油瀝青其針入度下降，說明經(jīng)過膠粉改性后，瀝青變硬，對其低溫性能有一定提升。隨著膠粉摻量的增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的針入度呈下降趨勢，但均在溫區(qū)技術(shù)要求范圍（50～70，0.1 mm）。

圖6 不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青針入度性能圖

（4）5 ℃延度。與道路石油瀝青相比，摻入膠粉后低溫延韌性得到了很好的提升，這主要是源于膠粉自身特性及膠粉與瀝青形成了凝膠結(jié)構(gòu)，使其在低溫下仍具備良好的延展性能，在工程應(yīng)用中廢胎膠粉橡膠瀝青具備更好的低溫抗裂性能。從圖7中可以看出，隨著膠粉摻量的增加，廢胎膠粉橡膠瀝青的5 ℃延度呈增加趨勢，且摻量從15%增加至20%時，增長幅度顯著，而從20%增加至30%，延度變化不顯著，此時，溶膠結(jié)構(gòu)對低溫延展性的影響減弱。

圖7 不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青5 ℃延度性能圖

（5）彈性恢復(fù)性能。瀝青摻入膠粉后，廢胎膠粉橡膠瀝青彈性恢復(fù)性能顯著增強(qiáng)，這是由于膠粉本身具備黏彈性等特性，膠粉與瀝青形成的共混體同樣具備此項特性。且從圖8中可以看出，隨著膠粉摻量提高，共混體中膠粉占比越大，彈性恢復(fù)性能越好。在實際應(yīng)用中，良好的彈性恢復(fù)能力能夠減少路面病害的產(chǎn)生。

圖8 不同膠粉摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青彈性恢復(fù)性能圖

對不同摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青進(jìn)行性能分析，30%廢胎膠粉橡膠瀝青由于其黏度過大，大大增加了施工難度，不適合用于工程中，綜合考慮高溫及低溫性能，20%與25%廢胎膠粉橡膠瀝青具備較高的軟化點、較大延度及較好的彈性恢復(fù)性能，更適于工程建設(shè)使用。

3 結(jié)論

（1）隨著膠粉目數(shù)增加，即膠粉越來越細(xì)，廢胎膠粉橡膠瀝青的180 ℃旋轉(zhuǎn)黏度增加，軟化點、彈性恢復(fù)、5 ℃延度等性能提升，針入度下降，尤其是膠粉從20目增加至40目時，黏度、彈性恢復(fù)及5 ℃延度顯著變化，這是由于更細(xì)的膠粉與瀝青充分反應(yīng)形成凝膠結(jié)構(gòu)。

（2）選擇40目膠粉，研究膠粉摻量對廢胎膠粉橡膠瀝青性能的影響。隨著膠粉摻量從15%增加至30%，其180 ℃旋轉(zhuǎn)黏度增加，軟化點、彈性恢復(fù)、5 ℃延度等性能提升，針入度下降，高溫和低溫性能均得到提升。對不同摻量的廢胎膠粉橡膠瀝青性能進(jìn)行對比，工程應(yīng)用中建議選擇摻量為20%或25%的廢胎膠粉橡膠瀝青。