废旧轮胎磨细成橡胶粉后添加在道路沥青中,已经被广泛应用于道路工程中。相比基质沥青与其它改性沥青,橡胶沥青能够解决环保问题,有效地防止或延缓路面反射裂缝的产生,减少路面其它病害,从而延长路面使用寿命,减少道路养护维修费用。本文在已有研究基础上,较为全面地考察了橡胶粉改性沥青(湿法)的路用性能,通过研究不同的基质沥青、胶粉品种、加工工艺等方面对橡胶沥青性能指标的影响,找出影响其路用性能的主要因素及变化规律,为道路工程废旧橡胶粉改性沥青工业化应用,特别是面层橡胶粉改性沥青混合料的推广应用提供技术支持沥青网sinoasphalt.com。
不同品牌的基质沥青所含组分不同,所以与橡胶粉的配伍性亦不同,进而影响橡胶沥青的性能。为了研究不同品牌基质沥青对橡胶沥青的性能影响,在胶粉掺量为20%的情况下,对以下三种基质沥青所制备的橡胶沥青性能进行了测试,结果如表1所示。
表1 橡胶改性沥青测试结果
由表1数据可知:橡胶粉掺量相同的情况下,基质沥青的品质对橡胶沥青的性能影响较大,主要表现在对180℃粘度、软化点及弹性恢复指标的影响上,对针入度和5℃延度指标的影响不大。3#沥青所制备的橡胶沥青性能最好。
1胶粉来源
不同厂家生产的胶粉来源和生产工艺均不同,其天然橡胶、丙酮抽取物等成分的含量以及橡胶粉颗粒的级配情况也不同,势必会影响橡胶沥青的性能。本文采用3#基质沥青,以及两种不同厂家胶粉(厂家1和厂家2),橡胶沥青在高速剪切(7000r/min)、180~190℃的温度下,连续搅拌45min后制成,测试两种橡胶改性沥青的性能指标,结果如表2所示。
表2 不同胶粉改性的橡胶沥青性能试验
根据表2试验数据所得橡胶沥青的技术指标可知:无论是20%的掺量,还是25%的掺量,所测得的橡胶沥青指标中,除5℃延度和弹性恢复值偏小外,厂家1相对厂家2生产的橡胶粉改性沥青的指标值偏大。由此说明,胶粉来源不同,生产出来的橡胶沥青的性能也有很大变化。
2胶粉细度
本文选用厂家2生产25~30目、30~50目、40~60目三种细度的胶粉,用来改性的沥青为3#基质沥青,胶粉掺量为沥青重量的20%,加工过程同上。然后测试各种橡胶沥青的25℃针入度、180℃黏度、软化点、5℃延度、弹性恢复等技术指标,试验得出:在相同的加工工艺、同种基质沥青的条件下,橡胶沥青的黏度与胶粉细度间关系不大,其他性能指标对胶粉细度也不那么敏感,其性能指标都相差不大,由此说明,橡胶粉的细度对橡胶沥青的性能并没有较大影响。
1搅拌方式
在橡胶沥青加工过程中,搅拌方式不同,不但会影响搅拌速率,还会造成橡胶沥青内部温度不均匀,影响橡胶粉在沥青中的溶胀。在原材料、加工温度和搅拌时间(45min)均相同的情况下,人工搅拌情况下25℃针入度为4.81mm,180℃黏度为2.4Pa.s,软化点为63.6℃,5℃延度为8.7cm,弹性恢复为74.9%;高速剪切机搅拌情况下25℃针入度为4.31mm,180℃黏度为3.8Pa.s,软化点为74.4℃,5℃延度为8.2cm,弹性恢复为87.1%。搅拌方式对橡胶沥青的性能有较大影响,人工搅拌的橡胶沥青性能远低于经高速剪切机搅拌所得到的橡胶沥青性能。由此说明,在人工搅拌的过程中,橡胶粉和沥青的熔融速度较慢,且不能充分均匀,从而使橡胶沥青的性能降低。
2搅拌时间
在剪切温度和搅拌速率(7000r/min)相同的情况下,搅拌时间对橡胶改性沥青性能的影响也很大,搅拌时间过短,胶粉不能充分溶胀;时间过长,胶粉将会融化、降解,降低橡胶沥青的粘度。试验得出:
①将胶粉加入沥青,搅拌均匀后,在开始的一段时间里,随着反应时间的延长,黏度迅速增加;到达某个时间,黏度达到最大值;之后,随着反应时间的延长,黏度逐渐衰减。
②不同反应温度下,黏度最佳的时间也不同,反应温度为190℃时,黏度在45min时出现最大值为:2.7pa·s;反应温度为180℃时,在150min左右时出现最大值为:3.3pa.s,由此说明,反应温度越高,反应速度就越快,黏度出现最大值的时间就越早;反应温度越低,反应速度就越慢,黏度出现最大值的时间就越迟。
③相比180℃反应温度,190℃反应温度下的胶粉与沥青反应速率较快,但是它的粘度衰减速度也比180℃也较快,且6小时之后的粘度低于了1.0pa.s,此时的粘度已不符合规范要求,致使橡胶沥青不能使用,由此说明,采用190℃比180℃的反应温度生产出来的橡胶沥青可储存时间短,即反应温度越高,产出的橡胶沥青现场可操作性就越差。
①橡胶粉掺量相同的情况下,基质沥青的品质对橡胶沥青的粘度、软化点及弹性恢复等指标影响较大,对针入度和5℃延度指标的影响不大。②不同的胶粉来源对橡胶沥青性能影响较大。③橡胶粉的细度对橡胶沥青性能影响不大。④加工橡胶沥青的过程中,确定加工温度和加工时间等参数时,需考虑橡胶沥青的性能和现场施工的可操作性,要想使橡胶沥青的粘度尽快达到施工所需粘度,且能做到现制现用时,可将反应温度控制在190℃以上,发育时间控制在45min左右;想要存储的时间较长些,可将温度控制在180℃~190℃,反应时间至少为45min,且剪切速率均为7000r/min。