沥青的针入度延度软化点(橡胶沥青生产工艺影响因素室内研究)

文章来源：微信公众号“沥青路面"

近年来，我国沥青路面结合料主要采用SBS和SBR改性剂，其具有一定技术优势，也取得了良好效果，但价格较为昂贵。为此，很多研究人员就废旧资源在沥青及沥青混合料中的应用进行了研究，目前研究较多的是废旧轮胎磨细的胶粉。较多研究资料表明，使用废旧轮胎胶粉制备的改性沥青路面，不仅具有良好的路用性能和低温性能优良，而且还具有较好的经济性和适用性，故得到了广泛应用。但如何保证橡胶沥青路面的使用性能，避免出现早期病害，则需对橡胶改性沥青混合料的设计及施工工艺进行优化和改进。基于此，笔者对橡胶改性沥青的制备工艺进行室内试验，研究胶粉的目数、掺量和沥青加热温度、生产工艺等对橡胶沥青性能的影响，并根据试验结果，推荐合适的参数范围。

试验原材料及试验方法

原材料

试验时，基质沥青采用70#道路石油沥青，其技术指标如下：针入度为69.8(0.01mm)，软化点为50℃，延度大于150cm，粘度为0.56Pa·s。试验所用胶粉为废旧轮胎磨细的橡胶颗粒。

橡胶沥青制备及试验评价方法

根据橡胶颗粒的加入方式，橡胶沥青加工工艺可分为湿法和干法，其中湿法指直接将胶粉加入到沥青中并进行预混，制备成橡胶沥青；干法则是直接将胶粉加入到沥青混合料中进行拌和，制备相应的橡胶沥青混合料。由于湿法能够使胶粉与沥青充分混溶，本次试验采用湿法工艺。

影响橡胶沥青效果的因素很多，主要可分为2类，一类是材料因素，即所选取的沥青橡胶粉的材料属性；另外一类是加工工艺因素，主要包括搅拌方式、反应时间和制备时的温度、胶粉掺量等。对于本次试验而言，沥青及胶粉均为固定材料，因此不考虑其材料性能变化对橡胶沥青带来的影响，只对其掺量和生产工艺进行研究。

根据已有研究成果，本次试验选取胶粉掺量范围为10%～25%、胶粉目数范围为20～60目。生产工艺选取如下4种方案：A，320r/min+搅拌40min、B，2000r/min+搅拌40min；C，3000r/min+剪切40min；D，2000r/min+搅拌40min+剪切40min。制备时沥青温度范围为170～200℃。

按照以上试验方案，分别对制备的橡胶沥青的针入度、延度、软化点、弹性恢复和粘度进行测试，评价分析橡胶沥青掺量对性能变化趋势的影响，并选取适宜的生产工艺。

试验结果与讨论

胶粉目数对橡胶沥青性能影响

试验时，为了选择最优的胶粉粒度，采用20～60目胶粉对沥青进行改性。试验时，搅拌温度为180℃，胶粉掺量为18%，搅拌方式为方案D。橡胶沥青制备好后，立即进行了性能试验。

数据可知，胶粉颗粒目数对橡胶改性沥青性能有明显影响。尽管胶粉目数增大即颗粒变细时，沥青性能均有所改善，但并不意味着胶粉目数越大就越好。随着胶粉目数增大，橡胶沥青的延度(5℃)、弹性恢复和粘度呈现先提高后降低的趋势；橡胶沥青软化点随着胶粉目数增大有所变化，但变化幅度非常小，表明软化点指标对胶粉颗粒大小并不敏感。从橡胶沥青的粘度变化可知，当胶粉目数由20目增大到40目时，其粘度提高了约92%，接近1倍，反映出胶粉目数对橡胶沥青的粘度作用明显。但如果橡胶沥青粘度过高，则其施工就较为困难，碾压也容易出现粘轮现象。因此，为了保证良好的施工效果，橡胶沥青粘度不宜过高，胶粉目数也应避免太大从而引起粘度过高。根据本次试验结果，本文推荐选取胶粉颗粒目数范围为30～40目。

胶粉掺量对橡胶沥青性能的影响

胶粉掺量对橡胶沥青性能也有一定影响。掺量较少，不利于胶粉与沥青的反应；掺量较多，超过沥青对胶粉的吸收能力，也很难起到良好的改性效果，且会造成材料浪费和经济性较差。基于此，橡胶沥青生产时，也要对其掺量进行研究。

本次试验选取的胶粉掺量范围为10%～25%。试验时，搅拌温度为180℃，胶粉目数为30目，搅拌方式为方案D。橡胶沥青制备好后，立即进行了性能试验。

数据可知，胶粉掺量对橡胶沥青的影响明显，随着橡胶用量的增多，橡胶沥青的针入度(25℃)、延度(5℃)、软化点、弹性恢复和粘度均呈现提高的趋势，表明胶粉用量增加使得橡胶颗粒与沥青的反应过程更加充分和深入，沥青性能良好。

单纯从橡胶沥青粘度来看，发现当胶粉掺量从10%增大到25%时，其粘度提高了约10倍，表明粘度对橡胶掺量变化非常敏感。相关研究表明，当沥青粘度超过1.5Pa·s，橡胶沥青混合料的施工会变得较为困难。因此，结合本次试验结果，橡胶颗粒掺量在20%范围以内较为合适。

加工温度对橡胶沥青性能的影响

本次试验选取的搅拌温度变化范围为170～200℃，胶粉目数为30目，掺量为20%，搅拌方式为方案D。橡胶沥青制备好后，立即进行了性能试验。

数据可知，加工温度对橡胶沥青的影响明显，在试验温度范围(170～200℃)内，橡胶沥青针入度(25℃)、延度(5℃)和弹性恢复均随着加工温度的升高而增大；而橡胶沥青的软化点和粘度随着温度升高呈现先增大后降低的趋势，表明以上2种指标存在着合适的加工温度区间。也就是说，在一定温度范围内，橡胶颗粒容易在沥青内部出现溶胀反应，且其软化点和粘度迅速升高，但当温度继续升高时，过高的温度会加速橡胶颗粒的裂解和脱硫反应过程，阻碍和限制沥青与胶粉颗粒的反应，因此各软化点和粘度有所降低。

从胶粉颗粒与沥青的反应机理可知，当温度适宜时，胶粉容易在沥青中分散和溶胀，从而保证了粘度升高；如果温度继续升高，则尽管针入度(25℃)、延度(5℃)和弹性恢复也有相应提高，但其变化幅度较小，且软化点和粘度明显降低。同时，较高的温度也容易导致沥青产生老化，消耗过多的能源。因此，从橡胶沥青的性能和经济性角度考虑，橡胶沥青生产温度不应太高，190℃左右较为适宜。

生产工敢对橡胶沥青性能的影响

本次试验选取前述4种生产工敢方案，A、B、C、D，胶粉掺量为20%，胶粉目数为30目，搅拌温度为190℃。橡胶沥青制备好后，立即进行了性能试验。

数据可知，加工工艺对橡胶沥青的影响明显。4种不同的加工工艺对橡胶沥青的软化点和粘度均有不同程度的提高，采用方案C时，橡胶沥青的软化点和粘度提高幅度最小，主要原因是该方案缺少搅拌过程，不能保证胶粉在沥青中的充分分散。采用方案D时，橡胶沥青的软化点和粘度提高幅度最大，表明橡胶沥青加工时，适当的搅拌过程可以显著提高沥青的改性效果，使得胶粉更为均匀和更长时间地与沥青发生反应。采用方案D时橡胶沥青的搅拌过程主要是保证胶粉颗粒能够充分地均匀地分散于沥青中。因此，制备橡胶沥青时，应尽量考虑到经济的合理性，保证胶粉在沥青中的均匀分散。

结论

本文基于室内试验，研究了胶粉目数、掺量以及加热温度、生产艺对橡胶沥青性能的影响，并得出以下结论。

1)胶粉目数对橡胶沥青的软化点影响不大，胶粉目数越大，橡胶沥青的延度和延度就越高，且目数在30目或40目较为合适。

2)考虑到橡胶沥青的性能变化和施工便捷性，橡胶粉的掺量不宜过多，应保持在20%以内。

3)橡胶沥青生产时的加热温度对沥青的性能有较大影响。研究表明，生产温度为190℃左右时，橡胶沥青的制备效果最好。

4)不同生产工艺对橡胶沥青的针入度、延度和弹性恢复等性能指标的影响不大，但对沥青的软化点和粘度影响显著。因此，橡胶沥青加工时，应采用搅拌和剪切相结合的方式来进行。