沥青橡胶结合料性能的影响因素

文/中国公路工程咨询集团有限公司 谭瑞梅

大量研究表明，将废旧轮胎加工成橡胶粉加入到沥青中，实现沥青的改性，不仅可以为废旧轮胎的再生利用提供新的途径，同时可以改善沥青的高低温性能、弹性恢复性能及抗老化性能，使路面颜色更黑，并使路面具有降噪、行车舒适等优良性能。然而，橡胶粉与热沥青的作用是一个复杂的物理化学过程，影响因素较多，各因素之间还具有一定的交互作用关系，因此，为了更好地发挥沥青与橡胶共混后的性能，研究沥青橡胶结合料的性能影响因素，对结合料的合理设计十分必要。

为了分析沥青橡胶(AR)结合料性能的影响因素，为AR结合料的制备提供设计依据，本文选取不同基质沥青和橡胶粉，对影响AR结合料性质的主要因素进行研究，分析了结合料针入度、软化点、弹性恢复、布氏黏度和复数模量G＊的变化规律。

原材料及试验方法

原材料

采用70#沥青和50#沥青,性质如表1所示。采用20目、40目、60目和80目的橡胶粉进行试验，橡胶粉的基本性质，如表2所示。

表1 沥青的基本性质

表2 橡胶粉的基本性质

试验方法

AR结合料的制备方法。将规定掺量的20目、40目和80目胶粉分别加入180℃的基质沥青中，为了防止胶粉粒径不被加工设备破坏，采用普通搅拌器搅拌，搅拌时间为30分钟，然后放入190℃的搅拌烘箱中发育到规定时间，搅拌烘箱中搅拌器转速为600r/min，进行沥青橡胶结合料的制备。

性能测试方法

采用针入度、软化点、弹性恢复、布氏黏度和复数模量G＊指标分析AR结合料的性能。具体试验方法按照文献中的沥青针入度试验、沥青软化点试验、沥青弹性恢复试验、沥青旋转黏度试验和沥青流变性质试验方法操作。

试验结果分析

橡胶粉目数的影响分析

采用70#基质沥青和不同目数胶粉，分析胶粉目数对AR结合料性能的影响，胶粉目数对沥青135℃布氏黏度和64℃复数模量G＊的影响规律如图1所示。由图1(a)可以看出，两种橡胶粉掺量下，随着橡胶粉目数的增大，AR结合料的135℃布氏黏度呈现逐渐增大趋势，在AR胶结料加工过程中，基质沥青油分减少而导致的结合料稠度增大占很小的比例。因此，影响AR结合料黏度增大的原因主要是胶粉颗粒的作用，随着胶粉目数增长，橡胶粉变细，比表面积增大，沥青的稠度逐渐增加。

如图2所示，随着胶粉目数的增大，AR胶结料的64℃复数模量逐渐降低，这与135℃布氏黏度的规律相反，复数模量G＊反映了沥青的高温性能。这说明，AR结合料的135℃布氏黏度并不能代表沥青的高温性能，仅能反映沥青结合料的施工和易性。综合考虑施工和易性及高温性能，40目至60目的橡胶粉制备AR的性能较好。

反应时间的影响分析

为了分析AR制备过程中的合理反应时间，采用70#沥青、40目橡胶粉分析了AR结合料的最佳反应时间，试验结果如图2所示。

如图2所示，随着反应时间的增长，AR结合料的135℃布氏黏度先增大后减小，当反应时间达到1h时，AR的135℃布氏黏度达到峰值。这是因为橡胶粉在沥青中的溶胀随时间的增长会产生质的变化，一方面，在溶胀初期，橡胶粉的表面溶胀逐步形成凝胶体促进AR结合料的黏度增大，另一方面，由于橡胶粉颗粒的核心在缩小，削弱了粒子对AR结合料黏度的贡献，所以反应时间增长到一定程度，沥青的布氏黏度会逐渐降低。因此可以得出，该AR胶结料的最佳反应时间为1h。

图1 橡胶粉目数对AR结合料性质的影响规律

图2 反应时间对AR结合料135℃布氏黏度的影响规律

基质沥青标号和橡胶粉掺量的影响分析

采用40目胶粉在发育时间为1h的条件下制备AR胶结料，分析胶粉掺量及基质沥青标号对AR结合料指标的影响，试验结果如图3所示。

图3 基质沥青标号和橡胶粉掺量的影响规律

如图3(a)所示，随着橡胶粉掺量的增加，沥青的针入度逐渐降低，基本呈现出线性关系降低趋势，70#基质沥青制备的AR结合料的针入度降低速度相对较快，当橡胶粉掺量在15%以上时，70#基质沥青和50#基质沥青制备的橡胶沥青的25℃针入度在缩小。

如图3(b)所示，随着橡胶粉掺量的增多，50#基质沥青和70#基质沥青制备的AR结合料的软化点，基本呈现出线性增长规律，可以看出70#基质沥青制备的AR结合料软化点增长较快，当橡胶粉掺量为15%以上时，AR结合料的软化点差异逐渐缩小，受基质沥青的影响逐渐减小。

如图3(c)所示，随着橡胶粉掺量的增多，50#和70#基质沥青制备的AR结合料弹性恢复逐渐增大，橡胶粉可显著提升AR的弹性恢复能力，其中在橡胶粉掺量为15%以前，50#基质沥青制备的AR结合料的弹性恢复能力，优于70#基质沥青制备的AR结合料，当橡胶粉掺量超过15%以后，70#基质沥青制备的AR结合料的弹性恢复较为优异。

如图3(d)所示，不论是70#还是50#基质沥青，在一定橡胶粉掺量下，AR结合料的黏度增长是很缓慢的。当达到一定橡胶粉掺量，AR结合料的黏度急剧增加。黏度具有转折点，转折点与基质沥青的稠度有关，70#沥青的转折点出现在橡胶粉掺量为20%处，而50#基质沥青的转折点出现在橡胶粉掺量在10%处，高标号沥青在橡胶粉掺量较高时沥青布氏黏度出现转折点。

综上可以看出，在对AR结合料的高温性能和弹性恢复提升以及较高的施工和易性要求时，选择70#沥青制备AR结合料较为适宜。

结语

随着橡胶粉目数增加，AR结合料的布氏黏度逐渐升高，但复数模量G＊逐渐降低，AR结合料的布氏黏度并不能代表沥青的高温性能，仅能反映沥青结合料的施工和易性；随反应时间的增长，AR结合料的布氏黏度先增大后减小，橡胶粉在沥青中的溶胀随时间的增长发生了质的变化；随橡胶粉掺量的增加，基质沥青标号对AR结合料的针入度和软化点影响逐渐减小，当达到一定掺量，AR结合料的布氏黏度出现转折点，转折点出现的橡胶粉掺量与基质沥青的稠度有关。综合施工和易性及高低温性能，推荐采用橡胶粉的目数为40目至60目，以及采用70#基质沥青，在190℃的反应温度下反应1h后制备AR结合料。