在汽车的使用过程中,轮胎成为消耗较多的配件,如果不能做好及时有效的处理,不仅浪费了资源也会影响到环境的友好发展。经过技术处理将废弃的轮胎加工成橡胶粉,并和沥青一同可以生产出橡胶沥青。这一产品可有效缓解沥青路面早期裂缝的产生及降低行车过程中的噪音,减薄路面厚度,延长路面的使用寿命,因此,橡胶沥青在沥青路面铺筑中得到快速的发展和运用。
在橡胶沥青的定义中,美国ASTM的定义是应用最为广泛的,其认为将沥青和回收轮胎橡胶粉作为主要的成分,在添加剂的作用下形成的胶结料就是橡胶沥青。在沥青中添加一定比例的橡胶粉后,在饱和烃与芳香烃的作用下,这些橡胶粉在经历过溶解和溶胀后,可以较为均匀的分布到沥青中。在经过高温的作用后,沥青中的轻质组分会因为被橡胶粉所吸收而减少,而吸收轻质组分的橡胶粉最明显的表现就是体积的增加,所形成的凝胶层也较厚。这两种变化所带来的共同影响就是能够增加橡胶沥青的黏度[1]。
国外一般采用以黏度为核心指标,将针入度和软化度的辅助指标作为对橡胶沥青性能进行评价的指标体系[2]。因此,研究橡胶粉掺量对橡胶沥青黏度的影响至关重要,其对橡胶沥青在生产和施工也是一个重要的控制指标。本文通过对橡胶粉掺量对橡胶沥青黏度影响进行研究,探讨橡胶粉掺量与橡胶沥青黏度之间的关系。
基质沥青采用佛山高富中石油燃料油沥青有限责任公司(简称高富)生产的、满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)要求的70号重交通道路沥青,其基本性质见表1。胶粉采用广西业鼎新材料科技有限公司提供的40目橡胶粉。
湿法生产工艺是应用较为广泛的橡胶沥青生产工艺,在加热过程中要对基质沥青进行充分搅拌,当温度升至190℃时,加入橡胶粉,通过搅拌橡胶粉吸热后,温度降至在185℃。搅拌30min,使胶粉颗粒充分溶胀;通过胶体磨剪切作用,使胶粉颗粒在沥青中分散均匀;通过螺杆泵输送至成品罐,后搅拌4h,具体的工艺流程见图1。
橡胶沥青的质量指标必须符合表2的要求才能满足出厂要求,否则不能使用。
使用高富70#基质沥青,分别按不同橡胶粉比例(17%、 18%、19%)生产橡胶沥青,剪切温度控制在180℃～190℃,三组试验结果如表3所示。
由表3可知:随着橡胶粉掺量增加,135℃及177℃黏度逐渐增加,这是因为一方面橡胶粉掺量增加时其吸收轻质组分溶胀,另一方面橡胶沥青中橡胶粉含量增多,黏度增加。当橡胶粉按17%添加时,橡胶沥青177℃粘度偏低,指标衰减速度较快。当橡胶粉按19%添加时,橡胶沥青177℃粘度偏大,粘稠大。当橡胶粉按18%添加时,性能指标均符合要求,同时177℃粘度衰减变化较少。合理的选择最佳生产方案不仅提高橡胶沥青性能指标,而且能节省生产成本,提高经济效益。因此,对橡胶沥青橡胶粉掺量研究是十分有必要。
作为感温性材料,沥青的黏度受温度的影响较为明显,反应较为敏感。因此,各个机构对试验相关试验温度的要求各不相同,甚至温度偏差需要控制在±0.03℃范围内。在本研究中,选择了157℃、167℃、177℃、187℃四组试验温度作为变量,掺入的橡胶粉比例都是21%,并选用同一种测试方法。所得数据如下:
通过上述图2、表4数据分析可以看出,温度对橡胶沥青的影响表现为反向线性相关。当温度逐步上升之时,温度-粘度曲线的倾斜角度会变大,这充分说明了在高温状态下,橡胶沥青具有较强的敏感性,其黏度的变化受到温度的影响较为明显。所以,在橡胶沥青的生产和使用过程中,要精准的把握好适宜的温度才能够保证其黏性更好的发挥。
通过使用洛克菲尔德旋转粘度计计算在恒定的177℃的温度时,掺入不同比例(0%、15%、18%、21%、24%、27%)橡胶粉所制成的橡胶沥青的黏度值,可以得出如下数据。
由上述数据可知,外掺橡胶粉能够提高橡胶沥青的黏度,在外掺橡胶粉比例在15%到25%之间时,这种影响的作用效果较为明显,当在这一区间数值之外时,虽然正向影响仍然存在,但是作用效果的改变并不明显。综合考虑生产成本、施工技术、建设要求、作用效果等因素,生产橡胶沥青时所选择的外掺橡胶粉比例应该控制在15%～25%之间[3]。
在进行了多次对比实验之后,根据实验所得数据可以分析出,温度和橡胶粉掺量对橡胶沥青的黏度都会产生直接影响,但作用效果不同。在温度方面,橡胶沥青的黏度和温度呈反向线性相关,因此需要合理的控制好温度才能保证橡胶沥青的粘性;在掺入量方面,两者虽然呈正向线性相关,但是当掺入比例达到25%以上时,这种正向影响的变化就会减弱,所以应该将掺入量控制在合理的范围内才能够实现最优化生产。
摘要：在橡胶沥青性能研究领域,主要是通过实验室高速剪切模拟生产橡胶沥青试样研究较多,在工业化生产中橡胶粉掺量对橡胶沥青性能影响的研究较为少。通过对比分析掺入不同数量橡胶粉后橡胶沥青的性能指标,可以得出两者之间的影响关系。因此,本文采用工业生产情况下对橡胶沥青性能评价,进而研究橡胶粉量对其黏度的影响。
关键词：橡胶沥青,黏度,橡胶粉
[1] 朱德斌.广东地区高速路橡胶沥青应用研究[D].广州:华南理工大学,2009(6).
[2] 王新宽.橡胶沥青室内制作及性能研究[J].长安大学报,2010(6).
[3] 孙祖望,陈飙.橡胶沥青技术应用指南[M].北京:人民交通出版社,2007.
