1、橡胶沥青性能试验及影响因素分析 摘 要 橡胶沥青的技术性能与其生产工艺、橡胶粉类型、基质沥青类型、橡胶粉掺量等关系密切，通过室内实验研究了这些因素对橡胶沥青高温性能、低温性能、抗老化性能等的影响，对于橡胶沥青应用中的工艺控制和原材料选择具有参考意义。 关键词 橡胶沥青；橡胶粉；基质沥青；实验研究 1 概述 橡胶沥青是先将废旧轮胎原质加工成为橡胶粉粒， 再按一定的粗细级配比例进行组合，同时添加多种高聚合物改性剂， 并在充分拌合的高温条件下（ 180 以上），与基质沥青充分熔胀反应后形成的改性沥青胶结材料。橡胶沥青的性能与其生产工艺、胶粉类型、胶粉掺量等关系密切。 2 原材料性能试验 2.1 橡胶
2、粉 橡胶粉由大车钢丝轮胎粉碎筛分生产而成，细度为 20 目，检测密度为1.15g/cm3，满足 1.101.20 g/cm3 要求，其含水率为 0.6%，现场筛分结果如表 1 所示，满足技术要求。 表 1 橡胶粉筛分结果 基质沥青采用中海油（泰州） AH-70 基质沥青技术指标如表 2 所示。 表 2 基质沥青检测结果 3 橡胶粉种类及细度对橡胶沥青性能的影响 为分析胶粉种类及细度对橡胶沥青改性效果的影响，分别采用两种不同种类、三种不同细度的胶粉对 70道路石油沥青进行改性，橡胶粉掺量为20，橡胶沥青的性能列于表 3 及图 1图 6。 表 3 不同胶粉类型橡胶沥青性能指标 图 1 橡胶沥青软化
3、点对比图 2 橡胶沥青车辙因子对比 图 3 橡胶沥青抗疲劳性能对 比 图 4 橡胶沥青蠕变劲度对比 图 5 橡胶沥青针入度对比图 6 橡胶沥青弹性恢复对比 由表中可以看出，加入橡胶粉以后，无论是货车轮胎胶粉还是小车轮胎胶粉，都对沥青起到了良好的改性效果，沥青的针入度下降，软化点提高，胶粉改性后沥青高低温指标满足 PG 82-28 的性能要求，表明沥青的高低温性能都得到了改善。从老化后疲劳开裂因子 G*?sin 来看， 31 时G*?sin 值在 300kPa 左右，远小于上限要求 5000kPa，表明橡胶沥青具有较好的抗老化性能和抗疲劳性能。 对比不同胶粉种类橡胶 沥青的软化点（图 1）、抗车
4、辙因子（图 2）及针入度（图 5）可见，货车轮胎胶粉橡胶沥青的常温和高温性能要优于小车轮胎胶粉橡胶沥青；从弹性恢复来看，货车轮胎同样要比小车轮胎的弹性恢复性能要好。因此，从橡胶粉的来源考虑，货车轮胎胶粉的改性效果明显优于小车轮胎胶粉。 对比不同细度胶粉改性沥青的各项指标可以看出， 20 目胶粉改性沥青的高温性能优于 40和 60目胶粉改性沥青，三者低温以及抗疲劳性能则比较接近。由于 20 目胶粉粒径较大，熔胀后与沥青形成的网格状态更显著，从而对橡胶沥青的相对流动构成更大的粘滞阻力，表现为 沥青的粘度增加，高温性能提高。 综合而言，货车轮胎胶粉橡胶沥青性能要优于小车轮胎胶粉橡胶沥青，其中 20目
5、的货车轮胎胶粉橡胶沥青性能相对最好，以下实验采用 20目货车轮胎胶粉。 4 橡胶粉掺量对橡胶沥青性能的影响 橡胶粉掺量是影响橡胶沥青技术性能的主要参数之一，分别进行了不同掺量橡胶沥青性能实验，采用 20 目货车轮胎胶粉， 70道路石油沥青，实验结果见表 4。 表 4 不同橡胶粉掺量橡胶沥青性能指标 随着橡胶粉掺量增加，橡胶沥青的高温性能、低温性能、抗老化性能等都有明显增 加，胶粉掺量从 12提高到 24，软化点提高了 28.8 ，弹性恢复提高了 11，车辙因子提高了 6 8 倍， -18 劲度模量减少了 75，说明增加橡胶粉掺量对于提高橡胶沥青的性能是有利的。胶粉用量高时，其与沥青的传质过程更
6、为明显，因而化学改性幅度更大，低温性能和抗疲劳性能随之提高。 但同时应注意橡胶沥青的施工性能，随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青在施工温度下的粘度会随之升高，过高的粘度会给沥青的泵送以及混合料的拌和、摊铺等带来困难。美国亚利桑那州规定橡胶沥青在 177 的粘度应在 1.5 4.0Pa?s 之间 ，以满足施工的要求。进行了几种掺量橡胶沥青的177 粘度实验，结果如表 5 及图 7。 表 5 不同橡胶粉掺量、不同搅拌时间下橡胶沥青的粘度 拌和时间 (min) 15 30 45 60 75 90min 不同掺量橡胶沥青粘度（ Pa*s） 12% 0.8 1.20 1.25 1.30 1.40 1.50
7、16% 1.25 1.30 1.60 1.90 2.35 2.75 18% 1.85 2.35 2.85 3.15 3.35 3.35 20% 3.20 4.60 8.20 8.10 2.85 2.90 图 7 不同拌和时间橡胶沥青的 177 粘度 图 7 粘度关系曲线 橡胶沥青生产过程中的反应时间一般为 60 分钟左右，因此橡胶沥青在60 分钟前后的粘度对施工控制尤为重要。橡胶粉掺量为 20时，橡胶沥青拌和 60分钟左右的 177 粘度远大于 4.0Pa?s，此时沥青及混合料的施工将会比较困难。因此，对于研究所用的原材料和工艺条件，橡胶沥青的胶粉掺量以 16 18左右比较合适。 5 拌和温度
8、对橡胶沥青性能的影响 拌和温度是橡胶沥青 的重要施工控制条件，拌和温度直接影响橡胶粉与沥青熔融的速度和程度，从而对橡胶沥青的技术性能有明显影响。不同拌和温度制备的橡胶沥青各性能指标的测试结果如表 6 所示。 表 6 不同拌和温度时橡胶沥青的性能实验结果 根据 -18 、 -24 蠕变劲度 S和 m值实验结果， 175 温度下拌和的橡胶沥青低温性能较差，由于实验数据较少，尚不能得出拌和温度对橡胶沥青低温性能的影响规律。随着拌和温度的升高，橡胶沥青的抗车辙因子逐渐降低，抗疲劳因子逐渐升高，表明过高的拌和温度对于橡胶沥青的高温性能和抗疲劳性能不利。 6 基质沥青类型对橡胶沥青性能的影响 不同标号基质
9、沥青由于组分有所不同，采用橡胶粉改性的效果也会有所差异。分别进行了采用不同标号基质沥青的橡胶沥青性能实验，采用 20 目货车轮胎胶粉，拌和温度为 175 ，结果如表 7 所示。 表 7 采用不同标号基质沥青的橡胶沥青性能实验结果 由于 90号沥青中轻组分的含量较高，经橡胶粉改性后的低温性能略高于70 号沥青，但两者比较接近，且都满足 PG 低温等级 -34 的要求。因此，在橡胶沥青的工程应用中，应根据不同的气候条件和路面受力特点，有针对性的选择基质 沥青。 7 小结 本文采用不同胶粉种类、胶粉细度、拌和温度、基质沥青类型等制备橡胶沥青，实验项目包括针入度、软化点、弹性恢复以及 SHRP 实验等，分别测试橡胶沥青的高温性能、低温性能、抗老化性能等，系统地研究了各因素对橡胶沥青性能的影响。对于橡胶沥青实际应用中的工艺控制和原材料选择具有参考意义。 注：文章内所有公式及图表请用 PDF 形式查看。
