废橡胶粉改性沥青性能试验研究 贾宏伟，王成军 （东营市公路勘察设计院，山东东营２５７０９１） 摘要：通过试验研究了废橡胶粉改性沥青的性能。 ａｓｐｈａｌｔ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ ｗａｓｔｅｄ ｒｕｂｂｅｒ ｐｏｗｄｅｒ ａｒｅ ｏｎ ｔｈｅ 试验结果表明：沥青经过废橡胶粉改性后，针入度 ｉｓｅ，ｂｕｔ ｉｆ ｔｒｈｅ ｍｉｘｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌａｒｇｅ，ｔｈｅ 有显著降低现象，软化点最高提高了２０℃多，旋转 粘度值显著提高，延度较小；随着废橡胶粉掺量的 增加，废橡胶粉改性沥青的针入度、软化点、延度和 弹性恢复值均有增大的趋势，但当废橡胶粉掺量较 大时，弹性恢复值的增大趋势不明显；随着废橡胶 粉目数的增加，废橡胶粉改性沥青的针入度和软化 点变化并不规律，延度和弹性恢复值均有增大的趋 势，但当废橡胶粉掺量较大时，弹性恢复值的增大 趋势亦不明显。 关键词：废橡胶粉；改性沥青；性能 中图分类号：Ｕ４１４ 文献标识码：Ａ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ ｗａｓｔｅｄ ｒｕｂｂｅｒ ｐｏｗｄｅｒ ＪＩＡ Ｈｏｎｇ—ｗｅｉ，ＷＡＮＧ Ｃｈｅｎｇ．ｊｕｎ （Ｄｏｎｇｙｉｎｇ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｄｏｎｇｙｉｎｇ ２５７０９１ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ ｗａｓｔｅｄ ｒｕｂｂｅｒ ｐｏｗｄｅｒ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｅｓｔｓ．Ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ：ｉｆ ｔｈｅ ａｓｐｈａｌｔ ｉｓ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ ｗａｓｔｅｄ ｒｕｂｂｅｒ ｐｏｗｄｅｒ，ｉｔｓ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｗｉｌｌ ａｐｐｅａｒ ｔｏ ｂｅ ｄｅｃｌｉｎｅｄ，ａｎｄ ｉｔｓ ｓｏｆｔ ｐｏｉｎｔ ｗｉｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ａｓ ｍｕｃｈ ａｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ２Ｏ℃． ａｎｄ ｉｔｓ ｒｏｔａｒｙ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ｗｉｌｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ，ａｎｄ ｉｔｓ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ｗｉｌｌ ｂｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｓｍａｌｌ；Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｘｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｗａｓｔｅｄ ｒｕｂｂｅｒ ｐｏｗｄｅｒ，ｔｈｅ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｓｏｆｔ ｐｏｉｎｔ，ｔｈｅ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ 收稿日期：２０１４—Ｏ７—ｏ４ 作者简介：贾宏伟（１９７６一），男，山东东营人，工程师，研究 方向为公路桥梁工程的勘察设计。 －－－－——４０・－－－—— ｉｒｓｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｉｓ ｎｏｔ ｎｏｔａｂｌｅ；Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｓｈ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ ｗａｓｔｅｄ ｒｕｂｂｅｒ ｐｏｗｄｅｒ，ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｆｔ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ ｗａｓｔｅｄ ｒｕｂｂｅｒ ｐｏｗｄｅｒ ｉｓ ｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ａｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｒｉｓｅ，ｂｕｔ ｉｆ ｔｈｅ ｍｉｘｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌａｒｇｅ，ｔｈｅ ｒｉｓｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｉｓ ａｌｓｏ ｎｏｔ ｎｏｔａｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｓｔｅｄ ｒｕｂｂｅｒ ｐｏｗｄｅｒ；ｍｏｄｉｉｆｅｄ ａｓｐｈａｌｔ； ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ 引言 废橡胶粉改性沥青在沥青路面使用性能及降噪 环保等方面显示了巨大的优势，不仅提高了沥青路面 的高低温性能、疲劳性能等，还具备缓解废旧轮胎带 来的环境压力，降低沥青路面使用时噪声等优点，因 此其应用发展前景广阔。随着机动车产业迅猛发展， 机动车的废旧橡胶轮胎也与日俱增，若不被有效回收 利用，很可能造成严重的资源浪费和环境破坏 。 １废橡胶粉改性沥青制备原材料及试验 准备 １．１基质沥青 试验采用基质沥青为ＳＫ７０号道路石油沥青。该 送样沥青所检测项目均符合７０号道路石油沥青的技 术要求。 １．２废橡胶粉 试验采用废橡胶粉为经常温法粉碎的斜轮胎橡 胶颗粒，并分别采用了目数为２０目、４Ｏ目、６０目和８０ 目的废橡胶粉进行了试验，其密度为１．１４ ｇ／ｃｍ。、含 水率为０．７％。 １．３废橡胶粉掺量选择 废橡胶粉掺量应根据废橡胶粉改性沥青的用途、 道路等级、基质沥青的性质等因素确定，若用作外掺， 掺量一般为１５％一３０％，对于橡胶沥青薄膜（封层） 和开级配混合料应力吸收层，掺量约为２５％～３０％； 山东交通科技 对于开级配沥青磨耗层，掺量约为２０％～２５％；对于 间断级配ＳＭＡ路面，掺量约为１５％～２０％。依据废 橡胶粉颗粒目数的不同，选择废橡胶粉掺量：２０目和 ８０目为１５％，２０％，２５％和３０％；４０目和６０目为 １０％，１５％，２０％和２５％。 ２废橡胶改性沥青高温性能评价 ２．Ｉ针入度（２５℃） 分别测试了不同废橡胶粉目数、不同废橡胶粉掺 量下的废橡胶改性沥青的２５￣Ｃ针入度，试验结果见 图１。 ６０ ＿＿＿５５ －－ ， ：， ／。 一……５０ ～～４５ ～’一一 一 一＿＿＾～ ．．——— ４０ ３５ ３０ １Ｏ １５ ２Ｏ ２５ ３Ｏ 掺量（％） 图１ 不同目数下废橡胶沥青针入度试验结果 将图１中针入度数据与基质沥青的针人度比较后发 现，沥青经过废橡胶粉改Ｊ生后，针入度发生了不同程度的 变化，与基质沥青的针入度相比，有显著降低的现象。随 着废橡胶粉掺量的增大，废橡胶粉改性沥青的针人度有 增大的趋势。当废橡胶粉掺量较高时，废橡胶粉改性沥 青呈现较软的形态，这可能是由于废橡胶粉吸收了部分 沥青中的油分，并发生溶胀后均匀分布于沥青结构中，使 得沥青整体变软。随着废橡胶粉目数的增大，废橡胶粉 改Ｉ生沥青的针入度呈先增大后减小的趋势。 ２．２软化点 采用环球法分别测试了不同废橡胶粉目数、不同 废橡胶粉掺量下废橡胶改性沥青的软化点，试验结果 见图２。 掺量（％） 图２不同目数下废橡胶沥青软化点试验结果 将图２中软化点数据与基质沥青的软化点比较 后发现，沥青经过废橡胶粉改性后，软化点最高提高 了２０￣Ｃ多。随着废橡胶粉掺量的增加，废橡胶粉改性 沥青软化点有升高趋势；但是废橡胶粉的目数对废橡 ２０１４年第６期 胶粉改性沥青软化点的影响不明显。 究其原因，发生溶胀后的橡胶颗粒与基质沥青中 的自由沥青组成了橡胶沥青，橡胶颗粒之间的化学粘 结作用不强，而只通过凝胶膜联系。试验得到的软化 点并不能反映废橡胶粉改性沥青的高温性能，因为主 要反映的是沥青中轻质组分被吸收后自由沥青的这 种高温流动性能。在软化点的温度范围内，废橡胶粉 改性沥青呈现为一种半固态的连续相体系，这种体系 与ＳＢＳ等改性沥青的加筋网状体系不同，在纯剪、拉、 压应力状态下的力学行为差异大。在相对高温时，在 废橡胶粉改性沥青中，橡胶颗粒体积虽然发生膨胀， 但不同于ＳＢＳ等改性沥青的改性剂在沥青内部形成 的空间网状结构，颗粒与颗粒间基本不存在分子链 接。当引起沥青路面拉应变时，废橡胶粉改性沥青的 抗力主要来自基质沥青。在进行软化点试验时，橡胶 沥青的坠落区间明显比ＳＢＳ等改性沥青要短，但坠落 温度区间却和ＳＢＳ等改性沥青的相差不大，只是开始 下坠时的温度不同而已。 软化点是一个随着废橡胶粉掺量增加而单纯增加 的指标，即能稳定地反映沥青与废橡胶粉颗粒相互作用 的指标之一，而２５ｃＩ＝针人度却没有这样的作用。软化 点可作为废橡胶粉改性沥青的一个常规指标，但是需要 根据大量试验进行重新确定该指标的控制范围，且难以 参考其他高聚物改性沥青的软化点控制范围。 ２．３粘度 参照美国相关规范中提出的３５０ ｏＦ粘度，试验中 旋转粘度的测试温度采用ｌ７７℃。在ｌ７７℃的测试温 度下，分别测试了不同废橡胶粉目数、不同废橡胶粉 掺量下废橡胶改性沥青的粘度，试验结果见图３。 ？ 篓 １Ｏ １５ ２０ ２５ ３０ 掺量（％） 图３不同目数下废橡胶沥青粘度试验结果 由图３可知，沥青经过废橡胶粉改性后，旋转粘 度值显著提高，体现了高粘度沥青的特性。随着废橡 胶粉掺量的增大，目数的增大，橡胶沥青旋转粘度均 呈现增大的趋势。 旋转粘度随废橡胶粉掺量变化的变化规律：高温 时，沥青中的轻质组分被废橡胶粉吸收，从而废橡胶 粉发生溶胀，同时，一层高沥青质含量的凝胶膜在废 橡胶粉颗粒表面形成。由于废橡胶粉颗粒经溶胀后 一４１一 贾宏伟，王成军：废橡胶粉改性沥青性能试验研究 的体积大约能达到胶结料体积的４０％，并通过凝胶膜 的连接作用，形成一个粘度很大的半固态连续相体 系，因此当沥青中掺入废橡胶粉后，粘度迅速增大。 随着废橡胶粉掺量的增加，相应被吸收的沥青质成分 操作和对设备的稳定性要求高，数据变异性大，试验 误差大。所以，延度指标并不适用于评价废橡胶粉改 性沥青的低温性能。 ４废橡胶改性沥青弹性恢复性能评价 增多，剩余的沥青烯含量增大，从而沥青的粘度也增 大；随着废橡胶粉目数的增大，粒径的减小，其比表面 积增大，与沥青的溶胀就越充分，沥青的粘度也就随 之增大。然而，若废橡胶粉掺量过大、废橡胶粉中的 纤维含量过大或者废橡胶粉的粒径过大时，则废橡胶 粉颗粒及纤维对旋转粘度计的转子会产生不可忽视 的阻力，这些阻力使得试验中沥青粘度值偏大。 粘度指标可作为主要评价指标评价废橡胶粉改 性沥青的高温性能，且１７７℃旋转粘度值应控制在 １．０—４．５ Ｐａ・ｓ范围内，以防粘度太大难以施工，粘 度太小难以体现废橡胶粉改性沥青的优越性。可将 ２５℃针入度和软化点作为参考性指标，辅以评价废橡 胶粉改性沥青的高温性能。 ３ 废橡胶改性沥青低温性能评价 分别测试了不同废橡胶粉目数、不同废橡胶粉掺 量下的废橡胶改性沥青的５℃延度，试验结果见图４。 图４不同目数下废橡胶沥青延度试验结果 分析图４中延度数据后发现，沥青经过废橡胶粉 改性后，与常规经验值相比，在不同废橡胶粉目数、不 ～葺 一咱嵋 一 同废橡胶粉掺量下均较小。随着废橡胶粉掺量的增 大，延度值增大，但增大幅度并不明显；随着废橡胶粉 目数的增大，粒径的减小，延度值增大。与其他高聚 物改性沥青和基质沥青明显不同的是，废橡胶粉改性 沥青在被拉断的瞬间可见明显突出的橡胶颗粒。常 温条件下，废橡胶粉改性沥青的拉应变比橡胶颗粒的 变形大得多，两者的界面上容易产生很大的应力集 中，并当其达到破坏强度极限时而被拉断。对于较粗 的废橡胶粉改性沥青，由于这种应力集中更加严重， 会被更早地拉断，而且断面处会有更多毛刺，断裂破 坏以后还会发生明显的弹性恢复现象。 然而，由于延度是一个纯经验指标，因此须适当 降低试验温度和拉伸速率，来使延度有效反映废橡胶 粉改性沥青的低温性能，但低温条件下，延度试验对 一４２一 分别测试了不同废橡胶粉目数、不同废橡胶粉掺 量下的废橡胶改性沥青的弹性恢复，试验结果见图５。 琶 融 图５不同目数下废橡胶沥青弹性恢复试验结果 由图５中弹性恢复试验结果看出，随着废橡胶粉 一哥盅 目目目 掺量的增加，废橡胶粉目数的增加，粒径的减小，废橡 胶粉改性沥青的弹性恢复值增大，且当橡胶粉的掺量 较高时，废橡胶粉改性沥青的弹性恢复值增长幅度不 大，因此单纯增加废橡胶粉掺量对增大弹性恢复值的 贡献不大；相同废橡胶粉掺量下，６０目和８０目废橡胶 粉改性沥青的弹性恢复值差别不大，因此单纯增加废 橡胶粉目数对增大弹性恢复值的贡献也不大。所以， 从弹性恢复性能的角度出发，在实际改性的过程中， 应选择合适的废橡胶粉掺量和目数，以在达到最合适 改性效果的同时满足经济性条件。 ５ 结语 （１）沥青经过废橡胶粉改性后，针人度有显著降 低现象，软化点最高提高了２０ｑＣ多，旋转粘度值显著 提高，延度较小；（２）随着废橡胶粉掺量的增加，废橡 胶粉改性沥青的针入度、软化点、延度和弹性恢复值 均有增大的趋势，但当废橡胶粉掺量较大时，弹性恢 复值的增大趋势不明显；（３）随着废橡胶粉目数的增 加，废橡胶粉改性沥青的针人度和软化点变化并不规 律，延度和弹性恢复值均有增大的趋势，但当废橡胶 粉掺量较大时，弹性恢复值的增大趋势亦不明显。因 此，可认为沥青经废橡胶粉改性后，其性能得以改善。 参考文献： ［１］ 廖隽．橡胶粉改性沥青的机理及影响因素分析［Ｊ］． 山西交通科技，２００７（４）：２６—２８． ［２］ 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． ［３］ 王旭东，李美江，路凯冀等．橡胶沥青及混凝土应用 成套技术［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００８．
