徐行軍

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350008)

橡膠瀝青屬于改性瀝青膠結(jié)材料，具有效果佳、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點. 近些年，相關(guān)研究課題越來越多. 根據(jù)結(jié)果來看， 普通橡膠瀝青帶有各種先天缺陷，如，施工期間混合料攪勻難度高、環(huán)境污染大、 儲藏期間性質(zhì)容易發(fā)生變化等. 本文以橡膠瀝青作為研究對象， 依靠活化工法使其加工溫度、 儲藏穩(wěn)定性得到改善， 進(jìn)而提高其實用性[1].

1 橡膠瀝青混凝土各材料性能

1.1 瀝青

參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTGE20—2011)》《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTGF40—2004)》的試驗方法[2]，針對改性所用基質(zhì)瀝青開展試驗分析與評價工作，由此明確其各項技術(shù)指標(biāo)情況，如表1所示.

1.2 橡膠粉

試驗所用的橡膠粉相關(guān)物理化學(xué)成分及指標(biāo)如表2所示.

1.3 活化助劑

針對試驗所用活化助劑，本次采用的是聚合物輔助劑，存在雙鍵化學(xué)結(jié)構(gòu)，為白色顆粒狀[2].作用機(jī)理如下：

結(jié)合軟/硬瀝青質(zhì)、磨細(xì)輪胎粉不難發(fā)現(xiàn)，混合物內(nèi)均帶有許多硫成分.通過活化助劑可連接這部分硫成分，從而產(chǎn)生環(huán)狀、鏈?zhǔn)骄酆衔?，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu).各種化學(xué)反應(yīng)作用下，橡膠粉、瀝青混合物將產(chǎn)生新物質(zhì)，經(jīng)過交接聯(lián)結(jié)反應(yīng)，形成穩(wěn)定分子.不僅如此，所有彈性物質(zhì)會直接進(jìn)入各物質(zhì)化學(xué)鍵網(wǎng)格內(nèi)[2].

2 廢橡膠粉活化與活化瀝青制備

2.1 常規(guī)橡膠瀝青的制備

詳細(xì)步驟說明：第一，依靠加熱容器處理改性所用基質(zhì)瀝青，提升溫度至180 ℃，留作備用；第二，待基質(zhì)瀝青溫度符合要求時，可置于拌合容器，根據(jù)設(shè)計要求，將相應(yīng)磨細(xì)橡膠粉逐批勻速加入攪拌容器，勻速攪拌，避免用力過猛濺出容器(橡膠粉占比應(yīng)達(dá)到基質(zhì)瀝青的18%)；第三，當(dāng)橡膠粉全部混入拌合容器時，可以把容器放在加熱設(shè)備(自行控溫)處，接著通過乳化機(jī)(FM300型、可快速剪切分散瀝青)完成拌合，并合理設(shè)置溫度與轉(zhuǎn)速，溫度約為180 ℃，拌合速度為2 000 r/min，時間1 h.瀝青應(yīng)現(xiàn)場配置，及時使用，不可久留安放[3].

表2 橡膠粉物理化學(xué)指標(biāo)

物理指標(biāo)化學(xué)指標(biāo)相對密度/(kg·cm-3)286灰分/%10.00水分/%0.29丙酮抽出物/%10.13金屬含量/%0.03炭黑含量/%32.74纖維含量/%0.00橡膠烴含量/%50.76

2.2 活化工法制取橡膠瀝青

詳細(xì)步驟說明：第一，依靠加熱容器處理改性所用基質(zhì)瀝青，提升溫度至180 ℃，留作備用；第二，待基質(zhì)瀝青溫度符合要求時，可置于拌合容器，根據(jù)設(shè)計要求，將相應(yīng)磨細(xì)橡膠粉逐批勻速加入攪拌容器，且勻速攪拌，避免用力過猛濺出容器(活化劑與橡膠粉質(zhì)量百分比為4.5%；橡膠粉占比應(yīng)達(dá)到基質(zhì)瀝青18%)；第三，當(dāng)橡膠粉全部混入拌合容器時，可以把容器放在加熱設(shè)備(自行控溫)處，接著通過相同乳化機(jī)完成拌合，并合理設(shè)置溫度與轉(zhuǎn)速，溫度為180 ℃(±3 ℃)，拌合速度為500 r/min，時間1 h.瀝青應(yīng)當(dāng)現(xiàn)場配置，及時使用，不可久留安放.

3 試驗結(jié)果分析

利用各工法制備出瀝青混凝土，基本技術(shù)指標(biāo)可參見表3.

3.1 高溫性能分析

(1)由圖1可知，按照正常比例添加橡膠粉，可明確增強(qiáng)基質(zhì)瀝青軟化性能，提高基質(zhì)瀝青軟化點和當(dāng)量軟化點，前后兩者的軟化點溫度分別超過16 ℃、10 ℃.在高溫環(huán)境中，橡膠瀝青穩(wěn)定性非常理想；選擇活化改進(jìn)后、普通兩種橡膠瀝青，從基礎(chǔ)指標(biāo)著手完成比較分析，改性后橡膠性能所有指標(biāo)都得到明顯增強(qiáng)，二者穩(wěn)定性大體相近，且抗車轍性非常出色[4].

(2)由于瀝青材料中不同顆粒存在分子引力，故而會產(chǎn)生黏性，當(dāng)溫度不斷變大時，這種黏性將明顯下降，究其原因不難發(fā)現(xiàn)，在溫升過程中，分子十分活躍，運動速度不斷提高，不同分子的間距變大，造成相互間引力變小，黏性也會隨之下降.結(jié)合圖2提供的結(jié)果可知，在試驗階段，若溫度為180 ℃，經(jīng)活化處理后，布氏旋轉(zhuǎn)黏度為1.557 Pa·S，處在14 Pa·S范圍內(nèi)，達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).從高溫、低溫兩種環(huán)境來看，活化瀝青穩(wěn)定性均非常理想，換言之，低溫環(huán)境中，膠結(jié)料高溫特性并未出現(xiàn)較大變化，高溫環(huán)境中，施工與實用性都能得到保證.根據(jù)布氏旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)可知，活化完成時，瀝青混合料布氏旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)更高，由此可見，高溫環(huán)境中其穩(wěn)定性更加出色[5].

圖1 軟化點與當(dāng)量軟化點指標(biāo)對比圖

圖2 布氏旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)對比圖

3.2 低溫性能分析

本次試驗選擇當(dāng)量脆點T12進(jìn)行評價橡膠瀝青低溫性能.脆點，即相應(yīng)試驗條件下，瀝青斷裂時的溫度.通常來講，低溫環(huán)境下的當(dāng)量脆點不斷變小時，瀝青抗開裂性能也將更加理想.結(jié)合圖3進(jìn)行說明，如果針入度是1.2，橡膠瀝青(尚未活化)溫度可減小至-19.1 ℃，相較基質(zhì)瀝青而言更低(相差2.5 ℃)，根據(jù)結(jié)果來看，低溫環(huán)境中橡膠(尚未活化)、基質(zhì)兩種瀝青相比，前者出現(xiàn)裂縫的可能性更低；對于活化所得橡膠瀝青，如果針入度是1.2，溫度將減小到-21.0 ℃，相較基質(zhì)瀝青而言更低(相差4.4 ℃)，下降比例大約是27%，相較活化前同樣較低(相差1.9 ℃)，由此能夠證明一點，橡膠瀝青完成活化時，低溫環(huán)境中，其抗開裂性能將得到明顯改善[6-7].

圖3 當(dāng)量脆點指標(biāo)對比圖

3.3 彈性恢復(fù)性能

結(jié)合表3進(jìn)行說明，若橡膠瀝青尚未活化，卸載時彈性變形回復(fù)率是63%，由此能夠證明，彈性變形性能非常理想，可有效抗疲勞與開裂；活化完成時，彈性變形回復(fù)率67%，明顯超過其他普通橡膠瀝青.因此采用活化工法制作橡膠瀝青，彈性變形性能得到大幅改善[8]，所以，較基質(zhì)瀝青、普通橡膠瀝青而言，經(jīng)過活化處理的橡膠瀝青既能顯著提升抗疲勞性，又能降低裂縫出現(xiàn)概率.

3.4 抗老化性能

本次將活化前/后橡膠瀝青、基質(zhì)瀝青作為研究對象，借此完成RTFOT試驗.根據(jù)表3進(jìn)行說明，將上述三者進(jìn)行老化試驗分析，質(zhì)量降低幅度存在一定差別，三者重量依次降低0.05、0.04、0.04，降幅十分相近；以25 ℃時針入度比、5 ℃時延度比為基礎(chǔ)，從試件斷裂時的拉伸長度來看，橡膠瀝青抗老化性得到相應(yīng)提升.以改性瀝青為前提，由改性機(jī)理層面著手進(jìn)行研究：磨細(xì)橡膠粉末和一定溫度瀝青混勻后，前者的顆粒和后者進(jìn)行離子交換，產(chǎn)生全新物質(zhì)，另外，前者中S、C、SiO2、Fe2O3元素、化合物、外加劑(防老化)全部融入瀝青膠體，可避免過度老化[9].對于活化前/后橡膠瀝青，兩者抗老化性能并無明顯差異，基本一致.

3.5 存儲穩(wěn)定性

由于橡膠瀝青的改性機(jī)理比較獨特，普通橡膠瀝青實踐應(yīng)用階段始終面臨以下難題：實際拌合期間，離析情況比較嚴(yán)重；儲藏期間，常常會發(fā)生分解，穩(wěn)定性不足.所以，尚未活化時，通常必須當(dāng)場配置，及時使用，另外，從國內(nèi)外研究情況來看，橡膠瀝青存儲上并沒有制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[10].

采用活化工法制作瀝青時，結(jié)合制作過程與作用原理，化學(xué)反應(yīng)極其復(fù)雜，而活化助劑能夠使橡膠粉、基質(zhì)瀝青產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，得到新物質(zhì)，借此生成環(huán)狀、鏈狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[2]，根據(jù)試驗結(jié)果，這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性非常理想.由此可見，經(jīng)過活化處理，橡膠瀝青存儲穩(wěn)定性得到巨大改善.將活化前/后橡膠瀝青、SBS(Styrene Butadiene Styrene block polymer熱塑性丁苯橡膠)改性瀝青作為分析對象，通過試驗方法判斷三者間存儲穩(wěn)定性有無異常，本文利用試管法進(jìn)行分析，選擇試管中上部、下部1/3處活化前/后兩種橡膠瀝青開展成分分離試驗，以軟化為前提，測取它們的溫度差.根據(jù)結(jié)果，活化前后軟化點分別是7.9 ℃、3.7 ℃，相差4.2 ℃，活化后橡膠瀝青和SBS改性瀝青軟化點基本一致[11]，換言之，兩者存儲穩(wěn)定性大體相似.因此，前者能夠儲藏相應(yīng)時間，一旦出現(xiàn)需求，經(jīng)過加熱便能發(fā)揮正常效用.

4 結(jié)語

將基質(zhì)、橡膠瀝青以及活化橡膠瀝青混合料作為分析對象，綜合比較各項工程指標(biāo)，可得出采用活化橡膠瀝青擁有如下優(yōu)點：

首先，通過活化工法制備所得橡膠瀝青，在低溫抗裂性、存儲穩(wěn)定性等方面更加出色，由此證明，這種工法非常實用.

其次，從彈性變形性能、高溫穩(wěn)定性兩方面進(jìn)行分析，對于活化工法制備所得橡膠瀝青，兩種性能均十分理想，優(yōu)于普通橡膠瀝青和基質(zhì)瀝青.

第三，將活化前/后橡膠瀝青作為分析對象，經(jīng)過比較分析可知，兩者抗老化性基本一致，并無顯著差別.