废旧轮胎橡胶粉对沥青及混合料性能提升效果探究
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摘 要：将废旧轮胎橡胶粉依次按8%、12%、16%、20%等不同剂量掺入SK70#基质沥青中，制备废旧轮胎橡胶粉改性沥青及混合料。开展沥青三大指标、粘度、流变性能试验及混合料高低温及水温性能试验，探究废旧轮胎橡胶粉对沥青及混合料性能的提升效果。结果表明：该改性剂能明显提升SK70#沥青的高温稳定性，缓解沥青的老化情况;当其掺入量达16%时，对改性沥青三大指标及粘度和流变性能改善达到最佳效果，同时能有效改善混合料高低温及水稳性能。
关键词：废旧轮胎橡胶粉;针入度;软化点;延度;粘度;流变性能
中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.30.068
0 引言
随着我国经济建设飞速发展，以废旧轮胎为代表的工业垃圾逐年增加，有效利用废旧轮胎橡胶粉，不仅可以变废为宝，还能降低其对环境的污染。橡胶作为一种典型的高分子化合物，具备明显弹性特性，其自身还具备良好的自粘和互粘性能，此方面性能明显高于机质沥青本身的粘度;同时，橡胶沥青因具有良好的高温性能、低温性能、防止路面开裂、提高路面抗滑力等优良性能而广泛应用于公路建设。本文主要探究SK70#基质沥青掺配不同剂量废旧轮胎橡胶粉后，对沥青及混合料性能的提升情况，以期得出合适的橡胶粉掺量，给后续改性沥青及混合料的制备给予建议，提高工程质量并创造经济效益，实现变废为宝并减少环境污染。
1 原材料及制备方法
1.1 原材料
1.1.1 基质沥青
1.2 橡胶沥青的制备
在180℃试验温度下，将SK70#沥青加热到流动状态并转移至反应罐，反应时间为60min，搅拌速率为2000rpm。在150℃恒温条件下保温60min左右。同时，将反应罐置于恒温加热搅拌器，依次缓慢加入8%、12%、16%、20%等不同剂量的废旧轮胎橡胶粉改性剂，制备完毕后将其密封存放，冷却1天后方可使用。
2 废旧轮胎沥青橡胶粉掺量对沥青性能提升效果
2.1 针入度试验结果及分析
不同剂量改性剂作用下，沥青感温性能指标结果见图1。由图1可知，改性后沥青的PI指数随胶粉掺量加大而逐步增长，改善了沥青的感温性能，当其掺量达到16%时，随其掺量进一步增长，PI指数仅出现小幅提升。
2.2 沥青软化点测试结果及分析
SK70#基质沥青掺加不同剂量废旧轮胎橡胶粉后，其软化点试验结果见2图;由图2可知，沥青软化点随废旧轮胎橡胶粉掺量的增长而逐步提高，有效改善了沥青的高温性能，当改性剂掺量达到16%时，随其掺量进一步增长，软化点仅出现小幅增长。
2.3 沥青低温延度测试结果及分析
SK70#基质沥青掺加不同剂量废旧轮胎橡胶粉后，其低温延度试验结果如图3所示;由图3可知，沥青低温性能随胶粉量的增大而出现提升，反应该改性剂的掺入提高了沥青的柔韧性，强化其低温性能，当其掺量达到16%时，随其掺量进一步增大，延度不再出现明显增长。
2.4 沥青粘度测试结果及分析
粘度试验结果如图4示，从图4可知，随温度的提高，沥青粘度明显下降，当温度上升到160°时，下降趋势出现减缓;随改性剂掺量的增长，沥青粘度性能出现好转，从而为提高胶粉掺量及施工和易性产生便利。当改性剂掺量达到16%时，随其掺量进一步增加，其改善效果幅度很小。
2.5 流变性能测试结果及分析
采用动态剪切流变仪研究废旧轮胎橡胶粉改性沥青的高温流变特性，此次DSR的试验条件为：应变为12%，角频率为10rad/s，测试温度分别为64℃。测试结果如图5所示。由图5可知，随废旧轮胎橡胶粉改性剂掺入剂量的增加，橡胶沥青的车辙因子逐步提高，反映出该改性剂能显著改善沥青的高温稳定性能。当改性剂掺量达到16%后，随其掺量进一步加大，其车辙因子仅出现小范围增长。
3 废旧轮胎橡胶粉对沥青混合料性能提升效果探究
结合以上研究结果，选取16%废旧轮胎橡胶粉掺量后的改性沥青进行AC-25沥青混合料制备，最佳油石比选用4.0%，与SK70#基质沥青制备的AC-25混合料进行高低温及水温性能比对分析。
3.1 废旧轮胎橡胶粉对混合料车辙性能的影响
车辙试验结果见表3所示。
从表3可以发现，掺入16%剂量的废旧轮胎橡胶粉后，混合料动稳定度得到了近400%的提升，由此可见，添加废旧轮胎橡胶粉后，显著强化了混合料的高温性能。
3.2 废旧轮胎橡胶粉对混合料水稳性能的影响
从表4可以发现，掺入16%剂量的废旧轮胎橡胶粉后，SM2提升约4.2%，SM提升约15%，SM1提升约16%，由此可见，添加废旧轮胎橡胶粉后，显著强化了混合料的水温性能。
3.3 废旧轮胎橡胶粉对混合料低温抗裂性能性能的影响
低温弯曲小梁试验结果见表5。
从表3可以发现，掺入16%剂量的废旧轮胎橡胶粉后，混合料在低温下的破坏应变提升高了近17%，由此可见，添加废旧轮胎橡胶粉后，显著强化了混合料的低温抗开裂性能。
4 结论
（1）废旧轮胎橡胶粉能优化基质沥青的高低温性能，延缓沥青老化;同时，沥青粘度性能出现好转，从而为提高胶粉掺量及施工和易性产生便利。（2）通过对比分析8%、12%、16%、20%等不同改性剂剂量下改性沥青性能，发现废旧轮胎橡胶粉的掺量与沥青性能的改善情况不是呈线性关系，其存在最佳掺量。（3）掺入16%废旧轮胎橡胶粉后，沥青混合料在高温抗车辙、低温抗开裂及水温等性能方面均有所提高，合理运用废旧轮胎橡胶粉进行沥青及混合料的制备，既有利于提高混合料的路用性能也可实现变废为宝还能减小其对环境的污染，具有良好应用前景。
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