废橡胶粉及废橡胶粉复合改性沥青的性能研究_图文

1、 第 34卷第 2期 2008年 6月湖 南 交 通 科 技HUNAN COMMUN I CATI O N SC I ENCE AND TECHNOLOGYVol . 34No . 2Jun . 2008 收稿日期 :2008201220作者简介 :罗 妮 (19822 , 女 , 教师 , 主要从事教学及工程研究。文章编号 :10082844X (2008 0220012204废橡胶粉及废橡胶粉复合改性沥青的性能研究罗 妮(湖南交通职业技术学院 , 湖南 长沙 410004 摘 要 :随着我国公路基础设施的迅速发展 , , 由 于种种原因 , 沥青路面早期损坏的现象普遍存在 , 的一个关键问

2、题 。 、 软化点 、 延度 、 弹性恢复等主要性能 , , 以及废橡胶 ; 复合改性沥青 U 414文献标识码 :B 0 前言公路沥青路面结构具有施工周期短 、 表面平整 、养护维修方便 , 是公路路面特别是高速公路路面结 构的主要形式之一 。 然而 , 由于种种原因 , 沥青路面 早期损坏的现象普遍存在 , 如麻面 、 松散 、 掉粒 、 网 裂 、 车辙等 , 同时还诱发其他路面病害的损坏现象发 生 , 尤其是我国南方地区 , 降水量较大 , 一到雨季 , 路 面千疮百孔 , 沥青路面早期损坏问题突出 。研究表 明 , 影响沥青路面早期损坏的因素有多种 , 如沥青 、 集料的性质及混合料

3、类型等 , 而沥青与集料的粘附 性受其自身性质的影响又是最主要的影响因素 。 因 此 , 解决沥青路面早期损害的一个关键问题就是要 改善沥青材料的性质 。本文系统 、 定量地探讨废橡 胶粉改性沥青 、 废橡胶粉复合改性沥青的针入度 、 软 化点 、 延度等主要性能 。1 原材料1. 1 基质沥青试验用沥青采用镇海生产的 70号道路石油沥青 。 混合料试验前 , 按照 公路沥青路面施工技术 规范 JTG F40 2004 及 公路工程沥青及沥青混合 料试验规程 JTJ 052 2000 的要求及步骤对沥青进 行了有关试验 , 结果见表 1。表 1的结果表明 , 该沥 青满足 70号相关技术要求

4、。 1. 2 改性剂本次试验采用南京东浩胶粉公司生产的精细胶表 1 70号道路石油沥青的性质类别 针入度 (25 , 5s,100g /0.1mm针入度 指数 P I软化点(R&B /规范要求 6080-1. 81. 0不小于 4352实测结果71-1. 3248. 215 延度 /cm含蜡量 (蒸馏法 /%溶解度 /%密度 (15 /(g c m -3 100 3. 0 99. 5实测记录1001. 005TF OT 后质量变化 /%残留针入度比 (25 /%残留延度 (15 /cm 不大于 0. 8 58 15-0. 3659. 6粉 , PE 采用邵东生产的再生 PE 。2 废橡胶粉改性

5、沥青的制备方法用废橡胶粉作为沥青改性剂生产改性沥青 , 其 制法与 S B 粉 S 改性沥青的工艺及设备基本相同 。 但胶粉改性沥青的制法分为干法和湿法 。前者 , 是 将剂量为沥青混合料总量的 2%3%的废橡胶粉 加入到正在搅拌的热沥青混合料搅拌锅中 , 拌和约 20m in 即成为胶粉改性沥青混合料 ; 而后者则先将基质沥青脱水后 , 再将废橡胶粉放进热沥青中拌和 45m in 左右 , 使胶粉充分溶胀 , 再经过高速剪切或胶体磨所得的混合物称为废橡胶粉改性沥青 。 本次 试验采用的是湿法制备废橡胶粉改性沥青 。 废橡胶 2期 罗 妮 :废橡胶粉及废橡胶粉复合改性沥青的性能研究 粉改性沥青

6、及其沥青混合料工艺流程见图 1 。图 1 剪切法混炼工艺流程图3 废橡胶粉改性沥青的性能3. 1 针入度, , 随着 , 针入 度指数增大 , 沥青的温度敏感性降低 。废橡胶粉掺 加量从 5%增加到 20%, 针入度减小 , 粘性增大 , 沥 青的稠度也不断增大 , 温度敏感性逐渐减弱 。表 2 废橡胶粉改性沥青的针入度与针入度指数胶粉 /%针入度 /0.1mm30 25 15 针入度指数 P I0114. 06621. 0-1. 32 571. 954. 517. 4-0. 36851066. 649. 316. 9-0. 11231562. 448. 216. 1-0. 07052058.

7、 646. 815. 50. 0222 从图 2a 可看出 , 橡胶粉对沥青针入度的影响 在温度较高时影响更为显著 , 较低温度时则影响程 度要低 , 且针入度随橡胶粉掺量增加呈线性下降 。 从图 2b 可看出 , 橡胶粉掺量 010%时对沥青的 P I 值影响更显著 , 超过 10%之后 , P I 值增加幅度减缓 , 这说明橡胶粉掺量最低不宜低于 10%。图 2 针入度 、 针入度指数与橡胶粉掺量的关系3. 2 延度从表 3和图 3可以看出 :1 掺入橡胶粉 , 基质沥青的延度显著下降 , 但 5 延度随胶粉增加而增大 。 出现这种现象的原因3/cm2515 5 软化点 / 测力延度 (5

8、 /cm弹性恢复 /%01001002. 848. 236. 3538. 315. 6555. 420. 543. 91040. 620. 25. 960. 524. 752. 61543. 123. 96. 363. 126. 455. 42048. 425. 58. 564. 328. 658. 8在于改性沥青的延度特性与基质沥青的延度特性完全不同 , 温度高时基质沥青的延度特性呈发丝状 , 延 性很好 ; 但低温时呈现粗大状脆性断裂 , 而改性沥青 的延度特性在高低温时均呈粗大断口 , 延度自然很 小 , 但胶粉的掺入 , 对基质沥青的低温延性的改善是 显著的 。2 随着橡胶粉含量的增加

9、 , 改性沥青的延度和 测力延度增大 , 特别低温 (5 时 , 对延性的改善效 果是明显的 。 测力延度比一般延度大 , 主要由于试 验方法不同所至 。图 3 延度 、 5 测力延度与橡胶粉掺量的关系3. 3 软化点从表 4和图 4a 可以看出 , 改性沥青的软化点随着橡胶粉的含量增加而增大 , 当橡胶粉掺量低于 10%时 , 沥青的软化点随着橡胶粉含量的变化更显 著 ; 当橡胶粉含量超过 10%时 , 改性沥青的软化点 增大幅度减缓 , 进一步说明橡胶粉掺量最低不宜低 于 10%。 3. 4 弹性恢复从表 4和图 4b 可以看出 , 改性沥青的弹性恢31 湖 南 交 通 科 技 34 卷图

10、 4 软化点 、 弹性恢复与橡胶粉掺量的关系, 与橡胶粉的弹性性质是吻合的4PE 掺量进行改 性 , 其改性沥青试验结果见表 4和表 5。表 4 橡胶粉复合改性沥青的性能胶粉 / % PE /%延度 /cm25 15 5软化点 /测力延度 /(5 /cm弹性恢复 / %001001000. 848. 2333. 310. 33. 457. 443. 933. 75 5430. 59. 93. 260. 249. 438. 10 524. 57. 63. 263. 254. 236. 00 336. 811. 24. 058. 739. 746. 15 10432. 810. 13. 862.

11、441. 948. 25 525. 78. 13. 665. 145. 047. 85 339. 921. 75. 060. 635. 152. 85 15436. 814. 54. 463. 434. 656. 75 532. 110. 44. 366. 335. 752. 90表 5 橡胶粉复合改性沥青的针入度指数 P I胶粉 / % PE /%针入度 /(0. 1mm 30 25 15针入度指数 P I00114. 066 21. 0-1. 32 370. 349. 517. 4-0. 187 546845. 317. 1-0. 049 56744. 617. 20. 05 366. 6

12、44. 516. 90 1046241. 615. 6-0. 05 56240. 615. 70 362. 44316. 10. 047 1546140. 615. 80. 101 560. 339. 815. 90. 204 4. 1 针入度及针入度指数从表 5和图 5可以看出 , 随着 PE 、 橡胶粉含量 的增加 , 改性沥青的针入度降低 , 针入度指数增大 , 沥青的温度敏感性降低 ; 橡胶粉掺加量从 5%增加 到 15%, 针入度减小 , 粘性增大 , 沥青变的越来越 稠 , 温度敏感性也逐渐减弱 。这是由于聚乙烯在溶 胀 、 结晶过程中 , , , 受温度影响 。图 5 针入度 (

13、30 、 25 、 15 、 针入度指数与 PE 掺量的关系4. 2 软化点从表 4和图 6a 可以看出 :改性沥青的软化点 随着 PE 含量的增加呈线性增大 , 而且对 PE 含量非 常敏感 ; 当 PE 的含量相同时 , 随着橡胶粉含量的增 大而沥青的软化点增加不明显 , 这说明橡胶粉含量 变化对软化点影响不大 。图 6 软化点 、 弹性恢复率与 PE 掺量的关系41 2期 罗 妮 :废橡胶粉及废橡胶粉复合改性沥青的性能研究 4. 3 弹性恢复对橡胶粉复合改性沥青 , 进行了 25 的弹性恢 复试验 , 试验结果见表 4和图 6b 。从试验结果来 看 , 橡胶粉对改善改性沥青的弹性恢复是有

14、益的 。 改性沥青的弹性恢复率随着橡胶粉含量的增加而增 大 ; 在没有掺加橡胶粉时 , 沥青的弹性恢复率随着 PE 含量的增加直线减小 ; PE 含量较多时对弹性恢 复性能有负作用 。 4. 4 延度从表 4可以看出 :1 对于相同含量的橡胶粉 , 随着 加 , 改性沥青的延度减小 , 很小 , 主要是由于 。2 当 PE , 除了基质沥青 , 随着橡胶 粉含量的增加 , 改性沥青的延度增大 , 特别对于低温 (5 时 , 对延性的改善效果也是明显的 。 总之 , 通过掺加橡胶粉可以改善沥青的延性及 低温性能 , 而 PE 对沥青的塑性变形起抵消作用 。 橡胶粉加入沥青后 , 橡胶沥青的延度较

15、原基质沥青 延度降低很多 , 然而在进行低温延度试验时橡胶的 柔性显现出来 , 使橡胶沥青低温延度比原基质沥青 延度大大提高 , 说明橡胶沥青低温性能得到有所改 善 , 更适合北方冬季低温环境 。 图 7为延度 (25 , 15 , 5 与 PE 掺量的关系图 7 延度 (25 , 15 , 5 与 PE 掺量的关系5 橡胶改性沥青的储存稳定性采用 G MS 、 WD 4和硫磺 3种稳定剂对橡胶粉改性沥青进行稳定性试验 , 主要是通过离析试验来 表征 , 通过比较顶部和底部的软化点差 (ts 来评 价橡胶粉改性沥青的稳定程度 。 ts 越小 , 则橡胶 粉改性沥青的储存稳定性越好 。 我国改性

16、沥青技术 标准规定 , 当 ts 2. 5时 , 改性沥青稳定性合格 (结 果见表 6 。表 6 /%/ 软化点差 /MS 852. 553. 81. 31. 053. 254. 41. 2WD -40. 852. 453. 20. 8WD -41. 053. 454. 00. 6硫磺 0. 849. 851. 31. 5硫磺1. 050. 452. 11. 76 结语本文通过以废橡胶粉 、 再生 PE 为对象对镇海生产的 70号道路石油沥青进行改性试验与分析 , 可 以得出以下几点结论 :1 废橡胶粉改性沥青的性能 , 随着废橡胶粉含 量的增加 , 改性沥青的针入度降低 , 针入度指数增 大 , 沥青的温度敏感性降低 ; 废橡胶粉掺加量从 5%增加到 20%, 针入度减小 , 粘性增大 , 从而提高了沥 青的粘度 、 高温和低温稳定性与抗变形能力 。2 掺入橡胶粉 , 基质沥青的延度显著下降 , 但 5 延度随胶粉增加而增大 。胶粉的掺入 , 对基质沥青的低温延性的改善是显著的 。3 在橡胶粉用量一定的情况下 , 分别加入不同 用量 PE, 随着 PE 用量的增加 , 改性沥青的粘度在逐 渐增大 , 说明改性沥青具有较好的高温稳定性 。参考文献