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摘要：橡胶胶粉的不同成分决定了其橡胶改性沥青制备工艺具有一定的差异。本文基于KLMY90#基质沥青，进行了不同橡胶粉掺量对其改性沥青的性能影响，从而确定最优橡胶粉掺量。同时以最优废胎胶粉改性沥青为基本研究对象，进行其制备工艺评价指标研究，主要研究制备过程中剪切时间、温度、速率三个变量对其性能的影响，并且找出最佳指标范围。研究结果表明：橡胶沥青中橡胶粉掺量最优比25%，橡胶沥青的性能与生产工艺中的剪切速率、剪切时间、剪切温度等相关，剪切速率、时间、温度过大或者过小均是不利的，本最优橡胶沥青配比下的制备工艺研究试验中最终确定的最优剪切速率、时间、温度分别为：5000r/min、45min~55min、170℃~180℃。该生产工艺指标范围值可以作为后期橡胶沥青的生产控制应用。
关键词：废胎胶粉；改性沥青；最优配比；工艺指标；
1 引言
废胎胶粉改性沥青以其较好的水稳定性、粘附性、耐久性、热稳定性等优势得到了广泛的运用和发展，同时也是资源二次利用的重要表现。尽管废旧胶粉改性橡胶沥青运用较为广泛，但是考虑到废旧轮胎中的橡胶粉和沥青具有不同的化学成分，而且不同配比的橡胶沥青性能具有一定的差异，其混合后形成的体系容易受外界加工制备工艺环节的影响，其生产加工工艺均存在一定的差异，主要表现在混合后的材料性能指标值上面，合适的制备工艺在提高橡胶沥青改性材料的性能更加优越，因此进行其混合材料的生产制备工艺指标研究具有显著的现实意义[1]。当前橡胶沥青生产主要有湿法和干法两种不同工艺，废旧胶粉改性沥青主要采用湿法工艺，因此湿法工艺下的各项生产指标工艺研究较为关键[2]。大量的研究者进行了橡胶改性沥青的配比设计及其生产工艺研究，得到了合理的配比设计和生产工艺技术。杨永顺等[3]进行了橡胶沥青的性能受生产制备反应温度、时间等影响研究，研究结果表明了高温下反应时间超过4小时后，容易造成橡胶沥青的老化，反应时间和温度的增加，橡胶沥青的粘度下降越明显。龙元生[4]分析了橡胶粉颗粒大小、掺量、反应温度、储存温度等对其性能的影响，得出了建设性的意见。
本文拟在废胎胶粉改性沥青最优配比上进行湿法生产下的制备工艺研究，研究剪切速率、剪切时间、剪切温度对橡胶改性沥青的性能影响，以期获得合理的橡胶改性沥青生产的工艺要求。
2 橡胶改性沥青的制备材料
本橡胶改性沥青材料中的废旧橡胶粉来自青岛绿叶公司生产，其粒度采用40目、80目、120目。基质沥青采用KLMY90#基质沥青，其技术指标完全符合90#基质沥青的基本性能要求，具体的技术指标见下表1所示。
采用的搅拌设备为高速剪切仪，其剪切速率0~12000r/min，其他设备有温度计、搅拌棒、电热套等，采用湿法进行橡胶改性沥青的制备。
3 橡胶颗粒的掺量对橡胶改性沥青性能研究
大量的橡胶沥青改性试验表明了橡胶粉掺量对橡胶沥青的影响是显著存在的，因此，针对所采用的原材料，有必要进行其橡胶粉掺量对橡胶改性沥青的性能影响研究。研究时，采用控制单一变量，即只保持橡胶粉掺量的变化，其他的条件均相同。为了研究的方便，这里采用橡胶粉的掺量以基质沥青为基准，即橡胶掺量/基质沥青量，一共设置了5个不同橡胶粉掺量的研究变量，即15%、20%、25%、30%、35%，通过配置不同掺量的橡胶粉改性沥青材料，比较其混合材料的软化点，25℃针入度、延度指标，进而确定其最优的橡胶粉颗粒掺量。具体的橡胶粉改性沥青的试验结果如下：
25℃针入度、软化点、延度是评价橡胶沥青的三个重要指标，一般的针入度与橡胶改性沥青的稠度呈现反相关关系，软化点与橡胶改性沥青的稳定性呈现正相关关系，
由表2可知，针入度随着橡胶粉掺量先减少后增大，当其含量在25%时，针入度最小，因此，就针入度而言，其最佳橡胶粉掺量为20%~25%之间。当橡胶粉掺量大于25%后针入度变大的主要原因是由于橡胶粉在沥青中吸收了较多的沥青油分，导致橡胶粉溶胀，因而橡胶沥青混合材料的针入度降低。
橡胶沥青的软化点随着橡胶粉的掺量展现出现增大后减少的特点，当橡胶粉掺量在25%时，软化点最高，因此确定25%含量的橡胶粉掺量为最佳。
橡胶沥青的延度随着橡胶粉掺量的增多展现出先增大后保持不变的趋势，当橡胶粉掺量在25%左右时，其延度基本上达到最上限，因此可以确定25%含量的橡胶粉掺量为最佳。
从橡胶粉改性沥青的针入度、软化点、延度试验可知，采用25%掺量的橡胶粉其三个指标性能最佳。
4.橡胶沥青制备工艺研究
这里主要研究橡胶沥青制备工艺中的影响橡胶沥青各项性能的因素影响，即剪切时间、速率、温度，旨在为橡胶沥青的制备提供理论和对比依据。在研究不同工艺水平时，保持单一变量，其他变量保持不变。采用的橡胶掺量为25%，基质沥青采用型号为KLMY90#，具体的研究结果如下：
（1）剪切时间变量对橡胶沥青性能的影响
剪切时间过长或者过短对橡胶沥青均产生一定的影响，剪切时间过长或者过短均为不利。因此有必要找到合理的剪切时间进行剪切试验。此试验过程中也控制剪切时间单一变量，其他变量均不变，通过参考现有的研究成果，设定此研究过程中的剪切时间变量取值为35min、45min、55min、65min、75min，其余设置参数有：剪切速率为5000r/min，剪切温度为170℃~180℃，发育时间为60min。主要的对比结果指标有：针入度、软化点、5℃延度等。具体的试验结果见下表3所示。
（2）剪切温度变量对橡胶沥青性能的影响
一般的，低温影响了橡胶沥青的吸附溶胀性能，而高温加剧了其老化，因此需要找到一个合适的剪切温度值使得废旧胶粉改性此类沥青的性能最佳。
此试验过程中控制剪切温度单一变量，设定此研究过程中的剪切温度变量取值为150℃~160℃、160℃~170℃、170℃~180℃、180℃~190℃，其余设置参数有：剪切速率为5000r/min，剪切时间为45min，发育时间为60min。主要的对比结果指标有：针入度、软化点。具体的试验结果见下表3所示。
（3）剪切速率变量对橡胶沥青性能的影响
剪切过慢使得橡胶沥青溶胀过程较缓慢，但剪切速率过大产生的不利影响也明显，因此需要合理的设置剪切速率，以便获得最佳的剪切效果。
此时保持剪切速率为单一变量，设定此研究过程中的剪切速率变量取值为3000r/min、4000r/min、5000r/min、6000r/min，其余设置参数有：剪切温度为170℃~180℃，剪切时间为45min，发育时间为60min。主要的对比结果指标有：针入度、软化点、5℃延度等。具体的试验结果见下表2.6所示。
由表3可知，橡胶沥青的针入度随着剪切时间的增大呈现出了先增大后减小的趋势，主要原因是当剪切时间较小时，橡胶颗粒未被完全剪碎，因而针入度试验时受阻导致针入度变大，但当剪切时间超过65min后，针入度反而增大，从主要原因是此时的沥青已经发生显著的老化，所以根据针入度试验结果可以取剪切最佳时间在45min~55min之间。
橡胶沥青软化点试验中，当剪切时间在55min左右时，橡胶沥青的软化点最大，此时对应的橡胶颗粒被充分剪切，因此确定最佳的剪切时间范围是45min~55min。
通过比较不同剪切时间下的软化点、针入度可知，45min~55min可以作为最优的剪切时间。
由表3可知，剪切温度对橡胶沥青的针入度大小影响很小，可以忽略。而橡胶沥青的软化点则呈现出了随温度升高先增大后降低的特性，可见，剪切温度影响软化点具有一个特定的值，超过这个值，则软化点反而降低，因此，根据软化点越高越好的原则，可以选择170℃~180℃作为合理的剪切温度。
通过比较不同剪切温度下的软化点、针入度可知，170℃~180℃可以作为最优的剪切温度。
由表3可知，剪切速率对橡胶沥青的针入度大小影响很小，可以忽略。而当剪切速率小于5000r/min时，橡胶沥青的软化点则呈现了与剪切速度正相关关系，但当剪切速率大于5000r/min时，则随着剪切速率的增大，软化点却基本上保持不变的趋势，可见，剪切速率影响软化点具有一个特定的值，超过这个值，则软化点基本上没有变化，因此，根据软化点越高越好的原则，可以选择5000r/min作为合理的剪切速率。
通过比较不同剪切速率下的软化点、延度、针入度可知，5000r/min可以作为最优的剪切速率。
5.结论
本文进行了不同橡胶粉掺量对其改性沥青的性能影响研究，从而确定最优橡胶粉掺量。同时以最优废胎胶粉改性沥青为基本研究对象，进行其制备工艺评价指标研究，本文主要研究结论如下：
（1）橡胶沥青的软化点随着橡胶粉的掺量展现出现增大后减少，其延度随着橡胶粉掺量的增多展现出先增大后保持不变，当橡胶粉掺量在25%时，软化点最高，延度基本上达到最上限，因此确定25%含量的橡胶粉掺量为最佳。
（2）橡胶沥青的性能与生产工艺中的剪切速率、剪切时间、剪切温度等相关，剪切速率、时间、温度过大或者过小均是不利的，本最优橡胶沥青配比下的制备工艺研究试验中最终确定的最优剪切速率、时间、温度分别为：5000r/min、45min~55min、170℃~180℃。该生产工艺指标范围值可以作为后期橡胶沥青的生产控制应用。
参考文献
[1]杨志峰，李美江，王旭东．废旧橡胶粉在道路工程中应用的历史和现状[J].公路交通科技，2005，22(7)：19～23.
[2]黄彭，吕伟民等．橡胶粉改性沥青混合料性能与工艺技术的研究[J]．中国公路学报
[3]杨永顺，曹卫东等.橡胶沥青制备工艺及其性能研究[J].山东大学学报,2005（5）：10-13.
[4]龙元生.橡胶沥青材料及制备工艺的试验研究[J].公路与汽运，2011（7）：106-108..
论文作者:卢山东
论文发表刊物:《基层建设》2016年5期
论文发表时间:2016/6/28
标签：橡胶论文; 沥青论文; 速率论文; 橡胶粉论文; 温度论文; 时间论文; 改性沥青论文; 《基层建设》2016年5期论文;