宫立达
吉林省高等级公路养护有限公司130000
[摘要]首先在室内研究了粒径、掺量不同的废轮胎橡胶粉粒对基质沥青改性的效果，之后又研究了橡胶沥青的性能根据反应温度、时间变化的规律。实验结果表明：要使橡胶沥青的性能达到最优，制备时橡胶粉粒粒度为80目、掺量为15%。反应的温度、时间对橡胶沥青的性能有较大的影响。在高温的条件下，反应时间超过4小时后，其性能开始老化。
[关键词]橡胶沥青；废旧轮胎橡胶粉粒；工艺；性能；改性
前言：目前，废旧轮胎被人们称为是“黑色污染”，它的回收和处理是世界性的难题。世界上废旧轮胎回收利用一般用于：轮胎翻新、热能利用、土木工程建设、生产再生胶等。其中将废旧轮胎橡胶粉粒运用在沥青路面的建设已经成为各国研究和使用的重点。
一、橡胶沥青制备
1、实验准备
橡胶粉粒使用青岛绿叶公司所生产的废旧轮胎橡胶粉粒，粒度分别为20目、40目、60目、80目、120目。基质沥青使用韩国仁川精油70号。
2、制备工艺
制作橡胶沥青，橡胶粉与沥青在高温的条件下搅拌，橡胶粉会发生溶胀、脱硫和降解。溶胀是一种物理变化，即是橡胶粉粒吸收沥青中的轻质油分所使体积变大；脱硫和降解是一种化学变化，脱硫指的是橡胶粉粒中C-S发生断裂，造成橡胶粉粒失去一部分硫化橡胶的弹性从而恢复部分天然橡胶的柔韧性；降解是指橡胶分离中C-C发生断裂，使橡胶分子链断裂、分子量降低。所以在制备橡胶沥青时，在保证橡胶粉粒充分溶胀的同时，也要避免橡胶粉粒发生严重脱硫和降解，需找到二者的平衡点。所以，制备橡胶沥青的关键在于搅拌温度和时间。根据美国亚利桑那州以及加利福尼州应用橡胶沥青的成功经验，温度应控制在最低190℃，最高226摄氏度。橡胶沥青胶结料必须在至少45分钟搅动的情况下才能发生比较理想的反映效果。由于橡胶沥青的生产设备受到限制，很难达到200℃以上的高温，所以选择175~180℃作为制备温度，搅拌时间为60分钟。
3、橡胶粉粒径和掺量对橡胶沥青性能的影响
分别用粒径为20目、40目、60目、80目、120目的废旧轮胎橡胶粉粒，先将基质沥青加热至160℃左右，然后慢慢加入10%、15%、20%（占橡胶沥青的质量数）橡胶粉粒，将温度加热为180℃时高速搅拌60分钟，制作成不同的橡胶沥青。
不同的橡胶沥青与70号沥青，软化点和5℃延度都有不同程度的提高。针入度下降说明橡胶粉粒改性沥青的稠度有所增加，对高温稳定性和低温的性能都有明显的改善。六种不同粒径的橡胶粉粒在三种不同掺量中的橡胶沥青软化点的变化曲线。在橡胶粉粒掺量为10%、15%的时候，橡胶沥青的软化点从20目至80目大致呈上升趋势，当橡胶粉粒的粒径为120目，橡胶沥青的软化点下降。当橡胶粉粒掺量为20%的时候，软化点在橡胶粉粒径为60目时最大。
（1）橡胶粉粒径的大小对改性沥青的高温性能能够产生较大影响，在其没有超过80目时，橡胶粉粒越细，对改性沥青的高温性能的改善就越明显。会出现这种现象是因为橡胶粉粒越细，在沥青中发生溶胀越容易，还可以增加橡胶粉粒和沥青的接触面积，从而提高改性效果。但是橡胶粉粒在沥青中的溶胀性是有限的，所以过细的橡胶粉粒在沥青中很难形成骨架结构，比如120目，不能够充分的发挥橡胶的高弹性这一特性，使沥青的弹性减弱，并容易在温度升高的时候流动变形，即其软化点降低。所以，从经济和技术的角度综合来说，橡胶粉粒并非越细越好。
（2）橡胶沥青的软化点会跟随着相同粒径的橡胶粉粒的增加而上升。这说明橡胶粉粒的粒度和掺量是两个影响橡胶沥青高温性能的重要因素。由于180℃橡胶沥青在橡胶粉粒掺量到达20%时会变得非常的粘稠，不容易搅拌，所以考虑现场生产和沥青泵送的可行性，根据橡胶沥青高温性能，以80目橡胶粉粒、掺量20%为优。
橡胶粉粒径的大小和掺量对橡胶沥青的高温性能有明显影响。同样的橡胶沥青由于橡胶粉粒掺量增加，高温性能也逐渐增大。橡胶粉粒掺量相等时，它的粒径越小，橡胶沥青的高温性能就越好。这是因为橡胶粉粒越细，接触表面积越大，橡胶粉粒在沥青中越容易发生溶胀反应。橡胶粉粒粒径大于80目的时候，同样的掺量，橡胶沥青的高温性能没有太大差别。
二、橡胶沥青性能的变化规律
使用上试验中已经确定的橡胶粉粒的类型和掺量，进行反应温度及时间对橡胶沥青的粘度影响的试验。反应温度和反应时间对橡胶沥青的粘度有较大影响，在高温条件（如180℃、200℃）下，橡胶粉粒对沥青有超强的吸收能力，橡胶粉粒能够迅速溶胀，粉粒之间的相对移动越来越难，使橡胶沥青的粘度快速增加。但在更高的温度（200℃）的条件下，橡胶颗粒脱硫降解的速度大大加快，在反应前期脱硫降解处于优势，所以橡胶沥青的粘度下降。
在高温180℃的条件下，橡胶沥青的针入度、软化点以及延度随着反应时间的变化曲线。如下图4~图6所示。
由图4~图6所得：
（1）橡胶沥青的针入度和反应时间呈凸曲线规律，针入度根据时间的延长由高到低，达到中间的最高点，再由高降低。最高点可以看做橡胶沥青的开始老化分界点。
（2）橡胶沥青软化点和反应时间呈凹曲线规律，软化点随着时间的延长由高降低，经过一个最低点，再由低升高。这种现象表明，在高温的条件下，橡胶沥青的改性时间超过4小时，改性沥青就会开始出现老化现象。
（3）橡胶沥青的延度和反应时间呈凸曲线规律，最高点对应的时间会有所延迟。
结语：通过试验，综合橡胶沥青的延度及其低温性能，从生产和经济的角度考虑，制备橡胶沥青使用粒度为80目、掺量为15%的橡胶粉粒，性能最佳。同时，研究发现橡胶沥青的性能与反应温度、反应时间有着很强的依赖性，在高温的条件下，反应时间超过4小时后，橡胶沥青的性能开始逐渐老化。
参考文献
[1]杨永顺，曹卫东，李英勇，张崇高.橡胶沥青制备工艺及其性能的研究[J].山东大学学报（工学版).2008,38(5).