【文章內(nèi)容簡介】 存在，說明橡膠瀝青中橡膠粉的物理作用也是存在的。攪拌30min 攪拌60min 攪拌120min 不同拌和時間下橡膠粉摻入瀝青的分布狀況橡膠瀝青的一個本質(zhì)特征就是粗顆粒的橡膠屑在高溫的瀝青中浸泡，并與瀝青中的輕質(zhì)油分發(fā)生溶脹后，仍然保持著固體顆粒的核心。正是由于存在著通過凝膠體與瀝青分子相連的谷子橡膠顆粒核心，因此橡膠瀝青黏結(jié)劑所呈現(xiàn)的特征就不僅僅與基質(zhì)瀝青和凝膠體的特征有關(guān)，而且也反映了固體橡膠顆粒的性質(zhì)。一般來說可以通過控制橡膠屑在基質(zhì)瀝青中的溶脹過程來調(diào)節(jié)橡膠瀝青的液相和固相性質(zhì)的比例，從而調(diào)整橡膠瀝青黏結(jié)劑的特性使之滿足不同應(yīng)用條件的需要。3）化學(xué)反應(yīng)橡膠粉和瀝青間的化學(xué)作用非常復(fù)雜，可以從脫硫反應(yīng)、硫化瀝青等角度，來分析橡膠瀝青中化學(xué)反應(yīng)。a） 脫硫反應(yīng)橡膠是線狀直鏈高分子聚合物塑性體，其相對分子質(zhì)量為10～100萬，它通過硫黃等物質(zhì)在一定條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，形成網(wǎng)狀三維結(jié)構(gòu)形態(tài)的無規(guī)則高分子彈性體。脫硫是切斷己形成的、牢固的以硫鍵為主的交聯(lián)網(wǎng)點，硫黃并沒有從橡膠中脫掉，實際上仍然如數(shù)殘留于橡膠之中，確切的說脫硫是硫鍵交聯(lián)網(wǎng)點的斷裂。一般通過加熱、氧化及再生劑的作用，使硫化膠中的C—S—C交聯(lián)鍵斷裂，發(fā)生降解，將橡膠中的多硫化物轉(zhuǎn)為二硫化物、二硫化物進(jìn)而轉(zhuǎn)為一硫化物，而后再將一硫化物切斷，導(dǎo)致硫化膠從彈性狀態(tài)變成塑性狀態(tài)，促其最終重新成為具有原來橡膠狀塑性的再生橡膠。具體的脫硫工藝有：快速脫硫工藝、低溫脫硫工藝、高溫連續(xù)脫硫工藝、螺桿擠出脫硫工藝、高溫高壓動態(tài)脫硫工藝、低溫化學(xué)法脫硫工藝等。脫硫工藝的關(guān)鍵是脫硫的溫度和時間。橡膠瀝青的加工溫度在180℃以上，最高能達(dá)到230℃，在瀝青介質(zhì)中橡膠粉能持續(xù)保持高溫狀態(tài)，同時橡膠瀝青加工過程要采用高速剪切設(shè)備進(jìn)行分散，并采用攪拌設(shè)備使其保持運動狀態(tài)，因此橡膠瀝青的加工工藝符合橡膠粉脫硫再生的工藝過程。通過對橡膠的脫硫再生工藝過程和條件的分析，結(jié)合瀝青材料的化學(xué)組成情況，不難看出橡膠瀝青的加工工藝和溫度要求正好滿足橡膠粉的脫硫再生的工藝要求，瀝青中的一些油份和芳香份又能起到一定的軟化劑作用。因此，從理論上來說，在橡膠瀝青的加工工程中，脫硫反應(yīng)是一定存在的，只是程度不同而已。b）硫化瀝青硫黃可以提高瀝青質(zhì)量，早期研究工作已經(jīng)證明硫化瀝青更具有抗老化的能力，更耐久，特別是在低溫寒冷地區(qū)。當(dāng)前硫黃作為一種添加劑，可根據(jù)施工要求，改變硫黃替代瀝青比例來滿足公路所要求的凝聚劑粘滯性和混凝土的粘度，從而提高了鋪路材料的性能。改善瀝青的低溫彈塑性以及與石料的浸潤性。在180℃以上時，瀝青與元素硫的反應(yīng)進(jìn)行得相當(dāng)迅速，反應(yīng)的結(jié)果生產(chǎn)硫化氫及瀝青質(zhì)。反應(yīng)過程中，硫的原子可能直接聯(lián)到瀝青分子上生成更大的分子，也可能是瀝青斷裂后生產(chǎn)較小的分子后又加硫。在高溫(240℃)下加硫時，主要進(jìn)行的是脫氫反應(yīng)，在低溫(140℃左右)下則是硫直接加到瀝青上的反應(yīng)。橡膠瀝青的加工是將瀝青和膠粉在180℃以上的溫度下進(jìn)行攪拌共混，其溫度和工藝過程都與橡膠粉的脫硫工藝過程相當(dāng)，最大的差別是橡膠瀝青中沒有特別加入軟化劑成分。但由于瀝青中含有油份、極性芳香份和飽和芳香份等成份，都可以起到使橡膠粉分子溶脹，達(dá)到消弱分子間作用力，同時攪拌的作用保證橡膠粉的溫度和橡膠粉處于運動狀態(tài)更易于脫硫。因此從工藝角度來說，橡膠瀝青中脫硫過程是肯定存在，只是其脫硫程度的不同而已。我們知道，以目前的脫硫工藝，橡膠的交聯(lián)網(wǎng)點僅能夠減少50％左右，有效硫鍵交聯(lián)網(wǎng)點的切斷不過是硫化橡膠的5％，同時橡膠分子的主鏈也有33％遭到損害，橡膠瀝青中還存在高分子橡膠的解聚反應(yīng)。因此，橡膠粉顆粒不會全部與瀝青產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，橡膠粉還會在橡膠瀝青中存在，同時破壞的主鏈破壞的橡膠也會和瀝青產(chǎn)生一定的反應(yīng)。 橡膠瀝青性能影響因素橡膠瀝青性能的影響因素，從原材料角度來說，膠粉、外摻劑及橡膠瀝青混合料配合比對橡膠瀝青的性能起直接的作用，從加工工藝來說，反應(yīng)時間、溫度以及攪拌方式等對橡膠瀝青的性能產(chǎn)生影響。 膠粉摻量對橡膠瀝青的影響交通部公路科學(xué)研究院、山東交通科研所等單位用子午胎和斜交胎廢胎膠粉制各了18種橡膠瀝青，通過大量試驗，將相同摻量不同目數(shù)條件下的瀝青指標(biāo)平均，研究表明：橡膠瀝青的針入度存在不同程度的變化，與基質(zhì)瀝青相比大多數(shù)是變硬，并隨膠粉摻量增大，其針入度也逐漸減小。在膠粉摻量較低時，橡膠瀝青針對度指數(shù)并沒有得到提高，反而有所降低，只有在膠粉摻量較高時(10％以上)，針入度指數(shù)才有所提高，基本上隨摻量增加而逐漸增大。隨著膠粉摻量增大，橡膠瀝青彈性恢復(fù)增大，不同基質(zhì)瀝青的橡膠瀝青彈性恢復(fù)差距越來越小，基質(zhì)瀝青的影響逐漸減小。橡膠瀝青的測力延度試驗結(jié)果離散性較大，不同批次的大量的橡膠瀝青測力延度并不能得到很好的相關(guān)性，但總的來說，隨著膠粉摻量增加，延度增大。在膠粉摻量達(dá)到20％時，橡膠瀝青的黏韌性達(dá)到峰值。從摻量對橡膠瀝青各項性能的影響規(guī)律可以看出，膠粉摻量是橡膠瀝青性能指標(biāo)最重要的影響參數(shù)，對橡膠瀝青各項性能都有非常顯著的規(guī)律性影響。在摻量較低時，橡膠瀝青顯示出基質(zhì)瀝青的一些性能。隨膠粉摻量的增加，橡膠瀝青逐漸呈現(xiàn)出膠粉的影響。 膠粉細(xì)度對橡膠瀝青的影響西部交通科技項目“廢舊橡膠粉用于筑路技術(shù)研究”課題組通過大量的橡膠瀝青試驗，匯總的廢胎膠粉目數(shù)對橡膠瀝青各項性能指標(biāo)的影響規(guī)律如下：1）粘度：在80目時達(dá)到峰值；2）彈性恢復(fù)：80目時達(dá)到峰值；3）粘韌性：80目時達(dá)到峰值；4）粘溫指數(shù)：在40目時最小，隨膠粉細(xì)度的增大而增大；5）針入度指數(shù)：120目40目80目；6）針入度：在40目時最大，隨著細(xì)度增大而減?。?）軟化點：120目時最大，隨著細(xì)度增大而增大；8）測力延度：40目時最大，隨著細(xì)度的增大而減小。以上結(jié)果表明：在不同細(xì)度時，可使橡膠瀝青的某項性能指標(biāo)可達(dá)到最佳值，比如采用80目的膠粉能改善橡膠瀝青的粘性和彈性，采用40目的膠粉對橡膠瀝青感溫性能改善效果最好，因此，宜根據(jù)實際需要，選擇合適的目數(shù)的膠粉。江蘇交通科研院曹榮吉等人認(rèn)為20目膠粉優(yōu)于40目及60目膠粉，這可能與其橡膠瀝青制備工藝有關(guān)。河南省高遠(yuǎn)公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)有限公司岳學(xué)軍等人研究認(rèn)為隨著膠粉粒徑減小，軟化點和彈性恢復(fù)略有降低，25℃針入度、低溫延度則則有所提高。以上研究結(jié)果基本規(guī)律相似，給橡膠瀝青研究提供了很好的參考依據(jù)，但不足之處在于并未對膠粉的類型和橡膠瀝青的加工方式加以說明，以便更深入的分析不同細(xì)度的膠粉是如何影響橡膠瀝青的各項性能的。國外對膠粉的級配作了相應(yīng)要求，根據(jù)使用目的不同，細(xì)度從16目到100目，以30目左右的居多。美國佛羅里達(dá)州使用膠粉較細(xì)，這與其采用Terminal blend(有譯為瀝青庫混合法)技術(shù)及低膠粉摻量、低反應(yīng)時間有關(guān)。 膠粉成分對橡膠瀝青的影響長沙理工大學(xué)朱夢良教授認(rèn)為，天然橡膠含量高的膠粉由于可以加快與瀝青的反應(yīng)速度，增加瀝青橡膠粘附性，因此從這個角度考慮應(yīng)選擇斜交胎。江蘇交通科研院曹榮吉等人通過室內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)貨車膠粉優(yōu)于小汽車膠粉，究其原因也得益于貨車輪胎中天然橡膠含量更高。膠粉中含有纖維，一般為聚酰胺纖維(尼龍)和聚酯纖維。我國輪胎翻修與循環(huán)利用協(xié)會頒布《道路瀝青用硫化廢胎膠粉》％。ASTM將膠粉分為6級，其中3級要求纖維含量為0％，％。但需指出的是，瀝青混合料中，纖維具有加筋、分散、吸附瀝青、穩(wěn)定、增粘等作用，在SMA等面層混合料中經(jīng)常使用，可以改善瀝青路面的路用性能，具有一定的路用價值。膠粉中各種成分比例應(yīng)該取決于橡膠瀝青的用途。 瀝青對橡膠瀝青的影響基質(zhì)瀝青對橡膠瀝青的品質(zhì)有重要影響。各國采用的事道路常用的普通瀝青或“軟”一等級的瀝青。在南非，對于混合料用的橡膠瀝青其基質(zhì)瀝青為B1B8(針入度分別為60～70、80～100)兩種；用于灑布時，采用的基質(zhì)瀝青針入度為80～100和150～200兩種。在澳大利亞，灑布時采用C170，用于熱拌瀝青混合料時采用C170和C230兩種瀝青。這兩個國家的共同點是：用于灑布時的基質(zhì)瀝青比用于混合料時偏軟。美國加利福尼亞州優(yōu)選采用AR4000，也采用AR2000，在寒冷地區(qū)采用ARl000，亞利桑那州基質(zhì)瀝青采用PG分級，主要用PG641PG582PG5228三種，分別適用于熱區(qū)、溫區(qū)呼寒區(qū)。在佛羅里達(dá)州，(相當(dāng)于我國標(biāo)準(zhǔn)的90號瀝青)，(相當(dāng)于我國的70號瀝青)，前者軟于后者?！爸改稀闭J(rèn)為加工橡膠瀝青的基質(zhì)瀝青可選用A級或B級道路石油瀝青。學(xué)者孫祖望、陳飚等認(rèn)為橡膠瀝青所用基質(zhì)瀝青應(yīng)采用符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中A級道路石油瀝青標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)于基質(zhì)瀝青在橡膠瀝青中的作用，目前普遍定性分析為橡膠粉吸收瀝青中的輕質(zhì)油分溶脹形成膠凝，對于瀝青與橡膠粉溶脹反應(yīng)定量關(guān)系并沒有統(tǒng)一的認(rèn)識，一般是通過試驗和工程經(jīng)驗來確定基質(zhì)瀝青的種類?；|(zhì)瀝青為橡膠瀝青的分散介質(zhì)，對橡膠瀝青的性能有一定的影響。瀝青組分中主要含有瀝青質(zhì)和輕質(zhì)油，影響橡膠瀝青性能的主要因素是輕質(zhì)油分含量，這是因為橡膠瀝青的改性其實就是橡膠粉吸收瀝青中輕質(zhì)油分，導(dǎo)致橡膠一定程度的溶解，形成凝膠狀物質(zhì)，輕質(zhì)油分含量越高的基質(zhì)瀝青，與橡膠粉的反應(yīng)程度越高。因此國外一些橡膠瀝青技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中就規(guī)定在橡膠瀝青中加入延展油，以增加輕質(zhì)油分含量，促進(jìn)橡膠粉與瀝青的反應(yīng)，使橡膠粉更充分更穩(wěn)定的分散在瀝青中，～6％的延展油，在南非，也規(guī)定摻入2～4％的延展油。受各地氣候特點及橡膠瀝青使用目的不同，50號～110號的基質(zhì)瀝青均有采用，考慮到目前我國路用瀝青以70號和90號較為常用，且瀝青路面的高溫病害較普遍，因此推薦采用70號瀝青作為橡膠瀝青的基質(zhì)瀝青。 添加劑對橡膠瀝青的影響為了進(jìn)一步改善橡膠瀝青的某些技術(shù)性能，在橡膠瀝青中會摻一些添加劑，通常摻一定比例的天然橡膠和輕質(zhì)油分比較常見。也可摻入一些其他聚合物改性劑，如SBS、PE。長沙理工大學(xué)朱夢良教授在橡膠瀝青中加入一定比例的PE，試驗結(jié)果表明其動態(tài)剪切復(fù)數(shù)勁度模量、低溫彎曲蠕變勁度均隨PE摻量增大而增大，有效改善了橡膠瀝青的高低溫性能。同時通過摻入GMS、WD4和硫磺三種穩(wěn)定劑測試橡膠瀝青的穩(wěn)定性，～％時，橡膠瀝青的離析軟化點差均在2℃以內(nèi)，其中以WD4效果最好。西部交通科技項目“廢舊橡膠粉用于筑路技術(shù)研究課題組采用一種芳香烴添加劑，按照不同比例摻加到橡膠瀝青中后進(jìn)行試驗，結(jié)果表明：摻入該添加劑后，橡膠瀝青的高溫粘度以及測力延度都顯著降低，但是當(dāng)摻量逐漸增加后，其粘度和測力延度又逐漸增加。這說明添加劑的摻量存在一個最佳劑量，并不是越多越好。不同的添加劑在改善橡膠瀝青某方面性能的同時也可能導(dǎo)致其他性能的降低，因此，需根據(jù)各地條件和工程需要，使用合理的添加劑種類，并通過試驗確定最佳摻量。 橡膠瀝青的性能評價指標(biāo)就當(dāng)前國際上瀝青技術(shù)指標(biāo)而言，瀝青的技術(shù)指標(biāo)主要有分級指標(biāo)、綜合指標(biāo)、高溫穩(wěn)定性指標(biāo)、低溫抗裂性能指標(biāo)、耐老化性指標(biāo)、施工及安全指標(biāo)。其中分級指標(biāo)有針入度、60℃黏度、動態(tài)剪切、蠕變勁度和直接拉伸應(yīng)變；綜合指標(biāo)主要有密度、針入度指數(shù)、含蠟量、溶解度、灰分；高溫穩(wěn)定性指標(biāo)主要有軟化點、60℃黏度、動態(tài)剪切（G*/sinδ）；低溫抗裂性能指標(biāo)主要有延度、脆點、蠕變勁度和直接拉伸應(yīng)變；耐老化性試驗主要有薄膜加熱試驗、旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗、壓力老化試驗、蒸發(fā)損失試驗及旋轉(zhuǎn)燒瓶試驗，評價指標(biāo)主要有老化前后的質(zhì)量損失針入度比、軟化點比、黏度比，脆點、延度、蠕變勁度和直接拉伸應(yīng)變；施工及安全指標(biāo)主要有閃點、135℃黏度。橡膠瀝青的性能指標(biāo)體系和基質(zhì)瀝青一樣，應(yīng)包括以上指標(biāo)，但是橡膠瀝青又有其自身的特點。國際上對橡膠瀝青核心技術(shù)指標(biāo)主要為針入度、軟化點、彈性恢復(fù)及黏度，. 國外橡膠瀝青的性能指標(biāo)ASTM（D611497）亞利桑那州德克薩斯州、加利福尼亞州智利南非佛羅里達(dá)州表現(xiàn)黏度（175℃）（ASTMD2196方法A）旋轉(zhuǎn)黏度（177℃）黏度（177℃、191℃）黏度（175℃）黏度（190℃）黏度（旋轉(zhuǎn)）（150℃、175℃）針入度（25℃，100g，5s）(ASTMD 5)針入度（25℃，150g，5s）針入度（25℃）壓縮恢復(fù)針入度（4℃，200g，60s）(ASTMD 5)針入度（4℃）軟化點（℃）ASTMD36軟化點，℃軟化點軟化點彈性恢復(fù)（25℃）（ASTMD5329）彈性恢復(fù)（25℃）彈性恢復(fù)（25℃）密度密度（15℃）黏度是橡膠瀝青的最基本指標(biāo)之一。與普通的基質(zhì)瀝青和改性瀝青不同，黏度不僅僅是施工和易性的控制技術(shù)指標(biāo)，而且是瀝青品質(zhì)優(yōu)劣的指標(biāo)之一。當(dāng)黏度低時，不能有效體現(xiàn)橡膠瀝青良好的路用性能；當(dāng)黏度高時，將給施工帶來一定的困難。針入度是一個常用指標(biāo)。盡管橡膠瀝青中單獨存在著橡膠粉顆粒，大量試驗結(jié)果也表明了橡膠瀝青的針入度指標(biāo)離散性比較大，且對橡膠瀝青性能的感應(yīng)不敏感，但考慮針入度指標(biāo)能直觀反映瀝青的硬軟程度，同時為與其他改性瀝青的性能進(jìn)行對比，對于橡膠瀝青，在當(dāng)前的指標(biāo)體系中，針入度指標(biāo)依然被普遍采用。軟化點是瀝青性能的另一個常用評價指標(biāo)。與針入度指標(biāo)一樣，盡管這個指標(biāo)用于評價橡膠瀝青性能存在爭議，但為了便于與其他瀝青進(jìn)行比較，以及研究橡膠瀝青性能的影響因素，仍將其作為橡膠瀝青性能的輔助評價指標(biāo)。延度反映了瀝青的延伸性能，與路面的使用性能有一定的相關(guān)性。雖然延度作為一個經(jīng)驗性的指標(biāo)，受力狀態(tài)和溫度條件也與路面低溫斷裂狀況的差異較大，但其仍被工程界和研究人員所重視，是我國常用的瀝青性能三大指標(biāo)之一。在橡膠瀝青的延度試驗中，由于橡膠粉顆粒存在于橡膠瀝青中，拉伸過程中橡膠粉顆粒周圍有應(yīng)力集中，會有斷口寬而齊的現(xiàn)象出現(xiàn)，將導(dǎo)致橡膠瀝青的黏度偏小，但可以根據(jù)實際條件對試驗進(jìn)行一定的改善。 小結(jié)本章介紹了橡膠瀝青混合料的特點，分析了橡膠瀝青的性能和影響因素。橡膠瀝青混合料具有良好的路用性能。同時，對橡膠瀝青在國內(nèi)外的性能指標(biāo)進(jìn)行了研究，包括國外普遍采用的黏度、針入度、軟化點、延度。第三章 橡膠瀝