浅析搅拌时间对橡胶沥青老化性能的影响

浅析搅拌时间对橡胶沥青老化性能的影响

摘要橡胶沥青的生产过程比较复杂，生产工艺的不同对橡胶沥青老化性能影响不同，本文主要研究了橡胶沥青搅拌时间对橡胶沥青老化性能的影响。首先固定其他生产因素，改变搅拌时间进行生产不同的橡胶沥青，然后对其进行短期老化实验，分析老化前后橡胶沥青各项指标的变化情况。

关键词橡胶沥青老化搅拌时间薄膜烘箱老化

轮胎橡胶在路面工程中的应用，最早始于20世纪40年代的美国。美国橡胶回收公司(Rubber Reclaiming Company)在上世纪40年代首先采用干拌法的生产工艺，生产了Ramflex TM橡胶粉沥青混合料。相比国外，我国在这方面的研究起步相对较晚。上世纪70年代末80年代初，出于改善我国性能不佳的国产沥青的目的，同济大学研究了橡胶粉与沥青共熔反应的粘度变化规律及橡胶粉对沥青混合料路用性能的影响，并分别于1980年和1981年在江西省的铅山县和贵溪县铺筑了橡胶沥青试验路。

国际上废胎胶粉的加工技术、生产工艺都已经非常成熟，而我国对胶粉改性沥青的基础研究重视不够，影响了废胶粉改性沥青在我国道路建设中的应用，废胎胶粉橡胶沥青应用的具体方案、技术开发等还都处于原创性研究、探索之中。橡胶沥青的生产工艺问题，橡胶沥青的老化性能等方面都是废胎胶粉橡胶沥青在中国应用的前沿课题。本文主要研究了室内模拟实验进行橡胶沥青生产因素之一——搅拌时间对橡胶沥青的老化性能的影响。

一、橡胶沥青的短期老化过程

1．运输贮存加热过程中的老化。橡胶沥青的老化自炼制出厂即已经开始，在运输至拌合站进行沥青混合料拌合之前，一直装在保温沥青罐中。在此期间沥青热态储存、热态运输，在空气油罐中预热等过程，都要经历很长一段时间。由于温度升高，沥青分子加速运动，除引起沥青的蒸发外，还能引起沥青发生物理化学变化。

2．加热拌和及铺筑中的老化。橡胶沥青在进行拌合时老化比较严重，沥青在拌和机内的拌合温度达到175℃-185℃之间，在此过程中沥青膜较薄，温度高，较长时间维持高温状态，是橡胶沥青热氧老化最为严重的过程。

二、室内短期老化模拟实验

目前，国内外常用的室内模拟橡胶沥青老化的方法是短期热老化薄膜烘箱老化TFOT。薄膜烘箱加热老化实验主要模拟橡胶沥青在加工、拌合、摊铺过程中的老化，即橡胶沥青老化的前两个阶段。其主要原理是将沥青放置在加热到163℃左右的烘箱中持续Sh，烘箱设有鼓风装置，来交换烘箱内外空气，以模拟实际野外的环境。此实验用来模拟橡胶沥青在贮存运输摊铺过程中发生的短期老化反应。

三、实验方案

选择60目的橡胶粉，其掺量为外掺21%，采用叶片搅拌制备橡胶沥青，搅拌温度为185℃，改变搅拌时间分别为30min，60min，90min，120min来生产橡胶沥青，检测刚生产

出来（放置时间不超过Sh）的原样橡胶沥青的各项性能指标。将橡胶沥青进行薄膜烘箱加热老化实验，加热温度设置为163℃，在进行加热试验Sh后橡胶沥青残留物进行各项性能指标检测。将老化前后的橡胶沥青的各项性能指标进行对比分析。

四、实验数据分析

测定不同搅拌时间对橡胶沥青老化性能的影响，测试结果见表1所示。

从上述柱状图中可以看出，随着搅拌时间的延长，各项性能指标并不是一直的增大或者减小，而是有所反复的。针入度和15℃延度随着搅拌时间呈现先减小后增加又减小的趋势。在Omin~30min内，橡胶粉刚与基质沥青相接触，刚刚开始发生溶胀反应，现在并不是真正意义上的橡胶沥青。随着时间的延长，橡胶粉持续溶胀发育，橡胶颗粒核心开始吸收沥青中的轻质组分，熔融物含量增多，沥青逐渐形成液固两相结构，针入度和15℃延度随之增大。当搅拌时间大于90min后，性能出现了明显的衰减。因此我们认为橡胶沥青需要特定的时间进行反应，时间过短，胶粉溶胀过少，沥青只是橡胶粉与沥青的简单混合物；时间过长，胶粉反应过度，橡胶沥青就会丧失特有的物理、力学性质。老化后的针入度和延度也是呈现此种变化，这与橡胶沥青的反应机理相一致。对橡胶沥青的老化前后的性能衰减程度分析，橡胶沥青的针入度比和延度比是随着搅拌时间的延长而变小的，说明橡胶沥青的性能衰减程度是随着时间延长而降低的，橡胶沥青的老化性能是有所改善的。当搅拌时间在90min以前，老化前后的针入度、延度变化较大，90min以后，变化趋势趋于平缓，说明搅拌时间在90min时，橡胶沥青的老化性能达到了最佳的效果。软化点、粘度和弹性恢复尽管变化趋势程度不尽相同，但总体依然是呈现先增大而后减小的趋势。软化点在老化前后的变化程度不大，而粘度和弹性恢复老化前后变化较大，说明老化对橡胶沥青的粘度和弹性恢复影响较大。而老化前后的性能衰减程度依然呈现增大的趋势。

分析其原因是：橡胶粉与沥青接触后随即发生溶涨，橡胶颗粒体积变大，增加了橡胶颗粒位移的阻力，橡胶沥青体系粘度增加；橡胶粉颗粒的溶涨增加了沥青与橡胶颗粒的界面厚度，提高了沥青与橡胶颗粒的亲和力，橡胶沥青的延度性能不断增加。在160℃-80℃条件下硫化橡胶将发生脱硫与降解反应，脱硫与降解使橡胶颗粒表面部分组分散失到沥青中，这有利于提高沥青的延展性，但是减少了橡胶颗粒的体积，使其对提高沥青粘度的作用降低。

橡胶粉的溶胀与脱硫过程是同时进行的，当橡胶颗粒溶胀过程处于主导地位时，粘度将不断增加；当溶胀引起的橡胶颗粒体积增加与脱硫降解导致的橡胶颗粒体积减小处于平衡状态时，粘度可能处于平衡状态；否则将出现粘度降低现象。为保证橡胶颗粒的充分溶胀，应选择粘度达到最大并将要发生降低时作为选择搅拌时间的依据。

90min以后，橡胶沥青的各项性能的老化程度呈现减缓趋势，说明搅拌时间为90min时，橡胶沥青中的橡胶粉与基质沥青相互溶合，发生反应，橡胶颗粒充分溶胀，形成了一定的平衡状态下的液固两相结构。

五、结束语

以上实验说明，搅拌时间也会对废橡胶粉改性沥青产生影响。搅拌时间太短，废橡胶粉与沥青混合不均匀，在废橡胶粉与沥青的体系中存在大量的废橡胶粉积聚团。随着搅拌时间的延长，沥青中的废橡胶粉积聚团被进一步分散、变小，直至变成胶粉单粒，使单个胶粉颗