橡胶粉复合改性沥青及沥青混合料性能研究

　文章编号:0451-0712(2007)11-0163-05 中图分类号:U414.750.1 文献标识码:B

橡胶粉复合改性沥青及沥青混合料性能研究

朱梦良,胡　杰

(长沙理工大学公路工程学院　长沙市　410076)

摘　要:按照美国SHR P沥青结合料评价方法对橡胶粉和PE复合改性沥青主要性能进行了测试分析,并分析了复合改性沥青混合料A C13的高温稳定性、水稳定性等。试验表明,加入不同剂量的橡胶粉和废旧PE复合改性剂,可以显著地改善沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性。

关键词:SHR P;橡胶粉;聚乙烯改性沥青;沥青混合料

废旧轮胎属于聚合物材料,在自然条件下不易降解,我国每年废弃的废旧轮胎近500万t,给我国的生态环境带来了很大的压力。把废旧轮胎加工成橡胶粉,用于道路改性沥青,既可以提高路用性能、降低工程成本,又能改善环境,节省资源。20世纪80年代以来,我国进行了道路用橡胶粉改性沥青的研究,但有关橡胶粉和聚乙烯(PE)复合改性沥青的研究较少。本文着重研究了橡胶粉、PE复合改性沥青和沥青混合料的主要性能,采用BBR、D SR和布氏粘度试验评价橡胶粉改性沥青的性能,并采用车辙试验和马歇尔试验分析沥青混合料的高温稳定性、水稳定性等。

1　橡胶粉改性沥青的高温性能

美国SHR P沥青结合料路用性能规范是建立在沥青材料各项路用性能的基础上提出的评价指标,能够较好地反映沥青性能的改善效果,具有较高的实用性。因此,研究者认为它不仅适用于普通沥青,也适用于改性沥青。

SHR P方法中评价沥青结合料高温稳定性,采用动态剪切流变仪(D SR),以G3 sin∆作为评价指标,试样在设计温度下(70℃),测定其G3 sin∆不得小于110kPa,其中G3是动态剪切复数劲度模量, G3越大表示沥青的劲度越大,抗流动变形能力越强,车辙因子G3 sin∆越大,弹性成分越大,抗车辙能力越好。本文应用湿法制作橡胶粉复合改性沥青,其D SR试验结果见表1。

从表1和图1～图4可以看出:

表1　橡胶粉改性沥青的D SR试验结果

橡胶粉 %PE %

复数劲度模量

G3 M Pa

车辙因子

G3 sin∆

相位角∆0

001456014578614

3111911198514

4115011518511

511992108413 5

0110311058010

3119721008014

4212021337818

5316131697815 10

0111511177714

3319941237014

4410241277015

5612161597016 15

0118011936913

3513851886611

4616361016916

5812191026515

　注:试验温度为70℃

(1)在橡胶粉掺量一定的情况下,分别加入不同掺量PE,随着PE掺量的增加,动态剪切复数劲度模量G3逐渐变大,说明改性沥青具有较好的高温稳定性;

(2)在基质沥青中分别加入3%、4%、5%的PE,动态剪切复数劲度模量G3在变大,并且随着PE掺量的加大,G3逐渐变大;

收稿日期:2007-04-03

　公路　2007年11月　第11期 H IGHW A Y　N ov12007　N o111　

图1

　复数劲度模量G 3

与改性剂掺量的关系

图

2　车辙因子G 3 si n ∆与改性剂掺量的关系

图3　复数劲度模量G 3与橡胶粉掺量的关系

图4　车辙因子G 3 si n ∆与橡胶粉掺量的关系

(3)在基质沥青中分别加入5%、10%、15%的橡

胶粉,动态剪切复数劲度模量G 3变大,并且随着橡

胶粉掺量的加大,G 3逐渐变大。2　橡胶粉改性沥青的低温性能

路面温缩开裂通常是由于沥青在使用过程中不断老化,劲度模量不断增加,沥青的低温柔性逐步转化为脆性造成,在研究沥青低温性能时可采用弯曲梁流变仪(BBR )测定低温弯曲蠕变劲度模量S 作为主要指标。在试验温度下(-12℃)测定60s 的劲度模量S 和60s 加载时间的蠕变曲线的斜率m ,要求60s 时的S 不得大于300M Pa ,m 值不得小于0130。橡胶粉改性沥青的BBR 试验结果见表2。

表2　橡胶粉改性沥青的BBR 试验结果

橡胶粉 %

PE %蠕变劲度S M Pa

应力释放速率m

5519015403691701480485170146459114014565

57180150036813014754741701454587100143510

58120148637016014924721501461578180142515

591401436360110149046318013975

6912

01400

—

461— 公 路 2007年　第11期　

从表2和图5～图8可以看出

:

图5　蠕变劲度S

与改性剂掺量的关系

图6　应力释放速率m

与改性剂掺量的关系

图7　蠕变劲度S

与橡胶粉掺量的关系

图8　应力释放速率m 与橡胶粉掺量的关系

(1)在PE 掺量一定的情况下,分别加入不同掺

量的橡胶粉,随着橡胶粉掺量的增加,低温弯曲蠕变劲度模量S 逐渐变小,说明胶粉复合改性沥青具

有较好的低温稳定性;

(2)在基质沥青中分别加入3%、4%、5%的PE ,低温弯曲蠕变劲度模量S 在变大,并且随着PE 掺量的增加

,S 逐渐变大;

(3)在基质沥青中分别加入5%、10%、15%的橡胶粉,其低温弯曲蠕变劲度模量S 随橡胶粉掺量增加而小幅度增大,但随橡胶粉掺量增加橡胶粉对PE 引起的低温脆性有显著改善,即随橡胶粉掺量增加而复合改性沥青的低温弯曲蠕变劲度模量S 呈现显著降低。

3　橡胶粉改性沥青的粘度

沥青粘度能很好地反映沥青的流变学特性,过去也常作为高温性能的评价指标。粘度越大,抗车辙性能越好。旋转粘度试验也可用来评价改性沥青的泵送能力,橡胶改性沥青粘度过大,施工时可能会发生困难,所以要求测定的135℃粘度一般不超过315Pa ・s 。橡胶改性沥青粘度测定采用布洛克菲尔德型旋转粘度计,胶粉改性沥青的粘度试验结果见表3。从表3和图9、图10可以看出:(1)在基质沥青中分别加入5%、10%、15%橡胶粉,改性沥青的粘度增大,并且随着橡胶粉掺量的增加,改性沥青的粘度逐渐地增大;

(2)在基质沥青中分别加入3%、4%、5%PE ,改

性沥青的粘度增大,并且随着PE 掺量的增加,改性沥青的粘度不断地增大;

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561—　2007年　第11期 朱梦良　胡　杰:橡胶粉复合改性沥青及沥青混合料性能研究