论文橡胶复合改性沥青性能研究

1、SBS橡胶复合改性沥青性能研究马媛媛(营口市公路沥青拌合站 11500)摘要 简要介绍了营口市公路沥青拌合站生产的SBS橡胶复合改性沥青的路面特点，该沥青的作用机理，通过对四种不同配方的试验，定性分析了对沥青的高温性能、低温性能、弹性恢复性、抗老化性能等几个方面的改善作用。关键词 橡胶粉 SBS 复合改性 高温性能 低温性能 弹性恢复 老化性能一、 概述随着我国汽车工业和道路建设的迅速发展，大规模的废旧轮胎将会带来巨大的社会环保问题；同时道路的使用性能也需要提高。将废旧轮胎橡胶粉用于公路建设是解决当前面临问题的有效途径之一。随着近年来橡胶粉加工工艺的改善，精细橡胶粉的生产成本不断降低，橡胶粉在公路中的应用研究已全面开展。本文介绍同时掺加橡胶粉和SBS的复合改性沥青。 橡胶粉来源于废旧轮胎，它是已经硫化的橡胶，具有空间网状结构，虽经机械粉碎变成粉末状，但其粒子的微结构仍保持着网状交联结构，并且还含有炭黑和防老化剂等化学成分（例如其中的碳黑含量都在30%以上，碳黑是一种性能良好的沥青补强剂）。将这样的橡胶粉与沥青配合使用，在高温重交通路面中可有效提高软化点、减轻交通车辙，而且对提高沥青的抗

2、老化性，延长道路使用寿命有着实际应用意义。SBS为苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物，属热塑性橡胶类，又称为热塑性弹性体。SBS质轻多孔，既具有橡胶的弹性性质，又具有树酯的热塑性性质，因而兼具橡胶和树脂的特性。沥青结合料获得弹性性能的程度取决于使用剂量、SBS种类、与沥青的相容性、生产工艺以及是否使用其它添加剂。SBS橡胶复合改性沥青路面特点是：a)、可明显减少交通噪音3-8分贝；b)、减缓沥青路面的老化，延长使用寿命；c)、增加路面弹性，车辆行驶舒适；d)、可缩短车辆的刹车距离，减轻路面反光，提高了车辆行驶安全系数；e)、粘结力强，耐磨性、抗水剥落性大为提高；f)、大大降低路面维护费用；g)、提高冬季的抗撕裂性能及夏季的抗融变性能；h)、节约资源，保护环境；i)、较橡胶沥青粘度低，更易于改性沥青的生产和混合料的拌和。二、 研究背景普遍存在一个误解，认为弹性体聚合物特别是SBS （苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）合成橡胶与轮胎橡胶（GTR）是相同的。事实上，它们在成分、形态、物理性能以及与沥青的化学反应上都完全不同。如果将SBS与轮胎橡胶分别加入沥青中，所产生的两种改性沥青的性能有很大不同。然而，若

3、以适宜比例将两者同时加入沥青中，就可以得到更高路用性能的改性沥青，这种改性沥青具备独有特征并且性能更优，同只使用SBS或轮胎橡胶的改性沥青均不相同。简单而言，弹性体聚合物特别是SBS提高沥青结合料的高温性能，同时保持基质沥青本身的低温性能。弹性体聚合物同时具有弹性性能，能够增强沥青与骨料的粘附性。再生轮胎橡胶可以提高沥青结合料的低温性能，轮胎橡胶也具有一定的弹性性能，但与相同剂量的大部分SBS相比相对较低。某些特定的轮胎橡胶也能够增强沥青与骨料的粘附性以及其它相关性能。适当地使用轮胎橡胶能够很好地改善沥青结合料的低温性能。不过，各种轮胎橡胶的不同成分仍然影响橡胶改性沥青生产的质量稳定性。所用轮胎种类及部位的不同使得再生轮胎橡胶的成分可能会呈现很大不同，结果导致橡胶改性沥青的物理性质与相关性能受到影响。我国橡胶粉主要来源于斜交胎，占60%70%。斜交胎与子午胎在化学成分上存在较大差别，斜交胎中天然胶与合成胶的比例一般为7：3，而子午胎一般为2：8，所以斜交胎好于子午胎。三、 橡胶粉、SBS在沥青中的作用机理分析橡胶粉掺入到沥青中以后制成橡胶粉与沥青的共混物，成为橡胶改性沥青。目前橡胶粉与

4、沥青之间的相互作用机理尚未研究清楚，公认的改性机理有：物理共混说、网络填充说以及化学共混说，每种说法各有千秋。所谓物理共混说，是橡胶粉加入到沥青中后，橡胶粉的分子受到沥青组分中芳香烃、饱和烃的作用发生熔胀和溶解，而均匀分散在沥青中形成共混体系。在物理共混中没有发生化学作用，仅仅是物理作用，要求橡胶粉与沥青有较好的相溶性、相容性、溶解性和分散性，以达到较好的物理混合。网络填充说，是指在橡胶粉加入到沥青中后，橡胶粉分子受到沥青油分和芳香分的作用而被分开，发生溶胀和部分溶解过程；然后是扩散或溶胀团粒的分散过程，是橡胶粉以微粒或丝状随即分布在沥青基体中。化学共混说是指在沥青中不仅有烷属烃、烯属烃和芳香烃，还含有极性和非极性化合物，存在着羚基、脂基等有机官能团，可以和许多物质发生化学反应，产生化学交联或化学加成，生成新的化学键的结合。在橡胶沥青中加入硫化剂使橡胶发生硫化反应，可以形成硫化的大分子网络结构。这些学说所论及的橡胶粉与沥青的相互作用，在其共混过程中都有可能存在，只是程度不同。这与橡胶粉的成分、沥青的品质、添加剂的种类以及加工方式等因素有较密切的关系。对经过加工的橡胶沥青采用40目（0.

5、6mm）和200目（0.075mm）两极过滤网，基本能过滤出橡胶沥青中的橡胶颗粒，说明胶粉在橡胶沥青中有物理填充的作用；而且在过滤前不同掺量橡胶粉在橡胶沥青中的物理表现相当稳定，表明橡胶粉颗粒在沥青中分布状况良好；同时过滤后的橡胶沥青密度增大，说明橡胶粉对沥青的化学成分有一定的影响，其间存在化学作用。试验研究表明橡胶粉掺入沥青中不仅仅是简单的物理填充，也不完全会发生化学反应，而是处于两者共存的状态，其产物是橡胶粉和沥青的共混体系。SBS改性沥青的相容性机理：改性沥青是由高分子聚合物改性剂作为分散相用物理的方法以一定的粒径均匀分散到沥青连续相中而构成的体系。聚合物与沥青之间仅仅存在部分地吸附、相容，而并非完全溶融。这种体系属于热力学不稳定体系，极易发生两相之间的分离，造成离析现象。相容性好是指作为分散相的SBS聚合物能以一定的粒径，均匀的分布在沥青相中，改性效果显著。四、SBS橡胶复合改性沥青性能改善的试验研究采用中国石油辽河石化分公司90号道路石油沥青，湖南岳阳石化桑蚕生产的巴陵牌1301 YH-791H 型SBS，用量分别为1.5%、2.0%、2.5%和3.0%。胶粉采用子午胎常温研

6、磨法粉碎，胶粉的目数为60目，掺量为10%（外掺）。使用美国道维施MP-S8进口胶体磨在170180的温度下研磨拌和，制备成不同掺量的SBS橡胶复合改性沥青进行各项性能试验，研究SBS和橡胶粉的掺入对沥青性能的影响情况。（注：为了保证复合改性沥青的稳定性，生产中加入很小剂量的添加剂。）普通道路石油沥青（90#）技术指标表1项 目指 标针入度（25，100 g，5s）85（1/10mm）软化点（R&B）45（）延 度（15）150（cm）粘 度（135）0.25（Pas）闪 点255（）溶解度99.6（%）密 度（25）1.01（g/cm3）TFOT质量损失0.04（%）残留针入度比（25）60（%）残留延度（15）（150 cm）1、 对沥青高温性能的改善（1）针入度沥青中掺入橡胶粉和SBS后，沥青的针入度存在不同程度的变化，与基质沥青相比是明显变硬，相同的橡胶粉掺量，随SBS掺量增加针入度降低。SBS+橡胶粉（10%）复合改性沥青技术指标 表2项 目90#沥青SBS掺入量（%）1.52.02.53.0针入度（25，100 g，5s）0.1mm 857875.26865软化点（TR&B

7、）455555.855.957延度（5，5 cm/min）8.427.928.529.331粘 度1350.1781992429103691650.0780.5950.6730.6910.707弹性恢复（25）18.43%74%80%85%88%旋转薄膜烘箱TFOT质量损失（%）0.04%0.71%0.7%0.57%0.55%针入度比（25）60%90.5%78%67.4%75.3%延度（5）-14.4%16.1%18.6%18.8%软化点比-94.5%111%106.2%108.2（2）、软化点指标：软化点是道路沥青最基本的性质指标，是我国道路沥青最常用的三大指标之一。数值表达的意义直接与路面发软变形的程度相关联，是说明沥青高温性能的指标之一。从试验结果看出，由于橡胶粉和SBS的加入，复合改性沥青的软化点明显提高，提高幅度一般为10左右。但橡胶粉量一定随SBS用量增加软化点增加不明显。（3）粘度指标：粘度是沥青材料重要的技术指标，粘度大的沥青在荷载作用下产生较小的剪切变形，弹性恢复性能好，与沥青混合料的动稳定度有很好的相关关系。采用美国BROOKFIELD博力飞旋转粘度计测得的不同S

8、BS掺量在不同温度下的布氏粘度，结果如表3，从中看出橡胶粉的掺入能够大大提高基质沥青的粘度，同时SBS对粘度也有不同程度的提高。随温度的提高复合改性沥青粘度降低，根据粘度值我们可以制定复合改性沥青的生产和发育温度、拌和温度、贮存温度、摊铺温度、碾压温度。SBS+橡胶（10%）复合改性沥青粘度（Pas） 表3温 度道路石油90#沥青SBS掺入量（%）1.52.02.53.0195021302630287031180004703110424047005321650078059506730691070715009050732110712851481350178199242910369120050748853268775我站生产的SBS橡胶复合改性沥青的粘度介于SBS改性沥青和橡胶沥青（掺量为20%）之间，粘度适当特别适合于沥青的生产和混合料拌和，不会在生产过程中堵塞管道。从以上结果可以看出，在沥青中掺入橡胶粉和SBS后，对沥青的软化点、粘度等高温性能指标都有显著的改善。2、 对沥青低温性能的改善延度反映沥青的柔韧性，延度越大，沥青的柔韧性越好，如在低温下延度越大，则沥青的抗裂性越好。沥青延度

9、与其粘度、组分有密切关系。一般来说，延度大的沥青含蜡量低，粘结性和耐久性都好；反之，含蜡量大，延度小，粘结性和耐久性也差。因此延度是表征沥青性质的重要指标。掺加橡胶粉和SBS后，5延度明显大于基质沥青的5延度，且橡胶粉掺量相同情况下，随SBS剂量增加5延度逐渐增加。从延度试验看出SBS橡胶复合改性沥青5延度大于橡胶沥青但小于SBS改性沥青。3、 对弹性的改善弹性恢复良好的弹性是橡胶沥青的一个重要性能，弹性恢复指标反应了橡胶沥青在受力后的弹性恢复性能。沥青的弹性恢复能力的提高可以减小荷载作用的残余变形，减少路面的损坏。弹性恢复指标作为评价改性沥青性能的新指标已被广泛使用。从弹性恢复的试验结果看，橡胶粉和SBS的掺入大大改善了沥青的弹性恢复能力，橡胶粉一定SBS掺量的增加能显著提高弹性恢复性能。4、 对沥青老化性能的改善沥青老化是一个逐渐发展的过程，它的速率直接影响路面的使用寿命，是影响路面耐久性的主要因素。常用的评价短期老化的试验方法薄膜加热试验及旋转式薄膜加热试验，它们的试验条件比较苛刻，接近于强制式搅拌中的老化过程。本试验采用旋转式薄膜加热烘箱。从表1中老化指标看，老化后质量损失平均为0.63%,针

《论文橡胶复合改性沥青性能研究》由会员桔****分享，可在线阅读，更多相关《论文橡胶复合改性沥青性能研究》请在金锄头文库上搜索。