橡胶粉掺量对橡胶沥青粘度的影响的研究

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摘要：首先研究橡胶沥青的制备工艺，再通过室内试验研究了不同掺量的废轮胎橡胶粉对基质沥青的改性效果，反应橡胶粉掺量对粘度的影响，而后研究了橡胶沥青的性能随反应温度变化橡胶沥青的粘度变化规律.

关键词：废旧轮胎橡胶粉；改性；橡胶沥青；工艺；性能

1.概述

橡胶粉来作为橡胶沥青的改性剂，其掺量毫无疑问会显著影响橡胶沥青的粘度，同时，温度也是显著影响橡胶沥青粘度的另一重要因素。本文将通过一系列的实验来研究不同橡胶粉掺量和不同温度下橡胶沥青的粘度，以及通过实验的出橡胶沥青粘度与橡胶粉的掺量和试验温度的关系。

橡胶粉的掺量是关系到橡胶沥青性能的重要影响因素，根据美国材料与实验协会定义，橡胶沥青中的橡胶掺量至少要占到总量的15%；而美国亚利桑那州橡胶沥青规范中第1009―2.02条规定橡胶沥青至少应含有基质沥青重量20%的橡胶；实际上美国各州的橡胶粉用量也不尽一致。

2.橡胶沥青的制备

2.1 试验材料及设备

1.橡胶粉采用青岛绿叶公司生产的废旧轮胎橡胶粉，统一粒径为30目。

2.基质沥青为韩国SK，A级 70号沥青，其技术指标见表1.

2.2 制备工艺

橡胶粉与沥青在高温条件下搅拌过程中，橡胶粉主要发生溶胀、脱硫与降解两种变化.溶胀是一物理变化过程，即橡胶粉颗粒吸收沥青中轻质油分而体积变大；脱硫与降解是一化学变化过程，脱硫是指橡胶粉颗粒中C-S发生断裂，造成橡胶颗粒失去部分硫化橡胶的弹性而恢复部分天然橡胶的柔韧性；降解是指橡胶粉颗粒中C-C发生断裂，导致橡胶分子链断裂、分子量降低.因此在制备橡胶沥青时，既要保证橡胶粉充分溶胀，又要避免橡胶粉发生严重的脱硫与降解，应寻求2者平衡点.因此，搅拌温度和时间是生产橡胶沥青关键技术参数.

依据应用橡胶沥青相当成功的美国亚利桑那州和加利福尼亚州的经验，规定的温度范围最低190℃，最高226℃.橡胶沥青胶结料必须在搅动状态下反应至少45 min才能达到较为理想的反应效果.考虑到目前受于橡胶沥青生产设备的限制，200℃的高温很难达到，为此选择175～180℃作为制备温度，拌和时间为60min.

3.实验结果

3.1橡胶粉的掺量对粘度的影响

1. 橡胶粒径统一为30目，分别采用5%，10%，15%，20%，25%五种掺量制备的橡胶沥青，测试针入度、软化点、延度三个指标，实验结果

1）. 基质沥青的25℃针入度为71 1/10mm，5%橡胶粉掺量的橡胶沥青25℃的针入度为60 1/10mm，随橡胶粉掺量的不断增加，橡胶沥青的针入度不断减小，这说明橡胶粉加入后，橡胶沥青的粘度有显著增加，但掺量达到一定程度后，掺量的增加对粘度的影响不再明显。

2）.基质沥青的软化点为50.0℃，橡胶粉掺量为5%时的软化点为78.1℃，随橡胶粉掺量的不断增加，橡胶沥青的针入度不断增加，这说明橡胶粉加入后，橡胶沥青的粘度有显著增加，但掺量达到一定程度后，掺量的增加对粘度的影响不再明显。

3）.基质沥青的延度>100mm，橡胶粉掺量为5%时的延度为57.2mm，随橡胶粉掺量的不断增加，橡胶沥青的针入度不断减小，这说明橡胶粉加入后，橡胶沥青的粘度有显著增加，但掺量达到一定程度后，掺量的增加对粘度的影响不再明显。

3.2不同掺量、不同温度对橡胶沥青的粘度的影响

对橡胶粉掺量为5%，10%，15%，20%，25%的橡胶沥青在135℃，150℃，165℃，180℃，195℃的温度下进行粘度实验，实验结果如表3.

1）.橡胶粉掺量为5%，10%，15%，20%，25%的橡胶沥青在同种温度下，五种温度情况表明：随橡胶粉掺量的增加粘度不断增加，沥青胶体轻组分（主要是油份和蜡份）通过渗透、扩散作用进入橡胶粉的网络结构，胶粉颗粒发生溶胀，部分恢复了生胶的性质，橡胶颗粒重新具有一定的粘性，并由原来的紧密结构变成相对疏松的絮状结构，制备后的溶胀橡胶颗粒能够较均匀地悬浮分散在沥青中，基质沥青也因部分油分被吸收而变得黏稠。组成的混溶改性材料不仅保持了基质沥青材料的主要物理力学性质和恢复橡胶材料部分生胶的粘性，在同一温度下，橡胶掺量的增加导致粘度增加，但达到一定程度后，粘度变化不再明显。

2）.橡胶沥青在135℃，150℃，165℃，180℃，195℃的温度下测试粘度，五种掺量情况下表明：随温度的升高粘度不段减小，由于橡胶粉与沥青之间的相互作用非常复杂，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。橡胶沥青会发生溶胀反应。从宏观上看，当橡胶粉与沥青在高温条件下反应表现为橡胶颗粒体积膨胀，导致沥青的粘度增加，因此同种橡胶粉掺量的橡胶沥青的粘度随温度的升高明显减小，但达到一定温度后，粘度变化不在明显。

实验结果表明橡胶沥青的粘度随橡胶粉掺量的增加而增加，随温度的增加而减小。

4.结论

本文通过针入度、延度、软化点、粘度等一系列室内性能试验，探究了橡胶粉掺量在5%，10%，15%，20%，25%时对橡胶沥青粘度的影响。不同的橡胶粉掺量，对橡胶沥青的改性效果是不一样的，之后又在135℃，150℃，165℃，180℃，195℃的温度下测试粘度，结果表明：随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青的针入度降低，软化点和粘度逐渐升高，橡胶沥青的粘度不断增大；橡胶粉掺量越大，橡胶沥青的旋转粘度也越大；5%，10%，15%，20%，25%的掺量，温度敏感性变化很显著，以后逐渐趋缓；综合各项指标来看，在5%，10%，15%，20%，25%的掺量各项性能指标得到显著改善，橡胶粉掺量达到一定程度以后，改性效果不再显著。

作者简介：

王秋云：材料工程，11级研究生，学号：1110E001 靳童瑶：道路与铁道工程，11级研究生。