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橡膠瀝青 / Rubber asphalt
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橡膠瀝青概述 · 定義



  ◎橡膠瀝青反應原理(Asphalt Rubber 簡稱:AR)

  橡膠瀝青是首先把廢舊輪胎通過常溫粉碎的方式制成橡膠粉粒,然后以這種橡膠粉粒為改性劑,在高溫條件下(180℃以上)與基質瀝青充分拌合,并且經過充分熔脹反應后形成的一種新型改性瀝青膠結材料。

  如下圖所示,橡膠粉在反應過程中不發生裂解,只是吸收基質瀝青中輕質組分,一方面提高了瀝青質的濃度,從而直接改善基質瀝青性能,另一方面橡膠與瀝青充分復合形成新型膠結料,膠結料最終表現出橡膠的物理、力學、化學等性能。



  ◎橡膠瀝青技術要點

  根據美國材料與測試協會ASTM D8-88中的要求,合格的橡膠瀝青必須符合以下標準:

  ◆ 膠粉含量:輪胎橡膠粉的添加量必須占橡膠瀝青質量的15%以上;

  ◆ 反應時間:輪胎橡膠粉與基質瀝青的熔漲反應時間必須在45min以上;

  ◆ 溫度控制:與輪胎膠粉接觸時的基質瀝青溫度需達到180℃,且在熔漲反應過程中溫度應高于180℃;

  ◆ 材料特性:通過熔脹反應形成的橡膠瀝青必需帶有硫化橡膠的高粘和高彈性。


  ◎橡膠瀝青原材料要求

  ◆ 橡膠粉的質量:

  必須使用輪胎制成的橡膠粉,不能使用其它“橡膠制品”制成的橡膠粉。由于輪胎中含有石油的提煉物,而瀝青是石油蒸餾后的殘渣,輪胎膠粉與瀝青之間的“近親”關系,促使他們在反應過程中分子間產生較強的活躍性并相互吸引。

  ◆ 橡膠粉的生產:

  膠粉必須使用常溫粉碎法生產,即是通過外力“拉扯”使其斷裂,斷裂表面表現為不平狀(類似“觸角”狀),這些“觸角”通過吸收瀝青中的輕質組分后膨脹,當膠粉的摻量達到一定數量后,這些膨脹后的“觸角”即可相互連結在一起。

  ◆ 橡膠粉的添加量:

  瀝青中橡膠粉的含量必須在15%以上,熔脹后,橡膠顆粒的體積比重在30~40%左右,這樣橡膠粉通過熔脹吸收后膨脹,膠粉的“觸角”之間才能相互連結從而形成穩定的立體“空間網絡”結構。

  ◆ 橡膠粉的粗細:

  使用20-60目的橡膠粉,橡膠粉在瀝青中的以物理反應為主,實驗證明,橡膠粉要在橡膠瀝青中形成穩定的“骨架”作用,20-60目橡膠粉較為合適。

  ◆ 基質瀝青:

  符合國家規范標準的70#或90#瀝青。


  ◎橡膠瀝青發展歷史

  ◆ 20世紀60年代,橡膠瀝青在美國正式誕生。

  ◆ 1960年,首屆橡膠瀝青研討會在芝加哥舉行。

  ◆ 1975年,加州開展橡膠瀝青碎石封層的研究工作,并逐漸推廣使用。

  ◆ 1978年,第一條干法施工的橡膠處理瀝青混凝土路面在加州建成。

  ◆ 1992年,加州運輸部發布“橡膠瀝青斷級配混合料設計指南”。

  ◆ 1993年,橡膠瀝青技術專利失效,橡膠瀝青在全球得到廣泛推廣。

  ◆ 2004年,國內成功引進首套橡膠瀝青生產設備,橡膠瀝青產業化項目全面啟動。

檢測項目技術指標試驗方法
粘度,180℃,(Pa.s)1.5~4.0T0625-2000
針入度(25℃,100g.5s)≥25T0604-2000
軟化點(℃)≥54T0606-2000
彈性恢復,25℃(%)≥60T0662-2000

(參照美國亞利桑那州的技術規范)


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橡膠瀝青概述 · 性能優勢

  

  橡膠瀝青具有較為全面的性能優勢,與其它改性瀝青相比,橡膠瀝青在高溫穩定性、低溫柔韌性能、抗老化性能、抗疲勞性能、抗水損壞性能等方面有著較為明顯的提高,特別高溫穩定性、低溫性能等方面尤為突出。


  ◎高溫性能

  輪胎橡膠粉的加入,能大大的提高基質瀝青的粘度,從而明顯的提高橡膠瀝青的抗高溫變形能力。如下表所示,橡膠瀝青與基質瀝青相比,在60 ℃條件下,旋轉粘度提高13倍,25度針入度降低約15,軟化點提高15℃。

項目70#基質瀝青SBS改性瀝青
橡膠瀝青
針入度
15℃1917.316
25℃604445
30℃10171.8352
軟化點

4761.362
60度粘度,P
244910007>33000

(正中試驗數據,僅供參考)

  ◎低溫性能

  低溫性能包括低溫脆性與低溫抗裂性兩個方面。從下圖可知,輪胎橡膠粉的加入導致瀝青低溫勁度的降低非常明顯,而且降低的幅度隨著溫度的降低而增大。所以橡膠瀝青的低溫脆性較低,相反則其低溫的柔韌性較好。

  低溫勁度模量圖(正路實驗數據,僅供參考。)



  直接抗拉試驗(下表)表明,同樣溫度下,橡膠瀝青的低溫斷裂變形能力比基質瀝青提高了7倍,比SBS改性瀝青提高了近2倍,所以橡膠瀝青的低溫變形能力也非常好。

瀝青種類
溫度(℃)
最大相對變形%
最大應力MPa能量J
橡膠瀝青-181.3823.624.05E-02
SBS改性瀝青-180.7224.0502.18E-02
70#基質瀝青-180.1871.9272.72E-03

(正中試驗數據,僅供參考)

  注:與普通改性瀝青不同的是,在橡膠瀝青中延度指標不作為評價其路面混合料低溫性能的核心指標,橡膠瀝青混合料路面的低溫性能是通過混合料的極配設計來實現的。


  ◎抗老化性能

  在橡膠輪胎生產過程中,加入了大量的防老化劑,包括抗氧劑、熱穩定劑、變價金屬抑制劑、紫外線吸收劑和對光屏蔽非常有效的碳黑填充劑等材料,所以加入橡膠粉后形成的橡膠瀝青具有較強的抗老化性能。

  下表是老化指標的比較。橡膠瀝青的針入度比和軟化點比結果都要高于SBS改性瀝青和基質瀝青,表明在拌合和儲運過程中,橡膠瀝青的化學穩定性很好。模擬5~8年路面老化的PAV試驗結果表明,橡膠瀝青的耐老化性比基質瀝青明顯提高。

老化指標對比

指標70#基質瀝青SBS改性瀝青橡膠瀝青
TFOT針入度%74.587.596.5
TFOT軟化點比%101.798.0110.8

(正中試驗數據,僅供參考)


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橡膠瀝青概述 · 使用建議


  ◎橡膠瀝青的使用時間建議

  如下圖所示,橡膠瀝青的粘度會隨著存儲時間的延長而下降。這主要是因為剛生產的橡膠瀝青成品中橡膠粉已形成了相對穩定的“骨架”和相互拉扯連接的“網絡”結構,如果存儲的時間過長,則橡膠粉將受地球引力的作用產生沉淀離析,從而導致粘度降低,故建議橡膠瀝青成品應在4個小時內使用。




  ◎橡膠瀝青的使用粘度建議

  橡膠瀝青的粘度會隨著橡膠粉添加量的增加而粘度增大。在考慮粘度指標滿足要求的同時,還必須兼顧考慮施工拌合樓等機具的最佳施工條件,建議把粘度控制在2.8-3.2(177℃,Pa.s)之間,可以使拌合樓的泵、管道、流量、計量等部件發揮最佳工作狀態。


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