現(xiàn)代路面材料課程論文廢輪胎膠粉改性瀝青應用技術綜述

1、廢輪胎膠粉改性瀝青應用技術綜述（現(xiàn)代路面材料課程論文）李正中 200920166001土木工程學院道路與鐵道工程專業(yè)2010年6月廢輪胎膠粉改性瀝青應用技術綜述本報告關于輪胎膠粉改性瀝青應用技術內容綜述涉及改性機理定性分析、性能評價指標適應性分析、性能影響因素試驗研究及室內制備工藝優(yōu)化等方面，所述及內容來自天津市市政公路管理局2007年科研立項項目廢輪胎膠粉改性瀝青及混合料成套技術研究相關研究成果，該課題研究成果于2010年4月經(jīng)天津市高新技術成果轉化中心鑒定為國際先進水平。1 膠粉瀝青改性機理定性分析本部分主要通過對廢輪胎膠粉和普通瀝青兩種材料的化學成分及組成結構進行分析，基于界面理論和溶解

2、度理論，采用四組分分析試驗、掃描電鏡試驗及紅外光譜試驗等先進測試手段，深入研究廢輪胎膠粉和普通瀝青的混溶體系，對其改性作用機理進行定性分析和總結。廢輪胎膠粉和瀝青都屬于惰性較強的高分子材料，自身有較好的粘結結構，一般條件下特別穩(wěn)定。從微觀結構來講，膠粉是由被破壞的空間網(wǎng)絡而形成的網(wǎng)絡端所組成，其表面呈不規(guī)則的毛刺狀且布滿微觀裂紋；基質瀝青是由飽和分、芳香分、膠質和瀝青質組成的溶膠型膠體結構，瀝青質由膠質包裹懸浮于飽和分和芳香分中，相對較為穩(wěn)定。因此，要想把膠粉與瀝青拌和均勻并形成性質穩(wěn)定的整體并不容易，膠粉在瀝青中存在形式的均勻性和穩(wěn)定性將直接決定混溶體系的性質。基于室內試驗結果，可以對膠粉瀝

3、青的混溶體系得出如下定性結論： 廢輪胎膠粉顆粒摻入基質瀝青后，使瀝青組分發(fā)生遷移，主要體現(xiàn)為輕組分含量相對減少，從而導致使瀝青膠體結構向溶凝膠型結構發(fā)育； 廢輪胎膠粉顆粒摻入基質瀝青后，吸收瀝青輕質組分而發(fā)生明顯的熔脹作用并相互粘聚，同時在膠粉顆粒表面形成瀝青質含量很高的凝膠膜，而且隨著反應時間的增加，膠粉顆粒熔脹程度越大，粘聚越明顯，表面越光滑； 廢輪胎膠粉顆粒對基質瀝青的改性過程中既有物理作用，也會發(fā)生一定的化學作用，但兩者混溶以物理填充作用為主； 廢輪胎膠粉顆粒在混溶體系中獨立存在，需要通過高溫下充分反應后形成相對的穩(wěn)定狀態(tài)，并不能形成類似于sbs高速剪切后的橡膠加勁網(wǎng)絡結構。通過上述定

4、性分析，基于界面理論和溶解度理論來研究其混溶過程，可以認為膠粉與基質瀝青在高溫條件下充分混合發(fā)育，逐步發(fā)生熔脹、吸附、脫硫、降解等一系列物理化學反應：首先是膠粉顆粒吸收瀝青中的輕質成分而熔脹并粘聚，同時在顆粒表面形成瀝青質含量較高的凝膠膜，隨著反應時間的增加，膠粉顆粒通過凝膠膜連接，形成一個粘度較大的半固態(tài)連續(xù)相的混溶體系；伴隨著膠粉顆粒與瀝青的熔脹過程，部分膠粉顆粒還會發(fā)生脫硫和分子降解過程，交聯(lián)劑硫、抗老化劑等外加劑和炭黑等活性成分會通過界面交換作用進入瀝青膠體體系，而未裂解的膠粉顆粒在瀝青懸浮液中均勻分布，從而最終使混溶體系達到相對的穩(wěn)定狀態(tài)。綜合上述試驗分析結果，從總體上來說，膠粉顆粒

5、和基質瀝青的混熔過程即膠粉顆粒不斷熔脹并通過凝膠膜連接的過程，同時，伴隨著部分膠粉顆粒發(fā)生脫硫和降解作用，使得膠粉顆粒中的活性成分通過界面作用進入瀝青膠體體系，而未發(fā)生裂解的膠粉顆粒通過物理填充，可以起到增強瀝青的彈性性能和提高其抗裂性能的作用。整個混溶體系中，大多數(shù)膠粉顆粒僅起到熔脹填充作用，僅有少部分膠粉顆粒會發(fā)生裂解作用而與瀝青發(fā)生化學作用。從膠粉瀝青的反應發(fā)育進程來看，其改性過程可以分為以下四個部分： 膠粉顆粒體積熔脹，使得瀝青膠體結構發(fā)生轉變加入基質瀝青中的廢輪胎膠粉能夠吸附瀝青中的輕組分，使瀝青組分產(chǎn)生遷移，瀝青中與膠粉顆粒結構相似的輕組分經(jīng)過滲透、擴散進入膠粉網(wǎng)絡，瀝青質相對含量

6、越來越多，從而使得瀝青膠體結構向溶凝膠型結構發(fā)育。 膠粉顆粒通過凝膠膜連接，形成半固態(tài)連續(xù)相體系膠粉顆粒吸收瀝青中的油分而熔脹，部分恢復了生膠性質，膠粉顆粒重新具有一定的粘性，能夠較均勻地懸浮分散在瀝青中，并通過凝膠膜相互連接，形成粘度較大的半固態(tài)連續(xù)相體系。這種混溶體系不僅保持了基質瀝青材料的主要物理力學性質，也在一定程度上恢復了膠粉顆粒部分生膠的粘性和可塑性，從而產(chǎn)生改性效果。 部分膠粉顆粒脫硫、降解，活性成分進入瀝青膠體體系在高溫攪拌條件下，部分膠粉顆粒的網(wǎng)狀結構適度氧化裂解，變成大量的小體型網(wǎng)狀結構和少量鏈狀物。隨著該反應的進行，膠粉顆粒會與瀝青發(fā)生物質交換，膠粉顆粒中的硫、炭黑、氧化

7、硅、氧化鐵等活性成分物質進入瀝青膠體體系中，起到改善瀝青溫度敏感性、低溫性能及耐老化性能的作用。值得注意的是，脫硫反應是一個可逆反應，也就是說，高溫下膠粉中硫鍵的斷開和重組是同時進行的，因此在高溫存儲過程中，膠粉改性瀝青的性能會不穩(wěn)定。 大部分膠粉顆粒對普通瀝青的加勁作用膠粉顆粒加入普通瀝青中可形成加勁結構：膠粉顆粒三維隨機分布，構成連續(xù)相，膠粉顆粒間靠凝膠膜連接，節(jié)點粘結效力依賴于溫度。但是，熔脹后的膠粉之間沒有強的化學鏈接，在混溶體系內部不能形成整體性的網(wǎng)絡加勁結構。2 膠粉瀝青性能評價指標適應性分析膠膠粉瀝青屬于膠粉與普通瀝青的半固態(tài)連續(xù)相混溶體系，其膠體結構中不存在微觀網(wǎng)絡加勁結構，與

8、傳統(tǒng)的sbs等聚合物改性瀝青有著本質的不同。而我國現(xiàn)行規(guī)范公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程jtj 052-2000和公路瀝青路面施工技術規(guī)范jtg f40-2003針對改性瀝青的試驗方法及評價指標主要基于聚合物改性瀝青的特點而制定，用其對膠粉瀝青進行性能評價和質量控制顯然不合理。本部分基于膠粉瀝青混溶體系特性，對現(xiàn)行各種試驗方法及評價指標進行適應性分析，以確定適用于膠粉瀝青改性機理并能真正有效反映其技術性能的評價指標，從而指導生產(chǎn)和應用。2.1 高溫性能評價指標目前，國內通常采用25針入度、軟化點、粘度、shrp體系中dsr動態(tài)剪切流變試驗g*/sin指標等技術指標來評價改性瀝青的高溫性能。

9、25針入度由早期試驗數(shù)據(jù)可以知道，基質瀝青在摻入膠粉顆粒以后，其針入度有所降低，而且針入度將會隨著膠粉摻量的增加及膠粉粒徑的減小而進一步降低。這可以從膠粉瀝青改性機理得到解釋：膠粉顆粒加入到基質瀝青以后，吸收輕質組分而膨脹，使瀝青質含量相對增加，瀝青膠體結構進一步向溶凝膠型及凝膠型結構發(fā)育，膠粉顆粒的摻量越多，粒徑越細，發(fā)育越成熟，瀝青的高溫性能就越好。但是，需要注意的是：膠粉瀝青在發(fā)育過程中，溶脹后的膠粉顆粒的體積將達到瀝青膠結料體積的30%40%，膠粉瀝青中較大膠粉顆粒的存在會使目前針入度試驗中常用的標準針產(chǎn)生較大的隨機誤差，而且在25試驗環(huán)境下，膠粉顆粒的變形能力比瀝青弱，試針若插入到膠

10、粉顆粒體上，會使針入度值偏?。蝗粼囜槻迦氲侥z粉顆粒體外，測得的針入度值又偏大，從而造成膠粉改性瀝青針入度測試試驗結果離散性較大。因此，現(xiàn)行25針入度指標不宜作膠粉改性瀝青的質量控制指標。 軟化點采用環(huán)球法試驗測試軟化點，膠粉顆粒在基質瀝青中溶脹后形成高粘度的半固態(tài)連續(xù)相體系，鋼球在該體系中下沉阻力由周圍膠粉瀝青的粘滯力來提供，粘滯力會隨溫度的上升而減小，因此用環(huán)球法測得的軟化點在一定程度上可以反映膠粉瀝青的高溫性能。但是，值得注意的是，膠粉瀝青是膠粉顆粒與基質瀝青的混溶體系，膠粉顆粒僅通過凝膠膜相連接而未形成較強的化學粘結，所以，軟化點試驗結果實際上更多的是反映膠粉顆粒間的瀝青輕質組分被吸收后

11、的自由瀝青的高溫流動性能，并不能全面反映膠粉瀝青在該溫度下的高溫性能。而這點也可以從膠粉瀝青的軟化點試驗中看出，雖然其粘度比sbs改性瀝青高，但軟化點卻比sbs改性瀝青低，而且膠粉瀝青從開始下墜到墜落到底的間隔時間要明顯比sbs改性瀝青短，從側面可以證明膠粉顆粒之間沒有形成類似sbs改性瀝青中的空間網(wǎng)絡結構，主要是由膠粉顆粒間的自由瀝青起到抵抗鋼球下落的阻力。因此，軟化點并不能完全反映膠粉瀝青的高溫穩(wěn)定性能，不能用軟化點指標的大小來評價膠粉瀝青與其他改性瀝青高溫性能的優(yōu)與劣。 粘度國內外大多將170180范圍內的旋轉粘度作為膠粉瀝青性能的關鍵控制指標，粘度指標在機理上比較適合膠粉瀝青。我國現(xiàn)行

12、公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程jtj 052-2000要求，在室內采用標準的布洛克菲爾德粘度計測試旋轉粘度，而粘度值與轉子型號、轉速、測試方法等都有關系。交通部公路科學研究院相關研究表明，27號轉子以及20r/min的轉速更適用于測試膠粉瀝青的粘度，測試溫度宜控制在170180之間，同時考慮施工因素，建議將其粘度控制在1.5pa.s3.5pa.s之間。 g*/sin指標g*/sin指標是shrp體系中對瀝青膠結料高溫抗流動性能的評價指標，該指標基于動態(tài)剪切試驗原理來測定瀝青材料的高溫性能。g*是瀝青材料在動態(tài)剪切狀態(tài)下的復數(shù)模量，是相位角，用于反映瀝青的粘性性狀，越大，說明流體材料的力學相應

13、部分粘性越大，產(chǎn)生殘余變形的可能性也大。因此，采用g*/sin來評價瀝青等流變性材料的高溫性能，它的實際物理意義就是損失剪切柔量的倒數(shù)，數(shù)值越大則說明損失剪切柔量越小，彈性越大，抗車轍能力越強。shrp體系認為g*/sin指標能夠對瀝青膠結料在路面工作溫度下的行為狀態(tài)進行更完整的描述。綜上分析，對膠粉瀝青的高溫性能進行評價，宜采用170180下的旋轉粘度作為控制指標，旋轉粘度值宜控制在1.5pa.s3.5pa.s之間；軟化點可作為參考指標，能夠定性反映膠粉顆粒與基質瀝青的反應程度，但不能作為膠粉瀝青與其他改性瀝青高溫性能優(yōu)劣的評價指標；25針入度在機理上不適合用于評價膠粉改性瀝青的高溫性能，且

14、試驗操作隨機誤差較大，數(shù)據(jù)離散性較大。2.2 低溫性能評價指標目前，國內通常采用低溫延度、當量脆點t1.2、shrp體系中bbr彎曲梁流變試驗蠕變勁度s等技術指標來評價改性瀝青的低溫性能。 低溫延度早期試驗數(shù)據(jù)表明，不同粒徑不同摻量的膠粉瀝青在5溫度下的延度值比基質瀝青還小，而且，延度值隨著膠粉摻量的增加及膠粉粒徑的減小會有所增加，但是增加幅度較小。雖然，膠粉瀝青的低溫延度值比基質瀝青小，但卻不能認為膠粉瀝青的低溫性能較差。這主要是由于膠粉瀝青不同于sbs等聚合物改性瀝青，sbs改性劑可以在基質瀝青內部形成網(wǎng)絡加勁結構，當延度試件受拉時，低溫下的網(wǎng)絡節(jié)點不具有可塑性，該固定的網(wǎng)絡節(jié)點可以拉動整

15、個加勁網(wǎng)絡共同受力變形，使得延度值和斷裂時的拉力值都比基質瀝青大；而膠粉瀝青主要靠膠粉顆粒周圍的凝膠膜連接，未能形成像sbs改性瀝青一樣的加勁網(wǎng)絡結構，延度試件在5受拉時，基質瀝青比膠粉顆粒模量低，在拉伸方向產(chǎn)生較大的應變，自由瀝青的大變形能力和膠粉顆粒的低流動能力的矛盾趨于尖銳，使得膠粉顆粒與瀝青界面產(chǎn)生應力集中，從而導致試件提前拉斷。因此，5下的低溫延度不應用來評價膠粉瀝青的低溫性能，且常溫延度指標也不應用來評價膠粉瀝青的拉伸性能，不應用延度指標來評價膠粉瀝青與其他改性瀝青性能的優(yōu)劣。 當量脆點t1.2當量脆點t1.2是相當于瀝青針入度為1.2時的溫度，有資料證明，當量脆點作為評價瀝青結合

16、料低溫抗裂性能的指標是合理的，與路用性能也有很好的相關性。由于膠粉瀝青中膠粉顆粒的存在使得針入度試驗存在較大的隨機誤差，因此由針入度換算的當量脆點不宜作為膠粉瀝青低溫性能的控制指標。 低溫蠕變勁度sshrp體系中的彎曲梁流變儀bbr利用傳統(tǒng)的彎曲梁蠕變原理測定低溫條件下瀝青膠結料的勁度模量，用以評價瀝青膠結料的低溫抗裂性能。瀝青膠結料小梁采用雙支撐中間加載模式，用經(jīng)典的小梁蠕變勁度計算公式：其中，p為中點恒載，l、b、h分別為小梁的支撐點間距、梁的高度和寬度。彎曲梁蠕變試驗根據(jù)時溫等效性，測定時采用環(huán)境溫度升高10加荷60秒來模擬設計低溫條件下7200秒加荷的試驗方法，認為應限制瀝青膠結料的低

17、溫勁度在300mpa以下，而且要求在60秒時的勁度和加荷時間的雙對數(shù)坐標曲線斜率在0.3以下。暫不討論bbr試驗的分級標準是否合適，但是bbr試驗的物理力學意義明確，測試得到的是能夠模擬路面結構實際低溫條件的受拉蠕變勁度，因而是衡量膠結料在低溫條件下變形和拉應力關系的可靠指標，能夠很好地反映瀝青膠結料的低溫柔性，適合于評價膠粉瀝青的低溫性能。2.3 彈性恢復性能評價指標目前國內外廣泛采用彈性恢復指標來評價改性瀝青加載后的變形恢復能力。根據(jù)我國現(xiàn)行規(guī)范公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程jtj 052-2000中t0662-2000對彈性恢復試驗原理和步驟的介紹，彈性恢復試件在25水中被拉伸到10c

18、m后，在拉伸試件的中間位置剪斷，試件依靠膠粉改性瀝青中膠粉顆粒的彈性性能恢復變形，測定1h后的變形恢復程度來表征膠粉改性瀝青的彈性恢復性能，因此，彈性恢復指標在機理上適合于膠粉改性瀝青。2.4 抗老化性能評價指標目前，國內外主要采用薄膜烘箱熱老化試驗（tfot）、旋轉薄膜烘箱熱老化試驗（rtfot）和壓力老化試驗（pav）來評價瀝青的抗老化性能。由于膠粉瀝青粘度太大導致流動性不好，在盛樣過程中難以形成均勻薄層，直接影響老化均勻性；在tfot與rtfot試驗中，由于溫度較高，膠粉顆粒在老化過程中會將吸收的輕質油份析出，使普通瀝青與膠粉顆粒發(fā)生離析，從而影響試驗結果；而且，針入度、軟化點和延度等技

19、術指標并不適合用于評價膠粉瀝青老化前后的性能變化。因此，從整體上來說，上述三種老化方式均不適宜于評價膠粉瀝青的抗老化性能，建議采用旋轉粘度隨老化時間的變化情況進行評價。綜上所述，對膠粉瀝青性能指標的適應性分析，可以得出以下結論： 膠粉瀝青的評價指標體系相對于sbs等聚合物改性瀝青要簡單得多，通過控制粘度就能很好地控制膠粉改性瀝青的高溫性能和施工性能，軟化點指標在一定程度上可以定性反映膠粉顆粒與瀝青的反應程度。 由于膠粉瀝青中膠粉顆粒的存在使得針入度試驗結果隨機誤差較大，因此，針入度以及由針入度計算所得的針入度指數(shù)、當量軟化點、當量脆點等技術指標不適宜于評價膠粉瀝青的性能。由于膠粉瀝青是由膠粉顆

20、粒與基質瀝青通過凝膠膜相連接的混溶體系，因此，軟化點僅表征膠粉顆粒周圍的輕質成分被吸收的自由瀝青的高溫抗流動能力，并不適宜用于評價膠粉瀝青的高溫性能。 由于膠粉瀝青中膠粉顆粒與基質瀝青模量的差異，使得其在受拉過程中產(chǎn)生應力集中而提前斷裂，因此，常溫延度和低溫延度指標不適宜于評價膠粉瀝青的拉伸及低溫抗裂性能。 由于膠粉顆粒在與基質瀝青混溶發(fā)育過程中發(fā)生物質交換，膠粉顆粒中的硫、炭黑、氧化硅、氧化鐵以及生產(chǎn)輪胎時添加的抗老化劑等物質都進入基質瀝青膠體體系中，使得膠粉瀝青具有優(yōu)越的抗老化性能，不需要對其抗老化性能進行評價。 旋轉粘度、彈性恢復及shrp體系中的dsr動態(tài)剪切試驗和bbr彎曲梁蠕變試驗

21、在機理上適合用于評價膠粉瀝青的技術性能。3 膠粉瀝青性能影響因素試驗研究輪胎膠粉瀝青作為膠粉顆粒和基質瀝青的混溶體系，膠粉顆粒的細度、顆粒表面狀況、摻量和內部組成成分直接影響著混溶體系發(fā)育的速度和程度。本部分主要從膠粉顆粒的粒徑、摻量、基質瀝青等級及加工工藝等方面確定其對輪胎膠粉瀝青性能的影響作用，從而為試驗室內制備膠粉瀝青提供參考。3.1 膠粉粒徑對膠粉瀝青性能的影響膠粉顆粒用目數(shù)來表征其粒徑的大小，目數(shù)越大其粒徑越小。本次試驗中膠粉顆粒的摻量固定為外摻20%，粒徑分別采用20目、40目和60目，試驗項目采用軟化點、25針入度、175旋轉粘度、25彈性恢復及薄膜烘箱老化試驗來評價膠粉瀝青的性

22、能。膠粉瀝青拌和工藝全部采用簡單攪拌，攪拌速度為1000r/min左右、攪拌時間為10分鐘左右、混溶溫度為190。不同膠粉粒徑下膠粉瀝青的性能試驗數(shù)據(jù)見表1所示。表1 不同膠粉粒徑下膠粉瀝青的性能試驗數(shù)據(jù)試驗項目單位基質瀝青試驗數(shù)據(jù)試驗方法20目40目60目175下旋轉粘度pa.s-1.11.82.1t0625-2000針入度（25,100g,5s）0.1mm6450.454.654.2t0604-2000軟化點（環(huán)球法）49.455.459.260.1t0606-200025彈性恢復%-706768t0662-2000tfot后殘留物質量變化%0.140.130.100.07t0609-19

23、93針入度比%67.670.373.276.3t0604-2000由表1試驗數(shù)據(jù)可以明顯看出，膠粉顆粒的摻入對基質瀝青起到了良好的改性效果，隨著膠粉粒徑的減小，膠粉瀝青由軟變硬，粘度增大、針入度減小、軟化點增大，其高溫性能有較好的改善。從性能變化趨勢來看，在試驗范圍內，膠粉粒徑從20目到40目時，其性能改善較明顯，但是從40目到60目時，其性能的提高較緩。由上節(jié)對膠粉瀝青高溫性能評價指標的適應性分析可以看出，最能表征膠粉瀝青真實性能的旋轉粘度隨膠粉粒徑的減小而越來越大，但是針入度試驗結果卻隨著膠粉粒徑的減小而增大，體現(xiàn)出與粘度相反的變化趨勢，這可能是由于膠粉顆粒越粗時，其對標準針的影響越大，從

24、而造成試驗值偏差較大，也從側面說明針入度試驗從機理上不適應于對膠粉瀝青高溫性能的評價。同時，膠粉粒徑從40目到60目時，膠粉瀝青175下的旋轉粘度由1.8 pa.s增加至2.1 pa.s，而軟化點卻僅從59.2增加至60.1，其增幅程度遠小于粘度指標，也從側面反映出常規(guī)的軟化點試驗并不能表征膠粉瀝青真實的粘度性能，更多是體現(xiàn)膠粉顆粒間的輕質成分被吸收的自由瀝青的高溫抗流動能力，只能說明膠粉顆粒與基質瀝青隨著膠粉粒徑的減小，其發(fā)育反應的程度更劇烈。另外，從老化后指標可以看出，當膠粉粒徑在20目至40目之間時，膠粉改性瀝青老化后的質量變化在0.07%0.13%之間，針入度比均大于70%，抗老化性能

25、有了很大的提高。從25彈性恢復指標來看，膠粉粒徑的變化對膠粉改性瀝青加載后的恢復變形能力影響較小。綜上所述，膠粉瀝青的性能隨膠粉粒徑的變化較為明顯，隨著膠粉粒徑的減小，膠粉顆粒的比表面積越大，在瀝青中溶脹越充分，膠粉瀝青的粘度就越大，即高溫穩(wěn)定性能越好。但是，其性能的改善隨膠粉粒徑的變化程度并非簡單的線性關系，并不能簡單地說膠粉顆粒越小，其改性瀝青的性能就一定越好。另外，從經(jīng)濟性來講，膠粉顆粒越細，其加工成本也就越高，同時更容易結團而影響改性效果。因此，綜合考慮膠粉瀝青本身的性能及其施工性能，建議生產(chǎn)時應選用40目的膠粉顆粒。3.2 膠粉摻量對膠粉瀝青性能的影響基于上節(jié)試驗研究成果，本節(jié)在40

26、目膠粉顆粒的前提下，研究膠粉摻量對膠粉改性瀝青性能的影響規(guī)律。本次試驗中膠粉摻量分別外摻15%、20%及25%，膠粉改性瀝青的加工工藝同上節(jié)，仍然采用軟化點、25針入度、175旋轉粘度、25彈性恢復及薄膜烘箱老化試驗來評價膠粉改性瀝青的性能，同時采用shrp體系中bbr彎曲梁蠕變試驗勁度指標對其低溫性能進行研究。不同膠粉摻量下的膠粉改性瀝青的性能試驗數(shù)據(jù)見表2所示。表2 不同膠粉摻量下膠粉改性瀝青的性能試驗數(shù)據(jù)試驗項目單位基質瀝青試驗數(shù)據(jù)試驗方法15%20%25%175下旋轉粘度pa.s-1.51.83.6t0625-2000針入度（25,100g,5s）0.1mm6457.254.650.1

27、t0604-2000軟化點（環(huán)球法）49.453.159.264.2t0606-200025彈性恢復%-516776t0662-2000tfot后殘留物質量變化%0.140.140.100.06t0609-1993針入度比%67.671.673.278.6t0604-2000bbr試驗-18下蠕變勁度smpa-1469762aashto t313-18下蠕變速率m-0.3040.3210.335-24下蠕變勁度smpa-335219167-24下蠕變速率m-0.2610.1920.248由表2試驗數(shù)據(jù)可以明顯看出，膠粉摻量的變化對膠粉瀝青的性能影響較大，隨著膠粉摻量的增加，膠粉瀝青的高溫性能、

28、低溫性能、加載后變形恢復性能及抗老化性能均有大幅度的提高。其中，膠粉摻量由15%增加至25%，膠粉瀝青175下的粘度由1.5 pa.s增加至3.8pa.s、軟化點增加11.1、彈性恢復由51%增加至76%，-18下勁度模量減少了75%左右。這主要是由于隨著膠粉摻量的增加，膠粉顆粒吸收基質瀝青中的輕質成分越多，使剩余的自由瀝青含有高比值的瀝青稀，從而使瀝青的粘度及低溫蠕變勁度增大；而且，膠粉顆粒具有相對更好的變形恢復能力，隨著其摻量的增加，膠粉改性瀝青的整體變形恢復能力也隨之提高。由此可見，增加膠粉摻量對于改善基質瀝青的性能是有利的，但同時應該注意到隨著膠粉摻量的增加，膠粉瀝青的粘度有很大的增幅

29、，而過高的粘度會對瀝青的泵送及混合料的拌和、攤鋪造成較大的困難，因此，應將膠粉的摻量限定在一定范圍內?？紤]到生產(chǎn)施工過程對膠粉瀝青175下的旋轉粘度1.5pa.s3.5pa.s的要求，建議將其摻量確定為外摻20%。3.3 基質瀝青等級對膠粉瀝青性能的影響膠粉瀝青作為膠粉顆粒與基質瀝青的混溶體系，基質瀝青的等級對其品質有重要的影響。在南非的應用過程中，當用于熱拌瀝青混合料時，選用針入度等級為6070的基質瀝青，而用于層間撒布時，則選用偏軟的針入度等級為80100或者100150的基質瀝青。而美國亞利桑那州將基質瀝青進行pg分級，由不同等級基質瀝青配制的膠粉改性瀝青分別適用于熱區(qū)、溫區(qū)和寒區(qū)。由此

30、可見，不同等級的基質瀝青對膠粉瀝青的改性效果有所差異。本節(jié)以70#和90#基質瀝青為研究對象，膠粉外摻20%且粒徑采用40目，基于175旋轉粘度、25彈性恢復及shrp體系中bbr彎曲梁蠕變勁度等指標來研究基質瀝青等級對膠粉改性瀝青性能的影響情況。其中，膠粉改性瀝青的拌和工藝同上節(jié)，不同基質瀝青下膠粉改性瀝青的性能試驗結果如表3所示。表3 不同等級基質的膠粉改性瀝青的性能試驗數(shù)據(jù)試驗項目單位試驗數(shù)據(jù)試驗方法70#瀝青改性90#瀝青改性175下旋轉粘度pa.s1.81.3t0625-200025彈性恢復%6779t0662-2000bbr試驗-18下蠕變勁度smpa9792aashto t313

31、-18下蠕變速率m-0.3210.354-24下蠕變勁度smpa219211-24下蠕變徐率m-0.1920.204由表3試驗數(shù)據(jù)可以看出，由于90#基質瀝青中輕質組分含量較高，經(jīng)膠粉顆粒改性后的低溫性能略高于70#基質瀝青的改性效果，而且其加載后的恢復變形能力也較強，但是從高溫性能指標來看，90#瀝青改性后的粘度比70#瀝青改性后的小，高溫抗流動性能較弱。因此，在膠粉瀝青生產(chǎn)應用中，應根據(jù)不同的氣候條件和路面受力特點，有針對性地選擇基質瀝青進行改性。3.4 基質瀝青等級對膠粉瀝青性能的影響膠粉瀝青的加工工藝包括拌和方式、拌和溫度、拌和時間及存儲方式等方面。本節(jié)主要對國內外已有的相關研究成果進

32、行分析歸納，定性評價加工工藝對膠粉瀝青性能的影響，為室內確定制備工藝作參考。 拌和方式試驗室內制備改性瀝青的加工方式主要有簡單攪拌和高速剪切兩種手段。同濟大學研究人員通過試驗來對比簡單攪拌和高速剪切兩種工藝對膠粉瀝青性能的影響，得出結論為：當膠粉摻量為17%時，兩種工藝的各項指標相差不大，但當膠粉摻量超過20%時，高速剪切工藝的各項指標卻明顯下降，甚至低于17%摻量時的指標。這主要是因為：對于膠粉瀝青來說，廢輪胎膠粉已經(jīng)經(jīng)過硫化交聯(lián)處理，強度和韌性都超過其他改性劑，高速剪切達不到迅速粉碎顆粒的效果；而且，當膠粉顆粒摻量較大時，其在高速剪切過程中反復摩擦會產(chǎn)生大量熱量，加速膠粉顆粒的脫硫和裂解，

33、從而影響膠粉瀝青的性能。由此，可以定性認為，高速剪切工藝在高溫條件下基本沒有對膠粉顆粒進行細化的效果，膠粉顆粒的細度應主要依靠膠粉加工階段來達到。同時，同濟大學研究人員對試驗室內高速剪切工藝和現(xiàn)場膠體磨工藝進行研究，得出結論：膠體磨加工工藝的各項指標均要好于室內高速剪切工藝的各項指標。這說明，雖然同為快速剪切設備，不同的加工工藝對膠粉瀝青性能的影響比較顯著。綜上所述，高速剪切工藝對于膠粉瀝青的加工并不合適。從膠粉瀝青的改性機理來看，簡單攪拌工藝較為簡單，能夠很好地分散膠粉顆粒，考慮到提高生產(chǎn)效率以及膠粉結團等實際問題，建議以簡單攪拌工藝為主，同時采用低速剪切工藝輔助加工。 拌和溫度拌和溫度是膠

34、粉瀝青加工的重要控制條件，拌和溫度直接影響膠粉顆粒與基質瀝青混溶發(fā)育的速度和程度，從而對膠粉瀝青的性能有明顯影響。江蘇省交通科學研究院研究人員基于shrp指標對此進行試驗研究，得出結論為：膠粉瀝青的車轍因子g*/sin和抗疲勞因子g*sin在不同溫度下表現(xiàn)出明顯規(guī)律性，隨著拌和溫度的升高，膠粉瀝青的抗車轍因子逐漸降低，抗疲勞因子逐漸升高，說明較高的拌和溫度對于膠粉瀝青的高溫性能和抗疲勞性能不利。一般來說，膠粉瀝青制備過程中的拌和溫度應該小于200，超過此溫度后，基質瀝青容易老化并會出現(xiàn)較大的冒煙現(xiàn)象，同時膠粉顆粒的脫硫與降解速度增大，使得膠粉瀝青的性能降低；如果拌和溫度低于170時，膠粉顆粒的

35、溶脹反應速度會較慢，不僅影響生產(chǎn)效率，而且使得膠粉瀝青的粘度較大，給泵送帶來較大的困難，所以至少應將拌和溫度控制在180以上。綜上所述，建議膠粉瀝青的拌和溫度控制在180190之間。 拌和時間交通部公路科學研究院研究人員采用高速剪切工藝在180190之間進行攪拌，在不同攪拌時間下對膠粉瀝青進行取樣的顯微鏡放大照片。由時間影響照片可以看出，攪拌時間對膠粉瀝青的勻質性影響很大，隨著攪拌時間的延長，膠粉顆粒逐漸打散和融脹，由開始的絮狀塊體，逐漸分散成單個的膠粉顆粒，隨后膠粉顆粒在基質瀝青中吸收輕質油份，逐漸發(fā)生融脹，在攪拌時間達到2小時時，膠粉顆粒已經(jīng)基本融進瀝青中，與瀝青的界面開始模糊。另外，膠粉

36、顆粒在攪拌半小時和攪拌2小時下的狀態(tài)差別很大，而在1小時和2小時的差別顯著減小。同時，考慮到基質瀝青在高溫攪拌過程中的老化情況，建議室內制備膠粉改性瀝青時的攪拌時間最好控制在1小時左右。在實際應用過程中，可以先大致確定拌和溫度，并根據(jù)室內試驗結果確定拌和時間，結合現(xiàn)場生產(chǎn)情況進行調整。 存儲方式膠粉瀝青是膠粉顆粒與基質瀝青的混溶體系，該體系相對不穩(wěn)定，主要由于膠粉顆粒溶脹之后的密度大于自由瀝青，會逐漸沉淀。但是，由于溶脹后的膠粉顆粒之間通過凝膠膜相互連接而構成相對的連續(xù)相，所以下沉速度較為緩慢，為此可以加入適量的延展油來延緩膠粉瀝青在儲存過程中的離析現(xiàn)象?？傮w來說，膠粉改性瀝青很難長期保持穩(wěn)定，而且不能通過類似于常規(guī)的高聚物改性瀝青的膠體穩(wěn)定手段來增強其穩(wěn)定性，通常采用現(xiàn)場改性的方式進行生產(chǎn)，隨用隨配，在現(xiàn)場儲存時還必須加以攪拌來防止沉淀離析。 4 室內制備工藝確定根據(jù)對膠粉瀝青改性機理及性能影響因素的試驗研究，可