橡膠瀝青路用性能特點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)加工工藝

淺談橡膠瀝青路用性能特點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)加工工藝【摘要】我國近年來通過一系列的研究和推廣，橡膠瀝青技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，橡膠瀝青在中國的應(yīng)用規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)。本文通過一系列室內(nèi)試驗(yàn)顯示了橡膠粉對(duì)基質(zhì)瀝青路用性能的改善作用，比較了橡膠瀝青和SBS改性瀝青路用性能指標(biāo)，以及不同摻量膠粉對(duì)橡膠瀝青的影響作用，同時(shí)針對(duì)不同影響因素提出了現(xiàn)場(chǎng)加工工藝的改進(jìn)方案及質(zhì)量控制措施。關(guān)鍵詞：橡膠瀝青路用性能現(xiàn)場(chǎng)加工1概述采用回收廢輪胎制成膠粉，用于加工橡膠瀝青，并應(yīng)用于路面工程，既可以提高路面使用性能，又能夠節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境。橡膠瀝青作為膠結(jié)料可用于各種路面，其路用性能有以下特點(diǎn)：可明顯減少交通噪音5?8dB;減緩瀝青路面的老化，延長(zhǎng)使用壽命；增加路面彈性，車輛行駛舒適；可縮短車輛的剎車距離，減輕路面反光，提供車輛行駛安全；粘結(jié)力強(qiáng)，耐磨性，抗水剝落性大為提高；降低路面維修費(fèi)用；提高路面冬季的抗撕裂性能和夏季的抗融變形能；改善改性瀝青與酸性石料粘附性。目前橡膠瀝青的路用性能已在實(shí)踐中逐步得到證實(shí)，其生產(chǎn)技術(shù)日漸成熟，現(xiàn)場(chǎng)加工也開始推廣，本文擬通過加工現(xiàn)場(chǎng)部分試驗(yàn)結(jié)果分析橡膠瀝青的性能指標(biāo)及其影響因素，并在加工工藝和質(zhì)量控制上采取措施以更好發(fā)揮橡膠瀝青的性能。橡膠顆粒是一種聚合物，可以吸收瀝青中的輕質(zhì)組分而溶脹，溶脹的程度取決于橡膠粉自身的特性，以及瀝青膠結(jié)料的化學(xué)組成、粘度和反應(yīng)溫度。橡膠瀝青的性能就來自于橡膠與瀝青間的相互作用。橡膠網(wǎng)絡(luò)間的相互作用限制了瀝青膠體的流動(dòng)，提高了瀝青的內(nèi)聚力和柔韌性。作用機(jī)理示意見圖1：圖1 橡膠瀝青作用機(jī)理示意圖3橡膠瀝青與SBS改性瀝青性能指標(biāo)對(duì)比目前，對(duì)瀝青改性的較理想材料是人工合成橡膠SBS，即熱塑性丁苯橡膠，這種材料對(duì)瀝青改性使其形成連續(xù)相，呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可改善瀝青的高溫流動(dòng)性和低溫脆性，提高耐老化性能。而通過橡膠膠粉對(duì)瀝青進(jìn)行改性，也可顯著提高瀝青耐低溫、耐高溫和耐老化、抗疲勞、抗水損壞的特性，廢橡膠膠粉用于改性瀝青具有環(huán)保效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效益和良好的使用性能。3.1橡膠瀝青組成材料基質(zhì)瀝青采用埃索90號(hào)道路石油瀝青，膠粉采用西安產(chǎn)40目常溫研磨粉碎的斜交胎橡膠粉，摻量為22%，其技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表1，表2和表3：3.2改性瀝青組成材料基質(zhì)瀝青同樣采用埃索90號(hào)A級(jí)道路石油瀝青，技術(shù)指標(biāo)見表1，改性劑采用燕山4303SBS改性劑，摻量為4.5%。3.3橡膠瀝青與SBS改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比由表4可以看出，無論是用膠粉改性還是用SBS改性，相比基質(zhì)瀝青高溫性能、疲勞性能都得到大幅的提升：3.3.1針入度試驗(yàn)結(jié)果分析從表4可以看出：膠粉能明顯改善基質(zhì)瀝青高溫性能。根據(jù)國內(nèi)科研單位的研究結(jié)果，隨著膠粉的細(xì)度的加大，橡膠瀝青的針入度進(jìn)一步減小，高溫穩(wěn)定性增大，說明適當(dāng)提高膠粉的細(xì)度，能夠改善橡膠瀝青高溫性能，甚至優(yōu)于一定SBS摻量的改性瀝青，這就有力的證明了膠粉改性對(duì)于改善瀝青的高溫性能具有非常好的效果。3.3.2延度試驗(yàn)結(jié)果分析雖然通常認(rèn)為低溫時(shí)瀝青的延度越大，低溫性能越好，但是我們?cè)谠囼?yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)瀝青在低溫進(jìn)行延度試驗(yàn)時(shí)，試件在試驗(yàn)開始時(shí)便很快頸縮為一條非常細(xì)的“細(xì)線”，隨著試驗(yàn)的繼續(xù)，僅僅為“細(xì)線”變細(xì)拉長(zhǎng)的過程；而對(duì)于膠粉改性瀝青來說，試件的橫斷面是隨著試驗(yàn)的進(jìn)行而逐漸變小，而不象基質(zhì)瀝青那樣出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，因此僅僅看延度的相對(duì)結(jié)果不能夠簡(jiǎn)單的判斷改性瀝青的低溫性能。根據(jù)國內(nèi)科研單位對(duì)橡膠瀝青PG分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果以及橡膠瀝青混合料進(jìn)行大量試驗(yàn)結(jié)果顯示，橡膠瀝青表現(xiàn)出了非常良好的低溫性能；根據(jù)一定反應(yīng)時(shí)間下不同膠粉摻量橡膠瀝青低溫延度測(cè)試也反映出橡膠粉對(duì)基質(zhì)瀝青低溫性能的改善作用。3.3.3軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果分析從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著膠粉的加入，改性瀝青的軟化點(diǎn)明顯增大，瀝青的高溫性能得到了明顯的改善。3.3.4彈性恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果分析對(duì)于改性瀝青，彈性恢復(fù)反映了改性瀝青抗永久變形的能力。彈性恢復(fù)性能好越好，路面在荷載作用下產(chǎn)生的變形，能在荷載通過后迅速恢復(fù)從而留下的殘余變性小。從表4中我們可以看出膠粉改性瀝青的某些性能足以與一定SBS摻量的改性瀝青媲美。4影響橡膠瀝青性能的因素影響橡膠瀝青路用性能的因素很多，包括工藝條件、基質(zhì)瀝青、橡膠粉細(xì)度以及橡膠粉摻量等：4.1工藝條件、基質(zhì)瀝青對(duì)橡膠瀝青性能的影響由于輪胎橡膠是天然橡膠、順丁橡膠、丁苯橡膠和熱塑性丁苯橡膠、防老化劑等的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將其粉碎后加入瀝青中，只有在高溫作用下才能通過物理溶脹和化學(xué)解聚，從而使瀝青具有橡膠的部分特性，達(dá)到改善瀝青高低溫性能的目的。因此反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度是影響橡膠瀝青性能非常重要的參數(shù)。目前現(xiàn)場(chǎng)加工設(shè)備配備基質(zhì)瀝青快速升溫裝置成為必備條件。根據(jù)國內(nèi)某些科研機(jī)構(gòu)大量的試驗(yàn)表明，隨溶脹反應(yīng)時(shí)間的增加，膠粉瀝青的軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)都有所降低，低溫延度、針入度逐漸提高，目前陜西省大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明埃索瀝青與橡膠粉的配伍性較好，根據(jù)埃索90號(hào)道路石油瀝青與40目西安產(chǎn)橡膠粉進(jìn)行配伍試驗(yàn)，基于用于噴灑的用途，確定本項(xiàng)目加工生產(chǎn)橡膠瀝青總的反應(yīng)溶脹時(shí)間按照90min進(jìn)行控制。4.2橡膠粉細(xì)度對(duì)橡膠瀝青性能的影響隨著膠粉顆粒變得越來越細(xì)，顆粒在瀝青中的分布越均勻，改性加工過程中就越容易與瀝青中的成分發(fā)生反應(yīng)，瀝青中的輕質(zhì)組分就越容易進(jìn)入橡膠顆粒，從而改善瀝青的高低溫性能。國內(nèi)科研單位的研究結(jié)果也顯示隨著膠粉細(xì)度的增大，改性瀝青的彈性恢復(fù)性能呈拋物線變化。說明隨著膠粉細(xì)度的增大，改性瀝膠粉摻量（%）3210987度延溫低°c5不同膠粉摻量對(duì)粘度的影響16 18 20 22 24 26膠粉摻量（％）膠粉摻量（%）3210987度延溫低°c5不同膠粉摻量對(duì)粘度的影響16 18 20 22 24 26膠粉摻量（％）青低溫性能越好，但是當(dāng)膠粉的細(xì)度達(dá)到一定程度時(shí)，繼續(xù)增加膠粉的細(xì)度，改性瀝青的效果反而降低。目前西銅項(xiàng)目用于噴灑用的橡膠瀝青采用40目級(jí)配橡膠粉，用于拌合用的橡膠瀝青采用20目級(jí)配橡膠粉。4.3橡膠粉摻量對(duì)橡膠瀝青性能的影響采用40目級(jí)配橡膠粉（級(jí)配結(jié)果見表3），采用18%、20%、22%、24%四種不同摻量，反應(yīng)時(shí)間1.5h，分別對(duì)橡膠瀝青技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見圖2。圖2 不同膠粉摻量對(duì)低溫延度及粘度的影響曲線圖由上圖可以看出，反應(yīng)時(shí)間相同時(shí)，隨著膠粉摻量增加，橡膠瀝青粘度及低溫延度總體呈增加趨勢(shì)，其中在膠粉摻量22%左右時(shí)，180°C粘度變化較為明顯，且不同膠粉摻量的低溫延度多在8?12cm之間。由此可以看出，摻加膠粉可明顯改善基質(zhì)瀝青的低溫延展性能，隨著膠粉摻量增加，對(duì)低溫性能的改變效果越明顯。根據(jù)粘度檢測(cè)結(jié)果，經(jīng)綜合分析，最終本項(xiàng)目采用膠粉摻量22%進(jìn)行控制。5橡膠瀝青加工工藝及質(zhì)量控制措施橡膠瀝青加工質(zhì)量是直接影響橡膠瀝青路面性能的重要因素，選擇具有加工

改性瀝青經(jīng)營資質(zhì)的企業(yè)至關(guān)重要，該企業(yè)必須具有橡膠瀝青專用生產(chǎn)設(shè)備、專業(yè)隊(duì)伍以及具有豐富生產(chǎn)加工經(jīng)驗(yàn)。橡膠瀝青生產(chǎn)流程見圖3。時(shí)打膠粉時(shí)打膠粉圖3 橡膠瀝青生產(chǎn)工藝流程圖生產(chǎn)設(shè)備集團(tuán)公司在施工指南中對(duì)橡膠瀝青的產(chǎn)設(shè)備提出了相關(guān)的要求，基于上文提到加工工藝、溫度、橡膠粉摻量、均勻性等對(duì)橡膠瀝青性能的諸多影響，為盡可能達(dá)到自動(dòng)控制，計(jì)量準(zhǔn)確，攪拌均勻，從而更好地保證橡膠瀝青的品質(zhì)，本項(xiàng)目在加工設(shè)備上在傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)措施，見表5，如表5所示，通過在混合罐底安裝稱重傳感系統(tǒng)（見圖4），以及采用提升機(jī)（圖5）添加橡膠粉的措施來控制橡膠瀝青組成材料的摻配比例，全過程采用傳感器稱重計(jì)量，電腦控制，實(shí)印，相比流量計(jì)以及采用螺旋輸送器添加更為準(zhǔn)確，也便于控制。

圖4稱重傳感系統(tǒng) 圖5膠粉提升機(jī)采用70萬大卡容積式換熱器（見圖6）,能在20s內(nèi)將基質(zhì)瀝青從150°C左右快速升溫至要求的溫度190C-200C，相比傳統(tǒng)的高溫儲(chǔ)存罐效率大幅提高。圖6容積式換熱器為使膠粉與瀝青能夠更加充分均勻的圖6容積式換熱器混合、反應(yīng)，采用臥式攪拌混合系統(tǒng)，通過在豎直方向和水平方向設(shè)置攪拌器，并將攪拌齒也設(shè)計(jì)成兩個(gè)方向，相比傳統(tǒng)的立式攪拌系統(tǒng)攪拌更充分，混合更均勻，從而更好地發(fā)揮橡膠瀝青的路用性能，同時(shí)提高了生產(chǎn)的效率。在基質(zhì)瀝青與橡膠粉在高溫下混合并經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌虾?，?jīng)過高速均化機(jī)使膠粉顆粒更加均勻地分布于瀝青之中，從而更好發(fā)生溶脹反應(yīng)，并且在均化期間不會(huì)破壞橡膠粉的級(jí)配。另外采用中空自加熱攪拌罐，變頻溫控自動(dòng)轉(zhuǎn)換以及全套設(shè)備PLC控制不僅實(shí)現(xiàn)了智能化控制提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，而且保證了橡膠瀝青的質(zhì)量與品質(zhì)。具體的生產(chǎn)設(shè)備如下：中控機(jī)房1間，物料分散機(jī)1臺(tái)，提升機(jī)1臺(tái)，瀝青泵4臺(tái)，導(dǎo)熱油鍋爐1臺(tái)，導(dǎo)熱油循環(huán)泵2臺(tái)（備用1臺(tái)），混料罐2臺(tái)（帶臥式攪拌），瀝青快速升溫?fù)Q熱器1臺(tái)，成品罐2臺(tái)（帶攪拌器），高速均化機(jī)1臺(tái)。設(shè)備總動(dòng)力：180KW分項(xiàng)動(dòng)力列表：基質(zhì)瀝青泵：15KW，鍋爐:37KW,配料罐攪拌器：5.5*2=11KW成品罐攪拌器：5.5*4=22KW，循環(huán)瀝青泵：15*2=30KW高速均化機(jī)：45KW，提升機(jī)：1.5KW，物料分散機(jī)：4KW成品出料泵：15KW5.2現(xiàn)場(chǎng)加工工藝參數(shù)及注意事項(xiàng)本項(xiàng)目用于噴灑用橡膠瀝青基質(zhì)瀝青為埃索90號(hào)道路石油瀝青，膠粉采用40目級(jí)配橡膠粉。橡膠瀝青加工溫度為190°C，混合后攪拌時(shí)間為30min，經(jīng)高速均化機(jī)分散后總的溶脹發(fā)育時(shí)間為90min左右。橡膠粉對(duì)基質(zhì)瀝青改性的過程中發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)及物理反應(yīng)，不同因素都會(huì)對(duì)橡膠瀝青性能造成不同程度的影響，因此一旦工藝參數(shù)確定下來，就要嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行，如前述雖然在加工設(shè)備上進(jìn)行了部分改進(jìn)，便于各參數(shù)的控制，但在生產(chǎn)過程中還是需要技術(shù)人員對(duì)各參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)調(diào)整。另外，還應(yīng)注意：橡膠瀝青發(fā)育完成后隨著時(shí)間的推移，粘度指標(biāo)衰減明顯，因此最好在橡膠瀝青生產(chǎn)完成2h內(nèi)使用完畢，超過4h應(yīng)重新檢測(cè)粘度指標(biāo)，可以建立手持粘度計(jì)與布氏粘度計(jì)對(duì)應(yīng)關(guān)系，生產(chǎn)過程中可以采用手持粘度計(jì)控制，較為快捷，如若粘度指標(biāo)不滿足要求，可以采取在高溫下循環(huán)、攪拌的措施，待粘度指標(biāo)滿足要求方可用于施工。原則上橡膠瀝青應(yīng)在48h內(nèi)使用完畢，當(dāng)由于特殊情況需臨時(shí)儲(chǔ)存時(shí)，應(yīng)將橡膠瀝青的溫度降到145?155C范圍儲(chǔ)存，存儲(chǔ)時(shí)間不超過72h，再次使用前應(yīng)重新檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)，合格后方可使用。5.3質(zhì)量控制措施配備全套現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量的有效控制，試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備見表6：一批次橡膠瀝青均應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，技術(shù)指標(biāo)滿足要求后方能用于現(xiàn)場(chǎng)施工。在工藝參數(shù)及條件，基質(zhì)瀝青配伍試驗(yàn)以及橡膠粉的細(xì)度確定后，現(xiàn)場(chǎng)改性的控制要點(diǎn)最為關(guān)鍵的就是橡膠粉添加量的問題，橡膠粉添加量的多少，對(duì)橡膠瀝青的加工質(zhì)量及其路用性能有起著決定性的作用。在橡膠粉到場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)派人簽收，橡膠瀝青加工時(shí)，每天派人對(duì)添加橡膠粉包裝袋子進(jìn)行登記，通過對(duì)橡膠瀝青加工數(shù)量和橡膠粉使用數(shù)量的有效結(jié)合，同時(shí)對(duì)稱重系統(tǒng)打印記錄進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以對(duì)橡膠瀝青膠粉摻量進(jìn)行有效控制。6結(jié)語本文通過系列試驗(yàn)顯示了橡膠粉對(duì)基質(zhì)瀝青路用性能的改善作用，比較了橡膠瀝青和SBS改性瀝青路用性能指標(biāo)，以及不同摻量膠粉對(duì)橡膠瀝青的影響作用，同時(shí)針對(duì)不同影響因素提出了現(xiàn)場(chǎng)加工工藝的改進(jìn)方案及質(zhì)量控制措施，并得出如下結(jié)論：（1） 基質(zhì)瀝青采用橡膠粉改性以后，瀝青的各項(xiàng)性能都有顯著提高，說明橡膠粉是優(yōu)良的瀝青改性劑；（2） 橡膠瀝青在環(huán)保方面的貢獻(xiàn)尤為突出，實(shí)現(xiàn)了廢舊輪胎的循環(huán)利用，節(jié)約了資源，保護(hù)了環(huán)境，具有推廣應(yīng)用的良好前景。（3） 橡膠瀝青的影響因素很多，增加膠粉摻量可明顯提高橡膠瀝青的技術(shù)性能，但提高膠粉摻量會(huì)增加橡膠瀝青的施工難度。對(duì)于灑布型橡膠瀝青原材料和工藝條件，橡膠粉摻量以在22%為宜。（4） 基于橡膠瀝青性能的諸多影響因素，對(duì)加工設(shè)備