橡膠瀝青調和再生瀝青的性能分析與效益評估

王 偉

（北京城建華晟交通建設有限公司，北京 100444）

0 引言

橡膠瀝青采用廢舊輪胎膠粉制備，可以有效地利用廢舊輪胎，是一種環保型路面材料，在一定程度上解決了廢舊輪胎的處理與利用問題。橡膠瀝青是通過一定的生產工藝將由廢舊輪胎制備的橡膠粉加入瀝青當中，形成一種以橡膠粉為改性劑的改性瀝青，可廣泛應用于瀝青混合料、應力吸收層等[1-3]。橡膠瀝青在使用及性能方面也積累了較多研究成果，王偉明等[4]通過對不同膠粉摻量、不同靜置存放時間、脫硫外摻劑等三大指標，彈性恢復、旋轉黏度等性能指標進行研究，得出膠粉摻量、靜置時間與靜置溫度對橡膠瀝青的性能有較大影響，脫硫后性能更佳。覃保盛[5]將采購的穩定型橡膠瀝青和試驗室制備的膠粉與基質瀝青和SBS改性瀝青進行對比，通過旋轉黏度試驗與動態剪切流變儀試驗評價橡膠瀝青的粘溫性能和疲勞性能，發現在溫度穩定性和疲勞性能方面，橡膠瀝青穩定性均大于膠粉改性瀝青和SBS改性瀝青。Wang等[6]研究發現橡膠瀝青的彈性恢復、抗老化性能方面較脫硫改性瀝青更好，而儲存穩定性、低溫性能方面反之。Yang等[7]將膠粉采用微波激活橡膠改性瀝青，發現微波激活降低了橡膠改性瀝青的應力敏感性。

瀝青路面再生技術可以充分地利用原路面瀝青混合料回收料（Reclaimed asphalt pavement，RAP），有效解決了RAP堆放問題，具有良好的經濟與環境效益。目前，再生瀝青混合料研究有較多的研究成果。仰建崗等[8]研究了不同工況下的再生瀝青混合料馬歇爾指標變化規律，發現碾壓溫度的影響程度最高。陳晨等[9]研究發現RAP摻量將降低再生瀝青混合料水穩定性。熊穎等[10]從經濟性及性能可控性角度發現再生劑用量在合理范圍時，再生瀝青混合料總體性能較優。Gao等[11]結合實際工程，研究了再生瀝青混合料應用過程中多來源RAP變異性的控制方法。

1 試驗方案

1.1 瀝青制備與測試

SBS改性瀝青采用4%的SBS改性劑加入基質瀝青中，在剪切儀中以3 500 r/min高速剪切45 min，剪切溫度為185℃，剪切完成后再保持溫度攪拌60 min。普通橡膠瀝青所使用的橡膠顆粒是廢輪胎顆粒，需要先經過脫硫處理后加入助化劑，使其與瀝青在助化劑的催化作用下形成交聯的網狀結構，使得橡膠瀝青與基質瀝青混溶，在高溫條件下形成高分子聚合狀分子結構，形成長期穩定的結構。高性能橡膠瀝青是使用20%的穩定型膠粒加入基質瀝青中進行加工生產而成，在剪切儀中以3 500 r/min剪切45 min，溫度在185℃，剪切完成后再攪拌60 min充分反應。不同瀝青的技術指標見表1。

表1 瀝青的技術指標Tab.1 Technical indicators of asphalt

1.2 設計試驗方案

分別設計0%、30%、50%摻量的老化瀝青，老化瀝青的技術指標見表2。根據上述老化瀝青摻量，分別摻加制備好的SBS改性瀝青、普通橡膠瀝青、高性能橡膠瀝青，攪拌30 min至混合均勻。

表2 老化瀝青技術指標Tab.2 Technical index of aged asphalt

1.3 試驗方法

分別采用25℃針入度、軟化點、5℃延度、135℃黏度試驗測試再生瀝青的物理性能指標[12]。

（1）25℃針入度

室內溫度25℃條件下，采用規定質量100 g或150 g的標準圓錐狀鋼針，獲得在規定時間5 s后貫入瀝青試樣中的深度。至少進行三次平行試驗，有差別較大的數據可以直接剔除，再進行一次平行試驗檢測，多次測試結果取平均值。

（2）軟化點

將制備好的瀝青試樣、試模、銅套環、鋼球和加熱管一同放入5℃的恒溫水浴箱中浸泡20 min，實驗時先將模具套好，在瀝青上擺放一個鋼球，在套環中卡住，放入水中后啟動儀器開始加熱，等待水中瀝青開始變形，鋼球通過瀝青掉落接觸到底板的瞬間記錄下顯示器上的溫度顯示，每種瀝青做兩組平行試驗取平均值。

（3）延度試驗

2.1 2組BI、FMA及MAS各項總分比較 出院1個月時，2組BI、FMA及MAS各項總分分別與出院時比較均有明顯提高(均P<0.05)，且觀察組FMA及MAS總分明顯優于對照組(均P<0.05)；BI總分2組間比較差異無統計學意義。見表2。

使用延度儀進行測定，將瀝青試樣制成標準試模，測量在規定的5 cm/min拉伸速度和試驗溫度25℃下拉斷時的瀝青試件伸長的長度。采取平行試驗方法。

（4）黏度試驗

采用旋轉黏度試驗，選用21#號轉子，瀝青試樣加熱到135℃，在圓筒錐狀試模中加入8.5 g試樣。對普通橡膠瀝青以及高性能橡膠瀝青試樣做實驗時，選用了27#號轉子，瀝青試樣加熱到180℃，在圓筒錐狀試模中加入12.5 g試樣。將選定的轉子安放在儀器的鉤子上，讓鉤子沒過試模中一定的距離，啟動儀器，一邊加熱一邊旋轉轉子，觀察顯示屏度數變化，等待小數點后兩位的數字穩定后可開始讀數，每60 s記錄一次，連續讀數三次，以三次讀數的平均值作為實驗的最后測定值。

2 結果與討論

2.1 針入度

不同老化瀝青含量的改性SBS瀝青、普通橡膠瀝青及高性能橡膠瀝青調和再生瀝青的25℃針入度試驗結果如圖1所示。

圖1 再生瀝青針入度指標Fig.1 Penetration index of recycled asphalt

由圖1可知，隨著老化瀝青的比例增加，再生瀝青的25℃針入度在逐漸降低。橡膠瀝青的針入度比改性SBS瀝青的25℃針入度低，且高性能橡膠瀝青最低。加入老化瀝青后，改性SBS瀝青的25℃針入度下降速度比普通橡膠瀝青和高性能橡膠瀝青更快。

2.2 軟化點

不同老化瀝青含量的改性SBS瀝青、普通橡膠瀝青及高性能橡膠瀝青調和再生瀝青的軟化點試驗結果如圖2所示。

圖2 再生瀝青軟化點指標Fig.2 Softening point index of recycled asphalt

由圖2可知，隨著加入老化瀝青的比例增加，再生瀝青的軟化點逐漸升高。0%與50%老化瀝青摻量下，普通SBS改性瀝青的軟化點較橡膠瀝青低，高性能橡膠瀝青的軟化點最高。30%老化瀝青摻量下的普通橡膠再生瀝青的軟化點最高。此外，加入老化瀝青后，高性能橡膠瀝青的軟化點增長速度較普通橡膠瀝青上升更迅速。

2.3 延度

不同老化瀝青含量的改性SBS瀝青、普通橡膠瀝青及高性能橡膠瀝青調和再生瀝青的15℃延度試驗結果如圖3所示。

圖3 再生瀝青延度指標Fig.3 Ductility index of recycled asphalt

由圖3可知，隨著老化瀝青摻量的增加，再生瀝青的15℃延度逐漸降低。橡膠瀝青的15℃延度比SBS改性瀝青低，高性能橡膠瀝青的15℃延度最低。此外，加入老化瀝青后，SBS改性瀝青的15℃延度下降速度比普通橡膠瀝青和高性能橡膠瀝青的下降速度更快。老化瀝青的摻量對瀝青延度的影響很大，并且隨著老化瀝青摻量的增加，15℃延度會急劇降低。

2.4 黏度

不同老化瀝青含量的改性SBS瀝青、普通橡膠瀝青及高性能橡膠瀝青調和再生瀝青的135℃黏度試驗結果如圖4所示。

圖4 再生瀝青黏度指標Fig.4 Viscosity index of recycled asphalt

隨著老化瀝青摻量的增加，再生瀝青135℃黏度逐漸升高。橡膠瀝青的135℃黏度較SBS改性瀝青高，而高性能橡膠瀝青的旋轉黏度最高。此外，加入老化瀝青后，高性能橡膠瀝青的135℃黏度增長速度較普通橡膠瀝青和SBS改性瀝青上升更顯著，且老化瀝青摻量在50%時旋轉黏度會迅速上升。

綜上所述，橡膠瀝青及高性能橡膠瀝青具有很大的黏度，能夠為老化瀝青提供很強的黏性。隨著老化瀝青含量的增加，25℃針入度減小。由于橡膠瀝青本身的25℃針入度較低，導致其減小量小于橡膠瀝青本身。此外，橡膠瀝青調和再生瀝青的軟化點略有提高，整體保持不變。同時，橡膠瀝青和再生瀝青都具有較高的黏度，主要是因為橡膠瀝青本身具有高黏性。較高的黏度可以保證再生瀝青混合料在夏季高溫條件下仍具有良好的抗流變性，而一般通過改性SBS瀝青調和或者添加再生劑的方式，則無法保留舊瀝青本身的高溫性能。因此，使用橡膠瀝青再生具有良好的抗高溫性能。同時，橡膠瀝青可以采用廢舊輪胎改性生產制作，導致橡膠改性瀝青的生產成本較SBS改性瀝青略低，節約成本。橡膠瀝青調和再生瀝青的性能較為優良，可用于再生瀝青混合料的生產制備工作。

3 經濟效益分析

根據路面工程材料詢價結果，SBS改性外加劑的價格為16 000元/噸，使用SBS改性外加劑加入基質瀝青合成改性SBS瀝青時可置換4.3%的基質瀝青。通過計算可以得出目前市場上改性SBS瀝青的單價為 4 500元/噸?；|瀝青目前的市場單價為4 000元/噸，膠粉的價格為1 700元/噸，置換出20%基質瀝青，減去凈味劑等其他外加劑合計100元，使用橡膠瀝青可比使用改性SBS瀝青節省400元/噸。以30%RAP摻量的再生瀝青混合料為例，SBS改性瀝青、普通橡膠改性瀝青合成1噸再生瀝青混合料的生產施工費用分別為434.6元、304.6元（不考慮設備、人工費用等間接費用），普通橡膠改性瀝青再生瀝青混合料較SBS改性瀝青低32.5%，可見橡膠改性瀝青生產再生瀝青混合料具有良好的經濟效益。

4 結論

（1）橡膠改性瀝青較SBS改性瀝青將會增加調和后的再生瀝青的軟化點、135℃黏度，降低再生瀝青的25℃針入度與15℃延度。

（2）隨著RAP摻量的增加，不同瀝青調和的再生瀝青25℃針入度與15℃延度降低，軟化點、135℃黏度增加。

（3）含有橡膠瀝青的再生瀝青混合料具有良好的經濟效益，單位再生瀝青混合料采用橡膠瀝青調和再生瀝青較SBS改性瀝青調和再生將降低直接費用約32.5%。