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毕业设计（论文）报告纸
废轮胎胶粉改性沥青是废轮胎胶粉以某种方式与沥青混合形成的胶结材料。废轮胎胶粉改性沥青从生产至今已经有150多年的历史了，是废轮胎胶粉在公路行业中应用最广泛的材料。美国联邦公路局使用（Crumb rubber modifier （CRM））废轮胎胶粉改性剂来表示废轮胎胶粉加入沥青材料中的概念。
废轮胎胶粉改性沥青根据其加工高工艺和添加剂量、材料的不同，具有不同的名称，一般来说包括橡胶沥青（Asphalt Rubber）、掺加废轮胎粉的改性沥青等，其种类和组成成分有:
(1) 废轮胎胶粉+沥青；
(2) 废轮胎胶粉（改性）+沥青；
(3) 废轮胎胶粉+沥青+添加剂（芳香烃、油分）； (4) 废轮胎胶粉+沥青+天然橡胶；
(5) 废轮胎胶粉+沥青+聚合物（如SBS、PE）等。
1997年美国ASTM将Asphalt Rubber（直译为沥青橡胶，在我国习惯称之为橡胶沥青）定义为：由沥青、回收轮胎橡胶及一定量的添加剂组成的混合料，其中废轮胎胶粉的含量不少于总质量的15%，且要求橡胶粉颗粒在热沥青中充分反应并膨胀。这个定义不仅明确了橡胶沥青的成分，还明确了其加工工艺和废轮胎胶粉的掺加量等主要材料要素。除橡胶沥青外，还有一种称作Terminal blend的废轮胎胶粉改性沥青技术，是湿法的一种形式。它是由低剂量（相当于干拌法和湿拌法废胎胶粉一半的剂量）、细胶粉和添加剂组成。过去这种沥青一般包含10%或更少的很细的废胶粉和解决搅拌问题的其它添加剂（不符合ASTM D8关于橡胶沥青的定义），但新开发的配方含有15%的废轮胎胶粉。
2.2橡胶沥青的性能分析
橡胶沥青不但具有沥青的部分性质，而且具有橡胶的部分特性。本节通过大量的试验资料分析，说明橡胶沥青的高温性和低温性性能、抗老化性能以及弹性恢复等性能。
2.2.1橡胶沥青的高温性能
交通部公路科学研究院采用中海90号重交沥青，子午胎和斜交胎常温研磨法的目数为40目、80目、120目的废胎胶粉，掺量为5%、10%、20%（外掺），使用高速剪切机拌合，制备成18种不同掺量和目数的橡胶沥青进行橡胶沥青的各种性能研究试验，研究出橡胶沥青的橡胶性能特性。山东交通科研所研究了不同掺量的橡胶沥青的性能(采用70号基质沥青，常温研磨法生产的80目子午胎废胎胶粉，掺量为5%、10%、15%、20%、25%、30%六种不同掺量)。同济大学进行了橡胶沥青的性能研究试验，采用斜交废胎胶粉，用针入度、软化点、运动黏度以及美国SHRP的动态剪切流变（DSR）等几个指标来评价沥青的高温性能。
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1.针入度
2—1表为采用中海90号重交沥青加工而成的18种不同胶源种类、不同目数、不同掺量的橡胶沥青，分别在15℃、25℃、30℃时针入度的试验结果。
表2—1 两种胶源废胎胶粉改性沥青针入度试验结果（0.1mm）
从表中可以看出，沥青中掺入橡胶粉后，沥青的针入度存在不同程度的变化。当胶粉掺量比较少时，与基质沥青相比大多数是明显变硬的，也有比基质沥青更软的，这与胶粉的种类、掺量有较大的关系。当胶粉掺量较高时，橡胶沥青都存在着随胶粉剂量的增加，沥青逐渐由硬变软的现象，可能是由于胶粉吸收沥青中的油分，溶胀后
胶子午胎 温度15 25 30 斜交胎 15 25 30 中海22 75 124 22 75 124 40目+5% 13.7 43.7 40目+10% 21.7 74.3 40目+20% 28.0 84.0 80目+5% 20.3 69.0 80目+10% 21.7 66.3 112.0 14.2 47.4 85.0 80目+20% 24.7 68.5 123.7 26.0 77.0 135.0 15.8 61.3 106.0 15.7 44.5 82.0 23.5 61.7 104.3 120目+5% 15.3 49.0 79.3 120目+10% 21.0 62.3 120目+20% 24.0 67.0 源 (℃) 90号 70.3 121.3 132.3 109.7 19.0 61.0 110.0 20.0 67.0 27.7 79.3 18.0 65.3 107.7 110.0 110.0 117.0 115.8 均匀分布在基质沥青中，使得沥青变软。 2.软化点
表2—2为18中沥青软化点的测定结果。从试验结果可以看出，由于橡胶粉的加入，橡胶沥青的软化点明显提高，提高幅度一般在2—8℃之间。但是，软化点随橡胶粉的掺量变化并不明显，有时出现橡胶粉掺量的增加，软化点反而下降的现象，这只能说明现行的软化点试验方法并不太适合于橡胶沥青。
表2—2 两类废胎胶粉橡胶沥青软化点试验结果
软化点 0% 40目 80目 120目 43 43 43 子午胎 5% 50.5 45.8 49.3 10% 45.4 47.2 47.8 20% 46.5 49.1 48.7 斜交胎 5% 47.3 46.3 47.2 10% 47.6 51.3 50.8 20% 48.9 48.3 49.3 3.当量软化点Tsoo 根据表1的试验数据，计算了18种沥青的当量软化点，见表2—3，其变化情况与软化点基本一致，不再赘述。
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表2—3 两类废胎胶粉改性沥青当量软化点试验结果（℃）
当量软0% 化点 40目 80目 120目 45.52 45.52 45.52 子午胎 5% 51.8 46.9 50.7 10% 46.0 45.7 48.4 20% 46.9 47.8 49.4 斜交胎 5% 47.3 45.3 45.7 10% 47.0 48.7 51.0 20% 46.9 46.2 50.7 4.黏度 黏度是沥青材料重要的技术指标，黏度大的沥青在荷载作用下产生较小的剪切应变，弹性恢复性能好，与沥青混合料的动稳定度有很好的相关关系。对以上18种沥青采用毛细管法测得的运动黏度如2—4。从这个指标看出，橡胶粉的掺量大大提高了沥青的黏度，而且随掺量的增加，橡胶沥青的黏度表现出良好的规律性。对于两类橡胶粉、三个目数的橡胶沥青，随着橡胶粉掺量的增加，黏度呈指数变化。
表2—4 两类橡胶粉改性沥青黏度试验结果
黏度（㎡/s） 40目 80目 120目 3.22×10-4 3.22×10-4 3.22×10-4 5.40×10-4 7.32×10-4 0% 5% — 子午胎 10% 6.33×10-4 8.12×10-4 8.19×10-4 20% 1.28×10-3 1.70×10-3 1.42×10-3 5% 6.75 ×10-4 6.05×10-4 6.03×10-4 斜交胎 10% 9.52×10-4 1.22×10-3 1.17×10-3 20% 1.70×10-3 1.57×10-3 1.63×10-3 2.2.2橡胶沥青的低温性能 由于橡胶沥青是由废胎胶粉和沥青组合成的混合体系，采用常规的的沥青标准体系对橡胶沥青的评价不全面。当前国际上使用PG分级的流变学性能来评价橡胶沥青在全温度域流变学性能，分析橡胶的高低温性能及温度敏感性。
废胎胶粉本身为柔性材料，废胎胶粉在与沥青搅拌过程中，产生脱硫反应，将有利于改善沥青在低温下的韧性。本研究通过低温延度（5℃）、当量脆点T1.2等试验来评价橡胶沥青的低温性能。
1. 低温延度
对橡胶沥青的15℃下延度进行测试的结果表明，橡胶沥青的延度基本数值都在20cm左右，远远小于基质沥青(15℃时延度大于150mm)，而且数据没有体现很好的规律性，也没有反映出橡胶粉延度和掺量的影响，说明15℃的延度不适合用来评价橡胶沥青的延伸性能。从橡胶沥青常温下延度破坏的表象可以看出，橡胶沥青的拉断形
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式和基质沥青有明显不同，，破坏的形式是脆性破坏，但也不是常见的黏性破坏，断裂时明显的撕拉破坏，表面参差不齐。其原因是在接近常温条件下，沥青受拉产生的变形远远大于橡胶颗粒的变形，在两者的界面上会产生很大的应力集中，最终导致提前拉断。常温条件的沥青延度拉到近100mm以上时，沥青丝的直径已经远远小于橡胶颗粒尺寸，故在常温条件下，橡胶沥青理论上不存在高延度值的可能性。
要想通过延度反映橡胶沥青的低温性能，就必须采用降低试验温度的方法，表2—5为前面提到的18种沥青在5℃时延度的试验结果汇总表。从表中试验结果可以看出，橡胶沥青5℃的延度显著大于基质沥青5℃时的延度，且橡胶粉掺量对橡胶沥青5℃时的延度有显著地规律性的影响，表现为随着橡胶粉掺量的增加，橡胶沥青的低温延度明显增加。
表2—5 两类橡胶粉改性沥青的5℃延度试验结果
延度0% 子午胎 5% 7.00 7.00 7.00 — 10.43 5.50 10% 9.93 10.93 11.17 20% 24.67 19.50 21.50 斜交胎 5% 9.33 7.83 7.40 10% 13.77 8.75 9.75 20% 19.00 20.67 15.83 （cm） 40目 80目 120目 考虑到低温条件下沥青的脆性较大，5cm/min的拉伸速率的对实验结果的影响较大，对不同掺量的橡胶沥青进行4℃的延度试验如表2—6。从试验结果可以看出胶粉的掺量对沥青的低温延度有显著的规律性，且4℃延度普遍大于5℃延度。这说明低温下拉伸的速率对测试的结果影响比较大，对橡胶沥青宜采用低温拉伸速率的试验方法来测试橡胶沥青的延度。
表2—6 橡胶沥青4℃和5℃延度试验结果（cm）
含量% 5℃延度 4℃延度 0 0 0 5 5.5 8.5 10 7.0 10.2 15 9.2 12.5 20 13.5 16.7 25 23.7 27 30 34.5 39.5 通过以上试验分析可以看出，在低温条件下橡胶沥青具有良好的延展性，而且温度越低，橡胶沥青的低温延展性越突出。
2．当量脆点T1.2
有资料证明，当量脆点作为评价沥青结合料低温抗裂性能的指标是合理的，与路用性能也有很好的相关性。表2—7为这18种沥青针入度试验结果计算的当量脆点汇总表。从表中试验结果可以看出，随着胶粉掺量的增加，橡胶沥青的当量脆点明显降低。在掺量较高时橡胶沥青的当量脆点低于不掺橡胶粉沥青的当量脆点。
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表2—7 两种类型废胎胶粉改性沥青的当量脆点试验结果（℃）
T-1.2 40目 80目 120目 0% -9.74 — — 5% -7.23 -10.27 -8.18 子午胎 10% -10.2 -7.8 -11.3 20% -15.3 -13.2 -14.5 5% -9.2 -6.8 -5.2 斜交胎 10% -9.7 -5.7 -8.3 20% -15.3 -13.0 -15.0 从以上结果可以看出，橡胶粉掺入对沥青的低温性能改善很大，随橡胶粉掺量的增大，橡胶沥青5℃延度显著提高，当量脆点显著降低。但常规沥青的延度试验不适合作为评价橡胶沥青的延伸性能，对橡胶沥青宜采用低温拉申速率的方法测试研读来评价橡胶沥青。
2.2.3橡胶沥青的抗老化性能
沥青老化是一个逐渐发展的过程，它的速率直接影响着路面的使用寿命，是影响路面耐久性的一个主要因素。常用的评价沥青短期老化的试验方法有薄膜加热试验（TFOT）及旋转式薄膜加热试验（RTFOT），他们的试验条件比较苛刻，接近于强制搅拌中的老化过程。薄膜加热试验被认为是反映拌合过程中热老化最好的试验方法。
表2—8和表2—9是采用SK70号沥青为基质沥青掺加80目子午胎橡胶粉配制的橡胶沥青进行薄膜加热试验的结果。
表2—8 旋转薄膜烘箱后的指标
项目 TFOT针入度比（%） TFOT黏度比（%） TFOT软化点比（%） 表2—9 薄膜烘箱前后沥青指标 项目 温SK AH-70SK AH-70SK AH-70SK AH-70试验路 号+5% 18.5 50.3 号+10% 19.0 60.3 号+15% 17.0 61.7 SK AH-70号+15% 针入15 — 度25 60.75 17.7 51.0 度 号 111.7 98.0 110.8 103.4 106.4 137.9 182.6 222.2 210.7 133.7 70号基质沥青 74.2 87.5 96.5 94.4 81.5 SBS 88—10M 80—17J 120—17J 共 69 页 第 15 页