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温度(℃) 90号+21@ 90号+21@+0.5% 90号+21@+1% 90号+21@+2% 175 160 145 135 130 10 5 6.29 — 10.21 28 36 190 33 4.665 133.5 92.5 10.08 — 5.3 — — 16 176.5 26 3.08 120 57 4.875 — 5.86 — — 24 185 27 3.71 139.5 54 5.435 — 6.8 — — 32 176.5 26.5 3.505 124.5 74.5 6.665 从表中可以看出,在掺入添加剂后,橡胶沥青的高温黏度以及测力延度结果都显著降低。但是当添加剂掺量逐渐增加后,其黏度和测力延度结果又逐渐增加,这说明添加剂掺量并不是越多越好,应根据工程需要进行试验,应确定最佳的比例。 2.3.4搅拌工艺的影响
橡胶沥青的改性机理和普通高聚物改性沥青最大的不同在于橡胶沥青的改性剂颗粒较大,在改性成品中颗粒还会溶胀变大,而且胶粉颗粒还具有较高的韧性和弹性,为了使胶粉均匀分布在橡胶沥青中,因此在高温下胶粉颗粒和沥青反应时应采用搅拌工艺或剪切工艺。表2—18对比了高速剪切和简单搅拌工艺对橡胶沥青常规指标的影响。
表2—18 高速剪切与普通搅拌工艺的对比
编号 软化点)(℃) 15℃延度(cm) 15℃针入度(0.1mm) 25℃针入度(0.1mm) 60.0 40.3 35.8 38.8 57.0 38.7 19.0 16.5 16.3 17.3 24.5 16.0 150.0 17.5 19.5 20.5 35.0 14.5 70号基质沥青 47.0 53.3 60.3 57.2 55.3 66.0 80+10M 80+17M 8+17J 80+24M 80+24J 共 69 页 第 21 页
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30℃针入度(0.1mm) PI 单搅拌)
101.0 -1.25 67.0 -0.05 59.0 0.57 61.0 0.66 88.2 0.52 52.2 0.95 注:编号说明:80(胶粉目数)+10(添加剂量)M(工艺,M为高速剪切,J为简从表中可以看出,当掺量为17%时,两种工艺指标相差不大,但当掺量达到24%时,高速剪切的各项指标却明显下降,甚至还比不上17%掺量时的指标。从而得出,搅拌工艺的作用是使胶粉在沥青中分散均质,因此对橡胶沥青而言,最节约、最实用的搅拌工艺是简单搅拌和低速剪切。搅拌的速率需由试验确定,以达到使废胎胶粉在沥青中更好分散为目的,其一般与废胎胶粉的产量也有以一定的关系。 2.3.5反应温度的影响
反应温度是影响橡胶沥青一个重要的参数。在橡胶沥青加工过程中,反应温度直接决定着橡胶沥青的性能。一般来说,沥青的温度越高,黏度越小,废胎胶粉在沥青中越容易分散,也容易溶胀,橡胶沥青的黏度升高;但反应温度越高,沥青老化越严重。同时在高温下,废胎胶粉脱硫反应增强,橡胶沥青黏度降低。表2—19为一组不同加工温度下橡胶沥青的老化试验结果。表2—20中为不同反应温度下生产的橡胶沥青的黏度变化情况。
表2—19 不同加工温度下的沥青指标
不同加工温度(℃) 170 180 200 220 240 48 40 43 56 56 57 59 78 62 109 129 95 102 62 5.80 5.74 6.52 5.88 6.31 0. 8 0.07 0.11 0.14 0.06 40 38 39 50 46 61 18 61 40 60 77 59 — 58 85 138 159 112 — 109 1.96 5.09 6.03 — 5.59 84.7 95.8 90.1 88.4 83.0 106.4 103.4 98.4 104.5 105.5 23.5 64.5 73.7 — 51.7 针入度软化(℃) S老化前 延度(5℃) FW (mm) (N) (J) 质量损失针入度老化后 软化(℃) S 延度(5℃) FW(J) (mm) (N) 老化后/老化前 针入度比(%) 软化点比(%) 延度比(%) (0.1mm) 点(%) (0.1mm) 点61 105 57 102 55 164 表2—20 不同加工温度下的黏度(Pa .s) 不同加工温度(℃) 50%扭矩黏度 不同加工温度(℃) 50%扭矩黏度 共 69 页 第 22 页
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170 180 200 0.789 0.958 0.723 220 240 0.849 0.581 综合两个表的试验结果可以看出:180℃—200℃加工的橡胶沥青黏度比较高,同时抗老化性好于170℃和240℃加工的橡胶沥青。以上试验结果表明,橡胶沥青的加工温度并不是越高越好,也不是越低越好,而是存在一个合理的范围。根据现有试验结果,橡胶沥青的合理加工温度应控制为180℃—200℃。 2.3.6反应时间的影响
除了反应温度外,反应时间是直接影响橡胶沥青的另一个重要的因素。大量试验结果表明,在高温下橡胶沥青的反应时间越长,橡胶沥青的高温性能会降低。图2—21、2—22、2—23、2—24为橡胶沥青的黏度、软化点、针入度、弹性恢复等主要性能参数随反应时间的变化外而变化的关系曲线。
1cp=1×10-3pa.s
图2—21 常温法废胎胶粉在190℃条件下反应的黏度—反应时间曲线
图2—22 常温法废胎胶粉在190℃条件下反应的针入度—反应时间曲线
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图2—23 常温法废胎胶粉在190℃条件下反应的软化点—反应时间曲线
图2—24 常温法废胎胶粉在190℃条件下反应的弹性恢复—反应时间曲线 由上面的图可知,反应时间对黏度、软化点、针入度、弹性恢复等都有显著的影响,且影响规律与普通沥青不一致。
结合大量的室内试验和现场施工研究结果分析,可以得到以下一些结论: 1.橡胶粉的掺入能改善沥青的高温性能,对沥青的软化点、当量软化点、黏度等高温性能指标都有显著的改善。
2.橡胶粉的掺入对沥青的低温性能改善显著,随着橡胶粉掺量的增大,橡胶沥青5℃延度显著提高,当量脆点显著降低。
3.在薄膜烘箱老化情况下,橡胶沥青的前后沥青指标的差别都比基质沥青小,综合分析可以认为橡胶沥青的抗老化性能比基质沥青有所提高。
4.橡胶粉的掺入大大改善了沥青的弹性恢复性能。
5.总体来说,斜交胎橡胶粉改性沥青明显好于子午胎橡胶粉改性沥青。
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6.反应温度直接影响着橡胶沥青的性能,对橡胶沥青的黏度影响更显著。 7.搅拌工艺对橡胶沥青的性能影响显著,只有好的搅拌设备和工艺,才能生产出均匀、合格的橡胶沥青。
2.4橡胶沥青的优点及其应用
2.4.1橡胶沥青的优点
与普通的改性沥青相比,橡胶沥青中掺加了橡胶粉,提高了胶结料的黏度和路面使用温度下的弹性、降低了路面的温度敏感性并且在低温性能不降低的情况下改善了抗变形能力和抗疲劳开裂的性能,因此橡胶沥青(AR)具有以下优点:
1.优异的抗疲劳性提高路面的耐久性能;
2.由于胶结料含量高、弹性好,提高了路面对疲劳裂缝、反射裂缝的抵抗能力;
3.较强的低温柔韧性减轻了路面的温度敏感性;
4.因为胶结料含量高、油膜厚以及轮胎中含有抗氧化剂,故提高了道路抗老化、抗氧化能力;
5.优异的抗车辙、抗永久变形能力;
6.由于道路的耐久性得到提高,使得道路的养护费用显著降低; 7.大量使用废旧轮胎,既节约了能源,也有利于环境保护;
8.橡胶中的炭黑能够使路面黑色长期保存,与标线的对比度高,提高了道路的安全性;
9.橡胶沥青用于沥青混合料时,由于施工厚度薄,施工迅速,缩短了施工时间。
2.4.2橡胶沥青的应用
由于橡胶沥青具有以上的优点,因此在公路工程中被大量使用。在实际应用中,橡胶沥青不但可以与集料、矿粉拌合,生产橡胶沥青混凝土,还可以应用于应力吸收层(SAM)、应力吸收中间层(SAMI)、碎石封层(CHIP SEAL)、路面防水材料(TACK COAT)和填缝料等。近年来在高等级公路养护中,也开始大量使用橡胶沥青。
下面简单介绍橡胶沥青在实际工程中的几种应用。 1.吸收层(SAM)
橡胶沥青作为应力吸收层是由于其具有良好的抗反射裂缝能力和良好的防水性,因而广泛用于路面结构表面及路面结构层中,现在也用于高等级公路路面的养护。在作为应力吸收层时,橡胶沥青和其它改性沥青一样,但其用量一般偏大,采用高粘度的沥青洒布车施工。表2—24为橡胶沥青作为表面应力吸收层时沥青表面处置材料和用量。
表2—24 沥青表面处置材料规格和用量
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