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径比较细,一般不超过30—40目。又如当采用AH-90号基质沥青加工橡胶沥青时,橡胶粉的掺量一般略高于AH-70号基质沥青的橡胶沥青。再如,当选用天然胶含量比较低的子午胎橡胶粉时,在相同的技术标准要求下,其掺量应高于天然胶含量较高的斜交胎胶粉。
根据我国工程特点,和国外橡胶沥青的生产经验,其配方设计需要确定的技术内容主要有以下几个方面:
1.橡胶沥青的技术指标; 2.基质沥青的标号及品质; 3.橡胶粉的品种、目数及掺量;
4.是否需要添加剂,以及掺加剂的品种和掺量; 5.橡胶沥青的加工时间和加工温度。
橡胶沥青配方设计的流程图共分为四步,如图3—4。
第一步为选择橡胶沥青的技术指标。根据工程的自然环境、交通特点和使用目的,选择橡胶沥青的技术标准。
第二部为材料配方选择。具体包括基质沥青、橡胶粉和添加剂3种材料,其中添加剂为选择性使用。基质沥青一般选用我国现行规范的AH-70号或AH-90号。橡胶粉主要包括斜交胎、子午胎粉的选择,橡胶粉目数范围的选择,橡胶粉掺加量的选择(一般不低于外掺的20%)。在实际工程中一般选择3—4种材料配方组合进行设计和技术比较,并从中选择一个最佳的配方组合。在选择材料配方是应考虑三方面的因素:一是橡胶沥青满足技术要求;二是工程造价经济;三是易于施工。
第三部为施工参数的选择,主要是加工温度和加工时间的选择。橡胶沥青的加工温度一般不低于160℃,且不超过210℃。加工时间一般为45min—2h。橡胶沥青的加工温度和时间的确定对其最终的品质有至关重要的影响。
第四步为橡胶沥青品质的验证。当用于应力吸收层或碎石封层等热洒铺工艺时,可直接检验生产的橡胶沥青的技术指标是否满足相关的技术要求,如不满足需要调整材料配方或施工参数。如用于混合料生产,则不仅检验橡胶沥青的品质,还需要进行相关的混合料试验检验。当一切检验合格后才可以确定橡胶沥青的材料配方和施工参数。
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图3—4 橡胶沥青设计流程图
3.3.2橡胶沥青的加工工艺
1. 工艺原理
1.1废旧轮胎橡胶粉主要化学成分是天然橡胶和合成橡胶,还有硫、炭黑、氧化钙、氧化铁、氧化硅等添加剂成分,以上这些都是良好的沥青改性剂。
1.2废胎胶粉和沥青在高温下共混成为橡胶沥青,橡胶粉和沥青产生化学反应和物理作用,使得橡胶粉溶胀,但橡胶粉不会溶解在沥青中,在经过长时间反应后,胶粉依然在沥青中稳定存在。
1.3废胎胶粉和沥青混合成为分散相共混结构,胶粉为分散相,沥青为分散介质,形成了废胎胶粉和沥青连续或相互交错的三维空间结构,使得橡胶沥青既具有了沥青介质的部分性能,也具有了废胎胶粉的部分性能。
2.制备工艺
橡胶沥青是通过一定的工艺设备制作出来的,其工艺过程随生产规模、工艺条件和设计思想不同而有所差别,但制作过程的基本原理是一致的。其一般加工流程图如图3—5。
将计量的热沥青和按比例计量的胶粉同时加入掺配反应罐内,而后加入添加剂1、添加剂2等,在这里混和溶胀,并进行搅拌、剪切和进一步加热。当这一混和物——橡胶沥青反应到一定时间后即可通过剪切泵打入成品存储发育罐内。橡胶沥青在发育罐内将继续搅拌、保温和进一步反应,并等待使用。
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图3—5 橡胶沥青加工流程图
图3—6 橡胶沥青生产过程图
橡胶沥青的一般工艺工艺流程包括原材料的准备、沥青和橡胶粉的预混合以及沥青反应三个过程。其生产过程如图3—6所示,加工工艺为:首先将橡胶粉与沥青(有些还掺加一定比例的添加剂)在一定温度条件下进行混合,其中基质沥青和橡胶粉是橡胶沥青加工的两种基本成分,而扩展油和聚合物则为辅助材料,在实际工程中可根据橡胶粉的技术性能和橡胶沥青的技术要求选择添加。橡胶粉和沥青在混合罐中通过
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高速剪切或搅拌方式经过短时间的初步预混(时间一般为1—2min),然后将混合物输送到反应罐中,在规定的时间和温度条件下进行反应,其间要不断监测橡胶沥青的品质(主要是黏度指标),当反应结束后,检验橡胶沥青是否满足有关技术要求(如表3—7),如果合格则可用于生产或施工,否则需要重新橡胶沥青的配比,进行进一步加工。
图3—7 橡胶粉改性沥青技术质量要求表
检测项目 针入度(25℃,100g,5s)Min(0.1mm) 针入度指数PI Min 延度(5℃,5cm/min) 软化点TRAB Min(℃) 活动黏度(135℃)Ma×(Pa*s) 闪点Min(℃) 溶解度Min(%) 离析,软化点差 Ma×(℃) 弹性恢复(℃) Min(%) 质量损失Ma×(%) 针入度比(25℃)Min(%) 延度(5℃)Min(%) 20 GB/T4508 JTJ052-93 橡胶沥青的设备和工艺是橡胶沥青制备的两个重要条件,图3—8为橡胶沥青的制备设备制备橡胶沥青的过程,其制备如下:
设备正式工作之前首先要热机,所谓热机就是把各动力系统运转起来,保持其良好的工作状态。然后启动加热装置,把所有接触到沥青的罐、管、阀等部件都升温到100℃以上,并保持各用热部位加热状态良好。为保证沥青橡胶生产工艺过程顺利进行,待用的基质沥青必须升温至200~220℃,把符合温度要求的基质沥青,按批量
1.0 60 GB/T5304 GB/T4509 JTJ052-93 JTJ052-93 70 - JTJ052-93 235 99 2.5 GB/T267 GB/T11148 - JTJ052-93 JTJ052-93 JTJ052-93 3 - JTJ052-93 55 GB/T4507 JTJ052-93 -0.2 30 - GB/T4508 JTJ052-93 JTJ052-93 质量指标 60 GB/T4500 分析方法 JTJ052-93 共 69 页 第 39 页
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计算值打入计量罐,此时准备工作即告完成。
生产过程可用手动操作,亦可用自动操作,但不管哪种操作,其工艺过程是相同的。设备启动后,将已称量的热沥青打入预混反应罐,与之同时把已称量的常温胶粉和计量的常温添加剂1也送入预混反应罐进行混合,混合后的沥青混合物将降温约40~50℃。在预混反应罐内搅拌器和加热管供热的作用下,胶粉就地溶胀,沥青混合物逐渐升温,黏度逐渐降低。经t1时间后,可以启动剪切机,对罐内的沥青混合物进行反复剪切。在温度+搅拌+剪切的作用下,经过t2时间后,胶粉将彻底(或基本)溶胀并溶解到沥青中,变成所谓橡胶沥青。
橡胶沥青经t1和t2时间加工反应后,用剪切机把罐中的橡胶沥青导入到成品储罐内,这一过程将把橡胶沥青彻底剪切一遍。橡胶沥青在成品储罐中可保持进一步反应,并等待使用。
图3—8 橡胶沥青设备制备橡胶沥青的流程图
3.3.3橡胶沥青的储存
刚生产出来的橡胶沥青,可以在反应罐中短时间存储。大量试验结果表明,橡胶沥青的性能指标随反应时间的增长一直在持续变化,并没有达到稳定不变状态。一般来说只要橡胶沥青在液体状态下存储,其内部的化学反应就一直存在。这说明橡胶沥青不适合在高温下长期存储,因此橡胶沥青的生产一般采用现场加工的方法。当由于客观因素(下雨、拌和机故障),不能及时使用时,就涉及橡胶沥青的储存问题。橡胶沥青在储存时需要不断搅拌,国外橡胶沥青技术的应用指南中都明确规定了存储温度及时间、容许再加热次数、再加热的措施等并明确表明橡胶沥青在存储过程中性能会变化,经存储过的橡胶沥青再使用时,必须检测橡胶沥青的技术性能的主要指标,不合格时则采用一些弥补措施。美国的规范要求,在反应45min后取样进行技术性能
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