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橡胶粉沥青的试验研究及其工程应用

张春生  
【摘要】:采用橡胶粉改性沥青,不但可以改善沥青的高低温性能,减少沥青路面的龟裂和老化,提高车辆的行驶安全和道路使用寿命,而且不增加改性沥青的成本,并可为废旧橡胶的回收利用、保护环境做出贡献。因此,废橡胶粉改性沥青的研究与应用在工业发达国家早已成为倍受重视的研究课题。 粗的橡胶颗粒容易在沥青中沉淀。橡胶粉越细,橡胶颗粒越容易在沥青轻质中溶胀,越能增强与沥青的和易性,达到均匀分散,促使橡胶粉与沥青相互渗透,融成一体,从而提高改性效果。但胶粉越细,其价格也越高,在实际应用中,应从技术,经济两方面考虑。 对于生胶是链状的线形结构,物理和机械性能不高,也不稳定,不能满足橡胶制品的使用要求,故橡胶工业都将生胶处理成硫化橡胶后应用。所谓硫化,就是指胶料经过化学,物理的方法处理后,橡胶分子直链结构变为三维的立体网状结构,改变了橡胶的物理和机械性能。所以,硫化实质上是橡胶链状分子的交链反应过程。 生胶变成硫化橡胶后,失去了可塑性,不能直接加工使用,要重新使用就得将废橡胶制品粉碎成胶粉“脱硫”使其恢复某些生胶性能。所谓脱硫,不是分离硫磺,而是通过高温或蒸汽的作用,使硫化橡胶发生氧化解聚等作用,从而使橡胶分子的大立体网状结构被打破,变成小的立体网状结构和链状物,易于和沥青互溶,达到改性沥青的目的。 将橡胶粉加入沥青中配置橡胶粉沥青材料,为使橡胶粉充分发挥改性作用,必须要求橡胶颗粒在沥青中分散均匀,不沉淀、不离析。要制备符合这种要求的橡胶粉沥青,在生产工艺控制上,要特别注意搅拌温度和时间。一般情况下, WP=69 配置橡胶粉沥青的温度应为150℃~160℃为宜。这样既可以保证橡胶粉沥青的均匀混合,又不会使沥青老化。 橡胶粉和沥青都是高弹性的弹性高分子物质,两者性质颇为相近,为了提高橡胶颗粒在沥青中的分散度,除了基质沥青需要加热到一定温度外,还需要对基质沥青和橡胶粉进行强力搅拌。所以制备橡胶沥青的主要工艺是橡胶和沥青的反应温度,时间和搅拌速度的最佳组合。控制最佳组合的原则是粘度相近原则,即沥青与橡胶颗粒的粘度越接近,越容易使橡胶颗粒分散。当制得的橡胶沥青有最大粘度值时,说明沥青的油分使胶粉充分溶胀形成连续的网络,此时的制备温度和所需时间则为该种橡胶沥青合适的制备温度和时间。 本文从试验入手,研究了橡胶粉改性沥青及其混合料的基本性能,取得了不同橡胶粉掺加剂量的试验数据,从中筛选出橡胶粉在沥青中的最佳掺加量。在此基础上,对沥青混合料的各项性能指标进行了检测。其结果表明,掺配橡胶粉后的改性沥青,高温稳定性、温度敏感性、低温抗裂性等指标均大大高于未改性沥青,使基质沥青的技术性能得到明显提高,达到了我们预定的研究目标。 课题组对橡胶粉沥青的湿法生产工艺做了重大改进,自行设计了与间歇式拌合机配套的国内首创的橡胶粉沥青生产设备,通过一套高速剪切混合装置,使橡胶粉颗粒在沥青中分散均匀,不沉淀、不离析,具有较高的生产效率和优良的改性效果。 室内试验后,课题组分别进行了橡胶粉沥青混合料罩面试验路和橡胶粉沥青石屑封层试验路。观测结果表明,用橡胶粉沥青混合料铺筑的试验路,表面平整密实,未发生脱粒、松散等病害,与基质沥青铺筑的路段相比,路面质量有很大提高;用橡胶粉沥青进行石屑封层的路段,在原有路面与新铺沥青混合料之间,形成了使车辆载荷重新分布的应力吸收层,明显减少了旧沥青路面的反射裂缝,显示出橡胶粉沥青优良的路用性能。 WP=70 总结科研经验,作者提出了橡胶粉沥青的生产工艺规程,以及橡胶粉沥青混合料路面施工及橡胶粉沥青石屑封层施工规程,指导今后的推广工作。


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