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橡胶沥青 / Rubber asphalt
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橡胶沥青概述 · 定义



  ◎橡胶沥青反应原理(Asphalt Rubber 简称:AR)

  橡胶沥青是首先把废旧轮胎通过常?#36335;?#30862;的方式制成橡胶粉粒,然后以这种橡胶粉粒为改性?#31890;?#22312;高?#32511;?#20214;下(180℃以上)与基质沥青充分拌合,并且经过充分熔胀反应后形成的一?#20013;?#22411;改性沥青胶结材料。

  如下图所示,橡胶粉在反应过程中不发生裂解,只是吸收基质沥青中轻?#39318;?#20998;,一方面提高了沥青质的浓度,从而直接改善基质沥青性能,另一方面橡胶与沥青充分复合形成新型胶结料,胶结料最终表现出橡胶的物理、力学、化学等性能。



  ◎橡胶沥青技术要点

  根据美国材料与测试协会ASTM D8-88中的要求,合格的橡胶沥青必须符合以下标准:

  ◆ 胶粉含量:轮胎橡胶粉的添加量必须占橡胶沥青质量的15%以上;

  ◆ 反应时间:轮胎橡胶粉与基质沥青的熔涨反应时间必须在45min以上;

  ◆ 温度控制:与轮胎胶粉接触时的基质沥青温度需达到180℃,且在熔涨反应过程中温度应高于180℃;

  ◆ 材料特性:通过熔胀反应形成的橡胶沥青必需带有硫化橡胶的高粘和高弹性。


  ◎橡胶沥青原材料要求

  ◆ 橡胶粉的质量:

  必须使用轮胎制成的橡胶粉,不能使用其它“橡胶制品”制成的橡胶粉。由于轮胎中含有石油的提炼物,而沥青是石油蒸馏后的?#24615;?#36718;胎胶粉与沥青之间的“近亲”关系,促使他们在反应过程中分子间产生较强的活跃性并相互吸引。

  ◆ 橡胶粉的生产:

  胶粉必须使用常?#36335;?#30862;法生产,即是通过外力“拉扯”使其断裂,断裂表面表现为不平状(类似“触角”状),这些“触角”通过吸收沥青中的轻?#39318;?#20998;后膨胀,当胶粉的掺量达到一定数量后,这些膨胀后的“触角”即?#19978;?#20114;连结在一起。

  ◆ 橡胶粉的添加量:

  沥青中橡胶粉的含量必须在15%以上,熔胀后,橡胶颗粒的体积比重在30~40%左右,这样橡胶粉通过熔胀吸收后膨胀,胶粉的“触角”之间才能相互连结从而形成稳定的立体“?#21344;?#32593;络”结构。

  ◆ 橡胶粉的粗细:

  使用20-60目的橡胶粉,橡胶粉在沥青中的以物理反应为主,实验证明,橡胶粉要在橡胶沥青中形成稳定的“骨架”作用,20-60目橡胶粉较为合适。

  ◆ 基质沥青:

  符合国家规范标准的70#或90#沥青。


  ◎橡胶沥青发展历史

  ◆ 20世纪60年代,橡胶沥青在美国正式诞生。

  ◆ 1960年,首届橡胶沥青研?#21482;?#22312;芝加哥举行。

  ◆ 1975年,加州开展橡胶沥青碎石封层的研究工作,并逐渐推广使用。

  ◆ 1978年,第一条干法施工的橡胶处理沥青混凝土路面在加州建成。

  ◆ 1992年,加州运输部发布“橡胶沥青断级配混合料设计?#25913;稀薄?/p>

  ◆ 1993年,橡胶沥青技术专利失效,橡胶沥青在全球得到广?#21644;?#24191;。

  ◆ 2004年,国内成功引进首套橡胶沥青生产设备,橡胶沥青产业化项目全面启动。

检测项目技术指标试验方法
粘度,180℃,(Pa.s)1.5~4.0T0625-2000
针入度(25℃,100g.5s)≥25T0604-2000
软化点(℃)≥54T0606-2000
弹性恢复,25℃(%)≥60T0662-2000

(参照美国亚利桑那州的技术规范)


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橡胶沥青概述 · 性能优势

  

  橡胶沥青具有较为全面的性能优势,与其它改性沥青相比,橡胶沥青在高温稳定性、低温柔韧性能、抗老化性能、抗疲劳性能、抗水损坏性能等方面有着较为明显的提高,特别高温稳定性、低温性能等方面尤为突出。


  ◎高温性能

  轮胎橡胶粉的加入,能大大的提高基质沥青的粘度,从而明显的提高橡胶沥青的抗高温变形能力。如下表所示,橡胶沥青与基质沥青相比,在60 ℃条件下,旋转粘度提高13倍,25度针入度降低约15,软化点提高15℃。

项目70#基质沥青SBS改性沥青
橡胶沥青
针入度
15℃1917.316
25℃604445
30℃10171.8352
软化点

4761.362
60度粘度,P
244910007>33000

(正中试验数据,仅供参考)

  ◎低温性能

  低温性能包括低温脆性与低温抗裂性两个方面。从下图可知,轮胎橡胶粉的加入导致沥青低温劲度的降低非常明显,而且降低的幅度随着温度的降低而增大。所以橡胶沥青的低温脆性较低,相反则其低温的柔韧性较好。

  低温劲度模量图(正路实验数据,仅供参考。)



  直接抗拉试验(下表)表明,同样温度下,橡胶沥青的低温断裂变形能力?#28982;?#36136;沥青提高了7倍,比SBS改性沥青提高了近2倍,所以橡胶沥青的低温变形能力也非常好。

沥青种类
温度(℃)
最大相对变形%
最大应力MPa能量J
橡胶沥青-181.3823.624.05E-02
SBS改性沥青-180.7224.0502.18E-02
70#基质沥青-180.1871.9272.72E-03

(正中试验数据,仅供参考)

  注:与普通改性沥青不同的是,在橡胶沥青中延度指标不作为评价其路面混合料低温性能的核心指标,橡胶沥青混合料路面的低温性能是通过混合料的极配设计来实现的。


  ◎抗老化性能

  在橡胶轮胎生产过程中,加入了大量的?#35272;?#21270;?#31890;?#21253;括抗氧剂、热稳定剂、变价金属抑制剂、紫外线吸收剂和对光屏蔽非常有效的碳黑填充剂等材料,所以加入橡胶粉后形成的橡胶沥青具有较强的抗老化性能。

  下表是老化指标的比较。橡胶沥青的针入度比和软化点比结果都要高于SBS改性沥青和基质沥青,表明在拌合和储运过程中,橡胶沥青的化学稳定性很好。模拟5~8年路面老化的PAV试验结果表明,橡胶沥青的耐老化性?#28982;?#36136;沥青明显提高。

老化指标对比

指标70#基质沥青SBS改性沥青橡胶沥青
TFOT针入度%74.587.596.5
TFOT软化点比%101.798.0110.8

(正中试验数据,仅供参考)


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橡胶沥青概述 · 使用建议


  ◎橡胶沥青的使用时间建议

  如下图所示,橡胶沥青的粘?#28982;?#38543;着存储时间的延长而?#38470;怠?#36825;主要是因为刚生产的橡胶沥青成品中橡胶粉已形成了相对稳定的“骨架”和相互拉扯连接的“网络”结构,如果存储的时间过长,则橡胶粉将受地球引力的作用产生沉淀离析,从而导致粘度降低,故建议橡胶沥青成品应在4个小时内使用。




  ◎橡胶沥青的使用粘度建议

  橡胶沥青的粘?#28982;?#38543;着橡胶粉添加量的增加而粘度增大。在考虑粘度指标满足要求的同时,还必须兼顾考虑施工拌合楼?#28982;?#20855;的最佳施工条件,建议把粘度控制在2.8-3.2(177℃,Pa.s)之间,可以使拌合楼的泵、管道、流量、计量等部件发挥最佳工作状态。


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