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标题 RPR型温拌剂对沥青性能影响的研究
范文 张泽宇++李传强++肖婷婷++陆亚??



摘 要：为研究以废弃橡胶和废弃塑料为原料制备的RPR型温拌剂对沥青性能的影响，通过针入度、软化点、延度、布氏粘度、低温弯曲梁流变试验以及旋转薄膜烘箱老化试验，分别研究了70#基质沥青以及RPR温拌改性沥青的感温性能、高温性能、低温性能、耐老化性及储存稳定性，评价了RPR温拌改性沥青的温拌及粘温特性。试验结果表明，RPR温拌剂可降低沥青的拌和温度，RPR温拌沥青低温性能及温拌特性优越。
关键词：沥青；废橡胶；废塑料；温拌剂
中图分类号：U414.03 文献标志码：B
Study on Influence of RPR Additives on Asphalt Performance
ZHANG Ze- yu1，2， LI Chuan- qiang1， XIAO Ting- ting2， LU Ya2
（1. National and Local Joint Engineering Laboratory of Traffic Civil Engineering Material，
Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074， China； 2. School of Civil Engineering
and Architecture， Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074， China）
Abstract： In order to study the influence of RPR additives made from waste rubber and plastic on asphalt performance， the temperature susceptibility， high temperature performance， low temperature performance， anti- aging performance and stabilization of the 70# matrix asphalt and RPR modified asphalt were tested by the penetration， softening， ductility， Brookfield viscosity， BBR and RTFOT aging tests. It also evaluated the warm mix and viscosity characteristics. In conclusion， RPR additives lower the mixing temperature of asphalt， and the low temperature performance and warm mix characteristics of RPR modified asphalt are excellent.
Key words： asphalt； waste rubber； waste plastic； warm mix agent
0 引 言
与传统沥青混合料热拌技术相比，温拌技术具有降低能耗、减少污染物排放量、改善沥青混合料性能等诸多优点[1- 6]，但目前国内大量使用的沥青温拌改性剂关键技术被国外垄断，导致成本较高，阻碍了温拌技术的推广[7]。
对废旧橡胶、塑料等采用化学方法进行裂解处理，可提取出石蜡、环烷烃、烯烃、苯、甲苯等化学物质，从这些物质可得到如汽油、柴油和重油等。由于废旧橡胶、塑料的裂解产物对沥青具有降粘作用，因此有研究开始着眼于从废塑料、废橡胶中提取沥青改性剂，在消除白色、黑色垃圾的同时降低沥青改性剂的成本。
借鉴上述思路，将废橡胶、废塑料、有机助剂按照一定比例掺配，通过一定的化学方法合成制得RPR（Rubber Plastic Recycle）新型沥青温拌改性剂。其中助剂的主要成分为表面活性剂、催化剂以及一些高分子树脂材料。
RPR温拌剂在常温下呈粘稠液态，在本质上是一种同时含有油溶性表面活性剂及高分子蜡的降粘剂，因此同时表现出有机降粘和表面活性2类温拌剂的特性。RPR温拌沥青在拌和时，表面活性剂与高分子蜡同时作用，在一定程度上既降低了动力粘度，又降低了拌和粘度[8]，从而实现混合料温拌。
RPR温拌剂有2个显著特点：一是主材选用了废旧橡胶和废旧塑料，实现了废弃物的资源化利用；二是沥青混合料的拌和温度及摊铺温度降低，减少能耗和排放，社会效益显著。
初期的探索性试验中发现，RPR温拌剂的最佳掺量为内掺13%，在此条件下对RPR温拌剂的性能进行评价，通过针入度、软化点、延度、RTFOT（沥青旋转薄膜加热试验）、BBR（弯曲梁流变试验）分别对温拌沥青的性能进行检测，并绘制了粘温曲线。试验采用的基质沥青为中海70#沥青，其各项指标均满足要求[9- 10]。
1 针入度
在研究初期发现，RPR温拌改性沥青在25 ℃下的针入度一般大于220（0.1 mm），标准试验温度并不适合该型温拌沥青[11]。为进一步考察RPR型温拌改性沥青的温拌特性，表征其在相对较低温度时的性状，选择该型温拌改性沥青的针入度试验温度为5 ℃～15 ℃。
70#沥青针入度及RPR温拌改性沥青针入度如表1、2所示。
从表1、2的数据可以看出，与参考沥青（70#基质沥青）相比，RPR温拌改性沥青在较低温度下仍具有较大的针入度，反映了该材料在较低温时的软质性状。
对不同温度条件下的针入度值取对数并进行线性回归，确定沥青的针入度指数（PI），如表3、图1所示。
由表1～3及图1可得：RPR沥青与70#基质沥青均为溶- 凝胶型结构，具有一定的弹性效应；RPR沥青与基质沥青的温度敏感性在同一数量级，但RPR沥青的温度敏感性更强；在较低温度下RPR沥青的粘度远低于70#基质沥青，证明其有较好的温拌特性。
2 软化点
RPR沥青及基质沥青的软化点见表4。
由表4可以看出，RPR温拌沥青的软化点远低于70#沥青，在一定程度上反映了其具有较好的温拌特性。理论上，软化点越低温拌特性越好，但沥青混合料的高温稳定性会受到一定的负面影响。
3 延 度
在前期的探索性试验中发现，当试验温度为15 ℃、拉伸速度为5 cm·min-1时，RPR温拌改性沥青在拉伸长度为50 cm左右就会出现沉底现象，即使加入大量的食盐也没有明显改善，因此只能在拉伸速度不变的条件下将试验温度降低，最终将温度确定为5 ℃。RPR温拌改性沥青及基质沥青的延度见表5。
表5 沥青的延度
沥青种类70#（15 ℃，5 cm·min-1）RPR（5 ℃，5 cm·min-1）
延度/cm实测值>100>100>100均值>100实测值>150>150>150均值
>150
由表5可得，上述2种沥青的延度均能满足规范要求，考虑到RPR沥青的试验温度为5 ℃，可以说明其在低温时具有良好的延展性，即低温抗裂性能良好，也从侧面反映了RPR沥青的温拌性能较好。
4 旋转薄膜加热试验（RTFOT）
RPR温拌改性沥青及基质沥青的RTFOT试验结果见表6。
表6 沥青RTFOT试验结果
沥青种类质量损失/%残留针入度/%残留延度/%软化点增值/℃老化指数
70#0.13366.4816.945.20.025 1
RPR5.39730.493.7513.20.035 7
从表6可以看出，总体上RPR温拌改性沥青的耐老化性能较差。原因是：RPR沥青含有挥发性表面活性剂，造成质量损失比较大；此外，由于RPR改性剂的原料大多是废旧材料，废旧材料的残留物（如炭黑、滑石粉）会对沥青的其他指标带来不利影响。
5 离析稳定性
物理法聚合物改性沥青在存储条件下通常易发生凝聚和离析。目前，国内用来评价聚合物改性沥青离析性的推荐方法是聚合物改性沥青离析试验（T 0661—2000），以此评价改性剂和基质沥青的相容性，即改性沥青的储存稳定性。
针对所选的RPR温拌沥青及70#基质沥青进行平行试验，分析比较RPR温拌改性沥青的抗离析效果。试验结果见表7。
中国现行技术规范[12]规定：聚合物改性沥青的离析稳定性（48 h软化点差）不大于2.5 ℃。由表7可以看出：70#沥青的软化点差接近于0 ℃，考虑到取样时沥青本身的不均匀性、样本偏少和数显精度等可能产生的误差，可以认为基质沥青不会产生离析；RPR温拌改性沥青的软化点差约为7.3 ℃，大于规范要求，离析现象明显。
若在工程实践中采用将RPR温拌剂与基质沥青现场拌和加工沥青混合料的工艺，则可避免RPR温拌沥青在运输及存储过程中出现的离析问题。
6 粘温特性
采用SHRP计划推荐的布洛克费尔德旋转粘度计（Brookfield）[13]对RPR温拌沥青的粘温特性进行研究，在不同温度下测试了70#沥青及RPR温拌沥青的动力粘度，试验结果见表8、图2。
分析表8及图2可知，RPR对沥青有较好的降粘作用，在同一温度下可降低沥青粘度约50%。
将不同温度条件下测定的粘度绘制于图2所示的粘温曲线中，可以确定沥青混合料的施工控制温度。按照中国现行的技术规范，当使用石油沥青时，宜以（170±20）cp对应的温度作为拌和温度范围，以（280±30）cp对应的温度作为压实成型温度范围。
通过作图法或者回归线计算法，可以初步得到RPR温拌沥青的拌和温度范围和压实控制温度范围，如表9所示。
由表9可知，按照沥青粘温曲线确定的RPR温拌沥青的施工温度较70#沥青低10 ℃左右，但由于RPR温拌改性剂中存在的表面活性剂只能降低拌和过程中的拌和粘度，并未降低沥青的表观粘度，此外RPR温拌沥青中含有的部分高分子蜡先于沥青熔化，所以对RPR温拌改性沥青依据传统的粘温曲线确定其施工控制温度是不合适的 [14]。
7 低温弯曲梁流变试验（BBR）
沥青路面开裂表现为寒冷季节沥青混合料中集料之间的沥青膜受到拉伸破坏，进而导致集料颗粒分离甚至破裂，因此沥青路面的低温抗裂性能主要取决于沥青胶结料的低温拉伸变形性能。沥青在低温时的劲度模量是评价其低温抗裂性能的重要指标。采用SHRP计划推荐的弯曲梁流变仪（BBR）小梁弯曲蠕变试验评价沥青的低温抗裂性，试验结果见表10和图3。
注：在-12 ℃时，RPR温拌沥青试样挠度大于5 mm，超出仪器测量范围。
图3 沥青蠕变劲度与温度的关系
RPR在-12 ℃条件下的挠度大于5 mm，证明其在低温状态下有良好的韧性，低温抗裂性较好。分析表10、图3可知：在相同温度下，RPR温拌沥青的蠕变劲度远小于70#沥青及SBS改性沥青；同时RPR温拌沥青的曲线斜率大于70#沥青及SBS改性沥青，表明RPR温拌沥青具有十分优异的低温抗裂性能。分析原因是：RPR中不可避免地会混有一部分未完全裂解的橡胶粉及塑料粉，掺入沥青后，橡胶粉、塑料粉与油溶性表面活性剂及沥青中轻质组分发生溶胀，沥青的胶质和油分析出并吸附于胶粉的表面，形成另一种胶体结构，使组分比例发生变化，沥青的性能从而得到改善。
8 结 语
RPR沥青改性剂可以充分利用废旧橡胶和废旧塑料，实现混合料温拌，是一项环境友好、节能减排的技术。研究发现：RPR温拌剂既可以降低沥青的动力粘度，又能降低其拌和粘度，温拌特性显著；同时RPR温拌沥青在低温下仍表现出软质性状，低温抗裂性十分优越，可应用于长期严寒地区；但RPR温拌沥青软化点很低，对沥青混合料的高温稳定性存在一定的负面影响，还需要进一步研究；同时，在温拌剂的生产过程中不可避免地会产生一些高分子蜡，从而影响沥青的性能，因此在大规模应用前还需对其生产工艺进行改良。
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[责任编辑：王玉玲]
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