次氯酸钠改性橡胶沥青性能研究

李政兴

（山西交通控股集团有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

霍永高速公路永和至永和关段工程是国家高速公路网青兰高速公路的组成部分，是山西省高速公路网规划“三纵十二横十二环”第九横的重要组成部分，是连接山西省霍永高速公路和陕西省延（安）延（川）高速公路的纽带。设计为沥青混凝土路面，将胶粉添加到沥青中用于中面层，一方面变废为宝，减轻废旧轮胎对环境的污染，另一方面可提升路面的使用功能。近几年，随着橡胶沥青性能的提升，已经被广泛研究应用[1-2]，但针对改性剂的研究还较少，且目前对改性剂的研究较为分散[3-10]。

1 试验研究

采用次氯酸钠作为胶粉改性剂制备改性橡胶沥青，将其应用于霍永高速公路永和至永和关段路面工程中面层，对改性前后橡胶沥青的性能进行了分析。

1.1 材料

1.1.1 基质沥青

试验采用90号道路石油沥青，性能指标见表1。

表1 基质沥青性能指标

1.1.2 胶粉

试验用胶粉的性能指标见表2。

表2 胶粉性能指标

1.1.3 改性剂

次氯酸钠溶液呈碱性，是微黄色溶液，在受热受光下会快速分解，具有强氧化性。

1.2 次氯酸钠改性橡胶沥青的制备

1.2.1 胶粉活化

取一定量胶粉置于托盘中，于60℃烘箱中干燥5 h。将质量比为10∶1的胶粉和次氯酸钠溶液置于烧杯中，搅拌使之充分混合。将烧杯中的混合物倒入托盘中，摊铺均匀，并于40℃烘箱中放置16 h，得到活化胶粉。

1.2.2 改性橡胶沥青制备

将基质沥青倒入盛样容器中搅拌加热至160℃，加入活化胶粉，继续升温至一定温度，并在此温度下搅拌反应1 h，得到改性橡胶沥青。

普通橡胶沥青则是掺入未活化胶粉，其他试验条件与改性橡胶沥青相同。

2 试验结果及分析

本文采用90号沥青、40目胶粉，在不同掺量、不同温度下反应得到橡胶沥青，按照规范测定改性橡胶沥青和普通橡胶沥青的性能指标；选用180℃旋转黏度和软化点作为高温性能指标，5℃延度和25℃针入度作为低温性能指标，并测定了25℃弹性恢复性能。

2.1 不同胶粉掺量

为了研究橡胶沥青性能受胶粉掺量的影响，本文测定40目胶粉活化前后掺量分别为20%、25%、30%，反应温度为180℃样品的性能，结果如表3所示。

表3 不同胶粉掺量改性前后橡胶沥青性能

2.1.1 高温性能指标

2.1.1.1 180℃旋转黏度

图1 改性前后橡胶沥青180℃旋转黏度性能图

从图1可以看出，改性前后橡胶沥青的黏度均随胶粉掺量的增加而增大，而改性橡胶沥青的黏度则低于同等掺量下普通橡胶沥青的黏度，可见次氯酸钠对橡胶沥青起到降黏作用。

2.1.1.2 软化点

图2 改性前后橡胶沥青软化点性能图

从图2可以看出，改性前后橡胶沥青的软化点均随胶粉掺量增加而变大，而改性橡胶沥青的软化点则低于同等掺量下普通橡胶沥青，改性后高温性能略有降低。

2.1.2 低温性能指标

2.1.2.1 25℃针入度

图3 改性前后橡胶沥青25℃针入度性能图

从图3可以看出，改性前后橡胶沥青的针入度均随胶粉掺量的增加而减小，而改性橡胶沥青的针入度则低于同等掺量下普通橡胶沥青，说明改性后橡胶沥青变硬，改性使橡胶沥青的高温性能得到提升。

2.1.2.2 5℃延度

图4 改性前后橡胶沥青5℃延度性能图

从图4可以看出，改性前后橡胶沥青的延度均随胶粉掺量的增加而提高，说明胶粉掺量越高，低温性能则越好，改性橡胶沥青的针入度则高于同等掺量下普通橡胶沥青，即其低温性能得到了提高。

2.1.3 弹性恢复性能

图5 改性前后橡胶沥青弹性恢复性能图

从图5可以看出，改性前后橡胶沥青的弹性恢复性能均随胶粉掺量的增加而有所提高，而改性橡胶沥青的弹性恢复性能则低于同等掺量下普通橡胶沥青。胶粉掺量及改性剂对弹性恢复性能影响并不明显。

2.2 不同反应温度

为了研究橡胶沥青性能受反应温度变化的影响，本文测定40目胶粉活化前后反应温度分别为170℃、180℃、190℃，胶粉掺量为25%样品的性能指标，结果如表4所示。

表4 不同反应温度改性前后橡胶沥青性能

2.2.1 高温性能指标

2.2.1.1 180℃旋转黏度

图6 不同反应温度改性前后橡胶沥青180℃旋转黏度性能图

从图6可以看出，改性前后橡胶沥青的黏度均随反应温度的升高而降低，说明随着温度的升高，胶粉在高温热力作用下更易与沥青发生反应而成为更小的颗粒，从而使橡胶沥青的流动性变大、黏度降低；改性橡胶沥青随温度变化黏度变化幅度稍小，而普通橡胶沥青随温度变化黏度变化更大，说明添加了改性剂后，黏度指标对温度的敏感性降低。

2.2.1.2 软化点

图7 不同反应温度改性前后橡胶沥青软化点性能图

从图7可以看出，改性前后橡胶沥青的软化点均随反应温度的升高而提高，这是由于在较高温度下，胶粉与沥青之间反应更深入、更易形成网络结构，结合力更强，因此软化点提高。

2.2.2 低温性能指标

2.2.2.1 25℃针入度

图8 不同反应温度改性前后橡胶沥青25℃针入度性能图

从图8可以看出，改性前后橡胶沥青的针入度均随反应温度的升高而增大，这是由于在较高温度下，有利于胶粉与沥青发生溶胀反应，胶粉粒径变小，橡胶沥青的流动性变大，针入度增大。

2.2.2.2 5℃延度

图9 不同反应温度改性前后橡胶沥青5℃延度性能图

从图9可以看出，改性前后橡胶沥青的延度均随反应温度的升高而提高，且改性橡胶沥青随温度变化的变化值更大，这是由于较高温度有利于胶粉反应，使溶于沥青中的胶粉分子链段数增加，反应后橡胶沥青的柔韧性得到改善，宏观表现为延度值的增大，特别是添加改性剂后，其延度增大更为明显。

2.2.3 弹性恢复性能

图10 不同反应温度改性前后橡胶沥青弹性恢复性能图

从图10可以看出，改性前后橡胶沥青的弹性恢复性能均随反应温度的升高而有所提高，随温度升高，橡胶沥青的柔韧性有所提高，因此弹性恢复性能更好。

3 结论

通过对次氯酸钠改性橡胶沥青的性能研究和在霍永高速公路永和至永和关段路面中面层中的应用表明：改性后橡胶沥青与普通橡胶沥青有相同的性能变化规律，随着胶粉掺量的增加，黏度提高、软化点变大、延度提高、针入度下降、弹性恢复性能更好；随着反应温度提升，黏度降低、软化点提高、延度增大、针入度增加、弹性恢复性能更好。与普通橡胶沥青相比，改性橡胶沥青的黏度有所降低，更利于施工；软化点降低，高温性能略有下降；针入度下降、延度提高，低温性能得到提升；弹性恢复性能略有降低。