Sasobit溫拌劑對(duì)橡膠瀝青流變與蠕變性能的影響

剛增軍

文章編號(hào)：1000033X（2016）12005604

收稿日期：20160617

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（51011120574）

摘要：通過對(duì)溫拌橡膠瀝青進(jìn)行Brookfield旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)和彎曲梁流變?cè)囼?yàn)，觀察摻入Sasobit溫拌劑后橡膠瀝青的高溫和低溫性能變化，并尋找適宜的溫拌劑摻量，以實(shí)現(xiàn)溫拌劑與橡膠瀝青結(jié)合性能的最優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果表明：溫拌劑能夠降低橡膠瀝青的粘度，降低攤鋪和壓實(shí)的溫度和施工難度；溫拌劑摻量在2.5%～3%時(shí)，能夠提高高溫抗永久變形能力，并降低對(duì)低溫性能的損害。

關(guān)鍵詞：溫拌橡膠瀝青；Sasobit溫拌劑；高溫性能；低溫性能

中圖分類號(hào)：U416.21文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Research on Rheology and Creep Properties of Asphalt Rubber with Sasobit

GANG Zengjun

（Shaanxi Provincial Communications Construction Group， Xian 710075， Shaanxi， China）

Abstract： In order to verify the properties of asphalt rubber with different content of Sasobit， the performance of warm mix asphalt rubber at high temperature and low temperature was analyzed. The pavement performance of asphalt rubber were observed by means of Brookfield rotational viscosity test， dynamic shear rheological test （DSR） and bending beam rheological test （BBR）. In order to achieve the optimization of binding performance， appropriate amount of warm mix was confirmed. The results show that the viscosity is lower when Sasobit is applied， and the temperatures for paving and compaction are also lower. When the content of Sasobit is between 2.5% and 3%， the resistance to permanent deformation can be greatly improved， and damage to the performance of asphalt rubber is alleviated.

Key words： warm mix asphalt rubber； Sasobit； hightemperature performance； lowtemperature performance

0引言

溫拌技術(shù)被稱為“中國(guó)第二次筑路革命”。2009年，北京長(zhǎng)安街應(yīng)用溫拌環(huán)保技術(shù)修復(fù)，降霧減煙、節(jié)能減排效果明顯。此后在石家莊、南京等地，先后對(duì)溫拌橡膠瀝青的環(huán)保及路用性能做了大量研究。通過對(duì)比熱拌（HWA，拌和溫度為150 ℃～180 ℃）、溫拌（WMA，拌和溫度為110 ℃～120 ℃）瀝青的路用性能發(fā)現(xiàn)：溫拌瀝青雖然能夠減少能量損耗，降低化學(xué)和物理污染，并降低拌和、攤鋪及壓實(shí)過程的溫度和粘度等[1]；但由于采用間斷級(jí)配，攤鋪過程中容易發(fā)現(xiàn)離析，且溫拌技術(shù)的成本較熱拌瀝青偏高，因此難以全面推廣[2]。

橡膠瀝青通過在基質(zhì)瀝青中加入廢舊橡膠輪胎膠粉和相容性的添加劑，實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)，降低了黑色污染，提高了瀝青高低溫穩(wěn)定性、耐久性及抗水損害的能力；但是在拌和及攤鋪過程中，由于溫度過高，橡膠瀝青會(huì)釋放大量的一氧化碳、丁二烯、苯等有毒氣體，高粘度也使橡膠瀝青混合料不易攤鋪和壓實(shí)[3]。

橡膠瀝青溫拌技術(shù)綜合橡膠改性技術(shù)和溫拌技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，消除或降低溫拌技術(shù)成本較高和橡膠瀝青粘度較高等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約能力、環(huán)保性能和路面性能最優(yōu)化，具有良好的前景以及大范圍研究和推廣的價(jià)值。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)溫拌技術(shù)在橡膠瀝青中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)研究。文獻(xiàn)[4]采用有機(jī)添加劑，并選用不同目數(shù)、不同摻量的膠粉制備溫拌橡膠瀝青混合料，對(duì)混合料的高溫、低溫穩(wěn)定性及溫度敏感性做了系統(tǒng)的分析，表明將溫拌技術(shù)用于橡膠瀝青中能使其具有優(yōu)良的路用性能和顯著的環(huán)保性能。文獻(xiàn)[5]進(jìn)行了摻入由FischerTropsch制成的固體石蠟的橡膠瀝青老化試驗(yàn)（RTFO、PAV）、動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)（DSR）及彎曲梁流變?cè)囼?yàn)（BBR），結(jié)果表明降低瀝青拌和和壓實(shí)時(shí)粘度的FT固體石蠟最佳含量為35%。文獻(xiàn)[68]分別研究了不同機(jī)理、不同摻量、不同種類的溫拌劑對(duì)橡膠瀝青膠結(jié)料和混合料性能的影響。但由于溫拌方法及溫拌劑種類繁多，目前溫拌技術(shù)對(duì)橡膠瀝青性能的影響還沒有形成有序的系統(tǒng)。本文選用Sasobit溫拌劑拌制溫拌橡膠瀝青，研究溫拌劑在降低拌和粘度和溫度的同時(shí)，橡膠瀝青結(jié)合料的其他性能是否會(huì)發(fā)生變化。

1試驗(yàn)原材料

1.1原材料技術(shù)性能

1.1.1基質(zhì)瀝青

本文采用韓國(guó)SK70#重交通瀝青作為基質(zhì)瀝青，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）的要求對(duì)基質(zhì)瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1所示。

1.1.2廢舊橡膠輪胎膠粉

本文采用的膠粉為河北生產(chǎn)的40目廢舊橡膠輪胎膠粉，參考上海市工程設(shè)計(jì)規(guī)范《橡膠瀝青路面技術(shù)規(guī)范》（DG/T J082109—2012），其物理和化學(xué)指標(biāo)如表2、 3所示，橡膠瀝青的基礎(chǔ)性能如表4所示。

1.1.3溫拌劑

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)溫拌劑的研究類型主要有Sasobit、Evotherm、Asphamin和其他石蠟型溫拌劑，本文選用Sasobit有機(jī)添加劑（130 ℃～145 ℃）作為溫拌劑摻入橡膠瀝青中，溫拌劑的摻量如表5所示。

1.1.4溫拌橡膠瀝青膠結(jié)料的制備及試驗(yàn)方法

采用濕法工藝，摻入相對(duì)于基質(zhì)瀝青15%摻量的廢舊橡膠輪胎膠粉，制備得出橡膠瀝青；然后按照表5的設(shè)計(jì)摻量，把不同摻量的溫拌劑邊攪拌邊加入基質(zhì)瀝青中，制得溫拌橡膠瀝青膠結(jié)料。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）（下面簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）的規(guī)定，對(duì)不同摻量下的溫拌瀝青進(jìn)行粘度、高溫性能和低溫性能的試驗(yàn)。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1Brookfield旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn)

瀝青和集料的粘附及浸潤(rùn)能力是影響瀝青混合料服役能力的主要因素，所以表觀粘度對(duì)評(píng)價(jià)溫拌橡膠瀝青的路用性能具有重要意義。橡膠瀝青的粘度較高，一般以175 ℃左右的粘度作為質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)，本文用180 ℃粘度作為研究高溫性能的控制指標(biāo)。根據(jù)《規(guī)程》，運(yùn)用Brookfield旋轉(zhuǎn)粘度儀對(duì)不同摻量的溫拌橡膠瀝青的表觀粘度進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

分析Brookfield旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著Sasobit溫拌劑摻量的增加，其粘度明顯降低；而且適量的Sasobit有機(jī)添加劑能夠降低橡膠瀝青的拌和粘度和溫度，有效提升瀝青的高溫性能，減少對(duì)低溫性能的損害，從而充分提高瀝青混合料的路用性能。由于溫拌劑摻量過少不能明顯改善橡膠瀝青的粘度，摻量太多會(huì)影響瀝青的低溫性能，而且經(jīng)濟(jì)性差，所以確定適宜的溫拌劑摻量意義重大。

2.2動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)

《規(guī)范》借鑒美國(guó)SHRP計(jì)劃提出的動(dòng)態(tài)剪切流變（DSR）試驗(yàn)，結(jié)合中國(guó)瀝青道路特點(diǎn)，給出了評(píng)價(jià)瀝青高溫流變性能和低溫疲勞性能的控制指標(biāo)。當(dāng)瀝青呈現(xiàn)粘彈性狀態(tài)時(shí)，應(yīng)變反應(yīng)時(shí)間滯后于應(yīng)力，觀察應(yīng)力與應(yīng)變的聯(lián)系，可以得到評(píng)價(jià)瀝青高溫和低溫性能的必要參數(shù)，即復(fù)合剪切模量G*和相位角δ，G*/sin δ表征瀝青中高溫粘性成分的粘性大小。當(dāng)G*越大且δ越小，表明瀝青在高溫時(shí)的流變性能就越差，高溫穩(wěn)定性越好。而G*·sin δ越小，即損失剪切模量G*越小，瀝青抗疲勞開裂性能就越好。通常，稱G*/sin δ為車轍因子，用來評(píng)價(jià)瀝青的高溫抗車轍能力；稱G*·sin δ為疲勞因子，用來評(píng)價(jià)瀝青的低溫抗疲勞開裂能力[9]。

根據(jù)《規(guī)范》，本文在不同溫度（25 ℃～80 ℃，步長(zhǎng)5 ℃）、一定角速度（10 rad·s-1）下，對(duì)不同摻量的溫拌橡膠瀝青進(jìn)行頻率掃描，測(cè)試車轍因子G*/sin δ，對(duì)車轍因子的log（G*/sin δ）與溫度的關(guān)系進(jìn)行線性回歸，結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)線性回歸數(shù)據(jù)，確定失效溫度（fail temperature），即log（G*/sin δ）=0時(shí)的溫度，計(jì)算結(jié)果如表6所示。

分析表6數(shù)據(jù)可知，從整體上看，溫度在180 ℃時(shí)，log（G*/sin δ）與溫度具有良好的線性關(guān)系；隨著溫拌劑摻量的增加，溫拌橡膠瀝青的失效溫度逐漸提高，說明摻加溫拌劑的橡膠瀝青較未摻加溫拌劑的橡膠瀝青高溫性能增強(qiáng)；但摻量時(shí)在3%～35%，其失效溫度降低，且當(dāng)摻量增加至3%以上，溫拌橡膠瀝青的失效溫度上升緩慢。所以綜合以上數(shù)據(jù)及成本因素可得：橡膠瀝青中溫拌劑的適宜摻量為2.5%～3%，高溫地區(qū)可以根據(jù)施工情況適當(dāng)摻入較多溫拌劑。

2.3彎曲梁流變?cè)囼?yàn)

本文采用《規(guī)范》規(guī)定的彎曲梁流變（BBR）試驗(yàn)對(duì)溫拌橡膠瀝青的低溫性能進(jìn)行測(cè)試，得到溫拌橡膠瀝青的蠕變勁度S和蠕變速率m。蠕變勁度S越小或蠕變速率m越大，表明溫拌橡膠瀝青在低溫下具有越強(qiáng)的變形能力和抵抗裂縫的能力。根據(jù)《規(guī)范》，并參考文獻(xiàn)[10]，分別在溫度為-18 ℃、-12 ℃和-6 ℃時(shí)，測(cè)試溫拌橡膠瀝青蠕變勁度S和蠕變速率m，結(jié)果如圖3、4所示。

圖3不同摻量的溫拌橡膠瀝青低溫下的蠕變勁度

圖4不同摻量的溫拌橡膠瀝青低溫下的蠕變速率

分析以上BBR試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得：從整體上看，摻加溫拌劑后，橡膠瀝青的蠕變勁度增加，蠕變速率降低，表明其低溫抗裂能力下降，所以需要確定適當(dāng)?shù)臏匕鑴搅縼韰f(xié)調(diào)橡膠瀝青的低溫性能和高溫性能，使其路用性能達(dá)到最優(yōu)化；隨著溫度的降低，蠕變勁度和蠕變速率的變化越來越小，說明低溫下對(duì)橡膠瀝青性能的影響超越了溫拌劑摻量的影響[11]。如圖4所示，當(dāng)Sasobit溫拌劑摻量在3%以上時(shí)，低溫下蠕變勁度變化較摻量為3%以上的橡膠瀝青劇烈，說明當(dāng)溫拌劑摻量在3%以上時(shí)，對(duì)橡膠瀝青的低溫性能損害較大，故低溫地區(qū)的溫拌劑摻量應(yīng)適當(dāng)偏低。

3結(jié)語(yǔ)

對(duì)不同摻入量Sasobit溫拌劑的橡膠瀝青進(jìn)行高溫性能、低溫性能和粘度試驗(yàn)，經(jīng)對(duì)比分析得到以下結(jié)論。

（1）隨著Sasobit溫拌劑摻量的增加，溫拌橡膠瀝青的粘度明顯降低。

（2）在180 ℃時(shí)，log（G*/sin δ）與溫度具有良好的線性回歸擬合關(guān)系。隨著溫拌劑摻量的增大，橡膠瀝青的高溫抗永久變形能力增強(qiáng)。

（3）溫拌劑摻量對(duì)橡膠瀝青的低溫性能有一定影響，溫拌劑摻量越大，對(duì)橡膠瀝青低溫性能破壞越大。Sasobit溫拌劑摻量在3%以上時(shí)對(duì)橡膠瀝青的低溫性能損害較大。從整體上說，低溫時(shí)溫度對(duì)橡膠瀝青性能的影響超越了溫拌劑摻量的影響。

（4）適量摻量的Sasobit有機(jī)添加劑能夠降低橡膠瀝青的拌和粘度和溫度，從而提高混合料的施工和易性，有效提升瀝青的高溫抗永久變形能力，減少對(duì)低溫抗開裂能力的損害，延長(zhǎng)道路壽命，提高路用性能。

（5）高溫地區(qū)可以摻入較多溫拌劑，低溫地區(qū)溫拌劑摻量應(yīng)適當(dāng)偏低。綜合各項(xiàng)因素，本文推薦溫拌劑的適宜摻量為2.5%～3%。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦永春，黃頌昌，徐劍，等.溫拌瀝青混合料節(jié)能減排效果的測(cè)試與分析[J].公路交通科技，2009，26（8）：3337.

[2]劉至飛，吳少鵬，陳美祝，等.溫拌瀝青混合料現(xiàn)狀及存在問題[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（4）：170173.

[3]肖敏敏.廢膠粉改性瀝青性能及機(jī)理研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2005.

[4]商淑杰. 溫拌橡膠瀝青結(jié)合料及其膠漿性能研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2009.

[5]李宏志，鄭健龍.溫拌瀝青膠漿流變性能研究[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，33（6）：2227.

[6]吳樹標(biāo).溫拌橡膠瀝青膠結(jié)料高溫性能研究[J].石油瀝青，2016，30（1）：1216.

[7]何亮，凌天清，馬育，等. Sasobit溫拌橡膠瀝青及混合料高溫蠕變特性[J].長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，35（6）：1623.

[8]郭文建，郭慶雯，劉曉.溫拌橡膠瀝青結(jié)合料低溫彎曲蠕變性能研究[J].山東交通科技，2011（6）：2427.

[9]郭乃勝，張銀宣，張小康，等.泡沫溫拌橡膠瀝青混合料路用性能[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，42（1）：113118.

[10]李淑娥，陳永云.Sasobit溫拌劑對(duì)橡膠瀝青高溫性能的影響研究[J].公路與汽運(yùn)，2013（6）：100104.

[11]延西利，雍黎明，延夢(mèng)璐，等.ACMP瀝青溫拌性能的黏溫曲線分析[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2015，28（8）：17.

[責(zé)任編輯：王玉玲]