一種溫拌復合改性橡膠瀝青性能分析研究

曾慶斌，曾 海

(江西省贛南公路勘察設計院 贛州市 341000)

隨著國內經濟快速發展，道路工程修建增多，對瀝青需求量不斷增長，并對其性能提出更高的要求[1-2]。溫拌橡膠瀝青應運而生，將溫拌技術與橡膠改性技術綜合起來，達到綠色環保與提升工程生命周期的目的。

為了適應道路工程的需要，研制出了一種新型溫拌復合改性橡膠瀝青。首先介紹新型溫拌復合改性橡膠瀝青的原材料與詳細制備過程，然后選取橡膠瀝青與溫拌改性橡膠瀝青(外摻3.0%Sasobit)作為對比試驗組，重點研究了新型溫拌復合改性橡膠瀝青的基礎性能與路用性能。

1 新型溫拌復合改性橡膠瀝青介紹與分析

1.1 溫拌劑介紹

溫拌劑采用人工拌和方式獲得[3]，其制備流程如下：

(1)借助加熱裝置依次加熱乙撐雙油酸酰胺與芳烴油至可流動的液體。

(2)將兩者在攪拌機內混合至均勻。

(3)將三亞乙基四胺放入攪拌機混合均勻。

(4)上述混合物自然風干后進行搗壓并利用20目篩檢后制成溫拌劑。

1.2 溫拌復合改性橡膠瀝青制備

溫拌復合改性橡膠瀝青的制備環節如圖1。

圖1 溫拌復合改性橡膠瀝青的制備流程圖

(1)利用反應釜加熱基質瀝青至120.0℃上下后，外摻進丁苯膠乳與環氧樹脂，攪拌均勻。

(2)維持轉速恒定，在溫度上升至135.0℃上下后，外摻入溫拌劑。

(3)在溫度上升至180.0℃后，外摻進橡膠粉，并增加轉速與壓強，維持45min左右。

(4)外摻進氯化鈣，維持溫度與轉速恒定，持續提高壓強，攪拌時長達到15min后即溫拌復合改性橡膠瀝青制備完畢。

1.3 性能分析

為了探究基礎性能的異同點，特制備外摻比例16.0%橡膠粉的橡膠瀝青，并在上述橡膠瀝青內外摻3.0%的Sasobit溫拌改性劑獲得溫拌橡膠瀝青，參考上述制備環節獲得新型溫拌復合改性橡膠瀝青。

(1)溫拌效果分析

利用相關儀器檢測上述3類瀝青在135.0～175.0℃范圍內的布氏旋轉黏度，選取27號轉子，獲得圖2中曲線。由圖2能夠看出，新型溫拌復合改性橡膠瀝青的150.0℃黏度同橡膠瀝青175.0℃、溫拌橡膠瀝青155.0℃的黏度基本一致，即可以認為新型溫拌復合改性橡膠瀝青的溫拌效果優于外摻3.0%Sasobit的溫拌橡膠瀝青(前者降低施工溫度25.0℃，后者降低施工溫度20.0℃)。

圖2 3類瀝青的布氏旋轉黏度與溫度變化曲線

(2)基礎性能分析

分別試驗檢測得到橡膠瀝青、外摻3.0%Sasobit溫拌橡膠瀝青、新型溫拌復合改性橡膠瀝青的針入度(25.0℃)、軟化點、彈性恢復率、延度(5.0℃)等4種基礎性能指標[4]數值，整理于表1內。

表1 3類瀝青基礎性能分析指標數值表

分析表1中數值，能夠得到外摻3.0%Sasobit溫拌橡膠瀝青同橡膠瀝青相比，軟化點大幅上升的同時，低溫延度降幅也很大且針入度值偏小，即在外摻Sasobit時，溫拌橡膠瀝青硬度與脆變性均得以上升，低溫形變性能下降。反觀新型溫拌復合改性橡膠瀝青高溫性能變化幅度較小，且可增強低溫延度，可有效提升低溫柔韌能力。

利用動態剪切流變試驗、瀝青BBR試驗分別完成橡膠瀝青、外摻3.0%Sasobit溫拌橡膠瀝青、新型溫拌復合改性橡膠瀝青的高低溫性能分析，選取分析指標依次為車轍因子、勁度模量、蠕變速率等3類，各試驗數據匯總成表2并繪制得到圖3與圖4。

表2 研究3類瀝青的動態剪切流變試驗數據表

圖3 研究的3類瀝青的勁度模量值與溫度變化關系對比折線

圖4 研究的3類瀝青的蠕變速率值與溫度變化關系對比折線

瀝青的車轍因子與其高溫性能呈正相關關系[5]。分析表2內數值能夠得到3類瀝青的高溫性能由高到低依次為：外摻3.0%Sasobit溫拌橡膠瀝青、新型溫拌復合改性橡膠瀝青、橡膠瀝青。其規律同軟化點相同。勁度模量同瀝青材料低溫性能呈負相關關系，蠕變速率同瀝青材料低溫性能呈正相關關系[5]。通過圖3與圖4變化曲線能夠得到，瀝青低溫性能由高到低依次為：新型溫拌復合改性橡膠瀝青、橡膠瀝青、外摻3.0%Sasobit溫拌橡膠瀝青，即新型溫拌復合改性橡膠瀝青低溫柔韌性能強于橡膠瀝青。

綜上分析可推出，新型溫拌復合改性橡膠低溫性能優于外摻3.0%Sasobit改性溫拌橡膠瀝青，且高低溫與彈性性能全部比橡膠瀝青好，并且全部在相關規定范圍內，達到了施工標準。

2 路用性能研究

將空隙率設定為4.0%，礦粉所占比例設定3.0%，具體級配情況如表3中數據。

2.1 溫拌效果分析

上述所用3類瀝青分別進行馬歇爾試驗并檢測各自的物理體積指標與強度指標，各檢測數據匯總在表4內。

表3 混合料設計級配

表4 研究的3類瀝青混合料馬歇爾試驗數據匯總表

分析表4內數值能夠得到，新型溫拌復合改性橡膠瀝青混合料在145.0℃下成型后的樣品空隙率基本等同于170.0℃下成型的橡膠瀝青混合料的空隙率，并且穩定度優于橡膠瀝青混合料，同上述黏溫曲線變化一致，即更能印證新型溫拌復合改性橡膠瀝青溫拌效果顯著，能夠有效降低施工溫度25.0℃上下。外摻Sasobit改性溫拌橡膠瀝青混合料可降低施工溫度20.0℃上下，但瀝青軟化點較大，導致其穩定度最高。

2.2 高溫穩定性分析

通過進行車轍試驗分析材料高溫穩定性能，試驗數據匯總在表5中。

表5 研究的3類瀝青的車轍試驗數據表

通過表5內數值能夠得到3類瀝青混合料全部達到重型交通情形時橡膠瀝青混合料動穩定度下限值3000次/mm的要求，除此之外，三者的高溫穩定性良好，同瀝青軟化點試驗與馬歇爾試驗所得結論相同。三者抗車轍能力由高到低依次為：溫拌橡膠瀝青混合料(外摻3.0%Sasobit)、新型溫拌復合改性橡膠瀝青、橡膠瀝青。

2.3 低溫抗裂性能分析

對上述3類材料完成低溫彎曲試驗(試驗溫度設定-10.0℃)、蠕變試驗(試驗溫度設定0.0℃)來分析3類材料的低溫抗裂能力。各試驗數據匯總在表6中。

表6 研究的3類瀝青的低溫彎曲試驗與蠕變試驗數據匯總表

在低溫彎曲試驗時，瀝青混合料最大彎拉應變與應變能密度表征材料的低溫抗裂能力，且呈正相關關系。在蠕變試驗時，彎曲蠕變速率表征低溫性能，且呈正相關，即上述兩類試驗數據所得的結論應一致。通過表6中數值變化能夠得到：新型溫拌復合改性橡膠瀝青的低溫穩定性能最優，同瀝青延度試驗所得結論相同。研發的溫拌復合改性橡膠瀝青對材料低溫性能無影響，并可大幅提升低溫抗裂性至最優。溫拌橡膠瀝青低溫性能最差，外摻3.0%Sasobit后可降低橡膠瀝青的韌性。

2.4 水穩定性能分析

進行浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗來分析3類瀝青材料的水穩定能力，具體試驗數據匯總在表7中。

表7 研究3類瀝青的浸水馬歇爾試驗與

分析表7內數值能夠得到，水穩定性由高到低依次如下：新型溫拌復合改性橡膠瀝青、橡膠瀝青、外摻3.0%Sasobit溫拌橡膠瀝青。即新型溫拌復合改性橡膠瀝青混合料的抗水損壞性能最優，外摻3.0%Sasobit后會削減瀝青同集料之間的黏結導致混合料水穩定能力降低，最終出現外摻Sasobit溫拌橡膠瀝青抗水損壞能力最差的現象。

3 結論

主要為了研究新研制的溫拌復合改性橡膠瀝青是否比現有橡膠瀝青更有實用性，首先介紹新型溫拌復合改性橡膠瀝青的原材料與詳細制備過程，然后選取橡膠瀝青與溫拌改性橡膠瀝青(外摻3.0%Sasobit)作為對比試驗組，重點研究新型的溫拌復合改性橡膠瀝青的基礎性能與路用性能，最后通過試驗數據綜合考慮三類瀝青路用性能(涵蓋溫拌效果、高低溫性能、水穩定性)，確定新型溫拌復合改性橡膠瀝青在三類瀝青中性能最優。