膠粉摻量對瀝青高溫路用性能的影響

郭 鵬

（山西路橋第八工程有限公司，山西 運城 044000）

引言

橡膠瀝青可以實現變廢為寶，有利于環境保護，李培榮等［1-3］對其進行了試驗和理論研究，助推了其在路面材料中的推廣應用。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料性能

試驗采用AH-70#基質瀝青，性能指標見表1。橡膠粉主要技術指標見表2、表3。

表1 基質瀝青性能

表2 橡膠粉物理性能指標

表3 橡膠粉化學性能指標

1.2 材料制備

將瀝青和膠粉分別在135 ℃和105 ℃下烘干，然后再分別稱取定量的瀝青和膠粉，將稱好的膠粉加入瀝青中進行加熱，此時將溫度升高并維持在175±5 ℃進行高速剪切（4 500 r/min）60 min；然后停止剪切，灌模，按規程進行試驗，測試相關指標。

1.3 試驗方法

制備膠粉摻量為15%、17%、19%、20%、21%、23%和25%的橡膠瀝青進行試驗。（1）進行單軸靜載蠕變試驗，使用簡單剪切試驗機SST，并在溫度為60 ℃，壓力為0.1 MPa 的條件下進行60 min 預載為0.002 MPa 的剪切試驗。（2）參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011），測定試件的動穩定度。（3）進行車轍因子試驗，SHAP計劃中指出，可以通過測量車轍因子G*/sinδ，以此來作為評判瀝青混合料高溫下抵抗車轍的能力，G*/sinδ越大，瀝青混合料就越接近彈性體，同時其抵抗高溫下變形的能力就越強，在高溫區間連續升溫掃描瀝青膠漿的車轍因子，進行比較。

2 試驗結果分析

2.1 單軸靜載蠕變試驗

圖1 為在溫度為60 ℃，時間為60 min 下所得單軸靜載蠕變試驗結果。

圖1 膠粉摻量與勁度模量關系

從圖1 可以得出：（1）隨著膠粉摻量的不斷上升，橡膠瀝青的進度模量也在不斷提升。從摻量15%時的382.3 MPa，上升到摻量25%時的610.4 MPa，說明增加膠粉的摻量有助于提高瀝青的進度模量，使其彈性體的性質愈發明顯。（2）在摻量15%提升到17%和19%時，進度模量的提升幅度較大，提升基本在60 MPa 左右；而當摻量在21%之后，每提升2%的摻量進度模量提升的幅度有明顯放緩的跡象，因此，最高效的利用率應該處于21%左右的范圍內。

2.2 車轍試驗

車轍試驗結果見圖2。

圖2 膠粉摻量與動穩定度和相對變形的關系

從圖2 可以得到：（1）隨著膠粉摻量的增大，瀝青混合料的動穩定度隨之下降，并且隨著膠粉摻量的不斷增大，混合料的動穩定度減小的幅度隨之增大，動穩定度的減小代表著瀝青混合料抵抗變性能力的下降。（2）隨著膠粉摻量的提升，瀝青混合料的相對變形也逐漸增大，且隨著摻量越來越大，相對變形變化的幅度也逐漸變大。由此看出，雖然膠粉摻量能夠很好地提高瀝青混合料的勁度模量，減小針入度，增強瀝青施工性能，對瀝青的生產工藝帶來便捷，但為了保證瀝青混合料的抗車轍能力，不能一味地增加膠粉摻量，不然非但缺乏經濟效益，還會影響路用性能。因此，膠粉摻量在19%左右較為合適，此時相對變形較小，動穩定度較高。

2.3 車轍因子試驗

車轍因子試驗結果見圖3。

圖3 不同膠粉摻量的瀝青車轍因子與溫度的關系

通過圖3 可以看出：（1）隨著溫度的上升，不同膠粉摻量瀝青的車轍因子都隨之減小，且隨著溫度的提升，車轍因子的減小幅度越來越小。（2）在相同溫度下并非膠粉摻量越高車轍因子就越大，而是隨著膠粉摻量的增加，先上升后下降。19%時，車轍因子達到峰值。例如，在溫度為50 ℃的情況下，產量為19%的橡膠瀝青車轍因子最大，摻量為15%的橡膠瀝青車轍因子最小，而膠粉摻量較大的23%的車轍因子也較小，對于這種現象對其進行進一步的分析，推測有可能因為膠粉摻量的增多，導致部分橡膠粉未混合均勻，沒有很好地與輕質組分結合形成膠團，甚至部分膠粉以懸浮的方式存在與瀝青中，此時橡膠粉非但不能增強瀝青黏性，反而破壞瀝青整體結構性，對瀝青抗車轍性能起到負面影響，從而影響橡膠瀝青的高溫性能。

將試驗所得數據進行整理后，利用SPSS 軟件對車轍因子與溫度的關系進行最小二乘回歸分析，以期找到溫度變化、膠粉摻量與車轍因子之間的關系，最終得到表4的關系式，其中x為溫度，y為車轍因子。

表4 最小二乘法車轍因子與溫度的回歸分析

從表4 可以看出：（1）每個表達式的擬合因子的顯著性P 值均小于0.05，證明擬合效果較好。（2）隨著膠粉摻量的增加，擬合系數由小變大，當膠粉摻量達到19%時，擬合系數絕對值達到最大值，為1.307，證明此時橡膠瀝青的溫感性最好，說明膠粉與瀝青混合均勻，整體結構性較好，膠粉摻量繼續增大，此時擬合系數絕對值逐漸變小，說明瀝青混合料整體結構性遭到破壞，溫感性變差。擬合情況也佐證了試驗結論。因此，在此情況下，認為膠粉的最佳摻量為19%，此時的經濟效益與瀝青的高溫性能都能夠較好地滿足。

3 結語

（1）橡膠瀝青的勁度模量會隨著膠粉摻量的上升而隨之增大，在常用的膠粉摻量情況中，摻量越多，瀝青混合料的彈性體性質越明顯。（2）橡膠瀝青的針入度會隨著膠粉摻量的上升而隨之降低，由于拌和溫度下降，施工效率得到提升，施工成本隨之降低，但同時膠粉摻量的不斷增大，會導致動穩定度下降，抗車轍性能減小，兼顧兩者，膠粉摻量應在20%左右。（3）車轍因子隨著膠粉摻量的上升呈現出先增大后減小的趨勢，19%為峰值，隨后開始下降，證明提高膠粉摻量能夠對提高瀝青混合料的抗車轍性能，同時，若摻量過大，又會導致混合結合不均勻，多余膠粉破壞橡膠瀝青整體結構性，從而導致抗車轍性能再次減小。結合各項試驗，得到最佳膠粉摻量為19%。