Sasobit 溫拌劑對(duì)橡膠瀝青流變性能的影響

袁　露

(海門市公路管理站，江蘇南通　226100)

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Sasobit 溫拌劑對(duì)橡膠瀝青流變性能的影響

袁露

(海門市公路管理站，江蘇南通226100)

摘要:通過試驗(yàn)，從高溫流變性能、低溫流變性能、抗老化性能三方面，分析了Sasobit溫拌劑對(duì)橡膠瀝青膠結(jié)料的影響，結(jié)果表明:Sasobit溫拌劑的加入對(duì)橡膠瀝青的高溫性能有一定的改善作用，但是會(huì)對(duì)其低溫性能和抗老化性能造成不利的影響，綜合考慮各項(xiàng)性能指標(biāo)，其最優(yōu)劑量選擇在2．5%～3%之間。

關(guān)鍵詞:橡膠瀝青，Sasobit溫拌劑，流變性能，抗老化性能

0　引言

橡膠瀝青以廢舊輪胎膠粉為改性劑，對(duì)廢舊資源的再利用是可持續(xù)發(fā)展時(shí)代的必然。但由于橡膠瀝青過高的粘度，造成施工中的高能耗和高排放，這與現(xiàn)今社會(huì)提倡的節(jié)能環(huán)保相違背，阻礙了橡膠瀝青技術(shù)的推廣［1］。溫拌技術(shù)是一種新型的筑路技術(shù)，其通過一定的技術(shù)手段，降低瀝青路面的施工溫度，且不造成路面質(zhì)量的降低［2］。Chandra K．Akisetty等人［3，4］對(duì)溫拌橡膠瀝青做了一些研究，從環(huán)境保護(hù)角度說明溫拌技術(shù)與橡膠瀝青的結(jié)合可以發(fā)揮彼此的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用和節(jié)能減排。

本文通過室內(nèi)試驗(yàn)，分析了Sasobit溫拌劑對(duì)橡膠瀝青高溫、低溫、老化性能的影響，并確定了溫拌劑的最佳劑量。

1　試驗(yàn)材料和研究方法

1．1試驗(yàn)材料

1)基質(zhì)瀝青。試驗(yàn)采用江陰泰富產(chǎn)的70號(hào)道路石油瀝青為基質(zhì)瀝青，按JTG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［5］的試驗(yàn)方法對(duì)基質(zhì)瀝青的性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1　70號(hào)道路石油瀝青性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

2)橡膠粉。試驗(yàn)所用橡膠粉為江蘇常州產(chǎn)的以廢舊貨車輪胎為原材料的40目(0．45 mm)膠粉，其性能指標(biāo)如表2，表3所示。

表2　橡膠粉的物理技術(shù)指標(biāo)

表3　橡膠粉的化學(xué)技術(shù)指標(biāo)　%

3)溫拌橡膠瀝青樣品制備。橡膠瀝青攪拌溫度為175℃± 5℃，攪拌速率為1 000 r/min，攪拌時(shí)間為45 min～60 min，膠粉摻量為外摻18%［6］。在制備Sasobit溫拌橡膠瀝青時(shí)，采用先拌勻Sasobit溫拌劑與熱瀝青，再摻拌橡膠粉的方法。

1．2試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)

本文參考國(guó)際上近年來對(duì)瀝青膠結(jié)料的主要研究成果，采用Fail temperature和零剪切粘度，15℃延度及低溫勁度指標(biāo)，極限疲勞溫度FTf等指標(biāo)對(duì)溫拌橡膠瀝青的高溫流變性能、低溫流變性能與抗老化性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1．2．1溫拌橡膠瀝青高溫流變性能研究

在進(jìn)行溫拌橡膠瀝青膠結(jié)料高溫流變性能評(píng)價(jià)時(shí)，選用Fail temperature和零剪切粘度(ZSV)兩個(gè)指標(biāo)。

1)Fail temperature。Fail temperature是利用車轍因子對(duì)數(shù)值log(G*/sinδ)—溫度T曲線的回歸方程，計(jì)算得到G*/sinδ=1 kPa時(shí)溫度值，此溫度值越大，表明材料的高溫性能越好。

2)零剪切粘度(ZSV)。零剪切粘度被認(rèn)為是反映膠結(jié)料粘度特性的最根本指標(biāo)。文中采用應(yīng)力水平為25 Pa，溫度為60℃時(shí)溫拌橡膠瀝青膠結(jié)料的蠕變及蠕變回復(fù)時(shí)間試驗(yàn)，通過Burgers模型擬合得到可靠的ZSV，回復(fù)階段ZSV越大，高溫性能越好。

1．2．2溫拌橡膠瀝青低溫流變性能研究

對(duì)于溫拌橡膠瀝青膠結(jié)料的低溫性能，文中選用15℃延度及低溫勁度指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1)15℃延度。延度可以評(píng)價(jià)瀝青的低溫性能，由于其試驗(yàn)方法簡(jiǎn)便、結(jié)果直觀等特點(diǎn)，在我國(guó)作為一種瀝青低溫性能評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。

2)蠕變勁度模量S值和蠕變曲線斜率m值。BBR試驗(yàn)在不同低溫條件下檢測(cè)得到的蠕變勁度S和蠕變速率m是近年來得到較廣泛認(rèn)可的評(píng)價(jià)膠結(jié)料的低溫性能的指標(biāo)。

1．2．3溫拌橡膠瀝青抗老化性能研究

AASHTOTPS試驗(yàn)將經(jīng)RTFO及PAV老化后瀝青的疲勞因子G*·sinδ作為瀝青膠結(jié)料疲勞性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。分別對(duì)瀝青進(jìn)行RTFO和PAV老化，分別進(jìn)行動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)，得到G*sinδ隨溫度變化的主曲線，極限疲勞溫度FTf的溫度應(yīng)為G*sinδ= 5．0 MPa時(shí)的溫度。FTf可以表征瀝青抗疲勞溫度區(qū)域的范圍，瀝青的疲勞溫度范圍隨FTf的減小而增大，此時(shí)表明瀝青的抗疲勞性能越好。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2．1高溫流變性能試驗(yàn)結(jié)果分析

1)Fail temperature。測(cè)試橡膠瀝青及溫拌橡膠瀝青的車轍因子G*/sin(δ)，得到車轍因子對(duì)數(shù)值log(G*/sinδ)和溫度T的關(guān)系圖，對(duì)結(jié)果進(jìn)行線性回歸，結(jié)果如圖1所示。

圖1　摻加不同Sasobit劑量的車轍因子測(cè)試結(jié)果

根據(jù)回歸分析的結(jié)果，計(jì)算G*/sinδ=1 kPa時(shí)的溫度，即Fail temperature。計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4　不同Sasobit摻量下瀝青的Fail temperature

分析表4中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，添加了Sasobit溫拌劑的橡膠瀝青的Fail temperature隨著Sasobit劑量的增加而增大，當(dāng)Sasobit劑量不小于3%時(shí)，F(xiàn)ail temperature值出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，說明從控制溫拌橡膠瀝青膠結(jié)料的高溫性能方面考慮Sasobit劑量宜控制在2．5%～3．0%之間。

2)零剪切粘度。對(duì)橡膠瀝青及溫拌橡膠瀝青進(jìn)行蠕變及蠕變回復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2　不同Sasobit摻量蠕變及蠕變回復(fù)曲線

用Burgers模型對(duì)蠕變回復(fù)試驗(yàn)的回復(fù)階段結(jié)果進(jìn)行擬合，可以得到比較可靠的零剪切粘度，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5　Burgers模型擬合得到的ZSV

根據(jù)表5和圖2中的數(shù)據(jù)，添加Sasobit溫拌劑的橡膠瀝青，在添加劑量小于2．5%時(shí)，蠕變回復(fù)試驗(yàn)計(jì)算的ZSV值相比于未添加溫拌劑的橡膠瀝青ZSV未有顯著增長(zhǎng)，而當(dāng)劑量達(dá)到3%時(shí)，ZSV值顯著增加。說明Sasobit溫拌劑的劑量需達(dá)到2．5%以上時(shí)才能明顯改善橡膠瀝青的抗車轍性能。

2．2低溫流變性能試驗(yàn)結(jié)果分析

1)15℃延度。橡膠瀝青、溫拌橡膠瀝青15℃延度的試驗(yàn)溫度如表6所示。

由表6中的數(shù)據(jù)可見，對(duì)于Sasobit溫拌橡膠瀝青，隨Sasobit摻量的增加溫拌橡膠瀝青的延度逐漸降低，其與橡膠瀝青相比更低。Sasobit溫拌劑的加入對(duì)橡膠瀝青的低溫性能具有不利影響。Sasobit屬于有機(jī)物，是一種石蠟，Sasobit在瀝青溫度低于熔點(diǎn)時(shí)會(huì)呈現(xiàn)網(wǎng)狀的晶格結(jié)構(gòu)，使得瀝青的粘度逐漸增大，導(dǎo)致瀝青變硬變脆。

表6　15℃延度試驗(yàn)指標(biāo)

2)蠕變勁度模量S值和蠕變曲線斜率m值。橡膠瀝青及溫拌橡膠瀝青在-12℃，-18℃，-24℃的蠕變勁度S和蠕變速率m值如表7所示。

表7　膠結(jié)料S和m值

由表7中的數(shù)據(jù)可見，隨溫拌劑摻量的增加，溫拌橡膠瀝青的勁度模量逐漸增加?？梢奡asobit摻量的增加導(dǎo)致溫拌橡膠瀝青的低溫彎曲流變性能變差，Sasobit溫拌劑的添加對(duì)改善橡膠瀝青的低溫性能是不利的。但依據(jù)Superpave膠結(jié)料規(guī)范，在常用劑量下，溫拌劑的摻入并不會(huì)降低橡膠瀝青的低溫PG等級(jí)。

2．3抗老化性能

對(duì)橡膠瀝青及溫拌橡膠瀝青進(jìn)行RTFO及PAV后疲勞因子G*·sin(δ)測(cè)試，得到疲勞因子對(duì)數(shù)值log(G*·sinδ)與溫度T曲線圖，進(jìn)行線性回歸，結(jié)果如圖3所示。

圖3　Sasobit橡膠瀝青l(xiāng)og（G*·sinδ）—T關(guān)系圖

根據(jù)回歸擬合的公式，計(jì)算G*·sinδ=5．0 MPa時(shí)的溫度，即極限疲勞溫度FTf。計(jì)算結(jié)果如表8所示。

表8　極限疲勞溫度FTf

由表8中數(shù)據(jù)可知，隨著Sasobit溫拌劑劑量的增加溫拌橡膠瀝青FTf值增加，并且大于未添加溫拌劑的橡膠瀝青的極限疲勞溫度，說明溫拌劑的加入會(huì)降低橡膠瀝青的抗疲勞性能，橡膠瀝青的抗疲勞性能隨著溫拌劑劑量的增加而降低。因此，在選擇溫拌劑劑量的時(shí)候劑量不宜過多，以免降低橡膠瀝青抗疲勞性能。經(jīng)過綜合考慮，建議Sasobit劑量不大于3%。

3　結(jié)語

通過對(duì)不同Sasobit摻量的溫拌橡膠瀝青高溫性能、低溫性能、老化性能的比較，從提高溫拌橡膠瀝青綜合性能方面考慮，得出了以下結(jié)論:1)Sasobit溫拌劑對(duì)橡膠瀝青高溫性能具有顯著的改善作用;2)Sasobit溫拌劑的添加會(huì)使橡膠瀝青的低溫性能變差，但在常規(guī)摻量時(shí)，溫拌劑加入不會(huì)降低橡膠瀝青的低溫PG等級(jí);3)Sasobit溫拌劑的加入會(huì)降低橡膠瀝青的抗疲勞性能，且溫拌橡膠瀝青抗疲勞性能隨著溫拌劑劑量的增加而降低;4)綜合考慮溫拌橡膠瀝青的各項(xiàng)性能，推薦Sasobit溫拌劑的劑量為2．5%～3%之間。

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On influence of Sasobit temperature mixing agent in rheological properties of rubber asphalt

Yuan Lu
(Haimen Road Administrative Office，Nantong 226100，China)

Abstract:According to the tests，the paper analyzes the influence of the Sasobit temperature mixing agent in rheological properties of rubber asphalt from the high temperature rheological properties，low temperature rheological properties，anti-aging performance，proves by the result that the addition of the Sasobit temperature mixing agent can improve the high temperature performance of the rubber asphalt，while it has some unfavorable influence for its low temperature and anti-aging performances，and has the comprehensive consideration about the performances and indexes with its optimal agent volume between 2．5%～3%．

Key words:rubber asphalt，Sasobit temperature mixing agent，rheological properties，anti-aging performance

作者簡(jiǎn)介:袁露(1980-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-27

文章編號(hào):1009-6825(2016)01-0120-03

中圖分類號(hào):TU535

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A