橡膠粉改性瀝青動態(tài)剪切流變性能研究

米寧

摘 要：在70#A級道路石油瀝青中分別摻加0%、5%、10%和15%的橡膠粉，利用高速剪切乳化機(jī)制備出橡膠粉改性瀝青，通過針入度、延度和軟化點試驗得到橡膠粉改性瀝青的基本性能指標(biāo)。同時，基于流變學(xué)分析方法，利用動態(tài)剪切流變儀對30、40、50℃和60℃溫度條件下的橡膠粉改性瀝青的動態(tài)力學(xué)特性進(jìn)行測試和分析。

關(guān)鍵詞：基質(zhì)瀝青；橡膠粉改性瀝青；動態(tài)剪切流變試驗

中圖分類號：TU52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）08-0083-03

Research of Dynamic Shear Rheological Properties of Rubber

Powder Modified Asphalt

MI Ning

（Transportation Capital Construction Project Quality Supervision Station of Pingdingshan，Pingdingshan Henan 467036 ）

Abstract： Rubber powder modified asphalt was prepared by high speed shear emulsification mechanism by adding 0%， 5%， 10% and 15% rubber powder respectively in the 70#A grade of road oil asphalt. The basic performance indexes of rubber powder modified asphalt were obtained by means of penetration， delay and softening point.And the dynamic mechanical properties of modified asphalt of rubber powder were tested and analyzed using dynamic shear rheometer based on rheological analysis method.

Keywords： matrix asphalt；rubber powder modified asphalt；dynamic shear rheologicaltes

1 研究背景

使用廢舊輪胎制備而成的橡膠粉改性瀝青不但能實現(xiàn)廢舊輪胎的再利用，而且能提高瀝青的高溫性能，增強(qiáng)瀝青混合料的抗車轍變形能力，起到一舉兩得的作用。因此，國內(nèi)外很多學(xué)者對廢舊輪胎橡膠粉改性瀝青的性能進(jìn)行了研究，并且將橡膠粉改性瀝青應(yīng)用到工程實際中[1-3]。

叢培瑞[4]研究了橡膠粉改性瀝青的穩(wěn)定性問題；曹榮吉對斷級配橡膠瀝青混合料進(jìn)行了相關(guān)試驗研究[5]；王靜[6]和王真真[7]分別就橡膠瀝青的加工工藝和混合機(jī)理進(jìn)行了深入研究。近年來，許多學(xué)者基于流變學(xué)的黏彈性力學(xué)理論對橡膠粉改性瀝青性能進(jìn)行研究，從橡膠粉改性瀝青的力學(xué)機(jī)理方面解釋了橡膠粉改性瀝青的性能[8-11]。

因此，本文基于流變學(xué)黏彈性理論，對不同橡膠粉摻量改性瀝青的基本性能指標(biāo)和動態(tài)剪切流變性能進(jìn)行分析研究，探討橡膠粉摻量對橡膠粉改性瀝青黏彈性能的影響，為橡膠粉改性瀝青的應(yīng)用提供理論支撐。

2 原材料與性能指標(biāo)

2.1 基質(zhì)瀝青

本次試驗使用70#A級道路石油瀝青。其主要技術(shù)性能如表1所示。

2.2 橡膠粉

本試驗使用的橡膠粉由廢舊輪胎常溫粉碎法加工得到，其細(xì)度為50目。

3 橡膠粉改性瀝青的制備

將瀝青試樣和橡膠粉分別置入130℃的烘箱中加熱備用，然后根據(jù)5%、10%和15%不同的摻量秤取橡膠粉，再將稱好的橡膠粉倒入桶中并進(jìn)行人工拌合，將人工拌合后的橡膠粉改性瀝青試樣置入160℃烘箱中繼續(xù)加熱2h左右，然后利用弗魯克FA60型間歇式高剪切分散乳化機(jī)進(jìn)行高速剪切乳化拌合0.5h以上，轉(zhuǎn)速為3 000rad/s。在攪拌過程中，用紅外線感溫儀監(jiān)測瀝青表面溫度。

4 橡膠粉改性瀝青三大指標(biāo)試驗

在25℃試驗條件下，不同摻量橡膠粉改性瀝青的針入度試驗結(jié)果如圖1所示。從圖1可以明顯發(fā)現(xiàn)橡膠粉改性瀝青的針入度值都要比基質(zhì)瀝青的針入度值小，橡膠粉改性瀝青的硬度要比基質(zhì)瀝青硬，但隨著橡膠粉的摻量增加，橡膠粉改性瀝青的針入度值下降幅度并不是很大。不同摻量橡膠粉改性瀝青的軟化點試驗結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，隨著橡膠粉摻量的逐漸增大，橡膠粉改性瀝青的軟化點越來越高。橡膠粉改性瀝青延度試驗結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，加入橡膠粉后橡膠改性瀝青的延度值要比基質(zhì)瀝青的延度低，這表明橡膠粉的摻入降低了瀝青的塑性，延性變得越來越差，且橡膠粉的摻量變化對改性后瀝青的延度變化影響較小。

5 橡膠粉改性瀝青的頻率掃描試驗

使用DHR-1型動態(tài)剪切流變儀（如圖4所示）進(jìn)行動態(tài)頻率掃描，本次試驗的掃描頻率范圍為0.1～10rad/s，應(yīng)變值設(shè)定為1.25%，測試溫度分別為30、40、50℃和60℃，試驗結(jié)果如圖5至圖8所示。

從圖上可以看出，橡膠粉改性瀝青的剪切模量都隨著頻率的增加而不斷增加；同一個頻率條件下，橡膠粉改性瀝青的復(fù)模量隨著橡膠粉摻量的增加而增大，且溫度越高，增加的幅度越大，說明橡膠粉改性瀝青在高溫條件下具有更優(yōu)異的抗變形能力，進(jìn)而能大幅提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性

6 結(jié)論

通過不同摻量橡膠粉改性瀝青試樣分別進(jìn)行了三大性能指標(biāo)試驗和動態(tài)頻率掃描試驗，得出橡膠粉改性瀝青性能變化規(guī)律。

①隨著橡膠粉摻量的增加，改性瀝青的針入度逐漸下降，即瀝青的粘稠性得到提高，并且提高了改性瀝青的軟化點，說明提高了瀝青的高溫性能，但橡膠粉的摻加降低了瀝青的延度。

②橡膠粉改性瀝青的剪切模量都隨著頻率的增加而不斷增加；同一個頻率條件下，橡膠粉改性瀝青的復(fù)模量隨著橡膠粉摻量的增加而增大，且溫度越高，增加的幅度越大。這說明橡膠粉改性瀝青在高溫條件下具有更優(yōu)異的抗變形能力，進(jìn)而能大幅提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉智剛，孔憲明，余劍英，等.橡膠粉改性瀝青的研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2003（1）：11-14.

[2]張春生.橡膠粉瀝青的試驗研究及其工程應(yīng)用[D].長春：吉林大學(xué)，2004.

[3]石洪波，鄒明旭，廖克儉，等.廢橡膠粉改性道路瀝青的研究進(jìn)展[J].能源化工，2005（2）：27-30.

[4]叢培瑞.橡膠粉改性瀝青儲存穩(wěn)定性及性能評價指標(biāo)研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2008.

[5]曹榮吉.橡膠瀝青及斷級配混合料的試驗研究[D].南京：東南大學(xué)，2009.

[6]王靜.廢橡膠粉改性瀝青的室內(nèi)加工工藝研究[D].西安：長安大學(xué)，2010.

[7]王真真.廢舊橡膠粉改性瀝青混合機(jī)理及實驗研究[D].青島：青島科技大學(xué)，2012.

[8]潘禮清.膠粉改性瀝青高溫流變性能研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，2013.

[9]陳薇.橡膠瀝青高溫黏彈性能試驗研究[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2013.

[10]高芳.不同級配橡膠瀝青混合料疲勞性能研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2015.

[11]譚華，胡松山，劉斌清，等.基于流變學(xué)的復(fù)合改性橡膠瀝青黏彈特性研究[J].土木工程學(xué)報，2017（1）：115-122.