汽油活化膠粉改性瀝青低溫蠕變特研究

王夏 鄒靜榮

摘要：為了研究膠粉汽油活化后對橡膠瀝青低溫性能的影響，采用BBR試驗對活化膠粉制備橡膠瀝青的低溫性能進行分析，并與普通橡膠瀝青的勁度模量S和蠕變速率m進行對比。在此基礎(chǔ)上，探討了不同活化膠粉摻量（10%、15%、20%）對瀝青低溫抗裂性能的作用效果。結(jié)果表明：1）隨著試驗時間的逐漸增加，橡膠瀝青的蠕變勁度S逐漸減小，蠕變速率m逐漸增加;2）膠粉經(jīng)活化后顯著提高了橡膠瀝青的低溫抗裂性;3）膠粉摻量越大，活化作用提高橡膠瀝青低溫抗裂的效果越明顯;4）Burgers模型可以準確的分析BBR試驗中橡膠瀝青的低溫蠕變勁度模量。

關(guān)鍵詞：道路工程;橡膠瀝青;汽油活化;低溫性能

中圖分類號：U414

0 引 言

橡膠瀝青是將膠粉與瀝青混溶后形成的改性瀝青，因其具有優(yōu)良的路用性能被廣泛應(yīng)用。但是目前大量關(guān)于橡膠瀝青研究認為其性? 能改善主要針對高溫性能，對于低溫性能的提升并不顯著。因此，有必要尋求一種簡單經(jīng)濟的方法提升橡膠瀝青的低溫性能。而對膠粉進行活化處理，從而有效提升瀝青性能已經(jīng)成為一個新的研究方向。Shatanawi等人研究認為膠粉經(jīng)過熱水處理后，可以減少膠粉中的輕質(zhì)組分，并有效改善膠粉和瀝青之間的相容性。肖建軍等人采用次氯酸鈉對膠粉進行活化后制備橡膠瀝青，發(fā)現(xiàn)次氯酸鈉活化膠粉可以顯著提升橡膠瀝青的性能。薛哲等發(fā)現(xiàn)過氧化苯甲酰可以氧化膠粉表面的活性基團，降低膠粉的惰性。對基于此，該文提出了用汽油對膠粉進行活化并制備橡膠瀝青的方法，并針對不同膠粉摻量下的橡膠瀝青低溫性能進行的研究。

1 實 驗

1.1 原材料

基質(zhì)瀝青采用鎮(zhèn)海90號瀝青，性質(zhì)檢測結(jié)果見表1。選用常溫法生產(chǎn)的40目膠粉，同時考慮膠粉生產(chǎn)方法對粒徑的影響，將膠粉過40目膠粉篩后備用，40目是30～40目之間的篩余量。

1.2 活化橡膠瀝青的制備

首先將膠粉進行烘干脫水30 min，烘干設(shè)備選用恒溫干燥箱，然后向膠粉中加入97#號汽油進行充分攪拌10min，其中膠粉和汽油的比例為2：1，攪拌完后放入密閉容器中72 h。將基質(zhì)瀝青加熱170℃左右，隨后向瀝青中加入膠粉，并開始攪拌，控制攪拌溫度在180℃恒定，攪拌速率為1 500 r/min，攪拌60 min后，即制得橡膠瀝青。制備完成后測試其各項性能指標。

2 結(jié)果與討論

2.1 蠕變勁度和蠕變速率隨時間的變化規(guī)律

本研究所有橡膠瀝青樣品的BBR試驗溫度為-24℃。由圖1可知，隨著測試時間的增加，橡膠瀝青試樣的蠕變勁度S逐漸減小，而蠕變速率m逐漸增大，當時間超過50s后，瀝青各試樣曲線趨于平緩。這符合用蠕變勁度S和蠕變速率m表征瀝青在低溫條件與固定荷載下的粘彈性特征規(guī)律。

2.2 蠕變勁度和蠕變速率膠粉摻量的變化規(guī)律

按照美國SHRP計劃中采用BBR試驗評價瀝青的低溫性能的方法 ，試驗以測得瀝青的60 s彎曲蠕變勁度模量 S 和蠕變速率 m 作為評價指標。其中S≤300MPa，m≥0.3。由圖2（a）可知，隨著膠粉摻量的增加，橡膠瀝青的蠕變勁度S逐漸減小。說明膠粉摻量越大，橡膠瀝青的低溫抗裂性越好。膠粉摻量相同的條件下，活化橡膠瀝青的蠕變勁度S明顯小于普通橡膠瀝青，說明膠粉經(jīng)汽油活化后顯著提高了橡膠瀝青的低溫抗裂性。膠粉摻量為10%時，活化后的橡膠瀝青比普通橡膠瀝青蠕變勁度S降低了約6.9%;膠粉摻量為15%時，活化后的橡膠瀝青比普通橡膠瀝青蠕變勁度S降低了約9.1%;膠粉摻量為20%時，活化后的橡膠瀝青比普通橡膠瀝青的蠕變勁度S降低了約30%，可見膠粉摻量越大，活化作用提高橡膠瀝青低溫抗裂的效果越明顯。

由圖2（b）可知，隨著膠粉摻量的增加，活化橡膠瀝青和普通橡膠瀝青的蠕變速率m雖然逐漸增大，但是增大幅度較小，說明膠粉摻量在10%～20%的范圍內(nèi)，對橡膠瀝青的應(yīng)力松弛性能影響不是十分顯著。膠粉摻量相同的條件下，活化橡膠瀝青的蠕變速率m略大于普通橡膠瀝青，說明膠粉經(jīng)汽油活化后對橡膠瀝青的應(yīng)力松弛性能有所提高。

2.3 瀝青低溫蠕變模型的建立

Burgers模型是由Kelvin模型和Maxwell模型串聯(lián)組成的四元粘彈性模型，Burgers模型如圖3所示，大量研究表明該模型可以很好地表征瀝青材料的粘彈特性，因此本研究采用Burgers模型進行橡膠瀝青的低溫蠕變特性的數(shù)據(jù)擬合，并分析Burgers模型對活化橡膠瀝青的適用性。

根據(jù)Burgers模型擬合得到的普通橡膠瀝青和活化橡膠瀝青的蠕變勁度模量和通過試驗得到的勁度模量對比如圖4所示，其中原點表示試驗結(jié)果，曲線表示模型擬合結(jié)果，擬合結(jié)果的相對誤差如圖5所示。

由圖4和5可知，由Burgers模型擬合得到的蠕變勁度模量與試驗得到的勁度模量十分接近，具有一致的變化趨勢;不同時間點的擬合相對誤差都在0.6%以內(nèi);擬合的相關(guān)性系數(shù)都在0.999以上，說明Burgers模型不僅可以準確的分析BBR試驗中普通橡膠瀝青的低溫蠕變勁度模量，對于活化橡膠瀝青Burgers模型也同樣適用。

3 結(jié) 論

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第一作者：王夏（1991-），男，湖南益陽人，碩士研究生

導(dǎo)師簡介：鄒靜榮（1981-），女，湖北應(yīng)城人，碩士，副教授.