儲存條件對膠粉改性瀝青性能影響

張志剛，郭彩節(jié)，張景然，杜帥峰，殷衛(wèi)永

（1、宜陽縣公路管理局 河南洛陽471699；2、河南省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司 鄭州450000）

0 引言

與SBS 改性瀝青等常規(guī)改性瀝青相比，膠粉改性瀝青中膠粉顆粒未完全與基質瀝青發(fā)生反應，改性瀝青中存在部分懸浮橡膠顆粒［1-3］，這對膠粉改性瀝青儲存穩(wěn)定性造成不利影響。膠粉改性瀝青高溫儲存過程中膠粉顆粒易聚團離析［4-6］，嚴重影響膠粉改性瀝青性能。因此，膠粉改性瀝青不宜長時間儲存。但實際工程應用中，由于受到施工作業(yè)面限制、天氣變化、機械設備故障等因素影響，膠粉改性瀝青有時不能及時使用完畢而暫時儲存。膠粉改性瀝青儲存過程中，對其性能影響最為顯著的為儲存溫度和儲存時間［7，8］。為分析膠粉改性瀝青儲存過程中性能變化規(guī)律并確保膠粉改性瀝青良好的使用性能，亟需研究不同儲存條件對膠粉改性瀝青性能的影響。

基于此，本文模擬工程實際條件，對膠粉改性瀝青在不同條件下儲存，研究儲存條件對膠粉改性瀝青高溫性能、低溫性能和黏度的影響，以期為相關工程應用提供參考。

1 原材料

1.1 基質瀝青

采用中海油AH-70 作為基質瀝青制備膠粉改性瀝青，AH-70瀝青各項指標如表1所示。

1.2 橡膠粉

本文采用的橡膠粉細度為40目，性能指標檢測結果如表2所示。

表1 AH-70基質瀝青檢測結果Tab.1 Test Results of AH-70 Base Asphalt

表2 橡膠粉性能指標Tab.2 Performance Index of Rubber Powder

2 不同儲存條件的膠粉改性瀝青制備

本文先制備普通膠粉改性瀝青。膠粉摻量為以基質瀝青為基準外摻20%，同時摻加0.7%表面活性劑和0.2%交聯劑。膠粉改性瀝青制備工藝為在180℃條件下先以2 000 r/min的轉速攪拌45 min，然后以3 500 r/min剪切攪拌45 min。為模擬實際工程條件并確定最佳儲存條件，將膠粉改性瀝青在不同的溫度下儲存不同時間，儲存溫度分別為175℃、155℃、135℃，儲存時間分別為12 h、24 h、36 h、48 h、50 h，制備得到不同儲存條件的膠粉改性瀝青。儲存環(huán)境為室內恒溫烘箱，儲存過程分持續(xù)攪拌和靜置2種條件。靜置儲存過程中，膠粉改性瀝青始終未被攪拌處理。持續(xù)攪拌是將攪拌設備放置于烘箱上部，攪拌轉動軸通過烘箱上部通孔穿過，旋轉葉片可在烘箱內部旋轉。儲存過程中，對瀝青持續(xù)攪拌速率為300 r/min，模擬工程應用過程中瀝青罐中持續(xù)攪拌。

3 不同儲存條件對膠粉改性瀝青性能的影響

3.1 高溫性能

采用軟化點評價不同儲存條件下膠粉改性瀝青高溫性能。儲存過程中持續(xù)攪拌膠粉改性瀝青，在設定溫度下達到設定時間后，直接取樣，按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程：JTG E20-2011》測試。儲存過程中靜置膠粉改性瀝青，在設定溫度下達到設定時間后，先以300 r/min 速度攪拌5～10 min，然后取樣按照規(guī)程測試。不同儲存條件的膠粉改性瀝青測試結果如圖1所示。

圖1 不同儲存條件下膠粉改性瀝青軟化點Fig.1 Softening Point of Crumb Rubber Modified Asphalt under Different Storage Conditions

由圖1 分析可知，不同條件下儲存后膠粉改性瀝青軟化點呈現先升高后降低的整體趨勢。攪拌和靜置儲存時，不同溫度均在儲存12 h 后軟化點達到峰值。這主要是由于在短期儲存時間內，膠粉在瀝青中進一步溶脹、發(fā)育，膠粉顆粒軟化。瀝青中輕質組分被膠粉吸收，瀝青質增多，即膠粉對基質瀝青的改性作用增強，改性瀝青軟化點升高。隨著儲存時間增加，膠粉顆粒在瀝青中充分溶脹后，逐步開始降解過程。隨著降解時間增加，膠粉部分離析，膠粉改性作用降低，導致軟化點逐步降低。

攪拌和靜置條件下，儲存溫度越高，后期軟化點降低幅度越大。表明溫度升高，膠粉降解程度加快，改性作用明顯降低。當儲存時間達到60 h 時，135℃儲存溫度下，改性瀝青軟化點最高。相同儲存溫度和時間下，靜置儲存軟化點降低更加明顯。這主要是由于靜置條件下膠粉改性瀝青更容易離析，改性作用降低。靜置儲存溫度越低，后期軟化點降低越低，表明低溫儲存可減少膠粉改性瀝青離析。

3.2 低溫性能

采用5℃延度分析不同儲存條件下膠粉改性瀝青低溫性能變化規(guī)律。與測試軟化點相同，儲存過程中持續(xù)攪拌膠粉改性瀝青，達到設定時間后直接取樣測試。未攪拌的膠粉改性瀝青，達到設定時間后先攪拌再取樣測試。不同儲存條件的膠粉改性瀝青延度測試結果如圖2所示。

圖2 不同儲存條件下膠粉改性瀝青延度Fig.2 Ductility of Crumb Rubber Modified Asphalt under Different Storage Conditions

由圖2 分析可知，不同條件下儲存后膠粉改性瀝青延度呈現先升高后降低的整體趨勢。持續(xù)攪拌時，不同溫度下均在儲存36 h時延度達到峰值；靜置儲存時，不同溫度下均在儲存24 h時延度達到峰值。這主要是由于前期儲存過程中膠粉的溶脹、發(fā)育進一步增強，對瀝青的改性作用提升。隨著儲存時間增加，延度達到峰值后迅速下降。儲存溫度越高，下降速度越快。當儲存時間為60 h 時，135℃儲存延度最高，其次為155℃儲存延度。這是由于隨著儲存時間增加，膠粉逐漸降解，膠粉改性瀝青逐漸離析，膠粉析出凝絮，改性作用降低。但隨著儲存時間增加，溫度越高，延度降低幅度越明顯。表明長時間儲存時，溫度不宜過高。

此外，膠粉改性瀝青延度，比常規(guī)SBS 改性瀝青整體偏低，這主要是由于橡膠粉在瀝青中并未完全融解。延度測試過程中，改性瀝青中的橡膠顆粒在拉伸時容易形成應力集中現場，導致膠粉改性瀝青更容易斷裂，且斷面粗糙，面積較大。

3.3 黏度

膠粉改性瀝青較常規(guī)改性瀝青具有較高的黏度，正是由于其高黏特征，使其具有優(yōu)異的高溫性能，黏度也是膠粉改性瀝青使用性能的重要指標。由于膠粉改性瀝青儲存過程中膠粉溶脹、發(fā)育和離析等作用，不同溫度和儲存時間會影響瀝青黏度。膠粉改性瀝青表現出較強的非牛頓流體特征，需要嚴格控制測試條件。相關研究［9，10］表明，177℃黏度能較好地反應膠粉改性瀝青性能。本文采用測試溫度為177℃，27#轉子，轉速20 r/min。試驗結果如圖3所示。

圖3 不同儲存條件下膠粉改性瀝青黏度Fig.3 Viscosity of Crumb Rubber Modified Asphalt under Different Storage Conditions

由圖3分析可知，不同儲存條件下，隨著儲存時間增加，膠粉改性瀝青黏度均逐漸降低。在靜置條件下，當儲存時間小于36 h時，降低幅度較小，隨后降低幅度略有增加。前期黏度降低主要是儲存過程中膠粉軟化，膠粉顆粒在瀝青中溶脹降解程度加深。前期的黏度降低有利于提高膠粉改性瀝青性能和施工和易性，避免黏度過高導致泵送過程中堵塞管道。但隨著儲存時間增加，膠粉降解程度加深，過度裂解，且改性瀝青出現離析，膠粉顆粒析出，導致改性瀝青黏度大幅降低，使得膠粉改性瀝青已失去其高黏特征。因此，儲存時間過長對膠粉改性瀝青使用性能產生較嚴重不利影響。

相同儲存溫度和儲存時間下，當儲存時間小于36 h 時，攪拌條件下，膠粉改性瀝青黏度降低速度更快。這是由于在該過程中，膠粉溶脹起主導作用，攪拌可促進膠粉溶脹。當儲存時間大于36 h時，靜置條件下黏度降低速度更快，這主要是由于該過程中改性瀝青已產生離析，而靜置條件下改性瀝青離析更加嚴重，黏度降低更明顯。在儲存時間相同時，儲存溫度越高，黏度降低越快，表明高溫條件下，膠粉溶脹、降解和離析過程都將加快，膠粉改性瀝青不宜長時間高溫靜置儲存。

4 結論

通過上述對不同儲存溫度和儲存時間下膠粉改性瀝青的高溫性能、低溫性能和黏度的研究，可得出以下結論：

⑴隨著儲存時間增加，不同儲存溫度下，膠粉改性瀝青軟化點在儲存12 h前逐漸增加，隨后降低。儲存溫度越高，軟化點前期增加和后期降低速度越快。儲存過程中靜置時，軟化點前期增加較緩慢，后期降低速度較快。

⑵隨著儲存時間增加，不同儲存溫度時，攪拌條件下膠粉改性瀝青延度36 h 前緩慢增加，隨后降低。靜置條件下膠粉改性瀝青延度24 h前緩慢增加，隨后降低。與攪拌條件相比，靜置條件下，延度前期增加幅度較小，后期降低幅度較顯著。

⑶隨著儲存時間增加，不同儲存溫度下，膠粉改性瀝青黏度均逐漸降低。前期降低幅度較慢，后期降低幅度較快。相同條件下，儲存溫度越高，黏度降低幅度越快。與攪拌條件相比，靜置條件下，后期黏度降低幅度更顯著。

⑷膠粉改性瀝青12 h 以內短時間儲存，有助于膠粉充分溶脹，軟化點和延度增加，黏度降低，有助于提升改性瀝青使用性能并利于施工。但是長時間儲存，尤其是長時間高溫靜置儲存，膠粉改性瀝青性能顯著降低。