不同類型橡膠改性瀝青感溫性評價與分析

顏建春　袁海濤

作者簡介：

顏建春（1979—），碩士，高級工程師，研究方向：公路工程;

袁海濤（1990—），碩士，工程師，主要從事道路材料研發(fā)咨詢工作。

摘要：文章對普通橡膠改性瀝青和橡膠復合改性瀝青進行溫度敏感性研究，綜合分析了針入度指數(shù)、針入度黏度指數(shù)和黏溫指數(shù)等指標的適用性，并將橡膠瀝青的使用溫度分為低、中、高三個溫度區(qū)段，不同溫度區(qū)段應采用不同的指標評價溫度敏感性。結果表明：隨著膠粉和SBS摻量的增加，這兩類橡膠瀝青在低中溫區(qū)段的溫度敏感性逐漸降低，說明改性劑的摻入降低了瀝青的溫度敏感性，提高了瀝青的穩(wěn)定性，而在高溫區(qū)段內(nèi)橡膠復合改性瀝青的溫度敏感性略高于純膠粉改性瀝青。

關鍵詞：橡膠瀝青;感溫性分析;評價指標

中國分類號：U416.03A050164

0 引言

瀝青路面在使用過程中，經(jīng)受最多的是自然溫度的循環(huán)作用，此時瀝青結合料需要具備較好的溫度適應性和抵抗性來保證結構的穩(wěn)定，即對溫度變化越不敏感的瀝青更利于路面結構的長久使用。張[HTXH1]喆等[1]分析了國內(nèi)外多種道路石油瀝青的感溫性，認為采用國際針入度指數(shù)能較好地評價瀝青的感溫性，更符合瀝青路面實際情況;王嵐等[2]利用DSR試驗獲得了瀝青的黏溫指數(shù)VTS，并利用該指標對道路石油瀝青、橡膠瀝青等瀝青老化前后的感溫性進行了分析;徐曉娟[3]對多種基質(zhì)瀝青和改性瀝青進行了多指標的溫感性分析，認為動態(tài)剪切流變試驗得到的GTS指標能更精確合理地評價瀝青的溫度敏感性;王楓成等[4]對摻溫拌劑的改性瀝青進行了溫度敏感性分析;郭詠梅[5]采用動態(tài)剪切試驗數(shù)據(jù)回歸分析得到的黏溫指數(shù)VTS評價了SBS改性瀝青的溫度敏感性;康愛紅等[6]認為黏溫體系參數(shù)由于精度較好，可以作為膠粉改性瀝青感溫性能的評價指標;龍海濤等[7]采用手持黏度計測量黏溫曲線方法，認為能夠較好地檢測橡膠瀝青的溫度敏感性。

橡膠瀝青作為一種節(jié)能環(huán)保、性能優(yōu)良的筑路材料，近些年得到了越來越多的應用。但對橡膠瀝青的溫度敏感性分析工作尚有不足，目前瀝青溫感性分析主要圍繞基質(zhì)瀝青和改性瀝青進行，針對普通橡膠改性瀝青尤其是橡膠復合改性瀝青的溫度敏感性研究不夠深入。本文在比較目前常用的感溫性評價指標的基礎上，通過對試驗結果進行分析，確定了在不同應用條件下最適合評價橡膠瀝青感溫性的指標。

1 試驗

1.1 試樣制備

本文所述不同類型橡膠瀝青指不同摻量的普通橡膠改性瀝青和SBS-膠粉復配的橡膠改性瀝青。主要采用70#A級道路石油瀝青、（30～80）目橡膠粉、SBS改性劑等原材料，在高速剪切機和攪拌機的作用下加工成普通橡膠瀝青及復合改性瀝青。普通橡膠瀝青加工工藝為：將70#A級道路石油瀝青加熱到180 ℃后，分別加入16%、18%、20%、22%、24%的橡膠粉，攪拌60 min后剪切10 min再攪拌30 min后加工完畢。橡膠復合改性瀝青加工工藝為：將70#A級道路石油瀝青加熱到180 ℃后，分別加入0.5%、1%、1.5%和2%的SBS改性劑，攪拌均勻后剪切30 min，然后攪拌60 min，再加入20%摻量的橡膠粉，攪拌90 min后加工完畢。

1.2 試驗方法

國內(nèi)外的瀝青感溫性評價指標主要有以下幾種。

1.2.1 針入度指數(shù)PI

我國在“八五”瀝青研究成果基礎上綜合考慮國際上的瀝青感溫性指標，提出了利用三個及以上溫度的針入度線性回歸并計算得到的適合國產(chǎn)瀝青的針入度指數(shù)PIpen。而國際上最常用的是利用25 ℃針入度和軟化點計算得到的國際針入度指數(shù)PIpen R&B。兩者均利用了針入度對數(shù)與溫度之間存在的線性關系，區(qū)別在于回歸曲線的斜率取值不同，最終的計算公式如式（1）、式（2）所示。

2 結果分析

2.1 針入度指數(shù)PI

對普通膠粉改性橡膠瀝青和橡膠復合改性瀝青分別進行15 ℃、25 ℃、30 ℃針入度及軟化點試驗，并計算兩種針入度指數(shù)。計算結果如表1和圖1～2所示。

根據(jù)試驗結果，不同類型的橡膠瀝青其針入度指數(shù)PIpen不同，整體隨改性劑摻量增加而增加，但規(guī)律不明顯，這可能是由于膠粉等大顆粒的存在影響了針入度的準確性，且測量次數(shù)越多越容易受到干擾。而國際針入度指數(shù)PIpen R&B隨著膠粉及SBS摻量的增加呈現(xiàn)出較為明顯的增長趨勢，意味著此時的橡膠瀝青溫度敏感性逐漸下降，具有越來越好的抵抗溫度變化的能力。這說明改性劑的加入有效降低了橡膠瀝青的感溫性，且在低溫的使用環(huán)境下（25 ℃～60 ℃），采用國際針入度指數(shù)PIpen R&B能更好地評價橡膠瀝青的溫度敏感性。

2.2 針入度黏度指數(shù)PVN

在測量25 ℃針入度基礎上，再通過測量各種瀝青的135 ℃布氏黏度計算得到針入度黏度指數(shù)PVN，結果如表2和圖3～4所示。

根據(jù)計算公式，得到了不同類型橡膠瀝青的針入度黏度指數(shù)PVN。由試驗結果可知，隨著膠粉及SBS等改性劑摻量的增加，針入度黏度指數(shù)PVN呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，規(guī)律與國際針入度指數(shù)PIpen R&B相似，且均大于A級使用要求范圍內(nèi)的PVN值，說明經(jīng)過膠粉和SBS改性，傳統(tǒng)橡膠瀝青及橡膠復合改性瀝青的溫度敏感性大大降低，完全滿足重載交通的使用要求。另外，通過比較20%膠粉改性橡膠瀝青與摻加SBS復配橡膠瀝青的PVN可知，摻加SBS改性劑后，PVN值均有提高，表明增加SBS復配后能更好地增強橡膠瀝青的性能，提高路用性能。綜上所述，可以認為針入度黏度指數(shù)PVN可以用于橡膠瀝青在中溫（60 ℃～135 ℃）環(huán)境下的溫度敏感性評價。

2.3 黏溫指數(shù)VTS

對不同類型的橡膠瀝青的高溫區(qū)黏度進行測量，分別測量135 ℃、150 ℃、165 ℃、180 ℃的布氏黏度，并分別計算不同溫度區(qū)間內(nèi)的黏溫指數(shù)，結果如表3和圖5～6所示。

根據(jù)試驗結果可知，純膠粉改性瀝青隨膠粉摻量的增加，各溫度段及VTS135-180基本呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，表明膠粉摻量的增加有助于降低橡膠瀝青的溫度敏感性，規(guī)律同中低溫的一致。這說明黏溫指數(shù)VTS能在一定溫度范圍內(nèi)（135 ℃～180 ℃）表征橡膠瀝青高溫時的溫度敏感性。而對于SBS復合改性橡膠瀝青，由于SBS改性后在高溫下黏度相對較小，在一定程度上稀釋了同摻量膠粉改性橡膠瀝青，因此隨SBS改性劑摻量的增加，SBS復合改性橡膠瀝青的溫度敏感性略有下降，但同20%膠粉改性瀝青的黏溫指數(shù)VTS相比仍偏大，說明SBS改性劑的加入仍有一定的降低溫度敏感性的作用，但摻量不宜過高。另外，高摻量及復配SBS的橡膠瀝青在135 ℃和180 ℃時的黏度相差較大，因此需要注意施工溫度，以降低溫度變化對施工造成的影響。

3 結語

（1）根據(jù)橡膠瀝青在不同溫度范圍內(nèi)的不同特點，劃分了低、中、高溫區(qū)段，分別采用國際針入度指數(shù)、針入度黏度指數(shù)和黏溫指數(shù)來評價溫度敏感性，其評價結果在低、中溫時規(guī)律基本一致，在高溫時不同瀝青反映出不同的溫度敏感性。

（2）純膠粉改性橡膠瀝青的溫度敏感性隨膠粉摻量的增加而逐漸降低，說明膠粉的摻入改善了基質(zhì)瀝青的感溫性，有助于瀝青的溫度穩(wěn)定性。而SBS膠粉復合改性瀝青在低、中溫時同樣隨SBS及膠粉改性劑摻量的增加而改善了溫度敏感性，但在高溫區(qū)段時，隨著SBS改性劑摻量的增加，復合改性瀝青的黏溫指數(shù)略有降低，但感溫性仍好于未摻SBS的橡膠瀝青。

（3）高膠粉摻量及復配SBS的橡膠瀝青在135 ℃和180 ℃時的黏度相差較大，溫度敏感性較常溫時增加，應加強施工過程中拌和、攤鋪、碾壓時的溫度控制，正確利用好橡膠瀝青的溫度敏感性規(guī)律，實現(xiàn)橡膠瀝青的合理化工程應用。

參考文獻：

[1]張 [HTXH1]喆，陸學元.瀝青感溫性技術指標的分析與評價[J].安徽建筑工業(yè)學院學報（自然科學版），2010，18（4）：20-24.

[2]王 嵐，胡江三，陳 剛，等.不同改性瀝青溫度敏感性[J].功能材料，2015，46（4）：4 086-4 090，4 095.

[3]徐曉娟.瀝青膠結料溫度敏感性評價指標適用性研究[J].現(xiàn)代交通技術，2009，6（6）：7-10.

[4]王楓成，朱建平.溫拌劑對瀝青感溫性的影響分析[J].新型建筑材料，2019，46（7）：150-153，157.

[5]郭詠梅.SBS改性瀝青黏溫指數(shù)的測試與分析[J].南京工程學院學報（自然科學版），2012，10（3）：68-72.

[6]康愛紅，馬愛群.橡膠粉改性瀝青溫度敏感性評價指標研究[J].交通標準化，2005（12）：57-59.

[7]龍海濤，譚繼宗.橡膠改性瀝青溫度敏感性評價方法研究[J].西部交通科技，2020（6）：16-18，164.

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