膠粉摻量對(duì)瀝青高溫路用性能的影響

郭 鵬

（山西路橋第八工程有限公司，山西 運(yùn)城 044000）

引言

橡膠瀝青可以實(shí)現(xiàn)變廢為寶，有利于環(huán)境保護(hù)，李培榮等［1-3］對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)和理論研究，助推了其在路面材料中的推廣應(yīng)用。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料性能

試驗(yàn)采用AH-70#基質(zhì)瀝青，性能指標(biāo)見(jiàn)表1。橡膠粉主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2、表3。

表1 基質(zhì)瀝青性能

表2 橡膠粉物理性能指標(biāo)

表3 橡膠粉化學(xué)性能指標(biāo)

1.2 材料制備

將瀝青和膠粉分別在135 ℃和105 ℃下烘干，然后再分別稱取定量的瀝青和膠粉，將稱好的膠粉加入瀝青中進(jìn)行加熱，此時(shí)將溫度升高并維持在175±5 ℃進(jìn)行高速剪切（4 500 r/min）60 min；然后停止剪切，灌模，按規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試相關(guān)指標(biāo)。

1.3 試驗(yàn)方法

制備膠粉摻量為15%、17%、19%、20%、21%、23%和25%的橡膠瀝青進(jìn)行試驗(yàn)。（1）進(jìn)行單軸靜載蠕變?cè)囼?yàn)，使用簡(jiǎn)單剪切試驗(yàn)機(jī)SST，并在溫度為60 ℃，壓力為0.1 MPa 的條件下進(jìn)行60 min 預(yù)載為0.002 MPa 的剪切試驗(yàn)。（2）參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011），測(cè)定試件的動(dòng)穩(wěn)定度。（3）進(jìn)行車轍因子試驗(yàn)，SHAP計(jì)劃中指出，可以通過(guò)測(cè)量車轍因子G*/sinδ，以此來(lái)作為評(píng)判瀝青混合料高溫下抵抗車轍的能力，G*/sinδ越大，瀝青混合料就越接近彈性體，同時(shí)其抵抗高溫下變形的能力就越強(qiáng)，在高溫區(qū)間連續(xù)升溫掃描瀝青膠漿的車轍因子，進(jìn)行比較。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 單軸靜載蠕變?cè)囼?yàn)

圖1 為在溫度為60 ℃，時(shí)間為60 min 下所得單軸靜載蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果。

圖1 膠粉摻量與勁度模量關(guān)系

從圖1 可以得出：（1）隨著膠粉摻量的不斷上升，橡膠瀝青的進(jìn)度模量也在不斷提升。從摻量15%時(shí)的382.3 MPa，上升到摻量25%時(shí)的610.4 MPa，說(shuō)明增加膠粉的摻量有助于提高瀝青的進(jìn)度模量，使其彈性體的性質(zhì)愈發(fā)明顯。（2）在摻量15%提升到17%和19%時(shí)，進(jìn)度模量的提升幅度較大，提升基本在60 MPa 左右；而當(dāng)摻量在21%之后，每提升2%的摻量進(jìn)度模量提升的幅度有明顯放緩的跡象，因此，最高效的利用率應(yīng)該處于21%左右的范圍內(nèi)。

2.2 車轍試驗(yàn)

車轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 膠粉摻量與動(dòng)穩(wěn)定度和相對(duì)變形的關(guān)系

從圖2 可以得到：（1）隨著膠粉摻量的增大，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度隨之下降，并且隨著膠粉摻量的不斷增大，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度減小的幅度隨之增大，動(dòng)穩(wěn)定度的減小代表著瀝青混合料抵抗變性能力的下降。（2）隨著膠粉摻量的提升，瀝青混合料的相對(duì)變形也逐漸增大，且隨著摻量越來(lái)越大，相對(duì)變形變化的幅度也逐漸變大。由此看出，雖然膠粉摻量能夠很好地提高瀝青混合料的勁度模量，減小針入度，增強(qiáng)瀝青施工性能，對(duì)瀝青的生產(chǎn)工藝帶來(lái)便捷，但為了保證瀝青混合料的抗車轍能力，不能一味地增加膠粉摻量，不然非但缺乏經(jīng)濟(jì)效益，還會(huì)影響路用性能。因此，膠粉摻量在19%左右較為合適，此時(shí)相對(duì)變形較小，動(dòng)穩(wěn)定度較高。

2.3 車轍因子試驗(yàn)

車轍因子試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同膠粉摻量的瀝青車轍因子與溫度的關(guān)系

通過(guò)圖3 可以看出：（1）隨著溫度的上升，不同膠粉摻量瀝青的車轍因子都隨之減小，且隨著溫度的提升，車轍因子的減小幅度越來(lái)越小。（2）在相同溫度下并非膠粉摻量越高車轍因子就越大，而是隨著膠粉摻量的增加，先上升后下降。19%時(shí)，車轍因子達(dá)到峰值。例如，在溫度為50 ℃的情況下，產(chǎn)量為19%的橡膠瀝青車轍因子最大，摻量為15%的橡膠瀝青車轍因子最小，而膠粉摻量較大的23%的車轍因子也較小，對(duì)于這種現(xiàn)象對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的分析，推測(cè)有可能因?yàn)槟z粉摻量的增多，導(dǎo)致部分橡膠粉未混合均勻，沒(méi)有很好地與輕質(zhì)組分結(jié)合形成膠團(tuán)，甚至部分膠粉以懸浮的方式存在與瀝青中，此時(shí)橡膠粉非但不能增強(qiáng)瀝青黏性，反而破壞瀝青整體結(jié)構(gòu)性，對(duì)瀝青抗車轍性能起到負(fù)面影響，從而影響橡膠瀝青的高溫性能。

將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后，利用SPSS 軟件對(duì)車轍因子與溫度的關(guān)系進(jìn)行最小二乘回歸分析，以期找到溫度變化、膠粉摻量與車轍因子之間的關(guān)系，最終得到表4的關(guān)系式，其中x為溫度，y為車轍因子。

表4 最小二乘法車轍因子與溫度的回歸分析

從表4 可以看出：（1）每個(gè)表達(dá)式的擬合因子的顯著性P 值均小于0.05，證明擬合效果較好。（2）隨著膠粉摻量的增加，擬合系數(shù)由小變大，當(dāng)膠粉摻量達(dá)到19%時(shí)，擬合系數(shù)絕對(duì)值達(dá)到最大值，為1.307，證明此時(shí)橡膠瀝青的溫感性最好，說(shuō)明膠粉與瀝青混合均勻，整體結(jié)構(gòu)性較好，膠粉摻量繼續(xù)增大，此時(shí)擬合系數(shù)絕對(duì)值逐漸變小，說(shuō)明瀝青混合料整體結(jié)構(gòu)性遭到破壞，溫感性變差。擬合情況也佐證了試驗(yàn)結(jié)論。因此，在此情況下，認(rèn)為膠粉的最佳摻量為19%，此時(shí)的經(jīng)濟(jì)效益與瀝青的高溫性能都能夠較好地滿足。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）橡膠瀝青的勁度模量會(huì)隨著膠粉摻量的上升而隨之增大，在常用的膠粉摻量情況中，摻量越多，瀝青混合料的彈性體性質(zhì)越明顯。（2）橡膠瀝青的針入度會(huì)隨著膠粉摻量的上升而隨之降低，由于拌和溫度下降，施工效率得到提升，施工成本隨之降低，但同時(shí)膠粉摻量的不斷增大，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)穩(wěn)定度下降，抗車轍性能減小，兼顧兩者，膠粉摻量應(yīng)在20%左右。（3）車轍因子隨著膠粉摻量的上升呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，19%為峰值，隨后開(kāi)始下降，證明提高膠粉摻量能夠?qū)μ岣邽r青混合料的抗車轍性能，同時(shí)，若摻量過(guò)大，又會(huì)導(dǎo)致混合結(jié)合不均勻，多余膠粉破壞橡膠瀝青整體結(jié)構(gòu)性，從而導(dǎo)致抗車轍性能再次減小。結(jié)合各項(xiàng)試驗(yàn)，得到最佳膠粉摻量為19%。