一種溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青性能分析研究

曾慶斌，曾 海

(江西省贛南公路勘察設(shè)計(jì)院 贛州市 341000)

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，道路工程修建增多，對(duì)瀝青需求量不斷增長(zhǎng)，并對(duì)其性能提出更高的要求[1-2]。溫拌橡膠瀝青應(yīng)運(yùn)而生，將溫拌技術(shù)與橡膠改性技術(shù)綜合起來，達(dá)到綠色環(huán)保與提升工程生命周期的目的。

為了適應(yīng)道路工程的需要，研制出了一種新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青。首先介紹新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青的原材料與詳細(xì)制備過程，然后選取橡膠瀝青與溫拌改性橡膠瀝青(外摻3.0%Sasobit)作為對(duì)比試驗(yàn)組，重點(diǎn)研究了新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青的基礎(chǔ)性能與路用性能。

1 新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青介紹與分析

1.1 溫拌劑介紹

溫拌劑采用人工拌和方式獲得[3]，其制備流程如下：

(1)借助加熱裝置依次加熱乙撐雙油酸酰胺與芳烴油至可流動(dòng)的液體。

(2)將兩者在攪拌機(jī)內(nèi)混合至均勻。

(3)將三亞乙基四胺放入攪拌機(jī)混合均勻。

(4)上述混合物自然風(fēng)干后進(jìn)行搗壓并利用20目篩檢后制成溫拌劑。

1.2 溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青制備

溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青的制備環(huán)節(jié)如圖1。

圖1 溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青的制備流程圖

(1)利用反應(yīng)釜加熱基質(zhì)瀝青至120.0℃上下后，外摻進(jìn)丁苯膠乳與環(huán)氧樹脂，攪拌均勻。

(2)維持轉(zhuǎn)速恒定，在溫度上升至135.0℃上下后，外摻入溫拌劑。

(3)在溫度上升至180.0℃后，外摻進(jìn)橡膠粉，并增加轉(zhuǎn)速與壓強(qiáng)，維持45min左右。

(4)外摻進(jìn)氯化鈣，維持溫度與轉(zhuǎn)速恒定，持續(xù)提高壓強(qiáng)，攪拌時(shí)長(zhǎng)達(dá)到15min后即溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青制備完畢。

1.3 性能分析

為了探究基礎(chǔ)性能的異同點(diǎn)，特制備外摻比例16.0%橡膠粉的橡膠瀝青，并在上述橡膠瀝青內(nèi)外摻3.0%的Sasobit溫拌改性劑獲得溫拌橡膠瀝青，參考上述制備環(huán)節(jié)獲得新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青。

(1)溫拌效果分析

利用相關(guān)儀器檢測(cè)上述3類瀝青在135.0～175.0℃范圍內(nèi)的布氏旋轉(zhuǎn)黏度，選取27號(hào)轉(zhuǎn)子，獲得圖2中曲線。由圖2能夠看出，新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青的150.0℃黏度同橡膠瀝青175.0℃、溫拌橡膠瀝青155.0℃的黏度基本一致，即可以認(rèn)為新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青的溫拌效果優(yōu)于外摻3.0%Sasobit的溫拌橡膠瀝青(前者降低施工溫度25.0℃，后者降低施工溫度20.0℃)。

圖2 3類瀝青的布氏旋轉(zhuǎn)黏度與溫度變化曲線

(2)基礎(chǔ)性能分析

分別試驗(yàn)檢測(cè)得到橡膠瀝青、外摻3.0%Sasobit溫拌橡膠瀝青、新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青的針入度(25.0℃)、軟化點(diǎn)、彈性恢復(fù)率、延度(5.0℃)等4種基礎(chǔ)性能指標(biāo)[4]數(shù)值，整理于表1內(nèi)。

表1 3類瀝青基礎(chǔ)性能分析指標(biāo)數(shù)值表

分析表1中數(shù)值，能夠得到外摻3.0%Sasobit溫拌橡膠瀝青同橡膠瀝青相比，軟化點(diǎn)大幅上升的同時(shí)，低溫延度降幅也很大且針入度值偏小，即在外摻Sasobit時(shí)，溫拌橡膠瀝青硬度與脆變性均得以上升，低溫形變性能下降。反觀新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青高溫性能變化幅度較小，且可增強(qiáng)低溫延度，可有效提升低溫柔韌能力。

利用動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)、瀝青BBR試驗(yàn)分別完成橡膠瀝青、外摻3.0%Sasobit溫拌橡膠瀝青、新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青的高低溫性能分析，選取分析指標(biāo)依次為車轍因子、勁度模量、蠕變速率等3類，各試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總成表2并繪制得到圖3與圖4。

表2 研究3類瀝青的動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)表

圖3 研究的3類瀝青的勁度模量值與溫度變化關(guān)系對(duì)比折線

圖4 研究的3類瀝青的蠕變速率值與溫度變化關(guān)系對(duì)比折線

瀝青的車轍因子與其高溫性能呈正相關(guān)關(guān)系[5]。分析表2內(nèi)數(shù)值能夠得到3類瀝青的高溫性能由高到低依次為：外摻3.0%Sasobit溫拌橡膠瀝青、新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青、橡膠瀝青。其規(guī)律同軟化點(diǎn)相同。勁度模量同瀝青材料低溫性能呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，蠕變速率同瀝青材料低溫性能呈正相關(guān)關(guān)系[5]。通過圖3與圖4變化曲線能夠得到，瀝青低溫性能由高到低依次為：新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青、橡膠瀝青、外摻3.0%Sasobit溫拌橡膠瀝青，即新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青低溫柔韌性能強(qiáng)于橡膠瀝青。

綜上分析可推出，新型溫拌復(fù)合改性橡膠低溫性能優(yōu)于外摻3.0%Sasobit改性溫拌橡膠瀝青，且高低溫與彈性性能全部比橡膠瀝青好，并且全部在相關(guān)規(guī)定范圍內(nèi)，達(dá)到了施工標(biāo)準(zhǔn)。

2 路用性能研究

將空隙率設(shè)定為4.0%，礦粉所占比例設(shè)定3.0%，具體級(jí)配情況如表3中數(shù)據(jù)。

2.1 溫拌效果分析

上述所用3類瀝青分別進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)并檢測(cè)各自的物理體積指標(biāo)與強(qiáng)度指標(biāo)，各檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總在表4內(nèi)。

表3 混合料設(shè)計(jì)級(jí)配

表4 研究的3類瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總表

分析表4內(nèi)數(shù)值能夠得到，新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青混合料在145.0℃下成型后的樣品空隙率基本等同于170.0℃下成型的橡膠瀝青混合料的空隙率，并且穩(wěn)定度優(yōu)于橡膠瀝青混合料，同上述黏溫曲線變化一致，即更能印證新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青溫拌效果顯著，能夠有效降低施工溫度25.0℃上下。外摻Sasobit改性溫拌橡膠瀝青混合料可降低施工溫度20.0℃上下，但瀝青軟化點(diǎn)較大，導(dǎo)致其穩(wěn)定度最高。

2.2 高溫穩(wěn)定性分析

通過進(jìn)行車轍試驗(yàn)分析材料高溫穩(wěn)定性能，試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總在表5中。

表5 研究的3類瀝青的車轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

通過表5內(nèi)數(shù)值能夠得到3類瀝青混合料全部達(dá)到重型交通情形時(shí)橡膠瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度下限值3000次/mm的要求，除此之外，三者的高溫穩(wěn)定性良好，同瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)與馬歇爾試驗(yàn)所得結(jié)論相同。三者抗車轍能力由高到低依次為：溫拌橡膠瀝青混合料(外摻3.0%Sasobit)、新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青、橡膠瀝青。

2.3 低溫抗裂性能分析

對(duì)上述3類材料完成低溫彎曲試驗(yàn)(試驗(yàn)溫度設(shè)定-10.0℃)、蠕變?cè)囼?yàn)(試驗(yàn)溫度設(shè)定0.0℃)來分析3類材料的低溫抗裂能力。各試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總在表6中。

表6 研究的3類瀝青的低溫彎曲試驗(yàn)與蠕變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)匯總表

在低溫彎曲試驗(yàn)時(shí)，瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變與應(yīng)變能密度表征材料的低溫抗裂能力，且呈正相關(guān)關(guān)系。在蠕變?cè)囼?yàn)時(shí)，彎曲蠕變速率表征低溫性能，且呈正相關(guān)，即上述兩類試驗(yàn)數(shù)據(jù)所得的結(jié)論應(yīng)一致。通過表6中數(shù)值變化能夠得到：新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青的低溫穩(wěn)定性能最優(yōu)，同瀝青延度試驗(yàn)所得結(jié)論相同。研發(fā)的溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青對(duì)材料低溫性能無影響，并可大幅提升低溫抗裂性至最優(yōu)。溫拌橡膠瀝青低溫性能最差，外摻3.0%Sasobit后可降低橡膠瀝青的韌性。

2.4 水穩(wěn)定性能分析

進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)來分析3類瀝青材料的水穩(wěn)定能力，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總在表7中。

表7 研究3類瀝青的浸水馬歇爾試驗(yàn)與

分析表7內(nèi)數(shù)值能夠得到，水穩(wěn)定性由高到低依次如下：新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青、橡膠瀝青、外摻3.0%Sasobit溫拌橡膠瀝青。即新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青混合料的抗水損壞性能最優(yōu)，外摻3.0%Sasobit后會(huì)削減瀝青同集料之間的黏結(jié)導(dǎo)致混合料水穩(wěn)定能力降低，最終出現(xiàn)外摻Sasobit溫拌橡膠瀝青抗水損壞能力最差的現(xiàn)象。

3 結(jié)論

主要為了研究新研制的溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青是否比現(xiàn)有橡膠瀝青更有實(shí)用性，首先介紹新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青的原材料與詳細(xì)制備過程，然后選取橡膠瀝青與溫拌改性橡膠瀝青(外摻3.0%Sasobit)作為對(duì)比試驗(yàn)組，重點(diǎn)研究新型的溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青的基礎(chǔ)性能與路用性能，最后通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合考慮三類瀝青路用性能(涵蓋溫拌效果、高低溫性能、水穩(wěn)定性)，確定新型溫拌復(fù)合改性橡膠瀝青在三類瀝青中性能最優(yōu)。