Sasobit温拌剂对橡胶沥青流变与蠕变性能的影响

刚增军

文章编号：1000033X（2016）12005604

收稿日期：20160617

基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（51011120574）

摘要：通过对温拌橡胶沥青进行Brookfield旋转粘度试验、动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验，观察掺入Sasobit温拌剂后橡胶沥青的高温和低温性能变化，并寻找适宜的温拌剂掺量，以实现温拌剂与橡胶沥青结合性能的最优化。试验结果表明：温拌剂能够降低橡胶沥青的粘度，降低摊铺和压实的温度和施工难度；温拌剂掺量在2.5%～3%时，能够提高高温抗永久变形能力，并降低对低温性能的损害。

关键词：温拌橡胶沥青；Sasobit温拌剂；高温性能；低温性能

中图分类号：U416.21文献标志码：B

Research on Rheology and Creep Properties of Asphalt Rubber with Sasobit

GANG Zengjun

（Shaanxi Provincial Communications Construction Group， Xian 710075， Shaanxi， China）

Abstract： In order to verify the properties of asphalt rubber with different content of Sasobit， the performance of warm mix asphalt rubber at high temperature and low temperature was analyzed. The pavement performance of asphalt rubber were observed by means of Brookfield rotational viscosity test， dynamic shear rheological test （DSR） and bending beam rheological test （BBR）. In order to achieve the optimization of binding performance， appropriate amount of warm mix was confirmed. The results show that the viscosity is lower when Sasobit is applied， and the temperatures for paving and compaction are also lower. When the content of Sasobit is between 2.5% and 3%， the resistance to permanent deformation can be greatly improved， and damage to the performance of asphalt rubber is alleviated.

Key words： warm mix asphalt rubber； Sasobit； hightemperature performance； lowtemperature performance

0引言

温拌技术被称为“中国第二次筑路革命”。2009年，北京长安街应用温拌环保技术修复，降雾减烟、节能减排效果明显。此后在石家庄、南京等地，先后对温拌橡胶沥青的环保及路用性能做了大量研究。通过对比热拌（HWA，拌和温度为150 ℃～180 ℃）、温拌（WMA，拌和温度为110 ℃～120 ℃）沥青的路用性能发现：温拌沥青虽然能够减少能量损耗，降低化学和物理污染，并降低拌和、摊铺及压实过程的温度和粘度等[1]；但由于采用间断级配，摊铺过程中容易发现离析，且温拌技术的成本较热拌沥青偏高，因此难以全面推广[2]。

橡胶沥青通过在基质沥青中加入废旧橡胶轮胎胶粉和相容性的添加剂，实现了资源循环，降低了黑色污染，提高了沥青高低温稳定性、耐久性及抗水损害的能力；但是在拌和及摊铺过程中，由于温度过高，橡胶沥青会释放大量的一氧化碳、丁二烯、苯等有毒气体，高粘度也使橡胶沥青混合料不易摊铺和压实[3]。

橡胶沥青温拌技术综合橡胶改性技术和温拌技术的优点，消除或降低温拌技术成本较高和橡胶沥青粘度较高等缺点，实现资源节约能力、环保性能和路面性能最优化，具有良好的前景以及大范围研究和推广的价值。

国内外学者针对温拌技术在橡胶沥青中的应用进行了相关研究。文献[4]采用有机添加剂，并选用不同目数、不同掺量的胶粉制备温拌橡胶沥青混合料，对混合料的高温、低温稳定性及温度敏感性做了系统的分析，表明将温拌技术用于橡胶沥青中能使其具有优良的路用性能和显著的环保性能。文献[5]进行了掺入由FischerTropsch制成的固体石蜡的橡胶沥青老化试验（RTFO、PAV）、动态剪切流变试验（DSR）及弯曲梁流变试验（BBR），结果表明降低沥青拌和和压实时粘度的FT固体石蜡最佳含量为35%。文献[68]分别研究了不同机理、不同掺量、不同种类的温拌剂对橡胶沥青胶结料和混合料性能的影响。但由于温拌方法及温拌剂种类繁多，目前温拌技术对橡胶沥青性能的影响还没有形成有序的系统。本文选用Sasobit温拌剂拌制温拌橡胶沥青，研究温拌剂在降低拌和粘度和温度的同时，橡胶沥青结合料的其他性能是否会发生变化。

1试验原材料

1.1原材料技术性能

1.1.1基质沥青

本文采用韩国SK70#重交通沥青作为基质沥青，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）的要求对基质沥青的各项性能指标进行测试，结果如表1所示。

1.1.2废旧橡胶轮胎胶粉

本文采用的胶粉为河北生产的40目废旧橡胶轮胎胶粉，参考上海市工程设计规范《橡胶沥青路面技术规范》（DG/T J082109—2012），其物理和化学指标如表2、 3所示，橡胶沥青的基础性能如表4所示。

1.1.3温拌剂

目前，国内对温拌剂的研究类型主要有Sasobit、Evotherm、Asphamin和其他石蜡型温拌剂，本文选用Sasobit有机添加剂（130 ℃～145 ℃）作为温拌剂掺入橡胶沥青中，温拌剂的掺量如表5所示。

1.1.4温拌橡胶沥青胶结料的制备及试验方法

采用湿法工艺，掺入相对于基质沥青15%掺量的废旧橡胶轮胎胶粉，制备得出橡胶沥青；然后按照表5的设计掺量，把不同掺量的温拌剂边搅拌边加入基质沥青中，制得温拌橡胶沥青胶结料。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）（下面简称《规程》）的规定，对不同掺量下的温拌沥青进行粘度、高温性能和低温性能的试验。

2试验结果及分析

2.1Brookfield旋转粘度试验

沥青和集料的粘附及浸润能力是影响沥青混合料服役能力的主要因素，所以表观粘度对评价温拌橡胶沥青的路用性能具有重要意义。橡胶沥青的粘度较高，一般以175 ℃左右的粘度作为质量检测指标，本文用180 ℃粘度作为研究高温性能的控制指标。根据《规程》，运用Brookfield旋转粘度仪对不同掺量的温拌橡胶沥青的表观粘度进行测试，试验结果如图1所示。

分析Brookfield旋转粘度试验结果可知，随着Sasobit温拌剂掺量的增加，其粘度明显降低；而且适量的Sasobit有机添加剂能够降低橡胶沥青的拌和粘度和温度，有效提升沥青的高温性能，减少对低温性能的损害，从而充分提高沥青混合料的路用性能。由于温拌剂掺量过少不能明显改善橡胶沥青的粘度，掺量太多会影响沥青的低温性能，而且经济性差，所以确定适宜的温拌剂掺量意义重大。

2.2动态剪切流变试验

《规范》借鉴美国SHRP计划提出的动态剪切流变（DSR）试验，结合中国沥青道路特点，给出了评价沥青高温流变性能和低温疲劳性能的控制指标。当沥青呈现粘弹性状态时，应变反应时间滞后于应力，观察应力与应变的联系，可以得到评价沥青高温和低温性能的必要参数，即复合剪切模量G*和相位角δ，G*/sin δ表征沥青中高温粘性成分的粘性大小。当G*越大且δ越小，表明沥青在高温时的流变性能就越差，高温稳定性越好。而G*·sin δ越小，即损失剪切模量G*越小，沥青抗疲劳开裂性能就越好。通常，称G*/sin δ为车辙因子，用来评价沥青的高温抗车辙能力；称G*·sin δ为疲劳因子，用来评价沥青的低温抗疲劳开裂能力[9]。

根据《规范》，本文在不同温度（25 ℃～80 ℃，步长5 ℃）、一定角速度（10 rad·s-1）下，对不同掺量的温拌橡胶沥青进行频率扫描，测试车辙因子G*/sin δ，对车辙因子的log（G*/sin δ）与温度的关系进行线性回归，结果如图2所示。

根据线性回归数据，确定失效温度（fail temperature），即log（G*/sin δ）=0时的温度，计算结果如表6所示。

分析表6数据可知，从整体上看，温度在180 ℃时，log（G*/sin δ）与温度具有良好的线性关系；随着温拌剂掺量的增加，温拌橡胶沥青的失效温度逐渐提高，说明掺加温拌剂的橡胶沥青较未掺加温拌剂的橡胶沥青高温性能增强；但掺量时在3%～35%，其失效温度降低，且当掺量增加至3%以上，温拌橡胶沥青的失效温度上升缓慢。所以综合以上数据及成本因素可得：橡胶沥青中温拌剂的适宜掺量为2.5%～3%，高温地区可以根据施工情况适当掺入较多温拌剂。

2.3弯曲梁流变试验

本文采用《规范》规定的弯曲梁流变（BBR）试验对温拌橡胶沥青的低温性能进行测试，得到温拌橡胶沥青的蠕变劲度S和蠕变速率m。蠕变劲度S越小或蠕变速率m越大，表明温拌橡胶沥青在低温下具有越强的变形能力和抵抗裂缝的能力。根据《规范》，并参考文献[10]，分别在温度为-18 ℃、-12 ℃和-6 ℃时，测试温拌橡胶沥青蠕变劲度S和蠕变速率m，结果如图3、4所示。

图3不同掺量的温拌橡胶沥青低温下的蠕变劲度

图4不同掺量的温拌橡胶沥青低温下的蠕变速率

分析以上BBR试验数据可得：从整体上看，掺加温拌剂后，橡胶沥青的蠕变劲度增加，蠕变速率降低，表明其低温抗裂能力下降，所以需要确定适当的温拌剂掺量来协调橡胶沥青的低温性能和高温性能，使其路用性能达到最优化；随着温度的降低，蠕变劲度和蠕变速率的变化越来越小，说明低温下对橡胶沥青性能的影响超越了温拌剂掺量的影响[11]。如图4所示，当Sasobit温拌剂掺量在3%以上时，低温下蠕变劲度变化较掺量为3%以上的橡胶沥青剧烈，说明当温拌剂掺量在3%以上时，对橡胶沥青的低温性能损害较大，故低温地区的温拌剂掺量应适当偏低。

3结语

对不同掺入量Sasobit温拌剂的橡胶沥青进行高温性能、低温性能和粘度试验，经对比分析得到以下结论。

（1）随着Sasobit温拌剂掺量的增加，温拌橡胶沥青的粘度明显降低。

（2）在180 ℃时，log（G*/sin δ）与温度具有良好的线性回归拟合关系。随着温拌剂掺量的增大，橡胶沥青的高温抗永久变形能力增强。

（3）温拌剂掺量对橡胶沥青的低温性能有一定影响，温拌剂掺量越大，对橡胶沥青低温性能破坏越大。Sasobit温拌剂掺量在3%以上时对橡胶沥青的低温性能损害较大。从整体上说，低温时温度对橡胶沥青性能的影响超越了温拌剂掺量的影响。

（4）适量掺量的Sasobit有机添加剂能够降低橡胶沥青的拌和粘度和温度，从而提高混合料的施工和易性，有效提升沥青的高温抗永久变形能力，减少对低温抗开裂能力的损害，延长道路寿命，提高路用性能。

（5）高温地区可以掺入较多温拌剂，低温地区温拌剂掺量应适当偏低。综合各项因素，本文推荐温拌剂的适宜掺量为2.5%～3%。

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[责任编辑：王玉玲]