储存条件对胶粉改性沥青性能影响

张志刚，郭彩节，张景然，杜帅峰，殷卫永

（1、宜阳县公路管理局 河南洛阳471699；2、河南省交通规划设计研究院股份有限公司 郑州450000）

0 引言

与SBS 改性沥青等常规改性沥青相比，胶粉改性沥青中胶粉颗粒未完全与基质沥青发生反应，改性沥青中存在部分悬浮橡胶颗粒［1-3］，这对胶粉改性沥青储存稳定性造成不利影响。胶粉改性沥青高温储存过程中胶粉颗粒易聚团离析［4-6］，严重影响胶粉改性沥青性能。因此，胶粉改性沥青不宜长时间储存。但实际工程应用中，由于受到施工作业面限制、天气变化、机械设备故障等因素影响，胶粉改性沥青有时不能及时使用完毕而暂时储存。胶粉改性沥青储存过程中，对其性能影响最为显著的为储存温度和储存时间［7，8］。为分析胶粉改性沥青储存过程中性能变化规律并确保胶粉改性沥青良好的使用性能，亟需研究不同储存条件对胶粉改性沥青性能的影响。

基于此，本文模拟工程实际条件，对胶粉改性沥青在不同条件下储存，研究储存条件对胶粉改性沥青高温性能、低温性能和黏度的影响，以期为相关工程应用提供参考。

1 原材料

1.1 基质沥青

采用中海油AH-70 作为基质沥青制备胶粉改性沥青，AH-70沥青各项指标如表1所示。

1.2 橡胶粉

本文采用的橡胶粉细度为40目，性能指标检测结果如表2所示。

表1 AH-70基质沥青检测结果Tab.1 Test Results of AH-70 Base Asphalt

表2 橡胶粉性能指标Tab.2 Performance Index of Rubber Powder

2 不同储存条件的胶粉改性沥青制备

本文先制备普通胶粉改性沥青。胶粉掺量为以基质沥青为基准外掺20%，同时掺加0.7%表面活性剂和0.2%交联剂。胶粉改性沥青制备工艺为在180℃条件下先以2 000 r/min的转速搅拌45 min，然后以3 500 r/min剪切搅拌45 min。为模拟实际工程条件并确定最佳储存条件，将胶粉改性沥青在不同的温度下储存不同时间，储存温度分别为175℃、155℃、135℃，储存时间分别为12 h、24 h、36 h、48 h、50 h，制备得到不同储存条件的胶粉改性沥青。储存环境为室内恒温烘箱，储存过程分持续搅拌和静置2种条件。静置储存过程中，胶粉改性沥青始终未被搅拌处理。持续搅拌是将搅拌设备放置于烘箱上部，搅拌转动轴通过烘箱上部通孔穿过，旋转叶片可在烘箱内部旋转。储存过程中，对沥青持续搅拌速率为300 r/min，模拟工程应用过程中沥青罐中持续搅拌。

3 不同储存条件对胶粉改性沥青性能的影响

3.1 高温性能

采用软化点评价不同储存条件下胶粉改性沥青高温性能。储存过程中持续搅拌胶粉改性沥青，在设定温度下达到设定时间后，直接取样，按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程：JTG E20-2011》测试。储存过程中静置胶粉改性沥青，在设定温度下达到设定时间后，先以300 r/min 速度搅拌5～10 min，然后取样按照规程测试。不同储存条件的胶粉改性沥青测试结果如图1所示。

图1 不同储存条件下胶粉改性沥青软化点Fig.1 Softening Point of Crumb Rubber Modified Asphalt under Different Storage Conditions

由图1 分析可知，不同条件下储存后胶粉改性沥青软化点呈现先升高后降低的整体趋势。搅拌和静置储存时，不同温度均在储存12 h 后软化点达到峰值。这主要是由于在短期储存时间内，胶粉在沥青中进一步溶胀、发育，胶粉颗粒软化。沥青中轻质组分被胶粉吸收，沥青质增多，即胶粉对基质沥青的改性作用增强，改性沥青软化点升高。随着储存时间增加，胶粉颗粒在沥青中充分溶胀后，逐步开始降解过程。随着降解时间增加，胶粉部分离析，胶粉改性作用降低，导致软化点逐步降低。

搅拌和静置条件下，储存温度越高，后期软化点降低幅度越大。表明温度升高，胶粉降解程度加快，改性作用明显降低。当储存时间达到60 h 时，135℃储存温度下，改性沥青软化点最高。相同储存温度和时间下，静置储存软化点降低更加明显。这主要是由于静置条件下胶粉改性沥青更容易离析，改性作用降低。静置储存温度越低，后期软化点降低越低，表明低温储存可减少胶粉改性沥青离析。

3.2 低温性能

采用5℃延度分析不同储存条件下胶粉改性沥青低温性能变化规律。与测试软化点相同，储存过程中持续搅拌胶粉改性沥青，达到设定时间后直接取样测试。未搅拌的胶粉改性沥青，达到设定时间后先搅拌再取样测试。不同储存条件的胶粉改性沥青延度测试结果如图2所示。

图2 不同储存条件下胶粉改性沥青延度Fig.2 Ductility of Crumb Rubber Modified Asphalt under Different Storage Conditions

由图2 分析可知，不同条件下储存后胶粉改性沥青延度呈现先升高后降低的整体趋势。持续搅拌时，不同温度下均在储存36 h时延度达到峰值；静置储存时，不同温度下均在储存24 h时延度达到峰值。这主要是由于前期储存过程中胶粉的溶胀、发育进一步增强，对沥青的改性作用提升。随着储存时间增加，延度达到峰值后迅速下降。储存温度越高，下降速度越快。当储存时间为60 h 时，135℃储存延度最高，其次为155℃储存延度。这是由于随着储存时间增加，胶粉逐渐降解，胶粉改性沥青逐渐离析，胶粉析出凝絮，改性作用降低。但随着储存时间增加，温度越高，延度降低幅度越明显。表明长时间储存时，温度不宜过高。

此外，胶粉改性沥青延度，比常规SBS 改性沥青整体偏低，这主要是由于橡胶粉在沥青中并未完全融解。延度测试过程中，改性沥青中的橡胶颗粒在拉伸时容易形成应力集中现场，导致胶粉改性沥青更容易断裂，且断面粗糙，面积较大。

3.3 黏度

胶粉改性沥青较常规改性沥青具有较高的黏度，正是由于其高黏特征，使其具有优异的高温性能，黏度也是胶粉改性沥青使用性能的重要指标。由于胶粉改性沥青储存过程中胶粉溶胀、发育和离析等作用，不同温度和储存时间会影响沥青黏度。胶粉改性沥青表现出较强的非牛顿流体特征，需要严格控制测试条件。相关研究［9，10］表明，177℃黏度能较好地反应胶粉改性沥青性能。本文采用测试温度为177℃，27#转子，转速20 r/min。试验结果如图3所示。

图3 不同储存条件下胶粉改性沥青黏度Fig.3 Viscosity of Crumb Rubber Modified Asphalt under Different Storage Conditions

由图3分析可知，不同储存条件下，随着储存时间增加，胶粉改性沥青黏度均逐渐降低。在静置条件下，当储存时间小于36 h时，降低幅度较小，随后降低幅度略有增加。前期黏度降低主要是储存过程中胶粉软化，胶粉颗粒在沥青中溶胀降解程度加深。前期的黏度降低有利于提高胶粉改性沥青性能和施工和易性，避免黏度过高导致泵送过程中堵塞管道。但随着储存时间增加，胶粉降解程度加深，过度裂解，且改性沥青出现离析，胶粉颗粒析出，导致改性沥青黏度大幅降低，使得胶粉改性沥青已失去其高黏特征。因此，储存时间过长对胶粉改性沥青使用性能产生较严重不利影响。

相同储存温度和储存时间下，当储存时间小于36 h 时，搅拌条件下，胶粉改性沥青黏度降低速度更快。这是由于在该过程中，胶粉溶胀起主导作用，搅拌可促进胶粉溶胀。当储存时间大于36 h时，静置条件下黏度降低速度更快，这主要是由于该过程中改性沥青已产生离析，而静置条件下改性沥青离析更加严重，黏度降低更明显。在储存时间相同时，储存温度越高，黏度降低越快，表明高温条件下，胶粉溶胀、降解和离析过程都将加快，胶粉改性沥青不宜长时间高温静置储存。

4 结论

通过上述对不同储存温度和储存时间下胶粉改性沥青的高温性能、低温性能和黏度的研究，可得出以下结论：

⑴随着储存时间增加，不同储存温度下，胶粉改性沥青软化点在储存12 h前逐渐增加，随后降低。储存温度越高，软化点前期增加和后期降低速度越快。储存过程中静置时，软化点前期增加较缓慢，后期降低速度较快。

⑵随着储存时间增加，不同储存温度时，搅拌条件下胶粉改性沥青延度36 h 前缓慢增加，随后降低。静置条件下胶粉改性沥青延度24 h前缓慢增加，随后降低。与搅拌条件相比，静置条件下，延度前期增加幅度较小，后期降低幅度较显著。

⑶随着储存时间增加，不同储存温度下，胶粉改性沥青黏度均逐渐降低。前期降低幅度较慢，后期降低幅度较快。相同条件下，储存温度越高，黏度降低幅度越快。与搅拌条件相比，静置条件下，后期黏度降低幅度更显著。

⑷胶粉改性沥青12 h 以内短时间储存，有助于胶粉充分溶胀，软化点和延度增加，黏度降低，有助于提升改性沥青使用性能并利于施工。但是长时间储存，尤其是长时间高温静置储存，胶粉改性沥青性能显著降低。