橡胶沥青性能指标影响因素和分析

李仕旁

摘要：我国科技水平和经济水平发展十分快速，橡胶沥青是主要材料之一。橡胶沥青具有较好的高温稳定性、低温抗裂性以及路面保黑等优良性能，也具有良好的弹性性能和温度敏感性，在各种沥青路面结构中常作为胶结料使用。目前对于橡胶沥青的研究较多，主要有橡胶沥青性能指标研究及橡胶沥青混合料研究，其中橡胶沥青性能指标研究仍以我国常用的三大指标等传统性能指标研究为主。为了进一步分析橡胶沥青性能指标及相关因素影响，拟借助SHＲP沥青试验体系指标(主要采用车辙因子、弯曲蠕变劲度)对各影响因素进行分析，进而为橡胶沥青的应用提供更深入的理论指导。

关键词:橡胶沥青;性能指标;车辙因子;蠕变劲度

引言

对照原胶粉改性沥青相比，再生胶改性沥青中胶粉的宏观和微观颗粒度均变小，分散更加均匀；改性沥青的加工难度和烟气释放量均明显降低，再生胶的使用也抑制了热储存过程中的黏度衰减现象。在180℃布氏黏度小于3Pa·s的施工流动性限制条件下，采用高降解程度的再生胶可大幅提高沥青中胶粉的掺量，所改性沥青具有比用原胶粉改性沥青更好的低温柔性和高温抗变形能力。

1胶粉掺量对沥青性能的影响

为了研究胶粉掺量对沥青性能的影响并探究适宜的胶粉掺量，采用5%、8%、9%、10%、11%、12%和15%7种胶粉掺量，分别制备胶粉改性沥青并测试其性能。针入度是表征沥青稠度的指标，沥青中掺入胶粉后，沥青的针入度减小，这主要是由于胶粉吸收沥青中的油分，使得沥青整体变硬。软化点是表征沥青高温性能的指标之一，随着胶粉掺加的增加，胶粉改性沥青的软化点有不同程度的提高。低温延度表征沥青的低温抗裂性，当胶粉掺量较低时，胶粉掺量对沥青延度的影响并不显著。总之，随着胶粉掺量的增加，胶粉改性沥青呈现软化点升高、针入度减小、5℃延度变化不显著的变化趋势。弹性恢复率表征沥青在受力后的弹性恢复性能，而弹性恢复性能是沥青的一个重要性能，胶粉掺量的增加有利于提高胶粉改性沥青的弹性恢复性能，胶粉掺量为15%时胶粉改性沥青的弹性恢复率比胶粉掺量为5%时提高了29%。沥青弹性恢复性能的提高可以减小荷载作用下的残余变形，减少路面的损坏。

2橡胶沥青制备

2.1胶粉掺量

(1)随着胶粉掺量提高，橡胶沥青软化点升高。这是由于胶粉掺量提高后胶粉对沥青的网格交联作用加强，同时随着胶粉掺量增大橡胶沥青的高熔点特性对沥青影响更加显著。(2)随着胶粉掺量提高，橡胶沥青弹性恢复逐渐增大，橡胶沥青弹性变形性能得到提高，表明提高掺量对橡胶沥青抵抗变形后的恢复性能得到改善。另一方面也表明胶粉与沥青理化交联效果较佳，掺量达到20%时弹性恢复仍为90%，并未出现明显的胶粉过量导致的聚集而使弹性恢复减小现象。(3)随着胶粉掺量提高，车辙因子显著提高、低温弯曲蠕变劲度逐渐减小，表明随着掺量增大橡胶沥青高温稳定性、低温抗裂性均得到有效改善。

2.2基本性能

相较于高掺量橡胶沥青CMA0，含少量SBS的CMA1具有更小的针入度、更高的软化点和延度，说明复合1%的SBS可有效提高高掺量橡胶沥青的性能，因而在沥青改性时均添加了1%的SBS。此外，CMA0中使用未降解再生胶粉，具有与CMA1同样的高黏度和高烟气释放量，因此其在易加工和环境友好性方面远逊于再生胶改性沥青。随再生程度升高，再生胶改性沥青的软化点呈上升趋势，说明其结构更趋稳定，高温下不易发生形变；延度和针入度均随再生程度提高而增大，说明在25℃下再生胶改性沥青的小尺度运动能力随再生程度升高而提高。与再生胶改性沥青相比，CMA1的软化点、延度和针入度都更高，其中软化点高是因为高分子量胶粉的加入提高了沥青材料的黏度，使其内部结合力增大；而延度和针入度的增大则是由于胶粉发生了再生以及胶粉本身具有较好的柔韧性。

2.3沥青混合料路用性能对比

沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性较基质沥青混合料均有大幅度提升。高温稳定性方面，10%掺量胶粉改性沥青混合料的动稳定度略低于常规橡胶沥青混合料和SBS改性沥青混合料。低温抗裂性方面，10%掺量胶粉改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料的低温性能相近，略高于常规改性沥青混合料。在沥青中加入胶粉，虽然沥青的轻质组分被吸收，变形能力降低，但是胶粉自身具有储能和变形作用，可以在一定程度上耗散外界能量，增强整个胶体的变形能力，改善沥青混合料的低温性能。在水稳定性方面，10%掺量胶粉改性沥青混合料的水稳定性略高于常规橡胶沥青混合料，和SBS改性沥青混合料的水稳定性基本相当。总体上看，10%掺量胶粉改性沥青混合料的性能与常规橡胶沥青混合料、SBS改性沥青混合料基本处于相当的水平，但由于其黏度低的特点，使得其可以有效降低施工温度从而减少施工排放，这一优势为其工程应用奠定了基础。

2.4低温流变性能

沥青处于低温时，劲度模量S随着温度降低而增大，而蠕变速率m变化规律则相反，随温度降低而减小。这表明沥青结合料的低温性能随着温度降低而持续劣化，容易出现低温脆裂。在相同温度下，随着纳米黏土增加，橡胶沥青(15%橡胶粉掺量)的劲度模量S出现先增加再减小趋势，甚至在5%掺量时比较接近橡胶沥青(15%橡胶粉掺量)数值。劲度模量S越小，沥青结合料会变得越柔软，低温抗裂性能增强，这表示纳米黏土能较提高橡胶沥青(15%橡胶粉掺量)低温性能，但从掺量3%开始，这种改善效果有所下降。例如－18℃时，掺量从0增加到5%，劲度模量S变化率为6.4%。随着纳米黏土增加，橡胶沥青(15%橡胶粉掺量)的蠕变速率m同样呈现出先增长后减小，但试验数值始终高于橡胶沥青(15%橡胶粉掺量)。例如－18℃时，掺量从0增加到5%蠕变速率m变化率为4.3%，说明纳米黏土/橡胶复合改性沥青随温度降低而松弛能力增强，对沥青的低温性能起到了一定积极影响。1)橡胶沥青的软化点随储存时间延长先增大后减小;不同储存温度下橡胶沥青的软化点最大值出现在12h时,可能是由于橡胶颗粒吸附沥青轻质组分发生吸附溶胀作用,沥青质成分增加,沥青高温性能得到提高。2)储存温度越高,橡胶沥青的高温性能衰减越大,180℃储存温度下橡胶沥青的高温性能在48h时快速衰减。原因是橡胶颗粒吸附轻质组分发生溶胀作用,导致橡胶颗粒裂解,随着储存时间的延长,橡胶颗粒发生离析导致改性效果变差。在较低储存温度下橡胶沥青的高温性能衰减较小,建议在满足要求的前提下降低储存温度。

结语

考虑到橡胶沥青混合料的路用性能随储存条件变化会发生衰减,将橡胶沥青性能与路用性能结合起来,通过车辙试验研究橡胶沥青合适的储存温度和时间。各档粗集料均采用玄武岩,细集料均为石灰岩,其各项指标均满足规范要求。高温性能都有下降的趋势，但下降不显著；复合橡胶沥青（不加稳定剂）的稳定性较差，其他两种沥青的稳定性较好。多次加热后，通过显微观察，复合橡胶沥青中ＳＢＳ改性剂与胶粉从聚集变为分散状态，并在底部积聚。

参考文献

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［2］商淑杰．温拌橡胶沥青结合料及其胶浆性能研究［D］．济南:山东大学，2019．

［3］肖川．橡胶沥青及混合料高温性能与施工工艺研究［D］．重庆:重庆交通大学，2019．