馮 波

（廣西紅河高速公路有限公司，廣西 南寧 530022）

0 引言

隨著汽車保有量的增加，汽車廢舊輪胎數(shù)量也越來越多。廢舊輪胎屬難降解材料，將其填埋會造成土壤污染，而將其焚燒會產(chǎn)生嚴重的空氣污染［1－2］。為實現(xiàn)廢舊輪胎的二次利用，道路科研工作者提出將其磨細為橡膠粉后作為瀝青改性劑制備橡膠改性瀝青，此舉在實現(xiàn)廢物利用的同時能有效改善瀝青性能［3－8］，因而對橡膠瀝青進行研究具有重要意義。

吳春穎等對橡膠瀝青的高溫性能進行了研究，發(fā)現(xiàn)橡膠粉能明顯提高瀝青軟化點和黏度，并降低其不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃浚?］；范斌衛(wèi)等對橡膠瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性進行了研究，發(fā)現(xiàn)連續(xù)級配橡膠瀝青混合料抗車轍性能優(yōu)于間斷級配，且礦物用量對抗車轍性能有重要影響［10］；何立平等研究了膠粉和硫磺摻量對橡膠瀝青高溫和低溫性能的影響，發(fā)現(xiàn)膠粉和硫磺摻量提高時橡膠瀝青高溫性能提高，但低溫性能下降［11］；陳保世對橡膠瀝青混合料的水穩(wěn)定性進行了研究，發(fā)現(xiàn)其水穩(wěn)性能優(yōu)于普通瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料［12］；申愛琴等對橡膠瀝青混合料的疲勞性能進行了研究，發(fā)現(xiàn)疲勞損失過程中其疲勞性能穩(wěn)定下降，未出現(xiàn)明顯失效現(xiàn)象［13］。

現(xiàn)有研究主要涉及橡膠瀝青及其混合料的高溫、低溫、水穩(wěn)和疲勞性能，對其感溫性能影響因素的研究較為少見。為此，本文首先研究橡膠瀝青感溫性能評價指標(biāo)的可靠性，進而研究橡膠粉細度和摻量對其感溫性能的影響。

1 原材料

1．1 瀝青

試驗選用70?；|(zhì)瀝青，主要技術(shù)指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40－2004）要求，如表1所示。

表1 70＃瀝青主要技術(shù)指標(biāo)表

1．2 橡膠粉

采用斜交輪胎常溫粉碎研磨而成的橡膠粉，主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 橡膠粉主要技術(shù)指標(biāo)表

2 橡膠瀝青感溫性能評價指標(biāo)研究

2．1 針入度指數(shù)

針入度指數(shù)是評價瀝青感溫性能的最常用指標(biāo)，其通過測定多個溫度下的瀝青針入度值，按公式（1）在半對數(shù)坐標(biāo)紙上求取針入度隨溫度變化的曲線斜率，進而根據(jù)公式（2）計算而來。其中針入度指數(shù)越大，瀝青感溫性能越好。

式中：P ——針入度（0．1mm）；

T——試驗溫度（℃）；

PI——針入度指數(shù)；

A、K——回歸系數(shù)。

采用40目橡膠粉，制備摻量為18%的橡膠瀝青，分別進行10℃、15℃、20℃、25℃和30℃條件下的針入度試驗，并以10℃、15℃和20℃，15℃、20℃和25℃，20℃、25℃和30℃三組針入度試驗結(jié)果計算針入度指數(shù)，結(jié)果如表3所示。

表3 不同針入度試驗溫度下的針入度指數(shù)計算結(jié)果表

由表3可知，采用不同溫度條件下測試的針入度計算PI時，其差異較為明顯，其中采用15℃、20℃和25℃時其PI絕對值最大，而采用20℃、25℃和30℃時其PI絕對值最小，前者約為后者的3．3倍，且三組溫度條件計算的PI變異系數(shù)也達到－0．53，表明采用PI作為橡膠瀝青感溫性能評價指標(biāo)的可靠性不高。分析原因可能是橡膠瀝青為“海島結(jié)構(gòu)”，進行針入度試驗時若針尖扎入橡膠顆粒會影響試驗結(jié)果的準確性［14］。

2．2 粘溫指數(shù)

粘溫指數(shù)也常用于評價瀝青感溫性能，其通過測定多個溫度下的瀝青黏度值，按公式（3）計算而得。粘溫指數(shù)表征黏度取兩次對數(shù)后隨溫度變化取一次對數(shù)變化曲線斜率，其絕對值越大，瀝青感溫性能越差。

式中：VTS——粘溫指數(shù)；

η1和η2——黏度（Pa·s）；

T1和T2——對應(yīng)η1和η2的試驗溫度（℃）。采用40目橡膠粉，制備摻量為18%的橡膠瀝青，分別進行135℃、150℃、165℃和180℃條件下的布氏黏度試驗，并以135℃和150℃，150℃和165℃，165℃和180℃三組溫度黏度試驗結(jié)果計算粘溫指數(shù)，結(jié)果如表4所示。

表4 不同黏度試驗溫度下的粘溫指數(shù)計算結(jié)果表

由表4可知，采用不同溫度條件下測試的黏度計算VTS時，其差異較PI明顯減小，其中采用150℃和165℃時其VTS絕對值最大，而采用135℃和150℃時其VTS絕對值最小，前者約為后者的1．3倍，且三組溫度條件計算的VTS變異系數(shù)為－0．11，約為PI變異系數(shù)的1／5，表明采用VTS作為橡膠瀝青感溫性能評價指標(biāo)時可靠性明顯較PI高。

2．3 復(fù)數(shù)模量指數(shù)

近年來相關(guān)學(xué)者逐漸提出采用復(fù)數(shù)模量指數(shù)評價瀝青感溫性能，其通過DSR測定一定溫度范圍下的瀝青復(fù)數(shù)模量，按公式（4）計算而得。復(fù)數(shù)模量指數(shù)表征復(fù)數(shù)模量取兩次對數(shù)后隨溫度變化取一次對數(shù)變化曲線斜率，其絕對值越大，瀝青感溫性能越差。

式中：GTS——復(fù)數(shù)模量指數(shù)；

G＊——復(fù)數(shù)模量（Pa）；

T——試驗溫度（℃）。

采用40目橡膠粉，制備摻量為18%的橡膠瀝青，采用DSR進行28℃～82℃范圍溫度掃描試驗，測定其復(fù)數(shù)模量隨溫度變化的曲線斜率。試驗采用應(yīng)力控制模式正弦波加載，頻率10rad／s。分別以28℃～46℃、46℃～64℃和64℃～82℃三組溫度范圍復(fù)數(shù)模量試驗結(jié)果計算復(fù)數(shù)模量指數(shù)，結(jié)果如表5所示。

表5 不同復(fù)數(shù)模量試驗溫度下的復(fù)數(shù)模量指數(shù)計算結(jié)果表

由表5可知，采用不同溫度范圍測試的復(fù)數(shù)模量計算GTS時，其差異較PI和VTS均明顯減小，其中采用28℃～46℃時其GTS絕對值最大，而采用64℃～82℃時其GTS絕對值最小，前者僅較后者高7．4%，且三組溫度范圍計算的GTS變異系數(shù)僅為－0．04，分別約為PI和 VTS變異系數(shù)的1／13和1／3，表明采用GTS作為橡膠瀝青感溫性能評價指標(biāo)的可靠性明顯較PI和VTS高。因而推薦采用GTS評價橡膠瀝青感溫性能。

3 橡膠粉細度和摻量對橡膠瀝青感溫性能的影響

3．1 影響趨勢研究

為分析橡膠粉細度和摻量對橡膠瀝青感溫性能的影響，分別采用40目、60目和80目橡膠粉，摻量為14%、16%、18%、20%和22%制備橡膠瀝青，進而采用DSR進行28℃～82℃溫度掃描試驗，計算出其GTS如表6所示。

表6 不同橡膠粉細度和摻量下橡膠瀝青GTS試驗結(jié)果表

由表6可知：隨著橡膠粉細度的增加，橡膠瀝青感溫性能逐漸被改善，且細度超過60目時改善效果更加明顯。各個橡膠粉摻量下橡膠粉目數(shù)提高時，GTS絕對值均有不同程度下降：其中橡膠粉細度由40目增加至60目時，5個橡膠粉摻量下對應(yīng)的GTS平均值絕對值下降4．2%；而細度由60目增加至80目時，GTS平均值絕對值下降8．9%。這是因為橡膠粉摻量不變，細度增加時其比表面積增大，在瀝青中橡膠粉吸收輕質(zhì)組分溶脹的能力增強，瀝青質(zhì)等重質(zhì)組分含量增加，故感溫性能得到改善。

隨著橡膠粉摻量的增加，橡膠瀝青感溫性能逐漸被改善，但摻量超過20%后改善效果降低。各個橡膠粉目數(shù)下橡膠粉摻量提高時，GTS絕對值均有不同程度下降：其中橡膠粉摻量由14%增加至20%時，3個橡膠粉目數(shù)下對應(yīng)的GTS平均值隨橡膠粉摻量變化的曲線斜率為0．091；而摻量由20%增加至22%時，斜率僅為0．045。這是因為一方面橡膠粉摻量增加時其吸收輕質(zhì)組分溶脹使瀝青中重質(zhì)組分比例提高；另一方面橡膠瀝青中瀝青部分比例減少，橡膠部分比例增多，而橡膠本身對溫度的敏感性低于瀝青，故感溫性能得到改善。

3．2 影響顯著性研究

為進一步分析橡膠粉細度和摻量對橡膠瀝青感溫性能影響的顯著性，對表6中數(shù)據(jù)進行雙因素方差分析，結(jié)果如表7所示。

表7 橡膠粉細度和摻量對橡膠瀝青GTS影響方差分析結(jié)果表

由表7可知，橡膠粉細度和摻量對應(yīng)的F值分別為376．20和273．88，明顯高于兩者對應(yīng)的F臨界值4．46和3．84，表明橡膠粉細度和摻量均對橡膠瀝青感溫性能有顯著影響。同時橡膠粉細度對應(yīng)的F值為其F臨界值的84倍，而橡膠粉摻量對應(yīng)的F值為其F臨界值的71倍，表明橡膠粉細度對橡膠瀝青感溫性能的影響程度更大。

4 結(jié)語

（1）采用PI、VTS和GTS評價橡膠瀝青感溫性能時其可靠性依次增強，其中不同試驗溫度范圍計算的GTS變異系數(shù)僅為－0．04，分別約為PI和VTS變異系數(shù)的1／13和1／3，故推薦采用GTS作為橡膠瀝青感溫性能評價指標(biāo)。

（2）橡膠粉細度和摻量增加時橡膠瀝青感溫性能逐漸被改善，且細度＞60目時改善作用增強，摻量＞20%后改善作用降低。

（3）橡膠粉細度和摻量均對橡膠瀝青感溫性能有顯著影響，且橡膠粉細度的影響程度較橡膠粉摻量更大。