■魏 穎

（福建路達(dá)工程建設(shè)有限公司，福州 350001）

1 前言

改性瀝青的研究，目前國內(nèi)外使用較多、成效較好的是各種聚合物改性劑，其他種類的改性瀝青實(shí)際應(yīng)用不多。本文使用一些固體廢棄物代替新料對瀝青進(jìn)行改性，既可以提高瀝青的路用性能，又可以實(shí)現(xiàn)固廢再利用，減少環(huán)境污染。不同的改性劑可以從不同的方面提高瀝青的性能，SBS之類的傳統(tǒng)改性劑，一噸需要2萬多元，而廢膠粉一噸約3000元左右，大大降低了成本，且資源循環(huán)利用。礦物填充料中加入脫硫灰和碳酸鈣，起到填充補(bǔ)強(qiáng)的作用。本文主要研究討論廢膠粉/脫硫灰/碳酸鈣復(fù)合改性瀝青，通過改性前后瀝青性能的變化來探討其在應(yīng)用上的前景[1]。

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 主要原材料

原材方面主要采用70號道路瀝青、廢膠粉（30目）；脫硫灰 （龍凈環(huán)保有限公司提供的由該公司脫硫設(shè)備形成的干法脫硫灰，100目）；碳酸鈣（100目）。

2.2 主要設(shè)備及儀器

儀器方面主要采用上海昌吉YD-2806H型全自動(dòng)瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)器；上海昌吉SYD-2801F型低溫針入度試驗(yàn)器；上海昌吉SYD-4508F型瀝青延伸度試驗(yàn)器；上海FLUKO產(chǎn)高速剪切機(jī)；及美國TA公司AR-2000型旋轉(zhuǎn)流變儀。

2.3 改性瀝青制備

本文選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%～20%的廢膠粉（以下廢膠粉簡稱JF）加入量為一個(gè)系列，測其三大指標(biāo)，結(jié)果如表1所示。本文分別采用脫硫灰/碳酸鈣改性瀝青（以下脫硫灰簡稱T，碳酸鈣簡稱C）摻量10%、20%、30%的配方，測其三大指標(biāo)，結(jié)果如表2、表3、表4所示。制備時(shí)，在基質(zhì)瀝青中分別加入不同的改性劑，在高速剪切機(jī)6500r/min下攪拌1h制得樣品。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 改性瀝青工程參數(shù)

從表1可以看出，廢膠粉的加入明顯提高了基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)，降低了針入度。軟化點(diǎn)的提高即提高了瀝青的耐熱性，而且也優(yōu)化了瀝青的高溫性能；針入度降低，即黏度增大，溫感性變好。在廢膠粉添加量為16%時(shí)，軟化點(diǎn)達(dá)到一個(gè)高值，較果較佳。

表1 廢膠粉改性瀝青三大指標(biāo)測試數(shù)據(jù)

表2 脫硫灰/碳酸鈣改性瀝青摻量10%三大指標(biāo)測試數(shù)據(jù)

表3 脫硫灰/碳酸鈣改性瀝青摻量20%三大指標(biāo)測試數(shù)據(jù)

表4 脫硫灰/碳酸鈣改性瀝青摻量30%三大指標(biāo)測試數(shù)據(jù)

從表2、表3、表4可以看出，脫硫灰/碳酸鈣的加入使得瀝青的軟化點(diǎn)明顯提高，針入度增大，即瀝青變得更軟。且隨著添加量的增加，軟化點(diǎn)的增加值也越大。

上述研究表明：廢膠粉改性瀝青大大增加了瀝青的彈性，但是導(dǎo)致瀝青過硬，而脫硫灰/碳酸鈣的加入則會(huì)使得瀝青具備較好延度，但彈性不足。于是本文將廢膠粉和脫硫灰/碳酸鈣混合對瀝青進(jìn)行復(fù)合改性，并測其三大指標(biāo)，結(jié)果如表5所示。

表5 廢膠粉/脫硫灰/碳酸鈣改性復(fù)合改性瀝青三大指標(biāo)

選取廢膠粉的最佳添加量16%，來探討脫硫灰/碳酸鈣的最佳添加量。從表5可以看出，當(dāng)添加12%碳酸鈣、18%脫硫灰和16%廢膠粉時(shí)，軟化點(diǎn)提高最多，可以認(rèn)為效果最好。

3.2 改性瀝青流變學(xué)性能

將改性瀝青樣品裁成適宜大小，在AR2000旋轉(zhuǎn)流變儀上進(jìn)行測試。平行板夾具直徑為25mm，夾具間距離為1mm，測試溫度為65℃。頻率掃描是在應(yīng)變?yōu)?%下進(jìn)行，頻率掃描范圍為0.1rad/s～100rad/s。溫度掃描是在應(yīng)變?yōu)?%下進(jìn)行，溫度掃描范圍35～85℃。

3.2.1 溫度掃描

復(fù)數(shù)剪切模量是指材料在受到重復(fù)剪切變形過程中所受到的總阻力大小的量度，通常由彈性部分（G′）和黏性部分（G″）組成，如圖1所示。彈性部分代表的是材料在每次荷載循環(huán)過程中所儲存的能量，黏性部分代表了材料在每次荷載循環(huán)過程中損耗的能量。材料中彈性部分與黏性部分的區(qū)分是由相位角的差異來表示，復(fù)數(shù)剪切模量是材料彈性部分與黏性部分的比值[2]。

圖2給出了JFT/CJF/T/C改性瀝青車轍因子的測試結(jié)果。

圖1 復(fù)數(shù)剪切模量組成

圖2 改性瀝青車轍因子的影響（35℃～85℃）

圖2表示的是溫度區(qū)間時(shí)（35℃～85℃）改性劑對瀝青車轍因子G*/sinδ的影響。從圖中可以看出，摻加改性劑之后，改性瀝青的車轍因子比基質(zhì)瀝青明顯增大，且改性瀝青的車轍因子隨著改性劑的摻量增加而增大。SHRP瀝青膠結(jié)料規(guī)范中規(guī)定用車轍因子G*/sinδ來表示瀝青的抗車轍能力，在最高路面設(shè)計(jì)溫度下，G*/sinδ越大就越好。臨界溫度值越高，說明這種瀝青膠結(jié)料抵抗高溫流動(dòng)變形的能力就越強(qiáng)。因此，使用上述三種改性劑的改性瀝青比基質(zhì)瀝青具備具備更優(yōu)的抗高溫車轍能力[3]。

3.2.2 頻率掃描

圖3給出了JFT/CJF/T/C改性瀝青頻率掃描下?lián)p耗模量隨著頻率的變化趨勢。

圖3 頻率對于改性瀝青損耗模量的影響

瀝青摻入改性劑后，對其在不同荷載作用頻率下的流變特性產(chǎn)生影響。圖3表示的是65℃時(shí)頻率對不同摻量改性劑改性瀝青損耗模量的影響。從圖中可以看出，改性瀝青的損耗模量隨著頻率的增大而增加。損耗模量越低，瀝青所具備的抗疲勞性能的最低溫度就降低，則疲勞性能越好[4]。當(dāng)碳酸鈣添加量16%、脫硫灰添加量14%廢膠粉添加量16%的復(fù)合改性瀝青表現(xiàn)出較好的抗疲勞性能。

相位角是用來衡量材料可恢復(fù)變形量和不可恢復(fù)變形量相對關(guān)系的一個(gè)指標(biāo)。對彈性固體來說相位角一般為0°，黏性流體的相位角一般為90°。瀝青這樣的黏彈性材料，它兼具彈性固體和黏性流體的性質(zhì)，相位角一般在0°～90°之間，它的復(fù)數(shù)剪切模量和相位角的大小主要是隨著溫度和荷載頻率的變化。在高溫下，瀝青會(huì)呈現(xiàn)出黏性流體的性質(zhì)，其相位角趨于90°；在低溫下，瀝青會(huì)呈現(xiàn)出彈性固體的性質(zhì)，其相位角趨于0°[5]。

圖4 頻率對于改性瀝青相位角的影響

圖4表示的是JFT/CJF/T/C改性瀝青相位角隨著頻率的變化趨勢，從圖中可以看出，三個(gè)系列的改性瀝青的相位角隨著剪切頻率的增長呈現(xiàn)減小的趨勢。基質(zhì)瀝青的相位角是最接近90°的，表明基質(zhì)瀝青主要表現(xiàn)出黏性流體性質(zhì)，而JF和JF/T/C瀝青的相位角較基質(zhì)瀝青明顯減小，廢膠粉的加入使得瀝青彈性顯著增大。脫硫灰/碳酸鈣改性瀝青相位角較基質(zhì)瀝青有些許增大，這是由于脫硫灰/碳酸鈣都是很細(xì)的無機(jī)粒子，會(huì)使基質(zhì)瀝青變軟，黏性成分增加[6]。

4 結(jié)論

本文以廢膠粉、脫硫灰、碳酸鈣等作為瀝青改性劑，制得JFT/CJF/T/C改性瀝青并進(jìn)行了流變學(xué)性能測試，得到了以下結(jié)論：

（1）將廢膠粉/脫硫灰/碳酸鈣復(fù)合對瀝青進(jìn)行改性，一方面可以增大瀝青的強(qiáng)度，一方面又可以使瀝青的黏度不至于下降的太厲害，實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)添加16%廢膠粉18%脫硫灰12%碳酸鈣時(shí)，軟化點(diǎn)提高的最多，可以認(rèn)為效果最好。

（2）JFT/CJF/T/C的改性瀝青車轍因子隨著溫度的升高而減小。這表明這三種的改性瀝青不僅強(qiáng)度增大，抗形變能力也增大了。

（3）與基質(zhì)瀝青相似，JFT/CJF/T/C改性瀝青的改性瀝青的損耗模量都隨著荷載頻率的增大而增大，相位角隨著荷載頻率的增大呈現(xiàn)減小的趨勢，彈性成分增大。

[1]許愛華，郭朝陽，盧偉.廢胎膠粉橡膠瀝青改性機(jī)理研究[J].交通科技，2010，03：87-89.

[2]黃衛(wèi)東，呂偉民.瀝青及瀝青混合料流變性質(zhì)與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，28（4）：501-504.

[3]曾贅，郭淑華.零剪切粘度與瀝青高溫性能的關(guān)系[J].石油瀝青.2003，17（增刊）．

[4]李秀君，景彥平，原健安.瀝青延度與流變特性關(guān)系研究分析（二）[J].石油瀝青，2002，16.

[5]陳華鑫，王秉綱.SBS改性瀝青的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2007，35（7）：37-40.

[6]劉聞，吳健，李長海.低標(biāo)號硬質(zhì)瀝青動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)分析研究[J].中外公路，2007，27（4）：257-259.