馮明林， 王笑風， 楊 博， 劉建飛

（1.交通運輸行業(yè)公路建設與養(yǎng)護技術、材料及裝備研發(fā)中心，鄭州 450000；2.河南省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司，鄭州 450000）

瀝青高低溫特性關系到瀝青路面的使命壽命，在瀝青標準體系研究中，高低溫性能分析至關重要. 魏永政等［1］借助動態(tài)剪切流變和凝膠滲透色譜試驗發(fā)現：橡膠瀝青高溫性能提高是膠粉活化的結果，活化1.5 min時，膠粉內部化學鍵斷裂迅速，大分子量降低，交互反應徹底，高溫性能大幅提升. 王新強等［2］通過混合料動態(tài)模量和相位角分析認為，級配類型和膠結料分別對膠粉改性瀝青混合料黏彈性具有明顯的影響. 王琨等［3］通過Burgers模型研究瀝青進行黏彈性參數，表明瀝青在46 ℃以上時彈性變形很小，基質瀝青變形以黏性變形為主，隨溫度升高，變形增大、彈性變形下降.

本文則選取70 號基質瀝青、橡膠瀝青（膠粉摻量為18%）、SBS 改性瀝青（SBS 摻量為4%）三種瀝青作為研究變量，借助重復蠕變和彎曲梁蠕變對橡膠瀝青高低溫特性展開分析，為橡膠技術的發(fā)展提供理論依據.

1 重復蠕變試驗分析

1.1 Burgers模型蠕變勁度黏性分析

通過Burgers四單元流變模型得到蠕變柔量黏性成分Jv，進而計算蠕變勁度黏性成分Gv（Gv=1/Jv）（圖1）.

圖1 Burgers模型及其變形曲線Fig.1 Burgers model and its deformation curve

Gv 越大，瀝青高溫性能越優(yōu)［4］. 通過圖2可見，橡膠瀝青Gv 明顯高于SBS 改性瀝青和基質瀝青，是SBS改性瀝青的4倍左右，是基質瀝青的6倍左右.

1.2 累積變形增長率k值分析

累積變形增長率k 值大小和殘留變形累積、車轍發(fā)生概率等成正比［5-7］. 結合圖3 中k 值變化情況，橡膠瀝青k 值最小，約為SBS 改性瀝青的4/5，為基質瀝青的1/20，表明在“加載—卸載”循環(huán)試驗中，橡膠瀝青變形較慢，在相同外界條件下，抗車轍性能較好.

1.3 累積變形分析

試件100次重復蠕變累積變形大小和高溫性能成反比［8］. 圖4 累計變形表明：基質瀝青累積變形量約是SBS改性瀝青的35倍，約是橡膠瀝青的160倍，橡膠瀝青高溫性能優(yōu)勢明顯.

圖2 瀝青重復蠕變Gv值Fig.2 Asphalt repeat creep Gv value

圖3 瀝青重復蠕變試驗k值Fig.3 Asphalt repeated creep test k value

圖4 重復蠕變累積變形Fig.4 Repeated creep cumulative deformation

1.4 殘留變形率分析

在“加載—卸載”過程中，卸載結束殘留變形γP與加載結束時總變形γL百分比反映了試件變形恢復能力［9］. 瀝青變形恢復能力和高溫性能與殘留變形率γP/γL顯現反向增長.

通過圖5和圖6可見，橡膠瀝青γP/γL值約為SBS改性瀝青的1/5，橡膠瀝青比SBS改性瀝青變形恢復能力更強. 橡膠瀝青γP/γL值約為基質瀝青的1/110，基質瀝青變形恢復困難.

圖5 不同瀝青變形對比Fig.5 Different asphalt deformation comparison

圖6 瀝青重復蠕變變形恢復能力Fig.6 Deformation recovery ability of asphalt repeat creep

1.5 橡膠瀝青膠漿重復蠕變分析

膠粉的溶脹反應不是完全徹底，會殘留有替代礦粉起填料作用的“膠核”，合適的粉膠比關系到混合料的綜合性能. 不同粉膠比下蠕變結果見圖7～圖10.

圖7 不同粉膠比橡膠瀝青膠漿Gv值Fig.7 Rubber asphalt cement Gv value of different powder-rubber ratio

圖8 不同粉膠比橡膠瀝青膠漿k值Fig.8 Rubber asphalt cement k value of different powder-rubber ratio

圖9 不同粉膠比橡膠瀝青膠漿累積變形Fig.9 Rubber asphalt cement cumulative deformation of different powder-rubber ratio

圖10 不同粉膠比橡膠瀝青膠漿殘留變形Fig.10 Rubber asphalt cement residual deformation of different powder-rubber ratio

通過粉膠比重復蠕變各指標變化趨勢可見，在粉膠比為0.3時，蠕變勁度黏性分析Gv值出現“谷值”，膠漿累積變形及其增長率k值、殘留變形率等三者均出現不同程度的“峰值”.

綜合粉膠比重復蠕變各指標變化，以0.3粉膠比為界，小于0.3時，膠漿高溫性能和粉膠比變化成反比；大于0.3時，膠漿高溫性能和粉膠比變化成正比. 過高的粉膠比破壞了膠粉溶脹后與原基質瀝青的空間網狀體系. 當在膠漿中礦粉占據主導地位以后，膠漿的相對移動由于礦粉的阻尼變得非常困難，重復蠕變試驗指標就會變得偏高，因此，橡膠瀝青混合料配合比設計時，要注重粉膠比的選擇.

2 彎曲梁蠕變試驗分析

2.1 瀝青試驗結果分析

從圖11 中-10 ℃下勁度模量S 值來看，低溫性能SBS 改性瀝青＞橡膠瀝青＞基質瀝青；從彎曲蠕變速率m 值來看，低溫性能SBS改性瀝青＞基質瀝青＞橡膠瀝青，勁度模量S值和蠕變速率m值結論存在差異. 根據李智慧［10-12］等研究，當S值和m值存在差異時，S值與低溫彎曲最大破壞應變規(guī)率相同，S值作為低溫評價指標較為合理.

圖11 不同瀝青彎曲梁蠕變試驗結果Fig.11 Creep test results of different asphalt bending beams

S值的變化說明，橡膠粉中的瀝青成分在橡膠瀝青低溫變形中至關重要［13-14］，而在瀝青混合料中骨料充分不具備抵抗彎拉變形的能力［15-18］，只有瀝青與礦粉構成的瀝青膠漿，才是抵抗低溫抗裂性能的關鍵［18-22］.

圖12的膠漿結果表明橡膠瀝青和SBS改性瀝青膠漿的低溫性能和粉膠比成反比例變化，而工程應用中橡膠瀝青混合料粉膠比通常小于0.7［23-27］，而SBS改性瀝青混合料粉膠比一般大于1.0［28］. 橡膠瀝青膠漿粉膠比為0.7時勁度模量為232 MPa，而SBS改性瀝青膠漿粉膠比為1.0時勁度模量為267 MPa，可見以瀝青膠漿的低溫性能來看，S值越小，低溫性能越優(yōu)，橡膠瀝青比SBS改性瀝青有更好的低溫性能.

圖12 不同瀝青膠漿彎曲梁蠕變試驗結果Fig.12 Creep test results of different asphalt cement curved beams

2.2 橡膠瀝青膠漿彎曲梁蠕變試驗分析

在橡膠瀝青和SBS改性瀝青膠漿彎曲梁蠕變分析基礎上，在-10 ℃環(huán)境下，針對橡膠瀝青粉膠比展開系統(tǒng)地分析，結果見圖13所示.

根據試驗結果可見，蠕變速率m值隨粉膠比變化不大，只是產生部分數字微小的波動，但是勁度模量S則隨粉膠比增加依然顯遞增趨勢. 而本文是以勁度模量S作為瀝青膠漿低溫性能的評價指標，勁度模量S遞增的趨勢說明，瀝青膠漿的低溫性能隨粉膠比增加而降低. 這是由于礦粉填料的加入吸附瀝青致使結構瀝青比重增加，降低了瀝青膠漿的流動性，導致膠漿柔性降低，模量增大.

圖13 橡膠瀝青膠漿彎曲梁蠕變試驗結果Fig.13 Creep test results of rubber asphalt cement curved beam

3 橡膠瀝青粉膠比確定

在高溫性能方面，橡膠瀝青膠漿粉膠比0.3 以下時，高溫性能隨粉膠比增加而成反比例變化，粉膠比0.3以上時，高溫性能變化則相反，說明粉膠比小于或大于0.3時，高溫性能相對較優(yōu). 在低溫性能方面，橡膠瀝青膠漿低溫性能隨粉膠比增加反而下降，間接說明粉膠比越低，低溫性能越好. 因此，綜合低溫和高溫性能試驗結果，配合比設計時粉膠比以小于0.3為宜.

4 結論

本文采用重復蠕變試驗和彎曲梁蠕變試驗對橡膠改性瀝青進行黏彈性分析，得出以下結論：

1）橡膠瀝青重復蠕變黏性成分約為SBS改性瀝青的4倍，基質瀝青的6倍；累積變形增長率k值最慢，約為SBS改性瀝青的4/5，為基質瀝青的1/20，累積變形和殘留變形率均為最小，抗車轍性能和變形恢復能力優(yōu)勢明顯.

2）當橡膠瀝青粉膠比為0.3時，膠漿重復蠕變黏性分析出現“谷值”，膠漿累積變形及其增長率k值、殘留變形率等三者基本相同，均出現不同程度的“峰值”.

3）橡膠瀝青由于含有相當數量膠粉的原因，致使低溫性能優(yōu)于基質瀝青但不如SBS改性瀝青；但從瀝青膠漿的角度出發(fā)，橡膠瀝青膠漿比SBS改性瀝青有更好的低溫性能. 同時隨粉膠比增加，瀝青膠漿低溫性能顯著降低.

4）綜合橡膠瀝青高、低溫黏彈性試驗分析結果，配合比設計時粉膠比以小于0.3為宜.