張志剛，郭彩節(jié)，張景然，杜帥峰，殷衛(wèi)永

（1、宜陽縣公路管理局 河南洛陽471699；2、河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 鄭州450000）

0 引言

與SBS 改性瀝青等常規(guī)改性瀝青相比，膠粉改性瀝青中膠粉顆粒未完全與基質(zhì)瀝青發(fā)生反應(yīng)，改性瀝青中存在部分懸浮橡膠顆粒［1-3］，這對膠粉改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性造成不利影響。膠粉改性瀝青高溫儲(chǔ)存過程中膠粉顆粒易聚團(tuán)離析［4-6］，嚴(yán)重影響膠粉改性瀝青性能。因此，膠粉改性瀝青不宜長時(shí)間儲(chǔ)存。但實(shí)際工程應(yīng)用中，由于受到施工作業(yè)面限制、天氣變化、機(jī)械設(shè)備故障等因素影響，膠粉改性瀝青有時(shí)不能及時(shí)使用完畢而暫時(shí)儲(chǔ)存。膠粉改性瀝青儲(chǔ)存過程中，對其性能影響最為顯著的為儲(chǔ)存溫度和儲(chǔ)存時(shí)間［7，8］。為分析膠粉改性瀝青儲(chǔ)存過程中性能變化規(guī)律并確保膠粉改性瀝青良好的使用性能，亟需研究不同儲(chǔ)存條件對膠粉改性瀝青性能的影響。

基于此，本文模擬工程實(shí)際條件，對膠粉改性瀝青在不同條件下儲(chǔ)存，研究儲(chǔ)存條件對膠粉改性瀝青高溫性能、低溫性能和黏度的影響，以期為相關(guān)工程應(yīng)用提供參考。

1 原材料

1.1 基質(zhì)瀝青

采用中海油AH-70 作為基質(zhì)瀝青制備膠粉改性瀝青，AH-70瀝青各項(xiàng)指標(biāo)如表1所示。

1.2 橡膠粉

本文采用的橡膠粉細(xì)度為40目，性能指標(biāo)檢測結(jié)果如表2所示。

表1 AH-70基質(zhì)瀝青檢測結(jié)果Tab.1 Test Results of AH-70 Base Asphalt

表2 橡膠粉性能指標(biāo)Tab.2 Performance Index of Rubber Powder

2 不同儲(chǔ)存條件的膠粉改性瀝青制備

本文先制備普通膠粉改性瀝青。膠粉摻量為以基質(zhì)瀝青為基準(zhǔn)外摻20%，同時(shí)摻加0.7%表面活性劑和0.2%交聯(lián)劑。膠粉改性瀝青制備工藝為在180℃條件下先以2 000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌45 min，然后以3 500 r/min剪切攪拌45 min。為模擬實(shí)際工程條件并確定最佳儲(chǔ)存條件，將膠粉改性瀝青在不同的溫度下儲(chǔ)存不同時(shí)間，儲(chǔ)存溫度分別為175℃、155℃、135℃，儲(chǔ)存時(shí)間分別為12 h、24 h、36 h、48 h、50 h，制備得到不同儲(chǔ)存條件的膠粉改性瀝青。儲(chǔ)存環(huán)境為室內(nèi)恒溫烘箱，儲(chǔ)存過程分持續(xù)攪拌和靜置2種條件。靜置儲(chǔ)存過程中，膠粉改性瀝青始終未被攪拌處理。持續(xù)攪拌是將攪拌設(shè)備放置于烘箱上部，攪拌轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過烘箱上部通孔穿過，旋轉(zhuǎn)葉片可在烘箱內(nèi)部旋轉(zhuǎn)。儲(chǔ)存過程中，對瀝青持續(xù)攪拌速率為300 r/min，模擬工程應(yīng)用過程中瀝青罐中持續(xù)攪拌。

3 不同儲(chǔ)存條件對膠粉改性瀝青性能的影響

3.1 高溫性能

采用軟化點(diǎn)評價(jià)不同儲(chǔ)存條件下膠粉改性瀝青高溫性能。儲(chǔ)存過程中持續(xù)攪拌膠粉改性瀝青，在設(shè)定溫度下達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，直接取樣，按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程：JTG E20-2011》測試。儲(chǔ)存過程中靜置膠粉改性瀝青，在設(shè)定溫度下達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，先以300 r/min 速度攪拌5～10 min，然后取樣按照規(guī)程測試。不同儲(chǔ)存條件的膠粉改性瀝青測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同儲(chǔ)存條件下膠粉改性瀝青軟化點(diǎn)Fig.1 Softening Point of Crumb Rubber Modified Asphalt under Different Storage Conditions

由圖1 分析可知，不同條件下儲(chǔ)存后膠粉改性瀝青軟化點(diǎn)呈現(xiàn)先升高后降低的整體趨勢。攪拌和靜置儲(chǔ)存時(shí)，不同溫度均在儲(chǔ)存12 h 后軟化點(diǎn)達(dá)到峰值。這主要是由于在短期儲(chǔ)存時(shí)間內(nèi)，膠粉在瀝青中進(jìn)一步溶脹、發(fā)育，膠粉顆粒軟化。瀝青中輕質(zhì)組分被膠粉吸收，瀝青質(zhì)增多，即膠粉對基質(zhì)瀝青的改性作用增強(qiáng)，改性瀝青軟化點(diǎn)升高。隨著儲(chǔ)存時(shí)間增加，膠粉顆粒在瀝青中充分溶脹后，逐步開始降解過程。隨著降解時(shí)間增加，膠粉部分離析，膠粉改性作用降低，導(dǎo)致軟化點(diǎn)逐步降低。

攪拌和靜置條件下，儲(chǔ)存溫度越高，后期軟化點(diǎn)降低幅度越大。表明溫度升高，膠粉降解程度加快，改性作用明顯降低。當(dāng)儲(chǔ)存時(shí)間達(dá)到60 h 時(shí)，135℃儲(chǔ)存溫度下，改性瀝青軟化點(diǎn)最高。相同儲(chǔ)存溫度和時(shí)間下，靜置儲(chǔ)存軟化點(diǎn)降低更加明顯。這主要是由于靜置條件下膠粉改性瀝青更容易離析，改性作用降低。靜置儲(chǔ)存溫度越低，后期軟化點(diǎn)降低越低，表明低溫儲(chǔ)存可減少膠粉改性瀝青離析。

3.2 低溫性能

采用5℃延度分析不同儲(chǔ)存條件下膠粉改性瀝青低溫性能變化規(guī)律。與測試軟化點(diǎn)相同，儲(chǔ)存過程中持續(xù)攪拌膠粉改性瀝青，達(dá)到設(shè)定時(shí)間后直接取樣測試。未攪拌的膠粉改性瀝青，達(dá)到設(shè)定時(shí)間后先攪拌再取樣測試。不同儲(chǔ)存條件的膠粉改性瀝青延度測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同儲(chǔ)存條件下膠粉改性瀝青延度Fig.2 Ductility of Crumb Rubber Modified Asphalt under Different Storage Conditions

由圖2 分析可知，不同條件下儲(chǔ)存后膠粉改性瀝青延度呈現(xiàn)先升高后降低的整體趨勢。持續(xù)攪拌時(shí)，不同溫度下均在儲(chǔ)存36 h時(shí)延度達(dá)到峰值；靜置儲(chǔ)存時(shí)，不同溫度下均在儲(chǔ)存24 h時(shí)延度達(dá)到峰值。這主要是由于前期儲(chǔ)存過程中膠粉的溶脹、發(fā)育進(jìn)一步增強(qiáng)，對瀝青的改性作用提升。隨著儲(chǔ)存時(shí)間增加，延度達(dá)到峰值后迅速下降。儲(chǔ)存溫度越高，下降速度越快。當(dāng)儲(chǔ)存時(shí)間為60 h 時(shí)，135℃儲(chǔ)存延度最高，其次為155℃儲(chǔ)存延度。這是由于隨著儲(chǔ)存時(shí)間增加，膠粉逐漸降解，膠粉改性瀝青逐漸離析，膠粉析出凝絮，改性作用降低。但隨著儲(chǔ)存時(shí)間增加，溫度越高，延度降低幅度越明顯。表明長時(shí)間儲(chǔ)存時(shí)，溫度不宜過高。

此外，膠粉改性瀝青延度，比常規(guī)SBS 改性瀝青整體偏低，這主要是由于橡膠粉在瀝青中并未完全融解。延度測試過程中，改性瀝青中的橡膠顆粒在拉伸時(shí)容易形成應(yīng)力集中現(xiàn)場，導(dǎo)致膠粉改性瀝青更容易斷裂，且斷面粗糙，面積較大。

3.3 黏度

膠粉改性瀝青較常規(guī)改性瀝青具有較高的黏度，正是由于其高黏特征，使其具有優(yōu)異的高溫性能，黏度也是膠粉改性瀝青使用性能的重要指標(biāo)。由于膠粉改性瀝青儲(chǔ)存過程中膠粉溶脹、發(fā)育和離析等作用，不同溫度和儲(chǔ)存時(shí)間會(huì)影響瀝青黏度。膠粉改性瀝青表現(xiàn)出較強(qiáng)的非牛頓流體特征，需要嚴(yán)格控制測試條件。相關(guān)研究［9，10］表明，177℃黏度能較好地反應(yīng)膠粉改性瀝青性能。本文采用測試溫度為177℃，27#轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速20 r/min。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同儲(chǔ)存條件下膠粉改性瀝青黏度Fig.3 Viscosity of Crumb Rubber Modified Asphalt under Different Storage Conditions

由圖3分析可知，不同儲(chǔ)存條件下，隨著儲(chǔ)存時(shí)間增加，膠粉改性瀝青黏度均逐漸降低。在靜置條件下，當(dāng)儲(chǔ)存時(shí)間小于36 h時(shí)，降低幅度較小，隨后降低幅度略有增加。前期黏度降低主要是儲(chǔ)存過程中膠粉軟化，膠粉顆粒在瀝青中溶脹降解程度加深。前期的黏度降低有利于提高膠粉改性瀝青性能和施工和易性，避免黏度過高導(dǎo)致泵送過程中堵塞管道。但隨著儲(chǔ)存時(shí)間增加，膠粉降解程度加深，過度裂解，且改性瀝青出現(xiàn)離析，膠粉顆粒析出，導(dǎo)致改性瀝青黏度大幅降低，使得膠粉改性瀝青已失去其高黏特征。因此，儲(chǔ)存時(shí)間過長對膠粉改性瀝青使用性能產(chǎn)生較嚴(yán)重不利影響。

相同儲(chǔ)存溫度和儲(chǔ)存時(shí)間下，當(dāng)儲(chǔ)存時(shí)間小于36 h 時(shí)，攪拌條件下，膠粉改性瀝青黏度降低速度更快。這是由于在該過程中，膠粉溶脹起主導(dǎo)作用，攪拌可促進(jìn)膠粉溶脹。當(dāng)儲(chǔ)存時(shí)間大于36 h時(shí)，靜置條件下黏度降低速度更快，這主要是由于該過程中改性瀝青已產(chǎn)生離析，而靜置條件下改性瀝青離析更加嚴(yán)重，黏度降低更明顯。在儲(chǔ)存時(shí)間相同時(shí)，儲(chǔ)存溫度越高，黏度降低越快，表明高溫條件下，膠粉溶脹、降解和離析過程都將加快，膠粉改性瀝青不宜長時(shí)間高溫靜置儲(chǔ)存。

4 結(jié)論

通過上述對不同儲(chǔ)存溫度和儲(chǔ)存時(shí)間下膠粉改性瀝青的高溫性能、低溫性能和黏度的研究，可得出以下結(jié)論：

⑴隨著儲(chǔ)存時(shí)間增加，不同儲(chǔ)存溫度下，膠粉改性瀝青軟化點(diǎn)在儲(chǔ)存12 h前逐漸增加，隨后降低。儲(chǔ)存溫度越高，軟化點(diǎn)前期增加和后期降低速度越快。儲(chǔ)存過程中靜置時(shí)，軟化點(diǎn)前期增加較緩慢，后期降低速度較快。

⑵隨著儲(chǔ)存時(shí)間增加，不同儲(chǔ)存溫度時(shí)，攪拌條件下膠粉改性瀝青延度36 h 前緩慢增加，隨后降低。靜置條件下膠粉改性瀝青延度24 h前緩慢增加，隨后降低。與攪拌條件相比，靜置條件下，延度前期增加幅度較小，后期降低幅度較顯著。

⑶隨著儲(chǔ)存時(shí)間增加，不同儲(chǔ)存溫度下，膠粉改性瀝青黏度均逐漸降低。前期降低幅度較慢，后期降低幅度較快。相同條件下，儲(chǔ)存溫度越高，黏度降低幅度越快。與攪拌條件相比，靜置條件下，后期黏度降低幅度更顯著。

⑷膠粉改性瀝青12 h 以內(nèi)短時(shí)間儲(chǔ)存，有助于膠粉充分溶脹，軟化點(diǎn)和延度增加，黏度降低，有助于提升改性瀝青使用性能并利于施工。但是長時(shí)間儲(chǔ)存，尤其是長時(shí)間高溫靜置儲(chǔ)存，膠粉改性瀝青性能顯著降低。