楊國良 陳奇良 李燕楓 包秀寧

（廣州大學 土木工程學院）

0 引言

在國家提倡節(jié)能減排、綠色友好、回收利用的可持續(xù)發(fā)展背景下，溫拌橡膠瀝青不僅能減低施工溫度、減少煙塵排放、廢舊橡膠輪胎回收利用，而且鋪筑的瀝青路面具有良好的路用性能，逐漸引起人們的關注[1-3]。高溫穩(wěn)定性是瀝青路面路用性能中一個重要性能，特別在高溫炎熱地區(qū)，往往由于高溫穩(wěn)定性不足容易誘發(fā)路面車轍，導致路面平整度下降，影響行車舒適性與安全。瀝青路面高溫穩(wěn)定性其中一個重要影響因素就是瀝青材料的熱穩(wěn)定性，高溫條件下熱穩(wěn)定性不足的瀝青材料不僅容易流動，發(fā)生不可恢復的塑性變形，而且瀝青組分中的輕質(zhì)組分更易于揮發(fā)與氧化，引發(fā)瀝青老化，瀝青粘附力降低，瀝青材料從集料表面剝落，造成瀝青路面材料松散、坑槽等病害[4-6]。因此，本研究從溫拌橡膠瀝青的軟化點、高溫黏度和熱重分析試驗三方面評價其熱穩(wěn)定性，為溫拌橡膠瀝青路面的推廣應用提供參考。

1 原材料性能

1.1 基質(zhì)瀝青

本研究采用70 號A 級道路石油瀝青，其主要性能指標如表1 所示。

表1 70 號基質(zhì)瀝青基本性能指標

1.2 橡膠粉

本研究采用60 目廢舊輪胎回收橡膠粉，其技術指標如表2 所示。

1.3 溫拌劑

Sasobit 溫拌劑是一種聚烯烴類改性劑，一般情況下為顆粒狀或粉末狀，其性能如表3 所示。

表3 Sasobit 溫拌劑性能指標

Evotherm 溫拌劑是由美國美德維實偉克（Mead-Westvaco）公司生產(chǎn)的最新一代產(chǎn)品，為深黃褐色粘稠狀的低粘度液體，其性能指標如表4 所示。

表4 Evotherm 溫拌劑性能指標

2 溫拌橡膠瀝青配制

稱取一定質(zhì)量的基質(zhì)瀝青，將其預熱至140℃后，加入基質(zhì)瀝青質(zhì)量3%的Sasobit 溫拌劑，攪拌5 分鐘后，將60 目橡膠粉按照基質(zhì)瀝青質(zhì)量20%的比例倒入基質(zhì)瀝青中，整個摻加過程使用FW30 型攪拌器進行攪拌均勻。整個攪拌過程中，配制溫度控制在(140±5)℃，攪拌速率為350r/min，攪拌時間為60min，即可完成Sasobit 溫拌橡膠瀝青的配制。

Evotherm 溫拌橡膠瀝青的配制流程同上，添加的Evotherm 溫拌劑劑量占基質(zhì)瀝青質(zhì)量1%。

3 溫拌橡膠瀝青軟化點試驗

軟化點是瀝青材料性能三大指標之一，是瀝青材料受熱軟化而流動下垂一定距離時的溫度。軟化點越高，瀝青材料熱穩(wěn)定性越好。本實驗采用軟化點試驗儀檢測溫拌橡膠瀝青的軟化點，試驗結(jié)果如圖1 所示。

由圖1 可以看到，兩種溫拌橡膠瀝青的軟化點都較高，Sasobit 溫拌橡膠瀝青軟化點為73.4℃，Evotherm溫拌橡膠瀝青軟化點為71.8℃，而原材料基質(zhì)瀝青只有47.5℃。這表明上述兩種溫拌橡膠瀝青均具有良好的熱穩(wěn)定性，Sasobit 溫拌橡膠瀝青的熱穩(wěn)定性略優(yōu)于Evotherm 溫拌橡膠瀝青。

圖1 不同溫拌劑的溫拌橡膠瀝青軟化點

4 溫拌橡膠瀝青旋轉(zhuǎn)黏度試驗

瀝青材料在外力作用下瀝青粒子產(chǎn)生相互位移的抵抗剪切變形的能力稱為黏滯性，常用黏度來表示。黏度是瀝青材料非常重要的參數(shù)，其數(shù)值越高，抵抗剪切變形的能力越好，熱穩(wěn)定性更優(yōu)異。本實驗采用Brookfield 黏度計測量溫拌橡膠瀝青180℃旋轉(zhuǎn)黏度，轉(zhuǎn)子采用SC4-27 號轉(zhuǎn)子，試驗結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同溫拌劑的溫拌橡膠瀝青180℃旋轉(zhuǎn)黏度

從圖2 發(fā)現(xiàn)，在180℃高溫條件下，兩種溫拌橡膠瀝青的旋轉(zhuǎn)黏度均小于1Pa·s，具有良好的施工流動性。在如此高溫條件下，一般基質(zhì)瀝青的旋轉(zhuǎn)黏度非常小，并逐漸發(fā)生老化，Sasobit 溫拌橡膠瀝青旋轉(zhuǎn)黏度為0.77Pa·s，Evotherm 溫拌橡膠瀝青旋轉(zhuǎn)黏度為0.50Pa·s，老化并不明顯。由此可見，溫拌橡膠瀝青具有良好的抵抗高溫剪切變形能力，熱穩(wěn)定性滿足工程要求；同等條件下，Sasobit 溫拌橡膠瀝青的熱穩(wěn)定性優(yōu)于Evotherm 溫拌橡膠瀝青。

5 溫拌橡膠瀝青熱重分析試驗

為了進一步分析溫拌橡膠瀝青熱解過程中質(zhì)量變化及其變化速率，揭示不同溫拌橡膠瀝青熱穩(wěn)定性的差異性，本研究進行了熱重分析試驗。

稱取試驗樣品10㎎，將其放入天平支架上的坩堝中，將系統(tǒng)密閉抽真空后，打開氣體開關并通入惰性氣體N2，氣體流量100ml/min，按照20℃/min 的升溫速率從室溫升溫至700℃，分別得到熱重（Thermogravimetry）曲線（簡稱TG 曲線）和微分熱重（Differential Thermogravimetry）曲線（簡稱DTG 曲線）。

圖3 試驗結(jié)果顯示Evotherm 溫拌橡膠瀝青的熱解過程經(jīng)歷了零熱解、劇烈熱解、緩慢熱解三個階段：室溫～250℃屬于零熱解階段，TG 曲線和DTG 曲線為水平線，質(zhì)量無變化，失重速率基本為零；劇烈熱解階段發(fā)生在250℃～525℃，TG 曲線較為緩慢階降，質(zhì)量損失約為70%，DTG 曲線在峰值前后反復出現(xiàn)多個尖窄局部吸熱峰和放熱峰，失重速率最大值12.86%/min-1出現(xiàn)在475℃附近；緩慢熱解階段出現(xiàn)在525～700℃，TG 曲線緩慢下降，Evotherm 溫拌橡膠瀝青繼續(xù)熱解，最終質(zhì)量剩余百分率約為15%，DTG 曲線以1%/min-1～3%/min-1失重速率下降，逐漸趨于平緩。

圖3 Evotherm 溫拌橡膠瀝青熱重分析TG-DTG 曲線

從圖4 可以看到，Sasobit 溫拌橡膠瀝青的熱解也經(jīng)歷了零熱解、劇烈熱解、緩慢熱解三個階段：室溫～270℃屬于零熱解階段，TG 曲線和DTG 曲線為水平線，質(zhì)量無變化，失重速率基本為零；劇烈熱解階段發(fā)生在270～522℃，TG 曲線較為緩慢階降，質(zhì)量損失約為73%，DTG 曲線吸熱峰底寬頂窄尖，在達到峰值前反復出現(xiàn)多個明顯尖銳局部吸熱峰和放熱峰，失重速率最大值14.12%/min-1出現(xiàn)在462℃附近；緩慢熱解階段出現(xiàn)在522～700℃，TG 曲線很緩慢下降，Sasobit 溫拌橡膠瀝青繼續(xù)熱解，最終質(zhì)量剩余百分率約為19%，DTG 曲線出現(xiàn)寬而平的不明顯吸熱峰，曲線趨于平緩，失重速率在1%/min-1～2%/min-1之間波動。

圖4 Sasobit 溫拌橡膠瀝青熱重分析TG-DTG 曲線

對比圖3 和圖4 發(fā)現(xiàn)，兩種溫拌橡膠瀝青均經(jīng)歷了零熱解、劇烈熱解、緩慢熱解三個階段；劇烈熱解后的質(zhì)量損失都不小于70%，但Sasobit 溫拌橡膠瀝青劇烈熱解的起始溫度比Evotherm 溫拌橡膠瀝青延后大約20℃；緩慢熱解后的溫拌橡膠瀝青殘留物主要是焦炭類物質(zhì)和灰分，殘余物質(zhì)質(zhì)量均大于10%，Evotherm 溫拌橡膠瀝青在緩慢熱解階段的失重速率比Sasobit 溫拌橡膠瀝青的大。

6 結(jié)論

⑴Sasobit 和Evotherm 兩種溫拌橡膠瀝青的軟化點均大于70℃，180℃旋轉(zhuǎn)黏度都在0.50Pa·s 以上，具有良好的抵抗高溫剪切變形能力，熱穩(wěn)定性滿足工程要求。

⑵Sasobit 和Evotherm 兩種溫拌橡膠瀝青的熱解過程都經(jīng)歷了零熱解、劇烈熱解、緩慢熱解三個階段，Sasobit 溫拌橡膠瀝青劇烈熱解的起始溫度比Evotherm 溫拌橡膠瀝青延后大約20℃，劇烈熱解階段反復出現(xiàn)多個局部吸熱峰和放熱峰，緩慢熱解階段Evotherm 溫拌橡膠瀝青失重速率比Sasobit 溫拌橡膠瀝青的大，700℃時Evotherm 和Sasobit 溫拌橡膠瀝青熱解殘余物質(zhì)量分別約為15%和19%。

⑶同等條件下，Sasobit 溫拌橡膠瀝青的熱穩(wěn)定性略優(yōu)于Evotherm 溫拌橡膠瀝青。