王 勇，顏建春，袁海濤

(1.廣西新發(fā)展交通集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007；3.廣西交科集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

傳統(tǒng)橡膠瀝青由于性能指標(biāo)偏低難以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需要，借助SBS改性劑復(fù)配橡膠改性瀝青的改性方式受到了越來(lái)越多的關(guān)注。王朝軍等[1]研究了不同類(lèi)型的SBS改性劑與膠粉復(fù)配后的復(fù)合改性瀝青的常規(guī)指標(biāo)和流變學(xué)指標(biāo)，采用重復(fù)蠕變?cè)囼?yàn)評(píng)價(jià)了幾種復(fù)合改性瀝青初始的高溫性能；曹支才等[2]以黏度和軟化點(diǎn)指標(biāo)作為復(fù)合改性橡膠瀝青的高溫評(píng)價(jià)指標(biāo)，并據(jù)此得到了最佳的復(fù)配工藝技術(shù)；何志俊[3]研究了膠粉目數(shù)摻量及SBS改性劑摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青高溫性能的影響，并確定了最佳的改性劑摻量；賈曉凡[4]從兩種改性材料自身特點(diǎn)出發(fā)，利用常規(guī)指標(biāo)及流變學(xué)指標(biāo)確定了SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青的制備工藝參數(shù)，并對(duì)其內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行了分析；陳世京[5]重點(diǎn)分析了傳統(tǒng)橡膠瀝青微觀改性機(jī)理，并基于流變學(xué)原理采用重復(fù)蠕變?cè)囼?yàn)著重研究了橡膠瀝青在高溫下抵抗變形的能力；劉貞鵬等[6]通過(guò)對(duì)多個(gè)不同配方的橡膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青高溫性能指標(biāo)的測(cè)試，研究了橡膠粉目數(shù)、摻量及SBS摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青高溫性能的影響規(guī)律，最終優(yōu)選出高溫性能優(yōu)良、技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯的復(fù)合改性瀝青配方。目前的研究主要集中于室內(nèi)配方及初始高溫性能指標(biāo)評(píng)價(jià)方面，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)大規(guī)模加工的復(fù)合改性瀝青及高溫儲(chǔ)存條件下性能變化等方面的研究還不夠深入。

本文依托吳隆高速公路橡膠復(fù)合改性瀝青現(xiàn)場(chǎng)加工項(xiàng)目，改變其高溫儲(chǔ)存時(shí)間，結(jié)合常規(guī)指標(biāo)和流變學(xué)指標(biāo)的變化情況，綜合分析橡膠復(fù)合改性瀝青的性能特征，為橡膠復(fù)合改性瀝青的合理使用提供借鑒。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 主要原材料

(1)基質(zhì)瀝青：殼牌70#A級(jí)道路石油瀝青，主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 70#基質(zhì)瀝青性能指標(biāo)表

(2)SBS改性劑：獨(dú)山子石化分公司，線(xiàn)性結(jié)構(gòu)SBS改性劑(T6302H)。

(3)膠粉：采用廣西交科新材料科技有限責(zé)任公司生產(chǎn)的30～80目道路通用膠粉。

1.2 加工設(shè)備及工藝

采用配備了快速升溫系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)稱(chēng)量系統(tǒng)及多級(jí)剪切系統(tǒng)的新一代高性能橡膠改性瀝青加工設(shè)備，按標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)加工工藝流程進(jìn)行高性能橡膠瀝青的生產(chǎn)，具體加工工藝為：(1)基質(zhì)瀝青上料，經(jīng)過(guò)換熱器泵至生產(chǎn)罐，加熱至180 ℃；(2)添加膠粉和SBS，持續(xù)攪拌發(fā)育，升溫、恒溫至180 ℃以上，≥20 min；(3)添加促進(jìn)劑、交聯(lián)劑，持續(xù)攪拌發(fā)育，經(jīng)過(guò)高速剪切機(jī)第一次剪切發(fā)育10 min；(4)持續(xù)攪拌發(fā)育10 min，添加穩(wěn)定劑，經(jīng)過(guò)高速剪切機(jī)第二次剪切，取樣檢測(cè)合格后，經(jīng)高速剪切機(jī)二剪泵出至瀝青成品罐或發(fā)車(chē)。

2 常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果分析

將現(xiàn)場(chǎng)加工的復(fù)合改性橡膠瀝青在170 ℃下分別儲(chǔ)存0 d、1 d、2 d、3 d、4 d、7 d，并進(jìn)行短期老化試驗(yàn)，分別測(cè)試180 ℃布氏黏度、軟化點(diǎn)、延度、針入度和彈性恢復(fù)率等指標(biāo)，具體結(jié)果如圖1～4所示。

圖1 不同儲(chǔ)存條件下180 ℃布氏黏度和軟化點(diǎn)變化趨勢(shì)曲線(xiàn)圖

圖2 不同儲(chǔ)存條件下延度變化趨勢(shì)曲線(xiàn)圖

圖3 不同儲(chǔ)存條件下針入度變化趨勢(shì)曲線(xiàn)圖

根據(jù)圖1的變化規(guī)律，隨著儲(chǔ)存時(shí)間延長(zhǎng)，180 ℃布氏黏度先增大后減小，在第2天黏度達(dá)到峰值，軟化點(diǎn)也有類(lèi)似的規(guī)律，可見(jiàn)橡膠改性瀝青中黏度和軟化點(diǎn)具有一定的相關(guān)性，整體而言180 ℃布氏黏度指標(biāo)均在規(guī)范范圍內(nèi)，滿(mǎn)足施工和易性要求，而軟化點(diǎn)均在72 ℃以上，遠(yuǎn)高于廣西地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)中大于65 ℃的要求。由圖2可知，兩種拉伸速率下，不同儲(chǔ)存類(lèi)型的橡膠改性瀝青延度變化規(guī)律基本一致，均隨儲(chǔ)存發(fā)育時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增大而后略微減小，都大于5 cm的地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)圖3，隨儲(chǔ)存發(fā)育時(shí)間的延長(zhǎng)，針入度基本呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)，其原因在于高溫儲(chǔ)存后膠粉部分溶解，大顆粒變小顆粒，原來(lái)的大顆粒堅(jiān)硬骨架結(jié)構(gòu)向小顆粒瀝青基柔軟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，瀝青整體變軟。由圖4可知，該種橡膠復(fù)合改性瀝青的彈性恢復(fù)率基本不隨儲(chǔ)存時(shí)間而變化，說(shuō)明其橡膠改性瀝青在高溫儲(chǔ)存后雖然膠粉顆粒變小，但得益于SBS改性劑與微細(xì)膠粉組成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可恢復(fù)變形能力，彈性恢復(fù)率較穩(wěn)定，且遠(yuǎn)大于75%的地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)要求；短期老化試驗(yàn)表明，老化后橡膠改性瀝青的黏度和軟化點(diǎn)增大，延度和針入度減小，均在規(guī)范范圍內(nèi)，彈性恢復(fù)率基本不變，側(cè)面說(shuō)明吳隆高速公路現(xiàn)場(chǎng)加工的橡膠復(fù)合改性瀝青具有較好的高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性及抗老化性能。

3 流變學(xué)試驗(yàn)分析

對(duì)吳隆高速公路現(xiàn)場(chǎng)加工的橡膠復(fù)合改性瀝青進(jìn)行動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)，分別測(cè)定各類(lèi)瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量和相位角，并計(jì)算得到車(chē)轍因子，以綜合評(píng)價(jià)瀝青的高溫性能及高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性能。

(1)復(fù)數(shù)剪切模量

復(fù)數(shù)剪切模量越大意味著高溫下抗變形能力越好。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，幾種橡膠改性瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量均隨測(cè)試溫度的升高而降低；幾種經(jīng)歷不同高溫儲(chǔ)存的橡膠改性瀝青的復(fù)數(shù)彈性模量均隨儲(chǔ)存時(shí)間的增加而降低，但降幅很小，且模量值遠(yuǎn)大于SBS改性瀝青的，說(shuō)明該類(lèi)橡膠改性瀝青在高溫儲(chǔ)存條件下性能仍較穩(wěn)定，且高溫性能較佳。見(jiàn)圖5。

圖5 復(fù)數(shù)剪切模量隨測(cè)試溫度的變化規(guī)律曲線(xiàn)圖

圖6 相位角隨測(cè)試溫度的變化規(guī)律曲線(xiàn)圖

(2)相位角

在高溫條件下，相位角越小，表明該材料彈性成分所占比例較大，即具有較好的抵抗高溫變形的能力。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，各類(lèi)橡膠改性瀝青的相位角隨試驗(yàn)溫度的升高而逐漸升高；剛加工好的原樣橡膠改性瀝青的相位角隨溫度增加幅度最大，但儲(chǔ)存1 d后，相位角迅速減小，說(shuō)明高溫儲(chǔ)存后橡膠改性瀝青在一定程度上繼續(xù)發(fā)育，高溫穩(wěn)定性繼續(xù)增長(zhǎng)；隨著儲(chǔ)存時(shí)間的增加，由于橡膠改性瀝青中部分膠粉顆粒溶解，彈性成分減少，相位角逐漸增加，高溫穩(wěn)定性略有下降；但不同儲(chǔ)存時(shí)間后的橡膠改性瀝青在不同溫度下的相位角大部分均小于SBS改性瀝青的，從側(cè)面反映出橡膠改性瀝青的高溫性能整體好于SBS改性瀝青。見(jiàn)圖6。

(3)車(chē)轍因子

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，隨著高溫儲(chǔ)存時(shí)間的增加，橡膠改性瀝青的車(chē)轍因子在相同測(cè)試溫度下略有下降，但差別不大，且均呈現(xiàn)出隨測(cè)試溫度升高而降低的趨勢(shì)；短期老化后的車(chē)轍因子最大，不同高溫儲(chǔ)存時(shí)間后的橡膠改性瀝青的車(chē)轍因子均遠(yuǎn)大于SBS改性瀝青的；達(dá)到85 ℃后各種橡膠改性瀝青的車(chē)轍因子均>1.0 kPa，老化后>2.2 kPa，超過(guò)了美國(guó)流變指標(biāo)中對(duì)車(chē)轍因子的技術(shù)要求，說(shuō)明吳隆高速公路生產(chǎn)的橡膠復(fù)合改性瀝青具有較好的高溫性能及耐儲(chǔ)存性能。見(jiàn)圖7。

圖7 車(chē)轍因子隨測(cè)試溫度的變化規(guī)律曲線(xiàn)圖

4 結(jié)語(yǔ)

(1)常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果表明，吳隆高速公路現(xiàn)場(chǎng)加工的橡膠復(fù)合改性瀝青具有適宜的黏度和針入度、較高的軟化點(diǎn)、較大的延度和彈性恢復(fù)率，隨高溫儲(chǔ)存時(shí)間的增加其性能未出現(xiàn)明顯的衰減，短期老化后指標(biāo)雖有波動(dòng)但仍在規(guī)范范圍內(nèi)。

(2)通過(guò)動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)測(cè)試，經(jīng)歷高溫儲(chǔ)存后的橡膠復(fù)合改性瀝青仍具有較大的復(fù)數(shù)剪切模量、較小的相位角以及較高的車(chē)轍因子，說(shuō)明采用新一代高性能橡膠復(fù)合改性瀝青制備工藝技術(shù)得到的復(fù)合改性瀝青高溫儲(chǔ)存性能穩(wěn)定，能較好地應(yīng)用于項(xiàng)目生產(chǎn)。