林昌順

（貴陽市城市發(fā)展投資集團股份有限公司，貴州 貴陽 550025）

引 言

橡塑類改性瀝青具有良好的彈性恢復(fù)、抗疲勞性能及降噪等優(yōu)點，但同時橡塑瀝青的缺陷限制了其應(yīng)用推廣。一方面橡塑瀝青儲存穩(wěn)定性差，不利于橡塑性瀝青高溫儲存和長距離運輸，限制了橡塑瀝青大量生產(chǎn)；另一方面橡塑改性瀝青混合料由于瀝青黏度大導(dǎo)致拌合溫度高，在施工過程中產(chǎn)生大量煙霧對環(huán)境造成污染，影響施工質(zhì)量[1～3]。楊德勝通過高溫混煉工藝制備橡膠改性瀝青，結(jié)果表明，加入相容劑和穩(wěn)定劑可以提高膠粉的溶脹與分散程度[4]。于江等[5]通過對比摻（Evotherm）溫拌瀝青混合料和熱拌瀝青混合料的體積指標(biāo)，認(rèn)為Evotherm可以改善混合料的可壓實特性；黃剛等[6]通過對摻Sasobit和摻Evotherm的溫拌瀝青混合料進行室內(nèi)試驗，證實兩種溫拌劑均可改善混合料的某些路用性能。Joel R.M.Oliveira[7]通過采用表面活性劑對橡膠瀝青溫拌改性來降低其瀝青黏度，結(jié)果表明，少量的表面活性劑可降低生產(chǎn)溫度30℃，同時對其性能無明顯影響。

綜上可知，雖然對各種溫拌瀝青混合料的性能已多有研究，但對橡塑復(fù)合改性瀝青儲存穩(wěn)定性和混合料施工和易性相結(jié)合研究的還較少。本文基于改性瀝青儲存穩(wěn)定性和混合料施工和易性，研究溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青性能，并結(jié)合熒光顯微鏡、紅外光譜儀對橡塑復(fù)合改性瀝青儲存穩(wěn)定性進行分析，最終對三種溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青混合料進行降溫效果和路用性能評價。

1 試驗材料

1.1 試驗原材料

試驗采用AH70#瀝青，瀝青的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)Table 1 The technical index of matrix asphalt

考慮到橡膠粉目數(shù)對改性瀝青性能的影響[8]，本文采用的脫硫橡膠粉目數(shù)為30目，性能技術(shù)指標(biāo)結(jié)果如下表2所示。

表2 脫硫膠粉性能技術(shù)指標(biāo)Table 2 The performance specifications of desulfurized rubber powder

根據(jù)課題組研究成果，線性低密度聚乙烯（LLDPE）高低溫改善效果能同時兼顧，對低溫性能不利影響最小，所以本文選用LLDPE與橡膠粉復(fù)合改性瀝青進行后續(xù)試驗。由于本文橡塑改性瀝青離析問題需要改善，因此采用線性SBS,型號YH-792。增溶劑和穩(wěn)定劑分別為糠醛抽出油和硫磺。

1.2 溫拌劑

降黏型溫拌劑90#有機費托蠟(簡稱FTA)，其狀態(tài)為白色粉末細粒狀；降黏型溫拌劑110#有機費托蠟(簡稱FTB)，其狀態(tài)為白色固體顆粒狀，成分和溫拌劑FTA類似，表面活性型溫拌劑維什維克（簡稱C）。

圖1 溫拌劑種類Fig.1 The types of warm-mixing agents

1.3 橡塑復(fù)合改性瀝青的制備

根據(jù)課題組研究成果穩(wěn)定型橡塑復(fù)合瀝青配方為：橡膠粉摻量為16%、LLDPE摻量為2%，SBS摻量為3%、糠醛抽出油摻量為4%，穩(wěn)定劑摻量為0.3%。當(dāng)剪切溫度為170℃時，先向已熔化的基質(zhì)瀝青中邊攪拌邊加入PE和SBS，添加完后高速剪切45min，再邊攪拌邊加入橡膠粉，添加完后進行高速剪切1h，剪切速度為5500r/min，最后將試樣放入163℃烘箱中發(fā)育1h，橡塑復(fù)合改性瀝青配方簡記為A。在制備溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青剪切完成時，保持剪切溫度和剪切速率不變，將一定量溫拌劑加入橡塑復(fù)合改性瀝青中剪切10min，完成溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青的制備。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青常規(guī)性能研究

按1.3完成溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青的制備。降黏型溫拌劑摻量分別為3%，表面活性型溫拌劑摻量為0.5%，測試瀝青的軟化點針入度、延度、彈性恢復(fù)性能指標(biāo)，評價溫拌劑對改性瀝青性能的影響，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青常規(guī)性能Table 3 The conventional properties of warm-mixed rubberplastic composite modified asphalt

（1）兩種降黏型溫拌劑對軟化點都有提高，其中溫拌劑FTB對軟化點有顯著提升。表面活性型溫拌劑C對軟化點無顯著影響。

（2）溫拌劑FTB對針入度降低效果比溫拌劑FTA強，這跟對軟化點提升效果一致。表面活性型溫拌劑C對針入度減幅效果不明顯。

（3）兩種降黏型溫拌劑均能降低瀝青延度，溫拌劑FTB對延度降低比溫拌劑FTA明顯，表面活性型溫拌劑C對延度影響在摻量0.5%時，瀝青延度存在峰值。

（4）兩種降黏型溫拌劑對彈性恢復(fù)均逐漸降低，表面活性型溫拌劑C對彈性恢復(fù)影響較小，表明表面活性型溫拌劑對橡塑復(fù)合改性瀝青彈性回復(fù)率無明顯影響。

2.2 流變性能分析

對溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青進行動態(tài)剪切流變試驗，試驗條件為：溫度區(qū)間52～88℃，溫度梯度為6℃，應(yīng)變參數(shù)為12%，角頻率為10 rad/s，試驗結(jié)果如圖2所示，其中的70#JZ表示基質(zhì)瀝青即AH70#瀝青。

圖2 溫拌橡塑改性瀝青流變性能Fig.2 The rheological properties of warm-mixed rubber-plastic modified asphalt

相位角δ反映瀝青黏性成分與彈性成分比值，δ越大時，瀝青性能表現(xiàn)為黏性，受力后可恢復(fù)變形越小。車轍因子G/sinδ反映瀝青高溫抵抗車轍變形能力大小的技術(shù)指標(biāo)，其值與抵抗車轍能力成正相關(guān)。由上圖可得到如下結(jié)論：

（1）隨著溫度升高，基質(zhì)瀝青相位角隨溫度變化幅度最小，F(xiàn)TA和FTB溫拌橡塑瀝青相位角與溫度成線性增長變化，C溫拌橡塑瀝青相位角隨溫度先緩慢后加快增長。但隨著相位角增大，說明各種瀝青彈性狀態(tài)均在向黏性狀態(tài)改變。

（2）對比橡塑復(fù)合改性瀝青與溫拌橡塑瀝青可知，當(dāng)三種溫拌劑加入橡塑瀝青后，使橡塑瀝青相位角增大，表明溫拌劑對橡塑瀝青相對黏度有明顯的增大趨勢，65℃后，表面活性劑對相位角增加速度變快。

（3）當(dāng)三種溫拌劑分別加入橡塑瀝青后，對橡塑瀝青車轍因子均有不同程度的提升，隨著溫度的提高，瀝青車轍因子逐漸降低，降低趨勢逐漸緩慢，可見不論橡塑瀝青還是溫拌橡塑瀝青，其抵抗車轍永久變形能力均隨溫度提高而降低，瀝青均由彈性狀態(tài)向黏性狀態(tài)轉(zhuǎn)移。

（4）對于加入表面活性型溫拌劑C的橡塑復(fù)合改性瀝青而言，與不加溫拌劑的橡塑復(fù)合改性瀝青相比，兩者曲線基本一致，故基本可以認(rèn)為溫拌劑C對橡塑復(fù)合改性瀝青車轍因子無明顯影響，這與溫拌劑C對橡塑瀝青軟化點影響規(guī)律一致。

2.3 溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青儲存穩(wěn)定性分析

同時從宏觀和微觀角度出發(fā)，通過研究不同溫拌劑對橡塑復(fù)合改性瀝青儲存穩(wěn)定性影響，對溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青儲存后上下段瀝青進行微觀機理分析，分別采用軟化點差、熒光顯微、紅外光譜分析，對比離析試管上下段瀝青差異，探索離析機理。

2.3.1 離析試驗

針對三種溫拌劑三個摻量下對橡塑復(fù)合改性瀝青儲存穩(wěn)定性分析，探索溫拌劑與瀝青相容性是否對其軟化點差造成影響，溫拌劑不同摻量同上。試驗結(jié)果如下表4。

表4 不同溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青軟化點差試驗結(jié)果Table 4 The test results of softening point difference of rubber-plastic composite modified asphalt mixed with different warm-mixing agents

從上表各橡塑瀝青軟化點差可知，三種溫拌橡塑瀝青軟化點差均滿足規(guī)范要求。與橡塑瀝青軟化點對比分析，三種溫拌橡塑瀝青軟化點差沒有出現(xiàn)較大波動，可見溫拌劑沒有不利于橡塑瀝青儲存穩(wěn)定性，能均勻地相容于橡塑瀝青中并且高溫條件下不會發(fā)生離析現(xiàn)象。

離析試驗雖然操作簡單，但是也存在一些問題。首先試驗所用的試管直徑過小，阻礙了瀝青上下的對流，并不能很好地模擬現(xiàn)場大儲存容器的儲存條件；其次，因為瀝青經(jīng)過改性后，具有良好的抗永久變形性能和應(yīng)力特性，其流變性能發(fā)生了很大的變化，因此采用常規(guī)的瀝青材料測試方法評價難以得出滿意的結(jié)論[9]。

離析試驗僅從宏觀試驗說明溫拌橡塑瀝青儲存穩(wěn)定性沒有出現(xiàn)較大變化，其軟化點差值得到改善并不能表明溫拌橡塑瀝青儲存穩(wěn)定性良好，其原因有兩點，一是溫拌橡塑瀝青在熱儲存過程中，橡膠粉聚集下沉后的試樣與PE、SBS上浮后的試樣兩者對軟化點增幅效果接近從而導(dǎo)致軟化點差較小。其二為橡膠粉與PE、SBS相互剪切改性過程中兩者等效密度與瀝青相差不大，溫拌橡塑復(fù)合改性在熱儲存過程中改性劑聚集，上浮運動得到限制，改善了離析現(xiàn)象，從而上下部分軟化點差較小。為了進一步從本質(zhì)研究溫拌橡塑瀝青儲存穩(wěn)定性，采用熒光顯微分析和紅外光譜分析橡塑瀝青微觀變化及官能團是否變化。

2.3.2 熒光圖像分析

熒光顯微試驗標(biāo)本制作采用熱壓片法，同時為了避免制件誤差影響，每組制做兩片。將制備好的試樣放入軟件處理可將顯微鏡下成像導(dǎo)入電腦中進行著色處理，如顏色，對比度等均影響圖像效果。三種溫拌橡塑瀝青及一種橡塑瀝青熒光顯微分析圖片如下。

圖3 溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青熒光圖Fig.3 The fluorescence images of warm-mixed rubber-plastic composite modified asphalt

（1）分析圖（a）和圖（b）可以看出，橡膠粉摻入瀝青后在瀝青中分散不均勻，出現(xiàn)了明顯的結(jié)團結(jié)塊現(xiàn)象，較大的塊狀顆粒分散在瀝青中，膠粉與瀝青存在清晰的界面，膠粉的溶解和降解效果不佳。這同時也說明了橡塑改性瀝青穩(wěn)定性差、易產(chǎn)生“離析”的現(xiàn)象。

（2）由（b）～（h）圖可知，在橡塑復(fù)合改性瀝青中分別加入三種溫拌劑后，膠粉顆粒變小，各組試樣上下部分橡膠粉顆粒大小，面積和顆粒數(shù)量幾乎一致，橡膠粉下沉、聚集現(xiàn)象得到改善，添加溫拌劑后的橡塑瀝青中改性劑分布相對稍微均勻。

2.3.3 紅外光譜分析

為進一步了解改性瀝青改性效果及機理，探索溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青是否發(fā)生了化學(xué)改性，采用紅外光譜儀研究聚合物改性瀝青是否形成某些官能團。本試驗涉及的波數(shù)范圍主要在4000～400cm-1,主要研究含氫原子團物質(zhì)的分布情況,各種瀝青紅外對比圖如下。

（1）由圖4可知，在2915cm-1和2846cm-1處吸收峰強度較強，該處主要是分別由-CH2-伸縮振動的吸收峰，烷烴和環(huán)烷烴的C-H鍵收縮振動導(dǎo)致的，其中2915cm-1處強度最大，此處是-CH2-不對稱伸縮振動強度，這兩處的吸收峰表明基質(zhì)瀝青中存在大量飽和烴；1594cm-1處吸收峰分別是由兩部分引起的，分別為C=N吸收振動和共軛雙鍵C=C引起的，反映出基質(zhì)瀝青中存在芳香族化合物；1450cm-1左右的吸收峰主要是由于-CH3中C-H面內(nèi)振動收縮造成；1368cm-1處左右的峰是由-CH3剪式振動引起的；773cm-1處周圍的峰是由苯環(huán)上的C-H振動造成的，該范圍也稱為苯環(huán)取代區(qū)。

圖4 基質(zhì)瀝青紅外光譜Fig.4 The IR spectrum of matrix asphalt

（2）分析圖5可得，在2915cm-1和2846cm-1處與基質(zhì)瀝青吸收峰位置大致相同，此處吸收峰為-CH2-伸縮振動及環(huán)烷烴等飽和C-H伸縮振動產(chǎn)生，橡塑瀝青峰值強度相比基質(zhì)瀝青較小，說明改性瀝青中飽和烴含量減少，在改性過程中被橡膠粉等改性劑溶脹吸收；1594cm-1處吸收峰分別為C=N吸收振動和共軛雙鍵C=C引起的，相比而言橡塑瀝青中此處峰值強度亦較略微緩和，表明橡塑瀝青中存在芳香族化合物相比基質(zhì)瀝青略微減少；1450cm-1和1368cm-1兩處吸收峰僅強度減小，主要是由芳環(huán)骨架中C=C伸縮振動及-CH2中C-H面內(nèi)振動收縮造成；970.4cm-1和857.1cm-1兩處峰值不同于基質(zhì)瀝青紅外光譜圖，可能分別由SBS改性劑中聚丁二烯雙鍵和亞甲基-CH2-搖擺振動造成的；773cm-1處峰兩種瀝青基本相同，是由苯環(huán)取代區(qū)中苯環(huán)上C—H搖擺振動造成的。

圖5 橡塑復(fù)合改性瀝青紅外光譜Fig.5 The IR spectrum of rubber-plastic composite modified asphalt

（3）分析圖5可知，與基質(zhì)瀝青紅外光譜對比，橡塑瀝青紅外光譜圖存在峰值減小和個別新的吸收峰，表明橡塑復(fù)合改性瀝青在改性過程中是物理改性和化學(xué)改性同時存在。

（4）分析圖6可以看出，添加溫拌劑后，溫拌橡塑瀝青紅外光譜圖與橡塑瀝青紅外光譜圖吸收峰沒有太大變化，可見溫拌劑對橡塑瀝青降黏屬于物理改性，紅外光譜中沒有新的吸收峰即說明沒有生成新的官能團，溫拌改性過程中化學(xué)改性不明顯。

圖6 溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青紅外光譜Fig.6 The IR spectrum of warm-mixed rubber-plastic composite modified asphalt

3 路用性能分析

通過高溫車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗對比分析溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青混合料的路用性能。

3.1 高溫穩(wěn)定性

本文通過制備300mm×300mm×50mm車轍板試件，按照我國現(xiàn)行規(guī)程進行車轍試驗，通過硬橡膠輪反復(fù)行走1h，模擬實際道路中受車輪荷載作用，通過動穩(wěn)定度DS評價高溫性能。實驗結(jié)果如表5所示。

表5 不同溫拌橡塑瀝青混合料動穩(wěn)定度結(jié)果Table 5 The dynamic stability test results of warm-mixed rubber-plastic asphalt mixture with different warm-mixing agents

由表5可知：溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青混合料的動穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求。與橡塑瀝青混合料動穩(wěn)定度相比，三種溫拌劑分別增加了10.1%、29.4%、11.7%，F(xiàn)TB型溫拌劑對橡塑瀝青混合料動穩(wěn)定度增幅明顯。

3.2 低溫抗裂性

本文采用低溫小梁彎曲試驗對三種溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青低溫性能評價,以破壞應(yīng)變(με)作為混合料低溫性能的評價指標(biāo)。

由表6可知：相比熱拌條件下的橡塑瀝青混合料，溫拌條件下的低溫性能分別下降了6.12%、7.09%、5.32%，可見溫拌劑降低了橡塑瀝青混合料低溫性能，F(xiàn)TB型溫拌劑對低溫性能降低最大，表面活性型對降低低溫性能程度最小，F(xiàn)TA降低作用居于二者之間?？傮w而言，三種溫拌橡塑瀝青混合料低溫性能均略有降低，同時也滿足改性瀝青規(guī)范要求。

表6 不同溫拌橡塑瀝青混合料低溫性能試驗結(jié)果Table 6 The low temperature performances of warm-mixed rubber-plastic asphalt mixture with different warm-mixing agents

3.3 水穩(wěn)定性

采用SGC試驗制做殘留穩(wěn)定度試驗和凍融劈裂試驗試件評價混合料水穩(wěn)定性，以浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強度比做為水穩(wěn)定性能評價指標(biāo)。試驗結(jié)果分別見表7、表8所示。

表7 溫拌橡塑復(fù)合瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結(jié)果Table 7 The immersion Marshall test results of warm-mixed rubber-plastic composite asphalt mixture with different warmmixing agents

表8 溫拌橡塑復(fù)合改性瀝青混合料凍融劈裂試驗結(jié)果Table 8 The freeze-thaw splitting test results of warm-mixed rubber-plastic composite modified asphalt mixture with different warm-mixing agents

根據(jù)上表可知，各瀝青混合料殘留穩(wěn)定度比均滿足規(guī)范要求，與熱拌橡塑瀝青混合料對比分析可見，三種溫拌劑對殘留穩(wěn)定度增加幅度變化不大，增幅程度FTA＞C＞FTB。與未加溫拌劑的橡塑瀝青混合料對比分析可見，三種溫拌劑對劈裂強度比增加幅分別為0.9%、0.5%、0.7%，增幅程度FTA＞C＞FTB。

4 結(jié)論

（1）隨FTA和FTB溫拌劑摻量的增大，溫拌橡塑瀝青軟化點增大，延度和針入度減小，溫拌劑C對橡塑瀝青常規(guī)性能無明顯影響；隨三種溫拌劑摻量的增加，彈性恢復(fù)均表現(xiàn)不同程度下降。

（2）通過DSR試驗可知，對兩種降黏型溫拌劑而言，相位角隨著溫拌劑摻入而變大，瀝青相對黏性變大;車轍因子和復(fù)數(shù)剪切模量隨兩種降黏型溫拌劑摻量變化存在峰值，均在溫拌劑摻量為3%時最大，而表面活性型溫拌劑對其略微增大。最終FTA和FTB溫拌劑最佳摻量均為3%，溫拌劑C最佳摻量為0.5%。

（3）通過熒光顯微分析離析試樣發(fā)現(xiàn)上下段橡膠粉顆粒分布均勻，說明溫拌劑對橡塑復(fù)合改性瀝青儲存穩(wěn)定性無不利影響；由紅外光譜圖分析可知，橡塑復(fù)合改性瀝青改性效果存在物理改性，無明顯復(fù)雜的化學(xué)改性，溫拌劑對橡塑瀝青主要表現(xiàn)為物理改性。

（4）對三種溫拌橡塑瀝青路用性能和降溫效果進行對比分析,高溫性能FTB＞FTA＞C;低溫抗裂性能C＞FTA＞FTB；水穩(wěn)定性FTA＞C＞FTB；降溫效果C＞FTA＞FTB。根據(jù)降溫效果選擇溫拌劑推薦使用溫拌劑C,其次為溫拌劑FTA，且二者溫拌橡塑瀝青混合料路用性能均比較良好。