張 智，易 為

(宜春交通投資集團(tuán)有限公司，江西 宜春 336000)

橡膠瀝青由基質(zhì)瀝青和廢舊輪胎膠粉混合生產(chǎn)而成，一方面消耗了難以處理的廢舊輪胎，另一方面橡膠瀝青相比基質(zhì)瀝青具有優(yōu)良的高低溫性能，其已被廣泛的應(yīng)用[1]。但由于輪胎廢舊膠粉的加入，使橡膠瀝青的黏度遠(yuǎn)大于基質(zhì)瀝青[2]。為了保證橡膠瀝青混合料拌合、攤鋪和壓實(shí)的質(zhì)量需提高瀝青及石料的加熱溫度，這不僅增加了施工過程中的能耗污染，而且降低了其施工和易性。近年來，溫拌劑技術(shù)的發(fā)展有望解決橡膠瀝青推廣中遇到的這一問題[3-5]。

目前，已有許多學(xué)者研究了溫拌劑對橡膠瀝青性能的影響。Yu等發(fā)現(xiàn)含有Evotherm(表面活性劑類)溫拌劑制備的溫拌橡膠瀝青在高溫下性能較差，與橡膠瀝青相比，其抗車轍性能較低[6]。劉書堯等發(fā)現(xiàn)在橡膠瀝青中添加以固體蠟為主要成分的有機(jī)型降黏型溫拌劑可以降低橡膠瀝青的黏度，改善其施工和易性和高溫性能[4]。本文選用石蠟和聚丙烯蠟2種溫拌劑對膠粉摻量為15%的橡膠瀝青進(jìn)行改性制備溫拌橡膠瀝青，進(jìn)而通過對基質(zhì)瀝青、橡膠瀝青以及不同溫拌橡膠瀝青進(jìn)行布氏黏度試驗(yàn)、DSR試驗(yàn)以及MSCR試驗(yàn)，以研究兩種溫拌劑對橡膠瀝青高溫流變性能的影響規(guī)律。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

本文采用鎮(zhèn)海70#基質(zhì)瀝青，其技術(shù)性能指標(biāo)如表1所示。選取40目膠粉用于橡膠瀝青的制備，其基本性能如表2所示。選用2種蠟基材料作為溫拌劑，分別為石蠟(S)和聚丙烯蠟(P)，其基本指標(biāo)如表3所示。

表1 70#基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)

表2 40目膠粉技術(shù)指標(biāo)

表3 溫拌劑的基本性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 溫拌橡膠瀝青制備

為了研究石蠟和聚丙烯蠟2種溫拌劑摻量對橡膠瀝青性能的影響，研究中橡膠瀝青(CRMA)的膠粉摻量均為15%，溫拌劑摻量分別為2%、4%和6%，記溫拌橡膠瀝青的編號為WMRA+溫拌劑代碼+摻量(例如WMRAS2表示摻2%石蠟的溫拌橡膠瀝青)。橡膠瀝青的制備過程如下：首先將基質(zhì)瀝青加熱至180 ℃，加入15%的膠粉后使用高剪切攪拌機(jī)在3 600 r/min下剪切45 min，然后加入溫拌劑，在160 ℃條件下攪拌10 min。

1.2.2 旋轉(zhuǎn)黏度

瀝青的黏度可以反映瀝青在對應(yīng)溫度下的流動特性和抗剪切變形水平，黏度越小，瀝青的高溫抗變形能力越差。試驗(yàn)采用布氏旋轉(zhuǎn)黏度儀，按JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》瀝青旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)測定不同溫度下(135、165、180 ℃)基質(zhì)瀝青、橡膠瀝青和不同溫拌橡膠瀝青的黏度。

1.2.3 DSR

利用動態(tài)剪切流變儀測試原樣瀝青和短期老化后瀝青試樣的G*和δ，并計(jì)算各瀝青試樣的車轍因子(G*/sinδ)，掃描頻率為10 rad/s[7]，試驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 DSR試驗(yàn)裝置

1.2.4 MSCR

根據(jù)AASHTO TP70規(guī)范中的多重應(yīng)力蠕變恢復(fù)(MSCR)試驗(yàn)來評價不同橡膠瀝青在高溫性能。研究采用DSR流變儀進(jìn)行測試，試驗(yàn)溫度為64 ℃，測試瀝青試樣在0.1 kPa和3.2 kPa應(yīng)力水平下的不可恢復(fù)蠕變?nèi)岫?Jnr)和蠕變恢復(fù)率(R)。Jnr值越小，表明瀝青試樣的高溫抗變形性能越好，R值表示每個循環(huán)中可恢復(fù)應(yīng)變與總應(yīng)變的比值，R值越高，表明粘結(jié)劑的應(yīng)變恢復(fù)能力越好[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 布氏黏度試驗(yàn)

基質(zhì)瀝青、橡膠瀝青和不同溫拌橡膠瀝青分別在135、165、180 ℃溫度下的黏度變化如圖2所示。

圖2 不同溫拌劑對橡膠瀝青黏度的影響

由圖2可以看出：在135 °C時，橡膠瀝青的黏度大約是基質(zhì)瀝青的3倍，這是由于在橡膠瀝青制備過程中膠粉顆粒吸收了基質(zhì)瀝青中的輕質(zhì)組分而膨脹，從而使其黏度顯著增加；溫度為135～165 ℃時不同瀝青黏度下降幅度十分明顯；溫度為165～185 ℃時瀝青黏度下降幅度減緩。這是由于，溫度較低時只有少量能夠?yàn)r青分子克服其內(nèi)部黏性力進(jìn)行熱運(yùn)動，而瀝青分子的熱運(yùn)動隨著溫度的升高而加劇，所以表現(xiàn)為溫度低時黏度較大，溫度高時黏度較小[9]。在橡膠瀝青中摻入溫拌劑可以有效降低橡膠瀝青的黏度，但是不同溫拌劑的降粘效果不同。同一溫度下，與石蠟溫拌劑相比，聚丙烯蠟的降粘效果更好。當(dāng)聚丙烯蠟的摻量為6%時，溫拌橡膠瀝青的135 ℃的黏度比橡膠瀝青降低49%。

2.2 DSR試驗(yàn)

基質(zhì)瀝青、橡膠瀝青以及不同溫拌橡膠瀝青在未老化和短期老化后的車轍因子(G*/sinδ)如圖3所示。

(a)原樣瀝青

由圖3可以看出：在同一溫度下，改性瀝青的G*/sinδ均大于基質(zhì)瀝青，這說明(溫拌)橡膠瀝青的高溫抗車轍性能由于基質(zhì)瀝青。在同一溫度下，摻加2%聚丙烯蠟溫拌劑的橡膠瀝青具有最高的G*/sinδ值，而4%的聚丙烯蠟溫拌瀝青的G*/sinδ幾乎相同，但當(dāng)提高聚丙烯蠟摻量時，溫拌橡膠瀝青的G*/sinδ值逐漸降低。此外，摻加石蠟溫拌劑的溫拌橡膠瀝青的G*/sinδ均低于橡膠瀝青，說明石蠟溫拌劑對加入會削弱橡膠瀝青的抗車轍性能。此外，由圖3還可以看出：ZH70#、WMRAS4和WMRAS6的高溫等級為64℃，CMRA、WMRAS2、WMRAP4和WMRAP6的高溫等級為70 ℃，WMRAP2的高溫等級為76 ℃。

2.3 MSCR試驗(yàn)

圖4～5分別為基質(zhì)瀝青、橡膠瀝青和不同溫拌橡膠瀝青在0.1 kPa和3.2 kPa應(yīng)力水平下的不可恢復(fù)蠕變?nèi)岫?Jnr)和蠕變恢復(fù)率(R)。

圖4 不同瀝青的不可恢復(fù)蠕變?nèi)崃縅nr值

圖5 不同瀝青的平均應(yīng)變恢復(fù)率R

由圖4～5可以看出：與基質(zhì)瀝青相比，橡膠瀝青的Jnr值較低，R值較高，表明其抗永久變形能力較強(qiáng)。這是由于橡膠瀝青在制備過程中膠粉顆粒與基質(zhì)瀝青的相互作用導(dǎo)致其分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的剛性較大，從而具有較大的復(fù)模量G*，因此橡膠瀝青具有較強(qiáng)的其抗永久變形能力。對于摻入石蠟溫拌劑的溫拌橡膠瀝青來說，在應(yīng)力水平為3.2 kPa時，石蠟的加入使橡膠瀝青的Jnr值增大，R值降低。而在0.1 kPa的應(yīng)力水平下，石蠟略微提高瀝青膠結(jié)料的R值，但隨著其摻量的增加，R值出現(xiàn)下降。對于添加聚丙烯蠟的橡膠瀝青來說，聚丙烯蠟的加入降低了橡膠瀝青的Jnr值，提高了R值，且隨著聚丙烯蠟摻量的增加，其Jnr值逐漸增大，R值逐漸降低。在所有瀝青樣品中，WMRAP2試樣具有最小的Jnr值和最大R值，說明在2種應(yīng)力水平下，摻2%聚丙烯蠟的溫拌橡膠瀝青抗車轍能力最強(qiáng)。

3 結(jié)論

1)石蠟和聚丙烯蠟的加入均能降低橡膠瀝青的黏度，且隨其摻量越大，黏度逐漸越低，6%摻量的聚丙烯蠟降黏效果最好。

2)石蠟對橡膠瀝青的抗車轍性能沒有幫助，反而會降低其抗車轍性能，但與基質(zhì)瀝青相比，含石蠟的橡膠瀝青仍具有較好的車轍性能。

3)聚丙烯蠟可以改善橡膠瀝青的抗車轍性能，隨著其摻量的增加，改善效果逐漸降低，且含2%聚丙烯蠟的橡膠瀝青的抗車轍性能最好。