摘要：為研究長途運(yùn)輸對工廠化生產(chǎn)的橡膠瀝青性能的影響，采用數(shù)理統(tǒng)計方法，分析長途運(yùn)輸前后橡膠瀝青性能指標(biāo)變化情況。結(jié)果表明，成品橡膠瀝青經(jīng)過遠(yuǎn)距離運(yùn)輸后，軟化點(diǎn)和彈性恢復(fù)降低，針入度和延度增大，其中延度變化最明顯，針入度和彈性恢復(fù)次之，軟化點(diǎn)變化的顯著性最小。為保證長途運(yùn)輸后成品橡膠瀝青的性能穩(wěn)定性，針入度降低值宜lt;10.0 mm，彈性恢復(fù)降低值宜lt;3.1%，延度增大值宜lt;4.69 cm。

關(guān)鍵詞：道路工程；橡膠瀝青；工廠化生產(chǎn)；三大指標(biāo)；彈性恢復(fù)；儲存穩(wěn)定性

中圖分類號：U416.217A070213

0 引言

高速公路表面層作為直接承受荷載和外界環(huán)境影響的結(jié)構(gòu)層，其技術(shù)性能要求較高。瀝青原材料一般采用改性瀝青，橡膠瀝青作為高性能改性瀝青的一種，其使用不僅響應(yīng)了資源節(jié)約、環(huán)境友好的經(jīng)濟(jì)政策號召，而且橡膠粉本身含有抗老化劑、交聯(lián)劑和炭黑等活性成分，對瀝青的抗老化性有了一定的提升，從而增強(qiáng)了混合料的耐久性［1］。但與此同時，由于橡膠粉不完全降解于基質(zhì)瀝青中，再加上膠粉與基質(zhì)瀝青密度不同，瀝青中的膠粉在重力作用下易發(fā)生沉淀離析［2-5］，使橡膠瀝青的性能極其不穩(wěn)定。而存儲穩(wěn)定性又是制約著膠粉改性瀝青大型工廠化生產(chǎn)的主要因素，因此對膠粉改性瀝青存儲穩(wěn)定性的研究是有必要的。任義［6］基于膠粉與瀝青的密度差原理，通過傳統(tǒng)的改性瀝青加工工藝，利用PE來加固橡膠粉在基質(zhì)瀝青中的空間結(jié)構(gòu)，制得的橡膠改性瀝青具有較好的儲存穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，甘宏坤［7］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)橡膠粉、聚乙烯和抗氧化劑分別為基質(zhì)瀝青的10%～35%、3%～10%和5.0%時，制得的橡膠改性瀝青儲存穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。李曉藝［8］通過掃描電鏡和紅外光譜儀對添加PE和SBS改性劑的橡膠瀝青進(jìn)行微觀研究發(fā)現(xiàn)，CR-PE-SBSMA中各添加劑與基質(zhì)瀝青混溶以物理作用為主，其中PE的加入使復(fù)合改性瀝青的穩(wěn)定性顯著提升。楊通明［9］研究表明，膠粉和基質(zhì)瀝青的反應(yīng)程度隨著剪切溫度的升高而加深，瀝青的大部分性能均得到提升，但是反應(yīng)溫度過高易發(fā)生老化和離析，導(dǎo)致其儲存穩(wěn)定性降低，不宜遠(yuǎn)距離長時間運(yùn)輸，因此橡膠改性瀝青在制備過程時剪切溫度宜控制在180 ℃左右。Wang等［10］研究發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)過程中加入一定量的SBS，同時將研磨剪切的溫度控制在約185 ℃下并剪切60 min時，橡膠改性瀝青的存儲穩(wěn)定性處于較高水平。

從上述前人的研究成果可以看出，主要集中研究橡膠粉摻量、外加劑以及加工工藝等指標(biāo)對橡膠瀝青穩(wěn)定性的影響，而關(guān)于工廠化生產(chǎn)的橡膠瀝青實(shí)際應(yīng)用時性能變化的研究較少，而且即便高性能橡膠瀝青的改進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)，但長途運(yùn)輸時瀝青罐車保持對橡膠瀝青的加熱與攪拌，經(jīng)過運(yùn)輸后瀝青性能的變化仍有待考驗(yàn)。為了保證工廠化生產(chǎn)的橡膠瀝青在使用前具有較好的穩(wěn)定性，有必要分析經(jīng)長途運(yùn)輸后成品橡膠瀝青的性能變化。因此，本文依托實(shí)體工程對工廠化生產(chǎn)的成品橡膠瀝青經(jīng)過遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸?shù)竭_(dá)目的地前后的性能變化進(jìn)行研究，并通過對比橡膠瀝青出廠時與到場后，針入度、軟化點(diǎn)、延度和彈性恢復(fù)四項常規(guī)指標(biāo)的檢測統(tǒng)計，分析其各性能的變化特征，給出運(yùn)輸后性能的合理控制指標(biāo)，以期保證橡膠瀝青的穩(wěn)定性。本文研究可為廣西橡膠瀝青的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 長途運(yùn)輸后橡膠瀝青的性能變化

本文采用的是廣西交科集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的高性能橡膠瀝青，產(chǎn)地為廣西欽州市欽州港，目的地為蒙象高速公路二期二工區(qū)駐地，運(yùn)距約為367 km，從出廠至項目工地時性能檢測一般控制在10 h，卸料溫度為177 ℃～182 ℃。通過抽查對比50次工廠化生產(chǎn)的經(jīng)過遠(yuǎn)距離運(yùn)輸成品橡膠改性瀝青到達(dá)目的地前后的性能變化情況，采用統(tǒng)計分析，給出運(yùn)輸后橡膠瀝青性能合理控制指標(biāo)，以確保后期橡膠瀝青的穩(wěn)定性。遠(yuǎn)距離運(yùn)輸后其常規(guī)指標(biāo)的變化情況如表1和下頁圖1所示。

1.1 針入度

從圖1（a）中可以看出，經(jīng)長途運(yùn)輸后，橡膠瀝青的針入度值有所增大。結(jié)合表1可知，針入度整體平均增加9.3 mm，平均增加率為23.3%。分析可知，瀝青的針入度測試主要依靠測試針刺入，而橡膠粉的殘余，對測試針刺入的阻撓增強(qiáng)，使橡膠瀝青的針入度測試值比基質(zhì)瀝青的要小。瀝青罐車一般自身攜帶保溫機(jī)制，橡膠瀝青經(jīng)過長途運(yùn)輸后相當(dāng)于延長橡膠粉與基質(zhì)瀝青的反應(yīng)時間，此時化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)加劇，S-C與S-S等化學(xué)鍵持續(xù)斷裂，橡膠粉越來越小，這一系列的反應(yīng)將隨著時間的延長而加劇，最終，橡膠瀝青變得越來越軟，針入度測試值便隨之增大。

1.2 軟化點(diǎn)

從圖1（b）中可以看出，經(jīng)長途運(yùn)輸后橡膠瀝青的軟化點(diǎn)測試值均減小。結(jié)合表1可知，軟化點(diǎn)整體平均下降2.1 mm，平均下降率為2.9%。這是因?yàn)榭紤]了汽車輪胎的工作使用需求，常采用硫化工藝使輪胎具有較好的彈性，增強(qiáng)了其在各種使用環(huán)境中的適應(yīng)性，延長了輪胎的使用壽命。膠粉與基質(zhì)瀝青的反應(yīng)則是與之相反的脫硫降解，硫化是為了讓橡膠輪胎具有良好的應(yīng)用性能，而脫硫的過程往往要添加軟化劑、脫硫劑，與擠出反應(yīng)綜合作用對橡膠進(jìn)行脫硫。當(dāng)膠粉與基質(zhì)瀝青的反應(yīng)時間延長，在橡膠瀝青內(nèi)部時刻發(fā)生著脫硫反應(yīng)，軟化劑和脫硫劑的功效得以充分發(fā)揮，此時橡膠瀝青逐漸變軟，抵抗高溫變形的能力也逐漸降低，軟化點(diǎn)的測試值隨之變小。

1.3 延度

結(jié)合圖1（c）和表1可知，在延度方面，經(jīng)長途運(yùn)輸后其值均有所增大，總體平均增大4.3 cm，平均增加率為36.2%。這是因?yàn)橄鹉z粉與基質(zhì)瀝青的相容性有限，再加上橡膠粉不完全降解于瀝青中，導(dǎo)致橡膠瀝青始終是一種均勻性相對較低的材料，而材料的不均勻性易造成某一點(diǎn)的應(yīng)力集中。在進(jìn)行延度試驗(yàn)時，瀝青處于被拉伸的狀態(tài)，當(dāng)集中力持續(xù)發(fā)展到大于橡膠瀝青的抵抗作用時，橡膠瀝青便被拉斷，因此橡膠的延度測試值比一般的改性瀝青小。同理，隨著反應(yīng)時間的延長，橡膠粉與基質(zhì)瀝青進(jìn)一步反應(yīng)，其不均勻性逐漸改善，應(yīng)力集中得到有效的緩解。因此在進(jìn)場后測定延度時，橡膠瀝青的變形能力將會得到一定程度的提升，其延度指標(biāo)的總體趨勢是變大的。

1.4 彈性恢復(fù)

結(jié)合圖1（d）和表1可知，經(jīng)長途運(yùn)輸后，橡膠瀝青的彈性恢復(fù)總體平均降低2.7%，平均下降率為3.1%。同理，因?yàn)橄鹉z粉的存在，使橡膠瀝青在高溫下的彈性性能有較大幅度的提升，對于抵抗路面變形和疲勞開裂起到?jīng)Q定性的作用，常用彈性恢復(fù)表征。在一般的反應(yīng)溫度以及存儲溫度范圍之間，由于短時間內(nèi)橡膠粉未得到充分的降解和溶脹，且外層的凝膠組分在膠粉的四周形成的保護(hù)膜抑制其進(jìn)一步反應(yīng)，橡膠粉仍以一定數(shù)量分布于整個瀝青空間中，彈性恢復(fù)性能趨于不變。當(dāng)反應(yīng)時間延長時，在攪拌裝置的工作下，橡膠粉進(jìn)一步游離于基質(zhì)瀝青的四周，凝膠組分逐漸被破壞，橡膠瀝青內(nèi)部的反應(yīng)效率提升，膠粉進(jìn)一步溶脹降解，使改性瀝青的彈性恢復(fù)性能下降。

2 性能變化間的聯(lián)系模型

為進(jìn)一步研究長途運(yùn)輸后對成品橡膠瀝青的影響，將其軟化點(diǎn)差值與針入度差值、延度差值、彈性恢復(fù)差值分別進(jìn)行擬合，以分析橡膠瀝青各性能變化之間的聯(lián)系。擬合結(jié)果分別如圖2～4所示，擬合模型如表2所示，其中ΔS為軟化點(diǎn)差值，ΔN為針入度差值，ΔD為延度差值，ΔE為彈性恢復(fù)差值。

由表2可知，軟化點(diǎn)差值與延度差值的擬合相關(guān)性系數(shù)均＞0.910，其中線性擬合的更是高達(dá)0.934，相關(guān)性較強(qiáng)，而軟化點(diǎn)差值與彈性恢復(fù)差值、針入度差值的非線性擬合的相關(guān)性系數(shù)分別為0.920、0.957，非線性擬合的程度更高。橡膠瀝青的穩(wěn)定性評價常以軟化點(diǎn)差值來表征，對于其他性能的技術(shù)指標(biāo)尚未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而從上述的分析可知，其軟化點(diǎn)的變化和延度、彈性恢復(fù)以及針入度三者的變化均呈一定的相關(guān)性，因此將延度差值、彈性恢復(fù)差值和針入度差值作為橡膠瀝青遠(yuǎn)距離運(yùn)輸后穩(wěn)定性的評判指標(biāo)理論上有一定的可行性。

按橡膠瀝青儲存穩(wěn)定性評判的現(xiàn)行指標(biāo)，軟化點(diǎn)差值應(yīng)＜2.5 ℃，結(jié)合表2的擬合結(jié)果可知，針入度差值和彈性恢復(fù)差值與軟化點(diǎn)的非線性擬合程度高，按式ΔN=7.783ΔS0.278和ΔE=1.661ΔS0.675可得，針入度降低值應(yīng)＜10.0 mm，彈性恢復(fù)降低值應(yīng)＜3.1%，而延度差值與軟化點(diǎn)差值則按線性擬合方程ΔD=0.917ΔS+2.397可得，延度的增大值應(yīng)＜4.69 cm。

3 結(jié)語

（1）成品橡膠瀝青經(jīng)過遠(yuǎn)距離運(yùn)輸后，其常規(guī)性能的變化規(guī)律并不一致，具體表現(xiàn)為軟化點(diǎn)和彈性恢復(fù)值降低，針入度和延度值增大。

（2）長途運(yùn)輸后對成品橡膠瀝青各性能的影響程度排序?yàn)椋貉佣萭t;針入度gt;彈性恢復(fù)gt;軟化點(diǎn)。

（3）為保證成品橡膠瀝青的穩(wěn)定性，工廠化生產(chǎn)的橡膠瀝青經(jīng)長途運(yùn)輸后，針入度降低值宜＜10.0 mm，彈性恢復(fù)降低值宜＜3.1%，延度增大值宜＜4.69 cm。

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收稿日期：2023-10-08

作者簡介：黃小華（1979—），工程師，主要從事試驗(yàn)檢測工作。