李旭豪，高 杰，邹 鹏，何杰忠

（1.广州市高速公路有限公司营运分公司，广东 广州510030；2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海市 201804）

0 引言

将废旧轮胎加工制作成胶粉，添加到沥青当中，不仅可以改进沥青各个方面的使用性能，而且还可以缓解废旧轮胎带来的污染问题。然而目前传统橡胶沥青的发展也存在着问题，即胶粉利用率低，在传统制备工艺下胶粉掺量很难超过20%，不能更大程度上对废旧胶粉合理利用。在本文中将胶粉掺量大于20%（内掺）的胶粉改性沥青称为高掺量胶粉改性沥青。

为了解决胶粉利用率低的问题，很多学者提出了不同的工艺来提高胶粉掺量，从而实现高掺量胶粉改性沥青技术，使橡胶活化[1]、液化[2]或添加降粘剂[3]等是目前最为主流的方法，但是目前掺量超过33%（内掺）的研究鲜有，以上工艺仅能一定程度上提高胶粉掺量，沥青依旧存在粘度大和存储稳定性差的问题，为了进一步提高胶粉掺量，需要探究新的工艺。

Terminal Blend 技术的出现从“高温热解”的角度为高掺量胶粉改性沥青的生产提供了新的技术途径，它使大部分的胶粉溶解于沥青之中，从而可以从根本上解决高掺量胶粉改性沥青粘度大等问题[4]。但是Zanzotto[5]和麦迪逊分校沥青研究组[6]的研究均表明：高温下胶粉深度脱硫降解后，将会导致改性沥青的模量降低，弹性性能大幅降低，对力学性能产生不利影响。同时唐乃鹏[7]研究表明，向高温制备的TB沥青中掺入SBS 后可改善由于胶粉降解造成的高温性能下降，这也一定程度上保证了高温法制备高掺量胶粉改性沥青的实现。

综上，高温法制备高掺量胶粉改性沥青可能存在由于胶粉降解带来的高温性能差的问题，这会限制高掺量胶粉沥青的实现，但是国内外研究也表明，复配SBS 等交联剂后可提高TB 沥青的高温性能，因此有必要研究高温法制备的高掺量胶粉改性沥青的高温性能的优劣以及SBS 掺量的影响，如果可以实现更高掺量的胶粉改性沥青技术，将具有重大的环保和经济价值。

1 材料与试验

1.1 原材料

沥青选用的是埃索70# 基质沥青，胶粉选用江阴30 目橡胶粉，SBS 选用岳阳石化公司生产的线型SBS。将胶粉加入到基质沥青当中，在280℃下高速剪切6 h，制备胶粉掺量为35%的改性沥青；复合改性沥青则通过将高掺量胶粉改性沥青加热至180℃后，外掺相应质量的SBS，搅拌1.5 h，再继续加入稳定剂（硫磺）搅拌0.5 h 制得。改性沥青的制备方案见表1。

表1 改性沥青制备方案及基本指标

1.2 试验方法

1.2.1 基本性能指标试验

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）规范内容,对高掺量胶粉改性沥青进行25℃针入度、软化点、5℃延度试验和180℃粘度试验，探究高掺量胶粉改性沥青的基本性能以及SBS 对复合改性沥青基本性能的影响，确定SBS 的合适掺量。

1.2.2 旋转薄膜烘箱试验（RTFOT）

根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）规范内容，对高掺量胶粉改性沥青进行旋转薄膜烘箱试验即RTFOT 试验，用来模仿改性沥青短期老化的过程。

1.2.3 DS R 时间扫描试验

利用动态剪切流变仪（DSR）进行时间扫描试验，获取原样沥青和短期老化沥青样品在不同温度下的模量G* 与相位角δ，并以此计算Superpave 车辙因子G*/sinδ，从而得到沥青样品的高温PG 分级；按照ASTM D7643 可以计算得到沥青样品的高温连续分级温度。

1.2.4 多应力重复蠕变回复试验（MS CR）

多应力重复蠕变回复试验MSCR（Multiple Stress Creep and Recovery）主要用来评价沥青胶结料的高温性能以及弹性响应，见图1。在64℃下，对短期老化后的沥青样品进行MSCR 试验，试验方法参考AASHTO TP-70，首先在0.1 kPa 应力下实施20 次蠕变回复循环周期，紧接着在3.2 kPa 应力下实施10 次蠕变回复循环周期。

图1 高温P G 试验及MS CR 试验

每个循环周期由1 s 的蠕变和9 s 的回复组成。基于以下公式计算每个蠕变回复周期内的回复率（R%）和不可回复蠕变柔量（Jnr），对0.1 kPa 应力11～20 个周期内的数据取平均值可得回复率R0.1 和不可回复蠕变柔量Jnr0.1；对3.2 kPa 应力10 个周期内的数据取平均值可得到回复率R3.2 和不可回复蠕变柔量Jnr3.2。

式中：εp为每个周期内，1 s 处的峰值应变；εu为每个周期内，10 s 处未恢复应变；σ 为蠕变应力。

2 试验结果与分析

2.1 高掺量胶粉改性沥青基本性能

对E70# 基质沥青以及SBS 掺量分别为0、1%、2%、3%、4%、5%的高掺量胶粉改性沥青进行三大指标试验和180℃粘度试验，见图2，具体结果见表3。

图2 基本性能指标试验

表3 高掺量胶粉改性沥青基本性能

加入35%胶粉后，改性沥青的针入度大幅度增长，软化点、延度和粘度均较低，性能较差，无法达到路面使用要求，这是由于橡胶分子高温裂解为小分子造成的；复配SBS 后，随着SBS 掺量的增加，复合改性沥青的针入度不断减小，软化点不断升高，5℃延度不断增大，高低温性能不断改善；复合改性沥青的180℃黏度也随着SBS 掺量的提高不断增大，当SBS 掺量为5%时，35+5S 沥青的黏度为4.5 Pa·s，此时黏度过大，施工和易性较差。

2.2 高掺量胶粉改性沥青的高温P G 连续分级

对E70# 基质沥青以及SBS 掺量分别为0、1%、2%、3%、4%、5%的高掺量胶粉改性沥青进行DSR时间扫描试验，获得各个沥青样品原样和短期老化后的车辙因子，进而得到各个沥青样品的高温PG 连续分级，结果见图3。

图3 高掺量胶粉改性沥青高温P G 试验结果

从图3 中可以看出，高掺量胶粉改性沥青在未复配SBS 时的高温PG 连续分级为60.59，高温性能较差（ESSO70# 基质沥青的PG 分级为63.3℃）。随着SBS 掺量的提高，高掺量胶粉改性沥青的原样高温PG 连续分级和短期老化后的高温PG 连续分级都在逐渐增大，这说明随着SBS 掺量的提高，改性沥青的高温性能不断改善，SBS 的改性效果显著，当SBS 掺量为3%时，复合改性沥青的高温PG 连续分级为79.63℃，高温PG 分级为76℃，高温性能优越。

2.3 高掺量胶粉改性沥青的MS CR 结果

对E70# 基质沥青以及SBS 掺量分别为0、1%、2%、3%、4%、5%的高掺量胶粉改性沥青进行MSCR试验，获得各个沥青样品短期老化后的回复率（R%）和不可回复蠕变柔量（Jnr），结果见图4。

从图4 可以看出，回复率R0.1 和R3.2 均随SBS掺量的提高逐渐增大，不可恢复蠕变柔量Jnr0.1 和Jnr3.2 均随SBS 掺量的提高逐渐减小，这说明高掺量胶粉改性沥青的弹性性能随着SBS 掺量的提高逐渐改善。

图4 高掺量胶粉改性沥青MS CR 试验结果

当SBS 掺量较小时，R0.1、R3.2、Jnr0.1 和Jnr3.2变化幅度较大，说明此时SBS 掺量的提高对其弹性性能的改善很显著；然而当SBS 掺量较高（4%）时再继续增加SBS 掺量，R0.1、R3.2、Jnr0.1 和Jnr3.2 的变化幅度极小，这说明当SBS 掺量较高时继续增加SBS 掺量对沥青弹性性能的提升有限，从经济和性能角度综合出发，SBS 掺量并不是越高越好。

3 结语

（1）从基本性能指标看，高温法制备的高掺量胶粉改性沥青（35%）性能较差，无法达到使用要求，SBS 的掺加可以降低高掺量胶粉改性沥青的针入度，提高其软化点、延度和黏度，使改性沥青的基本性能指标达到路面使用要求；

（2）高掺量胶粉改性沥青的高温性能差，SBS 的掺加可以显著改善其高温性能：

从高温PG 分级结果看，随着SBS 掺量的提高，复合改性沥青的高温PG 连续分级逐渐提高，当SBS掺量为3%时，其高温PG 连续分级为79.63℃，高温PG 分级为76℃，高温性能优越；从MSCR 结果看，随着SBS 掺量的提高，复合改性沥青的R0.1、R3.2逐渐增大，Jnr0.1、Jnr3.2 逐渐减小，弹性性能不断改善，当SBS 掺量为3%、4%时。

（3）当SBS 掺量较高时，复合改性沥青的黏度较大，不利于施工，而且此时SBS 掺量的继续增加对高温性能的改善有限，所以从性能和经济角度综合考虑，SBS 的掺量并不是越高越好，35%高掺量胶粉改性沥青的最优掺量为3%、4%。