马泽军 肖启劲*

(1.天津市政建设集团有限公司，天津 300050;2.天津市市政工程设计研究院，天津 300457)

1 概述

改革开放以来，我国的交通建设事业得到飞速的发展，道路等级和路面等级也不断提高，其中沥青混凝土路面由于其优良的使用性能得到广泛应用。然而，由于我国严重的公路运输超载问题导致了许多在近年建成通车的高等级公路路面都出现了较大面积的早期破坏，其中主要的病害形式为面层高温稳定类病害。提高沥青混凝土材料的高温稳定性，是当前路面材料的研究热点。

另一方面，随着人民生活水平的提高，汽车保有量逐年迅速增加。而随着汽车数量的增长也产生了一个新问题——废弃轮胎的大量堆积，这导致了巨大的社会环保问题:堆积废轮胎必然占用大量的土地资源，用燃烧等一般的垃圾处理方法又会带来巨大的环境污染。由于橡胶和沥青同属于高分子有机材料，具备一定程度的天然亲和性，橡胶改性沥青是一个很好的发展方向。发展废旧轮胎橡胶粉用于道路建设事业既可以提高路面使用性能，又能够解决废旧轮胎带来的环境污染问题，是一个很好的研究方向。本文主要研究橡胶沥青及其混合料的高温性能，为橡胶沥青的工程应用提供技术支持。

2 原材料

本次试验采用了40目的橡胶粉颗粒进行试验，加工工艺为180℃下简单机械搅拌60 min。参考厂商提供的资料，橡胶粉产品规格见表1。

表1 橡胶粉颗粒参数指标

本次试验主要采用两种基质沥青，分别是东海70号和中海70号。为了进行胶粉改性沥青性能上的比较，对比试验采用SBS改性沥青，其原基质沥青也是70号，这三种沥青的参数指标见表2。

表2 三种沥青的参数指标

3 橡胶沥青高温性能

本次研究选择针入度、软化点和135℃粘度这三个指标作为橡胶粉沥青高温性能的常规指标。考虑到实际工程中橡胶沥青胶粉含量占橡胶沥青重量的18%～22%为主，选择橡胶粉掺量0%，10%，18%，20%，22%和30%进行试验。

3.1 针入度

针入度试验作为一种剪切蠕变试验，其物理意义为表观粘度，它反映了沥青在荷载作用下的变形能力。通常稠度越高的沥青，针入度值愈小，表示沥青愈硬;相反稠度越低的沥青，针入度值愈大，表示沥青愈软。我国现行标准是以针入度为等级来划分沥青的标号。

试验温度25℃，总质量100 g，针入度贯入时间5 s。图1是东海70号和中海70号不同橡胶粉掺量的针入度试验结果。

图1 不同橡胶粉掺量的针入度试验结果

从图1中可以看到，随着橡胶粉掺量的提高，沥青的针入度呈下降趋势，而且在10%有一个明显的变化。说明橡胶粉对沥青针入度影响较大。

3.2 软化点

很多国家都采用软化点来评价改性沥青的高温稳定性。我国现行规范试验法是采用环球软化点法(R＆B)。图2为软化点试验结果。

从图2中可以看到，随着橡胶粉掺量的增加，软化点逐步升高。当沥青中的橡胶粉掺量从0%增加到10%的时候，软化点提高约8℃。之后从10%逐步添加到30%，软化点升高约10℃，这些说明橡胶粉掺量对软化点的影响十分明显。但是相对于SBS改性沥青的软化点能够达到70℃ ～80℃以上，橡胶粉改性沥青提高软化点的幅度并不是很大，前者的软化点仍明显高出很多，主要原因是两者改性机理不同。橡胶颗粒在沥青中虽然产生了体积变化，橡胶沥青主要由熔胀后的橡胶颗粒和自由沥青组成，但颗粒之间并没有发展出分子链接，橡胶颗粒之间没有较强的化学粘结，软化点测试结果实际上是橡胶颗粒之间自由沥青的软化点，反映的是沥青轻质组分被吸收后沥青质增加的影响。这种影响不会像SBS等其他高聚物改性沥青能够产生织态结构极大地提高抗拉抗坠落能力。

3.3 粘度

由于沥青的流变特性直接会影响沥青路面的路用性能，所以研究沥青的流变特性对于确定改性沥青的适宜拌合、摊铺和碾压的温度是十分有必要的。粘度是沥青材料重要的技术指标，粘度大的沥青在荷载作用下产生较小的剪切变形，弹性恢复性能好，与沥青混合料的动稳定度有很好的相关关系。粘度是对流体流变特性的一种度量，反映流体发生流动时其内部分之间摩擦阻力的大小。而且改性沥青流体的流变性质与基质沥青和改性剂之间的混合均匀程度有着密切的联系。Brookfield旋转粘度计通过计算剪切速率和剪应力能又快又容易地测量沥青的高温粘度。

进行试验中发现，当采用较大的钻子时，钻子和固定的容器的侧壁缝隙较小，其尺寸已经与部分未溶胀完全的橡胶粉颗粒接近。当钻子旋转以后，较大的橡胶粉颗粒可能会在侧壁产生摩擦和阻力，间接提高了摩阻系数，从而直接影响了旋转粘度的准确性。所以在进行旋转粘度试验时应考虑在仪器允许的量程内尽量选取标号较高、尺寸较小的钻子，以确保试验数据的准确性。

本次研究测定了不同掺量下135℃时的布氏粘度，其结果如图3所示。

图3 135℃布氏粘度试验结果

从图3试验结果看出，橡胶粉的掺加能够大大提高沥青的粘度，而且随掺量的增加，橡胶沥青的粘度表现出良好的规律性。当橡胶粉掺量达到22%后，粘度的增幅相当大，相对于前面的掺量有明显的差别，考虑到较高的橡胶粉掺量会增加未完全溶胀的橡胶粉颗粒的含量，而间接影响到了试验结果的准确性。粘度的增大可能是由于在布氏旋转粘度试验过程中，橡胶粉颗粒与钻子产生较大的摩擦阻力所致。所以橡胶粉颗粒粒径和粘度试验钻子尺寸也是需要考虑的因素之一。

4 橡胶沥青混合料高温性能

4.1 橡胶沥青混合料设计

沥青混合料设计主要参考了《公路沥青路面设计规范》和《公路沥青路面施工技术规范》，进行了AC-13粗型和AC-20粗型两种混合料的设计，并采用SBS改性沥青进行同种级配的混合料设计，以比较橡胶粉改性沥青混合料的高温性能。本次橡胶沥青混合料采用东海70号+20%橡胶粉的橡胶改性沥青作为粘结料。

4.2 高温稳定性能

本次研究主要采用车辙试验进行高温稳定性能的研究。动稳定度是反映沥青混合料高温抵抗永久变形性能的一个指标。动稳定度越高，沥青混合料的抗车辙能力越强，高温稳定性越好。按试验规程要求，试验温度60℃，轮压为0.7 MPa，试件采用轮碾法制作300 mm×300 mm×50 mm试件，测定其动稳定度。

图4 60℃车辙试验结果

由图4试验结果可见，本次进行对比试验的SBS改性沥青性能较好，动稳定次数能够达到4 500次以上，而采用橡粉改性沥青混合料的动稳定次数也超过4 000次，同样具有很好的高温性能。从试验结果可以看出，采用胶粉改性沥青后，其高温性能不差于SBS改性沥青。

5 结语

本次研究主要采用了国内标准常用的沥青指标评价体系评价橡胶沥青的高温性能，并采用了车辙试验分析橡胶沥青混合料的高温性能，得出了以下结论:

1)橡胶粉能够提高沥青的高温性能，主要表现在降低沥青针入度、提高软化点和增加高温粘度。

2)采用胶粉改性沥青，其沥青混合料的动稳定度得到显著提高，说明橡胶粉改性沥青混合料具有很好的高温性能。

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