龍海濤 譚繼宗

摘要：由于膠粉顆粒的存在，導(dǎo)致橡膠改性瀝青的溫度敏感性低于普通瀝青。為了探究不同試驗(yàn)方法對(duì)于橡膠改性瀝青溫度敏感性測(cè)試的適用性，分別對(duì)比了針入度指數(shù)試驗(yàn)、手持黏度計(jì)測(cè)黏溫曲線試驗(yàn)、布氏黏度試驗(yàn)等三種試驗(yàn)方法下的不同橡膠瀝青的溫度敏感性。結(jié)果表明：采用手持黏度計(jì)測(cè)量黏溫曲線方法能夠較好地檢測(cè)橡膠瀝青的溫度敏感性。

關(guān)鍵詞：橡膠瀝青;黏度;溫度;敏感性

0 引言

橡膠改性瀝青是一種由普通基質(zhì)瀝青和橡膠粉加工而成的改性瀝青。由于其中加入了橡膠粉，所以吸收瀝青中的輕質(zhì)組分，并在橡膠粉外圍形成凝膠結(jié)構(gòu)。橡膠改性瀝青作為一種特殊的改性瀝青，由于其中有膠粉顆粒的存在，會(huì)影響其溫度敏感性。對(duì)瀝青材料而言，其對(duì)溫度的敏感性極大地影響了瀝青混合料的施工和易性。常用的評(píng)價(jià)瀝青溫度敏感性的方法包括：針入度指數(shù)法、黏溫曲線、布氏黏度等。為了探究橡膠改性瀝青中的膠粉顆粒對(duì)其溫度敏感性的影響，本文采用三種測(cè)試方法，對(duì)不同種類的橡膠瀝青進(jìn)行測(cè)試，分析不同測(cè)試方法對(duì)橡膠瀝青溫度敏感性檢測(cè)的適用性。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試樣制備與檢測(cè)

文獻(xiàn)研究及工程應(yīng)用表明，廣西應(yīng)用的橡膠瀝青采用的膠粉多為廢舊輪胎制成的30～80目規(guī)格，膠粉摻量在15%～25%之間。因此本文采用不同粒徑的廢舊輪胎橡膠粉，基質(zhì)瀝青采用某進(jìn)口品牌70#A級(jí)重交瀝青。橡膠改性瀝青加工工藝為：將基質(zhì)瀝青預(yù)熱至180℃以上，不超過195℃，添加一定比例的橡膠粉及改性助劑，溫度保持在180℃，在2000～40000轉(zhuǎn)/min的條件下剪切拌和60min，試樣制備完成。采用以上工藝，分別制備15%、20%、25%三種不同膠粉摻量的橡膠改性瀝青，檢測(cè)其基本性能指標(biāo)（如表1所示）。

1.2 針入度指數(shù)試驗(yàn)

分別對(duì)基質(zhì)瀝青和三種橡膠改性瀝青進(jìn)行不同溫度工況下的針入度試驗(yàn)。由于橡膠改性瀝青中有膠粉顆粒的存在，導(dǎo)致在進(jìn)行針入度試驗(yàn)時(shí)，如果試針落在膠粉顆粒處，則會(huì)引起試驗(yàn)數(shù)據(jù)變異，進(jìn)而導(dǎo)致所測(cè)數(shù)據(jù)由于偏差較大，不符合要求。因此在試驗(yàn)時(shí)，測(cè)試10個(gè)針入度數(shù)據(jù)，取其中值作為測(cè)量針入度值。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。按照規(guī)范計(jì)算方法，將不同瀝青的針入度值對(duì)數(shù)進(jìn)行線性回歸，繪入圖1中。

分析圖1、表2的測(cè)試數(shù)據(jù)，我們可以得到如下結(jié)果：隨著膠粉摻量的增加，橡膠改性瀝青的針入度降低，針入度測(cè)試數(shù)據(jù)的離散性增大;膠粉摻量的增加會(huì)引起瀝青的針入度指數(shù)增加;隨著膠粉摻量的增加，針入度指數(shù)會(huì)產(chǎn)生較大波動(dòng)，并不是線性增加。

對(duì)針入度指數(shù)計(jì)算而言，規(guī)范中要求線性回歸相關(guān)系數(shù)≥0.997。由測(cè)試結(jié)果可知，僅有基質(zhì)瀝青滿足計(jì)算要求，橡膠改性瀝青隨著膠粉摻量的增加，線性回歸相關(guān)系數(shù)逐漸降低，且均不滿足計(jì)算要求。

當(dāng)向?yàn)r青中加入橡膠粉制成橡膠瀝青后，由于膠粉顆粒的存在，導(dǎo)致在進(jìn)行針入度試驗(yàn)時(shí)，試針落在膠粉顆粒上，則會(huì)造成針入度偏小，進(jìn)而造成數(shù)據(jù)變異性大，不能有效地反映橡膠瀝青的真實(shí)性能。

雖然通過平行試驗(yàn)排除離散數(shù)據(jù)，但是所得的不同溫度下橡膠改性瀝青的針入度仍然存在偏差。按照規(guī)范方法計(jì)算針入度指數(shù)，其線性回歸相關(guān)系數(shù)較小，不滿足規(guī)范計(jì)算要求。因此，針入度指數(shù)不適宜用于評(píng)價(jià)橡膠瀝青的溫度敏感性，其結(jié)果可以作為輔助參考。

1.3 黏溫曲線檢測(cè)

在橡膠改性瀝青的工程應(yīng)用中，一般采用手持黏度計(jì)測(cè)量不同溫度條件下的黏度，可快捷地繪制成黏溫曲線，進(jìn)而評(píng)價(jià)其溫度敏感性。本試驗(yàn)采用理音VT-04手持黏度計(jì)，按照《橡膠瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中的方法，對(duì)三種摻量的橡膠瀝青進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表3所示，其中當(dāng)膠粉摻量較高時(shí)，150℃黏度過大，故不做檢測(cè)。

將測(cè)得黏度繪入圖2中，由圖2和表3可知：在相同的溫度條件下，橡膠改性瀝青的黏度隨著膠粉摻量的增加而逐漸升高;對(duì)于相同摻量的樣品，在中溫區(qū)間（160℃～170℃）黏度隨溫度變化較大，在高溫區(qū)間（180℃～190℃）黏度隨溫度變化較小。

為了進(jìn)一步分析橡膠改性瀝青的黏度與溫度的關(guān)系，對(duì)黏度數(shù)據(jù)進(jìn)行指數(shù)回歸，回歸方程如下：

在擬合公式中，參數(shù)A的值代表著曲線在圖中的位置，A值越大則黏度曲線越靠上;參數(shù)B的值代表著黏度隨溫度變化的速率，B的絕對(duì)值越大，則對(duì)應(yīng)的黏度隨溫度變化越大。

從圖2及表4中的測(cè)試計(jì)算結(jié)果可知，隨著膠粉摻量的增加，B絕對(duì)值減小，橡膠改性瀝青黏度隨溫度變化減小，即其溫度敏感性降低，溫度穩(wěn)定性提高。這是由于當(dāng)膠粉摻量增加時(shí)，橡膠改性瀝青中存在的“膠粉-瀝青”的凝膠結(jié)構(gòu)相應(yīng)增加，以膠粉顆粒為中心的交聯(lián)體系更加穩(wěn)定，使得其高溫性能得到加強(qiáng)。同時(shí)，由于膠粉吸收了瀝青中的芳香分、飽和分等輕質(zhì)組分，使得瀝青的整體結(jié)構(gòu)趨向于凝膠體系，溫度敏感性更低。

當(dāng)采用手持黏度計(jì)，以黏溫曲線檢測(cè)橡膠改性瀝青的溫度敏感性時(shí)，測(cè)試結(jié)果具有更好的規(guī)律性，與理論也較符合，因此黏溫曲線能夠用來評(píng)價(jià)橡膠改性瀝青的溫度敏感性。

1.4 布氏黏度試驗(yàn)

《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中采用布洛克菲爾德黏度計(jì)（Brookfield，簡(jiǎn)稱布氏黏度計(jì)）測(cè)試瀝青的旋轉(zhuǎn)黏度，其所采用的轉(zhuǎn)子直徑為5～15mm，采用的盛樣試管直徑為25～35mm。由于橡膠改性瀝青中含有溶脹的膠粉顆粒，研究表明，充分溶脹的膠粉顆粒，其凝膠結(jié)構(gòu)直徑膨大約5～10倍。當(dāng)采用布氏黏度計(jì)測(cè)試其黏度時(shí)，膠粉顆粒形成的凝膠結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)測(cè)試樣品的流動(dòng)性產(chǎn)生較大影響，進(jìn)而對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。圖3為不同溫度及剪切速度工況下的20%膠粉摻量的橡膠改性瀝青布氏黏度試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明：不同溫度條件下的橡膠改性瀝青黏度隨剪切速率的變化規(guī)律基本一致，黏度均隨剪切速率的增大而逐漸降低?？梢哉J(rèn)為橡膠改性瀝青在高溫區(qū)具有“剪切變稀”的偽塑性流體特性，因此不適宜直接采用布氏黏度方法檢測(cè)其溫度敏感性。

根據(jù)《橡膠瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中對(duì)布氏黏度測(cè)試計(jì)算的方法，選用SC4-27號(hào)轉(zhuǎn)子，測(cè)試180℃條件下，橡膠改性瀝青在不同轉(zhuǎn)速的情況下的布氏黏度和對(duì)應(yīng)扭矩，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中繪制黏度和扭矩的關(guān)系圖，進(jìn)行線性回歸后，當(dāng)相關(guān)系數(shù)≥0.96時(shí)，采用回歸公式求取50%扭矩對(duì)應(yīng)的黏度，即為橡膠改性瀝青的測(cè)試黏度。

對(duì)三種不同摻量的橡膠改性瀝青各進(jìn)行三次平行試驗(yàn)測(cè)試，求取180℃、50%扭矩對(duì)應(yīng)黏度如表5所示。

測(cè)試結(jié)果表明，橡膠改性瀝青的黏度變化與膠粉摻量正相關(guān)。在測(cè)試過程中，雖然通過固定轉(zhuǎn)子，控制轉(zhuǎn)速條件下，反算50%扭矩對(duì)應(yīng)黏度，盡量消除膠粉顆粒對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，但是平行試驗(yàn)結(jié)果仍然存在偏差。這是由于當(dāng)轉(zhuǎn)子在測(cè)量瀝青黏度的同時(shí)，受盛樣試管尺寸影響，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)會(huì)對(duì)瀝青產(chǎn)生剪切效果，導(dǎo)致試樣的結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生變化，繼而影響到后續(xù)黏度的測(cè)試。而當(dāng)測(cè)試過程越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子對(duì)試樣的剪切影響就越明顯，從而導(dǎo)致平行試驗(yàn)結(jié)果偏差。

當(dāng)采用布氏黏度計(jì)測(cè)試橡膠改性瀝青的黏度，用于評(píng)價(jià)其溫度敏感性時(shí)，可以采用180℃時(shí)50%扭矩對(duì)應(yīng)黏度值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。但是在測(cè)試時(shí)需要根據(jù)膠粉粒徑的大小，選擇合適的轉(zhuǎn)子，嚴(yán)格控制試驗(yàn)時(shí)間，盡量減小轉(zhuǎn)子對(duì)試樣的影響。

2 結(jié)語

由于橡膠改性瀝青中存在膠粉顆粒以及其形成的凝膠結(jié)構(gòu)，和普通瀝青相比，其對(duì)于溫度的敏感性發(fā)生較大的變化。當(dāng)采用針入度指數(shù)評(píng)價(jià)溫度敏感性時(shí)，膠粉顆粒會(huì)使針入度測(cè)試結(jié)果變異性增大，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏差較大，甚至不符合規(guī)范要求。當(dāng)采用手持黏度計(jì)測(cè)試黏度，由于其采用的容器較大，轉(zhuǎn)子不會(huì)對(duì)試樣產(chǎn)生影響，根據(jù)黏溫曲線結(jié)果評(píng)價(jià)橡膠瀝青溫度敏感性時(shí)，其測(cè)試結(jié)果較穩(wěn)定，變化規(guī)律也符合理論研究。當(dāng)采用布氏黏度計(jì)測(cè)試180℃、50%扭矩對(duì)應(yīng)黏度時(shí)，雖然測(cè)試結(jié)果符合規(guī)律，但是由于膠粉顆粒的存在及試驗(yàn)器材對(duì)試樣的影響，會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)

結(jié)果出現(xiàn)偏差，需要嚴(yán)格控制試驗(yàn)過程。因此，對(duì)于橡膠改性瀝青而言，可采用手持黏度計(jì)測(cè)試不同溫度下的黏度，根據(jù)黏溫曲線評(píng)價(jià)其溫度敏感性。

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