复数指数法的橡胶沥青胶浆温度敏感性研究

贾鹏飞

(苏交科集团股份有限公司，江苏 南京　210000)



复数指数法的橡胶沥青胶浆温度敏感性研究

贾鹏飞

(苏交科集团股份有限公司，江苏 南京210000)

摘要：为研究不同填料和不同粉胶比对橡胶沥青胶浆温度敏感性的影响，以矿粉和水泥为填料制备不同粉胶比(矿粉粉胶比为0、0.25、0.4、0.6、0.8，水泥粉胶比为0.4、0.6)的橡胶沥青胶浆，然后分别对其进行动态剪切流变试验，通过复数指数法(Complex Number Index)评价橡胶沥青胶浆的温度敏感性。

关键词：道路工程；橡胶沥青；胶浆；复数指数；温度敏感性

1试验材料和方法

1.1试验原材料

(1)70#道路石油沥青

本文采用70#道路石油沥青作为基质沥青。按照规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)的要求以及SHRP试验方法对70#道路石油沥青的各项性能指标进行了测试，结果如表1所示。

(2)橡胶粉

本文采用的废胶粉选用货车轮胎胶粉，胶粉尺寸为20目，以废旧轮胎为原材料，在常温下经过粉碎、分离、除金属、筛选等活化和脱硫等一系列工序处理制成，胶粉的技术指标如表2、3所示。

表1　基质沥青基本性能指标

续表1

表2　废旧胶粉物理技术指标

表3　废旧胶粉化学技术指标

(3)填料

采用的矿粉为实际工程中使用的石灰岩矿粉，水泥为P·O 42.5级。按照《公路工程集料试验规程》(JTG E42-2005)相关试验的要求进行试验，其基本技术性能测定结果如表4所示。

所用填料外观无团粒结块，制备胶浆的填料都是过0.075 mm筛以下的矿粉和水泥。

表4　矿粉与水泥的基本技术性能测定结果

1.2试验样品制备

(1)橡胶沥青制备

使用20目橡胶粉作为改性剂，其掺量为内掺18%(橡胶粉占橡胶粉与基质沥青的比例)；拌和温度宜为180 ℃，拌和时间为45～60 min。

(2)橡胶沥青胶浆制备

粉胶比为填料与橡胶沥青的比值，以矿粉为填料时，粉胶比为0、0.25、0.4、0.6、0.8，拌和温度为200 ℃，拌和时间为20 min；以水泥为填料时，粉胶比为0.4、0.6，拌和时间为20 min。

添加矿粉制备20目橡胶沥青胶浆(内掺18%)时的拌和温度宜为200 ℃；当粉胶比不大于0.60时，拌和时间宜取20 min；当粉胶比为0.80时，拌和时间为30 min。

1.3试验方法

有研究发现基于存储模量及损耗模量温度敏感性指数的复数指数法评价橡胶沥青温度敏感性更为合理。因此，本文选用复数指数法(Complex Number Index)来评价橡胶沥青胶浆的温度敏感性。

CNI=G′TS+G″TS·i

(1)

式中：CNI为温度敏感性复数指数(Complex Number Index)；G′TS为存储模量对数与绝对温度对数关系曲线斜率的绝对值，存储模量温度敏感性指数；G″TS为损耗模量对数与绝对温度对数关系曲线斜率的绝对值，损耗模量温度敏感性指数。

通过对G′、G″和T的对数曲线进行回归得出G′TS和G″TS的值。CNI越大，表明沥青胶浆的温度敏感性越大。

试验采用美国TA-AR1500EX型动态剪切流变仪DSR，25 mm平行板间距均取3.5 mm。通过对不同橡胶沥青胶浆进行不同温度下的频率扫描试验(40～80 ℃，步长为10 ℃)，确定不同温度下10 rad/s时的G′和G″。然后建立G′、G″与温度T的对数关系曲线图，对得到的曲线进行回归分析。

2试验结果与分析

对得到的曲线进行回归分析，如图1～图4所示。

通过图1～图4可以得到不同橡胶沥青胶浆的复数指数，如表5、表6所示。

图1　添加矿粉的橡胶沥青胶浆存储模量与温度的对数关系图

图2　添加水泥的橡胶沥青胶浆存储模量与温度的对数关系图

图3　添加矿粉的橡胶沥青胶浆损耗模量与温度的对数关系图

图4　添加水泥的橡胶沥青胶浆损耗模量与温度的对数关系图

不同粉胶比CNI029.759+25.375i0.2525.468+23.785i0.427.612+24.371i0.624.187+25.362i0.821.555+22.085i

表6　添加水泥的橡胶沥青胶浆的CNI

从表5可以看出，添加矿粉的橡胶沥青胶浆比橡胶沥青的G′TS和G″TS均小，说明添加矿粉可以使橡胶沥青胶浆的温度敏感性得到改善。随着粉胶比的增加，G′TS和G″TS先增加后降低，并且在粉胶比为0.8时达到最小，即CNI最小，尤其是存储模量温度敏感性指数减小了27.6%，说明此时橡胶沥青胶浆的温度敏感性性能得到了最大的改善。

分析其原因：由于沥青粘度随温度的升高而减小，矿粉发挥了体积增强以及物化反应的作用，部分抵消了沥青粘度的降低，所以添加矿粉后沥青温度敏感性得到了改善。

从表6可以得出，添加水泥的橡胶沥青胶浆比橡胶沥青的G′TS和G″TS均大，表明添加水泥对橡胶沥青胶浆的温度敏感性不利。尤其当粉胶比为0.4时，橡胶沥青胶浆的温度敏感性复数指数CNI最大，对橡胶沥青胶浆的温度敏感性性能影响最不利。

3结语

(1)随着矿粉粉胶比增大，橡胶沥青胶浆的温度敏感性越来越好；随着水泥粉胶比增大，橡胶沥青胶浆的温度敏感性越来越差。

(2)矿粉可以改善橡胶沥青胶浆的温度敏感性，尤其是当粉胶比为0.8时，对橡胶沥青胶浆的温度敏感性性能改善最大。

(3)添加水泥对橡胶沥青胶浆的温度敏感性不利，当粉胶比为0.4时，橡胶沥青胶浆的温度敏感性复数指数最大，此时橡胶沥青胶浆受温度的变化较大。

参考文献：

[1]丛培瑞. 橡胶粉改性沥青储存稳定性及性能评价指标研究[D]. 山东: 山东大学, 2008.

[2]陆晶晶.橡胶沥青性能影响因素与改性机理研究[D].西安:长安大学, 2010.

[3]尹利华, 延西利, 陈晓瑛. 沥青材料感温性与其混合料高温稳定性关系研究[J]. 公路交通科技, 2008,25 (1):38-42.

[4]公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)[S].

[5]于新, 孙文浩, 罗怡琳, 等. 橡胶沥青温度敏感性评价方法研究[J]. 建筑材料学报, 2013,(2):266-270.

Study on temperature sensitivity of rubber asphalt mortar by using complex number index

JIA Peng-fei

(Suzhou Traffic Science & Technology Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu 210000,China)

Abstract:In order to study the effect of different fillers and different rubber powder ratio of rubber asphalt mortar temperature sensitivity, the study makes up the rubber asphalt mortar with different ratio of filler to slag and cement (slag powder cement ratio is 0, 0.25, 0.4, 0.6, 0.8, the cement binder ratio is 0.4, 0.6), then carries on the dynamic shear rheological test. the study evaluates temperature sensitivity of rubber asphalt mortar through CIM (Complex Number Index).

Keywords:road engineering; asphalt mortar; complex number index; temperature sensitivity

中图分类号：U414.1

文献标识码：C

文章编号：1008-3383(2016)03-0012-03

作者简介：贾鹏飞(1983-)，男，硕士，主要从事公路工程和市政工程方面的研究。

收稿日期：2015-11-05