废胶粉改性沥青及其OGFC混合料高温性能研究

陈俊彦

(山西省交通科学研究院，山西 太原 030006)



废胶粉改性沥青及其OGFC混合料高温性能研究

陈俊彦

(山西省交通科学研究院，山西 太原 030006)

为研究废胶粉改性沥青及其OGFC混合料的高温性能，采用软化点试验、布氏黏度试验、DSR试验研究废胶粉改性沥青的高温性能，车辙试验研究废胶粉改性沥青的OGFC混合料高温性能。结果表明：废胶粉高温性能随废胶粉掺量的增加更优越；废胶粉掺量增加，OGFC混合料高温性能提高；将废胶粉改性沥青的高温性能与废胶粉改性沥青OGFC混合料高温性能综合分析，沥青高温性能试验与废胶粉改性沥青OGFC混合料车辙试验结果整体一致。

废胶粉改性沥青；OGFC；高温性能；废胶粉掺量

近2年来，随着“海绵城市”概念的提出，排水性沥青路面再次成为公路行业的热点[1]。传统的排水性沥青路面一般用SBS改性沥青作为胶结料，其原因是SBS改性沥青拥有高黏性，且高温性能优异。在诸多改性沥青中，废胶粉改性沥青黏度一般在SBS改性沥青之上，且高温性能良好；此外，与OGFC沥青路面共有的特点是[2-3]：①低温性能好。OGFC除了排水性能优异外，抗冻性能也较好；废胶粉改性沥青在低温性能方面非常优异，甚至已经超过了SBS改性沥青。②降噪性能好。OGFC自身空隙率大，在车辆行驶时具有优异的降噪性能；废胶粉改性沥青路面利用废胶粉颗粒与轮胎接触时契合也能降噪，而且效果良好。③抗滑性能好。OGFC构造深度大，抗滑性能优异；废胶粉在改性沥青路面中具有颗粒状存在的特点，可增大摩阻力，也拥有良好的抗滑性。④级配。废胶粉改性沥青最合适的级配为断级配，而OGFC恰好是断级配的混合料。在诸多契合点下的废胶粉改性沥青OGFC性能将比SBS改性沥青OGFC下的更加优异，但是由于废胶粉改性沥青在高温性能方面有所欠缺，可能会极大影响OGFC的高温性能。基于此，本文针对废胶粉改性沥青OGFC进行研究，测试废胶粉改性沥青OGFC的高温性能与废胶粉掺量的关系。

国内外对OGFC研究很多，运用技术最成熟的是日本，日本从20世纪70年代开始引进透水性沥青路面，现在已经在研究与规范上形成了一套完整的体系[4-7]。我国第一条排水性路面铺筑在杭州金华，通过调查表明OGFC具有减少水薄膜形成、增大摩阻力、减少夜间炫光的作用。现在，大部分的OGFC都是以SBS改性沥青作为胶结材料，但是，经过对橡胶沥青的研究发现，橡胶沥青也能满足OGFC对沥青的要求。

1 试验材料及试样制备

1.1 试验材料

试验使用的废胶粉改性沥青为自制，目数为80目，掺量分别为5%，10%，15%，20%，25%。70号基质沥青基本指标见表1；试验所使用的集料来自山西大同玄武岩，玄武岩基本性能指标见表2；废胶粉改性沥青OGFC级配见表3。

表1 70号基质沥青基本指标

表2 玄武岩基本性能指标

表3 废胶粉改性沥青OGFC级配

1.2 废胶粉改性沥青制备

第1步，将基质沥青加热至180℃，取适量的沥青备用。第2步，往基质沥青中加入掺量分别为5%，10%，15%，20%，25%的废胶粉，边加入废胶粉边用玻璃棒搅拌，温度控制在180 ℃，搅拌5min后放入180 ℃烘箱中保温。第3步，用高速剪切仪剪切废胶粉与基质沥青，剪切速度为5 000 rad/min，剪切时间为45 min，温度控制在180 ℃，随后冷却沥青备用。

2 沥青高温性能

沥青高温性能与沥青混合料高温性能有着密切的联系，一般来说，沥青高温性能越好，混合料高温性能也越好。本次沥青高温性能测试主要分为3部分：①软化点试验；②布氏黏度试验；③车辙因子试验。

2.1 软化点试验

将不同掺量的废胶粉改性沥青进行软化点测试，测试表征高温性能指标之一的软化点与废胶粉掺量的关系。①试验步骤：参照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0606-2011；②试验温度：25℃。不同废胶粉掺量软化点结果见表4；软化点与废胶粉掺量关系如图1所示。

分析表4与图1可知：随废胶粉掺量增大，废胶粉改性沥青软化点温度先升高后降低。对数据进行3次拟合，废胶粉改性沥青软化点与废胶粉掺量关系符合3次函数y=-0.0006x3-0.0084x2+0.9329x+53.8，R2=0.8324。

表4 不同废胶粉掺量软化点结果

2.2 布氏黏度试验

对不同掺量的废胶粉进行布氏黏度测试，研究布氏黏度随废胶粉掺量的变化关系。①试验步骤：参照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0625-2011;②转子：28号；③试验温度：135 ℃；④转速： 10 rad/s。不同掺量废胶粉布氏黏度见表5；废胶粉改性沥青布氏黏度与掺量关系如图2所示。

分析表5与图2可知：随废胶粉掺量增大，废胶粉改性沥青布氏黏度先增长后减小，并且符合3次函数y=0.3067x3- 23.3429x2+537.6191x-148，R2=0.9158。随废胶粉含量增大，胶粉吸收的沥青油分越多，废胶粉改性沥青越粘稠，布氏黏度越大;当增长到一定的阶段，由于废胶粉颗粒间间距逐渐减小，导致废胶粉改性沥青与转子的剪切阻力逐渐变小，因此废胶粉改性沥青布氏黏度会逐渐变小。

表5 不同掺量废胶粉布氏黏度

2.3 车辙因子试验

分别测试废胶粉掺量为5%，10%，15%，20%，25%的废胶粉改性沥青的车辙因子，用车辙因子表征沥青高温性能。①试验步骤：参照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0628-2011；②试验温度分别为：52 ℃、58 ℃、64 ℃、70 ℃。DSR试验结果见表6；不同温度下车辙因子与废胶粉掺量关系如图3所示。

分析表6与图3可知：在温度52 ℃与56 ℃下，随废胶粉掺量增大，废胶粉改性沥青车辙因子先增大后减小；在温度64 ℃与70 ℃下，废胶粉掺量增大，废胶粉改性沥青车辙因子持续增大。当温度超过64 ℃时，废胶粉掺量变化对车辙因子影响不明显，这说明高温下，废胶粉掺量这个影响因子对高温性能影响微弱。

表6 DSR试验结果 kPa

试验温度/℃废胶粉掺量/%510152025524.3427.2359.26613.25811.147581.8453.1545.2967.4696.347640.9971.2892.0152.4872.547700.5230.5670.9671.2461.313

3 混合料高温性能

混合料高温性能研究主要是对上文得出的数据进行验证。表征混合料高温性能的指标为动稳定度，分别对废胶粉掺量为5%，10%，15%，20%，25%的废胶粉改性沥青混合料进行车辙试验。①试验步骤：参照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》T0719-2011；②试验温度分别为：52 ℃、58 ℃、64 ℃、70 ℃；③试件尺寸：300 mm×300 mm×50 mm；车辙试验动稳定度测试结果见表7；不同温度废胶粉掺量与动稳定度关系如图4所示。

分析表7与图4可知：废胶粉改性沥青OGFC中废胶粉掺量越多，动稳定度越大；相同的废胶粉掺量，温度越高，动稳定度越小。

表7 车辙试验动稳定度 次/mm

试验温度/℃废胶粉掺量/%5101520255236003810404842824210583076336838973931386764256028463197336435127020892326258926662895

综合上文中的软化点试验、布氏黏度试验、DSR试验结果可知，废胶粉改性沥青中废胶粉掺量增加，高温性能整体上会更加优异；将DSR试验与车辙试验对比，车辙因子与废胶粉改性沥青中废胶粉掺量关系和动稳定度与废胶粉改性沥青中废胶粉掺量关系基本保持一致，但是在废胶粉掺量为25%这个点上会有差别，因此，可认为车辙因子可以大致反应沥青的高温性能。

4 结论

通过软化点试验、布氏黏度试验、DSR试验与车辙试验，对废胶粉改性沥青与废胶粉改性沥青混合料的高温性能进行研究，得出以下结论：

1)随废胶粉掺量增大，废胶粉改性沥青软化点和布氏黏度先增加后减小。废胶粉含量增大，胶粉吸收的沥青油分越多，废胶粉改性沥青越粘稠，布氏黏度越大；当增长到一定的阶段，由于废胶粉颗粒间间距逐渐减小，导致废胶粉改性沥青与转子的剪切阻力逐渐变小。

2)在温度为52 ℃与58 ℃下，随废胶粉掺量增大，废胶粉改性沥青车辙因子先增大后减小；在温度为64 ℃与70 ℃下，随废胶粉掺量增大，废胶粉改性沥青车辙因子持续增大。废胶粉改性沥青OGFC中废胶粉掺量越多，动稳定度越大；相同的废胶粉掺量，温度越高，动稳定度越小。

3)掺入废胶粉的改性沥青及OGFC混合料，其高温性能可得到改善。

[1] 李兰军. 胶粉OGFC沥青路面的研究[J].市政技术,2010,28(4):148-149.

[2] 肖敏敏. 废胶粉改性沥青性能及机理研究[D].南京：南京航空航天大学，2005.

[3] 丁国新,程国君,杨小龙,等.废胶粉的表面处理及在天然橡胶中的应用[J].材料科学与工程学报,2011,29(6):949-953.

[4] 尹继明,肖鹏,仝小芳. 活化废胶粉改性沥青制备工艺的试验研究[J].中外公路,2009,29(1):216-219.

[5] 崔亚楠,邢永明,王岚,等.废胶粉改性沥青改性机理[J].建筑材料学报，2011,14(5):634-638.

[6] 肖敏敏，丁文胜.助剂活化废胶粉改性沥青性能机理研究[J].公路，2010(3):164-168.

[7] 刘武， 肖新颜， 晏英. 层状双羟基复合金属氢氧化物/废胶粉改性沥青的性能及老化机理[J].高分子材料科学与工程，2015,31(2):72-76.

(责任编辑 吴鸿霞)

Study on High Temperature Properties of Crumb Rubber Modified Asphalt and Its OGFC Mixture

ChenJunyan

(Shanxi Transportation Research Institute,Taiyuan Shanxi 030006)

In order to study the high temperature performance of crumb rubber modified asphalt and OGFC mixture,the high temperature performance and rutting test of crumb rubber modified asphalt was studied by softening point test, Brinell viscosity test and DSR test.The high temperature performance of crumb rubber modified asphalt OGFC mixture was studied by rutting test.The results showed that the high temperature performance of waste rubber powder was better than that of the waste rubber powder.With the increase of waste rubber powder content,the high temperature performance of OGFC mixture was improved.The high temperature performance of crumb rubber modified asphalt and the high temperature performance of crumb rubber modified asphalt OGFC mixture were analyzed.The results showed that the high temperature performance of asphalt mixture was consistent with the test results of crumb rubber modified asphalt OGFC mixture.

crumb rubber modified asphalt;OGFC;high temperature performance;waste rubber powder content

2017-03-30

陈俊彦，工程师，本科。

10.3969/j.issn.2095-4565.2017.03.012

U416.2

A

2095-4565(2017)03-0052-04