汽油活化胶粉改性沥青低温蠕变特研究

王夏 邹静荣

摘要：为了研究胶粉汽油活化后对橡胶沥青低温性能的影响，采用BBR试验对活化胶粉制备橡胶沥青的低温性能进行分析，并与普通橡胶沥青的劲度模量S和蠕变速率m进行对比。在此基础上，探讨了不同活化胶粉掺量（10%、15%、20%）对沥青低温抗裂性能的作用效果。结果表明：1）随着试验时间的逐渐增加，橡胶沥青的蠕变劲度S逐渐减小，蠕变速率m逐渐增加;2）胶粉经活化后显著提高了橡胶沥青的低温抗裂性;3）胶粉掺量越大，活化作用提高橡胶沥青低温抗裂的效果越明显;4）Burgers模型可以准确的分析BBR试验中橡胶沥青的低温蠕变劲度模量。

关键词：道路工程;橡胶沥青;汽油活化;低温性能

中图分类号：U414

0 引 言

橡胶沥青是将胶粉与沥青混溶后形成的改性沥青，因其具有优良的路用性能被广泛应用。但是目前大量关于橡胶沥青研究认为其性  能改善主要针对高温性能，对于低温性能的提升并不显著。因此，有必要寻求一种简单经济的方法提升橡胶沥青的低温性能。而对胶粉进行活化处理，从而有效提升沥青性能已经成为一个新的研究方向。Shatanawi等人研究认为胶粉经过热水处理后，可以减少胶粉中的轻质组分，并有效改善胶粉和沥青之间的相容性。肖建军等人采用次氯酸钠对胶粉进行活化后制备橡胶沥青，发现次氯酸钠活化胶粉可以显著提升橡胶沥青的性能。薛哲等发现过氧化苯甲酰可以氧化胶粉表面的活性基团，降低胶粉的惰性。对基于此，该文提出了用汽油对胶粉进行活化并制备橡胶沥青的方法，并针对不同胶粉掺量下的橡胶沥青低温性能进行的研究。

1 实 验

1.1 原材料

基质沥青采用镇海90号沥青，性质检测结果见表1。选用常温法生产的40目胶粉，同时考虑胶粉生产方法对粒径的影响，将胶粉过40目胶粉筛后备用，40目是30～40目之间的筛余量。

1.2 活化橡胶沥青的制备

首先将胶粉进行烘干脱水30 min，烘干设备选用恒温干燥箱，然后向胶粉中加入97#号汽油进行充分搅拌10min，其中胶粉和汽油的比例为2：1，搅拌完后放入密闭容器中72 h。将基质沥青加热170℃左右，随后向沥青中加入胶粉，并开始搅拌，控制搅拌温度在180℃恒定，搅拌速率为1 500 r/min，搅拌60 min后，即制得橡胶沥青。制备完成后测试其各项性能指标。

2 结果与讨论

2.1 蠕变劲度和蠕变速率随时间的变化规律

本研究所有橡胶沥青样品的BBR试验温度为-24℃。由图1可知，随着测试时间的增加，橡胶沥青试样的蠕变劲度S逐渐减小，而蠕变速率m逐渐增大，当时间超过50s后，沥青各试样曲线趋于平缓。这符合用蠕变劲度S和蠕变速率m表征沥青在低温条件与固定荷载下的粘弹性特征规律。

2.2 蠕变劲度和蠕变速率胶粉掺量的变化规律

按照美国SHRP计划中采用BBR试验评价沥青的低温性能的方法 ，试验以测得沥青的60 s弯曲蠕變劲度模量 S 和蠕变速率 m 作为评价指标。其中S≤300MPa，m≥0.3。由图2（a）可知，随着胶粉掺量的增加，橡胶沥青的蠕变劲度S逐渐减小。说明胶粉掺量越大，橡胶沥青的低温抗裂性越好。胶粉掺量相同的条件下，活化橡胶沥青的蠕变劲度S明显小于普通橡胶沥青，说明胶粉经汽油活化后显著提高了橡胶沥青的低温抗裂性。胶粉掺量为10%时，活化后的橡胶沥青比普通橡胶沥青蠕变劲度S降低了约6.9%;胶粉掺量为15%时，活化后的橡胶沥青比普通橡胶沥青蠕变劲度S降低了约9.1%;胶粉掺量为20%时，活化后的橡胶沥青比普通橡胶沥青的蠕变劲度S降低了约30%，可见胶粉掺量越大，活化作用提高橡胶沥青低温抗裂的效果越明显。

由图2（b）可知，随着胶粉掺量的增加，活化橡胶沥青和普通橡胶沥青的蠕变速率m虽然逐渐增大，但是增大幅度较小，说明胶粉掺量在10%～20%的范围内，对橡胶沥青的应力松弛性能影响不是十分显著。胶粉掺量相同的条件下，活化橡胶沥青的蠕变速率m略大于普通橡胶沥青，说明胶粉经汽油活化后对橡胶沥青的应力松弛性能有所提高。

2.3 沥青低温蠕变模型的建立

Burgers模型是由Kelvin模型和Maxwell模型串联组成的四元粘弹性模型，Burgers模型如图3所示，大量研究表明该模型可以很好地表征沥青材料的粘弹特性，因此本研究采用Burgers模型进行橡胶沥青的低温蠕变特性的数据拟合，并分析Burgers模型对活化橡胶沥青的适用性。

根据Burgers模型拟合得到的普通橡胶沥青和活化橡胶沥青的蠕变劲度模量和通过试验得到的劲度模量对比如图4所示，其中原点表示试验结果，曲线表示模型拟合结果，拟合结果的相对误差如图5所示。

由图4和5可知，由Burgers模型拟合得到的蠕变劲度模量与试验得到的劲度模量十分接近，具有一致的变化趋势;不同时间点的拟合相对误差都在0.6%以内;拟合的相关性系数都在0.999以上，说明Burgers模型不仅可以准确的分析BBR试验中普通橡胶沥青的低温蠕变劲度模量，对于活化橡胶沥青Burgers模型也同样适用。

3 结 论

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第一作者：王夏（1991-），男，湖南益陽人，硕士研究生

导师简介：邹静荣（1981-），女，湖北应城人，硕士，副教授.