一种温拌复合改性橡胶沥青性能分析研究

曾庆斌，曾 海

(江西省赣南公路勘察设计院 赣州市 341000)

随着国内经济快速发展，道路工程修建增多，对沥青需求量不断增长，并对其性能提出更高的要求[1-2]。温拌橡胶沥青应运而生，将温拌技术与橡胶改性技术综合起来，达到绿色环保与提升工程生命周期的目的。

为了适应道路工程的需要，研制出了一种新型温拌复合改性橡胶沥青。首先介绍新型温拌复合改性橡胶沥青的原材料与详细制备过程，然后选取橡胶沥青与温拌改性橡胶沥青(外掺3.0%Sasobit)作为对比试验组，重点研究了新型温拌复合改性橡胶沥青的基础性能与路用性能。

1 新型温拌复合改性橡胶沥青介绍与分析

1.1 温拌剂介绍

温拌剂采用人工拌和方式获得[3]，其制备流程如下：

(1)借助加热装置依次加热乙撑双油酸酰胺与芳烃油至可流动的液体。

(2)将两者在搅拌机内混合至均匀。

(3)将三亚乙基四胺放入搅拌机混合均匀。

(4)上述混合物自然风干后进行捣压并利用20目筛检后制成温拌剂。

1.2 温拌复合改性橡胶沥青制备

温拌复合改性橡胶沥青的制备环节如图1。

图1 温拌复合改性橡胶沥青的制备流程图

(1)利用反应釜加热基质沥青至120.0℃上下后，外掺进丁苯胶乳与环氧树脂，搅拌均匀。

(2)维持转速恒定，在温度上升至135.0℃上下后，外掺入温拌剂。

(3)在温度上升至180.0℃后，外掺进橡胶粉，并增加转速与压强，维持45min左右。

(4)外掺进氯化钙，维持温度与转速恒定，持续提高压强，搅拌时长达到15min后即温拌复合改性橡胶沥青制备完毕。

1.3 性能分析

为了探究基础性能的异同点，特制备外掺比例16.0%橡胶粉的橡胶沥青，并在上述橡胶沥青内外掺3.0%的Sasobit温拌改性剂获得温拌橡胶沥青，参考上述制备环节获得新型温拌复合改性橡胶沥青。

(1)温拌效果分析

利用相关仪器检测上述3类沥青在135.0～175.0℃范围内的布氏旋转黏度，选取27号转子，获得图2中曲线。由图2能够看出，新型温拌复合改性橡胶沥青的150.0℃黏度同橡胶沥青175.0℃、温拌橡胶沥青155.0℃的黏度基本一致，即可以认为新型温拌复合改性橡胶沥青的温拌效果优于外掺3.0%Sasobit的温拌橡胶沥青(前者降低施工温度25.0℃，后者降低施工温度20.0℃)。

图2 3类沥青的布氏旋转黏度与温度变化曲线

(2)基础性能分析

分别试验检测得到橡胶沥青、外掺3.0%Sasobit温拌橡胶沥青、新型温拌复合改性橡胶沥青的针入度(25.0℃)、软化点、弹性恢复率、延度(5.0℃)等4种基础性能指标[4]数值，整理于表1内。

表1 3类沥青基础性能分析指标数值表

分析表1中数值，能够得到外掺3.0%Sasobit温拌橡胶沥青同橡胶沥青相比，软化点大幅上升的同时，低温延度降幅也很大且针入度值偏小，即在外掺Sasobit时，温拌橡胶沥青硬度与脆变性均得以上升，低温形变性能下降。反观新型温拌复合改性橡胶沥青高温性能变化幅度较小，且可增强低温延度，可有效提升低温柔韧能力。

利用动态剪切流变试验、沥青BBR试验分别完成橡胶沥青、外掺3.0%Sasobit温拌橡胶沥青、新型温拌复合改性橡胶沥青的高低温性能分析，选取分析指标依次为车辙因子、劲度模量、蠕变速率等3类，各试验数据汇总成表2并绘制得到图3与图4。

表2 研究3类沥青的动态剪切流变试验数据表

图3 研究的3类沥青的劲度模量值与温度变化关系对比折线

图4 研究的3类沥青的蠕变速率值与温度变化关系对比折线

沥青的车辙因子与其高温性能呈正相关关系[5]。分析表2内数值能够得到3类沥青的高温性能由高到低依次为：外掺3.0%Sasobit温拌橡胶沥青、新型温拌复合改性橡胶沥青、橡胶沥青。其规律同软化点相同。劲度模量同沥青材料低温性能呈负相关关系，蠕变速率同沥青材料低温性能呈正相关关系[5]。通过图3与图4变化曲线能够得到，沥青低温性能由高到低依次为：新型温拌复合改性橡胶沥青、橡胶沥青、外掺3.0%Sasobit温拌橡胶沥青，即新型温拌复合改性橡胶沥青低温柔韧性能强于橡胶沥青。

综上分析可推出，新型温拌复合改性橡胶低温性能优于外掺3.0%Sasobit改性温拌橡胶沥青，且高低温与弹性性能全部比橡胶沥青好，并且全部在相关规定范围内，达到了施工标准。

2 路用性能研究

将空隙率设定为4.0%，矿粉所占比例设定3.0%，具体级配情况如表3中数据。

2.1 温拌效果分析

上述所用3类沥青分别进行马歇尔试验并检测各自的物理体积指标与强度指标，各检测数据汇总在表4内。

表3 混合料设计级配

表4 研究的3类沥青混合料马歇尔试验数据汇总表

分析表4内数值能够得到，新型温拌复合改性橡胶沥青混合料在145.0℃下成型后的样品空隙率基本等同于170.0℃下成型的橡胶沥青混合料的空隙率，并且稳定度优于橡胶沥青混合料，同上述黏温曲线变化一致，即更能印证新型温拌复合改性橡胶沥青温拌效果显著，能够有效降低施工温度25.0℃上下。外掺Sasobit改性温拌橡胶沥青混合料可降低施工温度20.0℃上下，但沥青软化点较大，导致其稳定度最高。

2.2 高温稳定性分析

通过进行车辙试验分析材料高温稳定性能，试验数据汇总在表5中。

表5 研究的3类沥青的车辙试验数据表

通过表5内数值能够得到3类沥青混合料全部达到重型交通情形时橡胶沥青混合料动稳定度下限值3000次/mm的要求，除此之外，三者的高温稳定性良好，同沥青软化点试验与马歇尔试验所得结论相同。三者抗车辙能力由高到低依次为：温拌橡胶沥青混合料(外掺3.0%Sasobit)、新型温拌复合改性橡胶沥青、橡胶沥青。

2.3 低温抗裂性能分析

对上述3类材料完成低温弯曲试验(试验温度设定-10.0℃)、蠕变试验(试验温度设定0.0℃)来分析3类材料的低温抗裂能力。各试验数据汇总在表6中。

表6 研究的3类沥青的低温弯曲试验与蠕变试验数据汇总表

在低温弯曲试验时，沥青混合料最大弯拉应变与应变能密度表征材料的低温抗裂能力，且呈正相关关系。在蠕变试验时，弯曲蠕变速率表征低温性能，且呈正相关，即上述两类试验数据所得的结论应一致。通过表6中数值变化能够得到：新型温拌复合改性橡胶沥青的低温稳定性能最优，同沥青延度试验所得结论相同。研发的温拌复合改性橡胶沥青对材料低温性能无影响，并可大幅提升低温抗裂性至最优。温拌橡胶沥青低温性能最差，外掺3.0%Sasobit后可降低橡胶沥青的韧性。

2.4 水稳定性能分析

进行浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验来分析3类沥青材料的水稳定能力，具体试验数据汇总在表7中。

表7 研究3类沥青的浸水马歇尔试验与

分析表7内数值能够得到，水稳定性由高到低依次如下：新型温拌复合改性橡胶沥青、橡胶沥青、外掺3.0%Sasobit温拌橡胶沥青。即新型温拌复合改性橡胶沥青混合料的抗水损坏性能最优，外掺3.0%Sasobit后会削减沥青同集料之间的黏结导致混合料水稳定能力降低，最终出现外掺Sasobit温拌橡胶沥青抗水损坏能力最差的现象。

3 结论

主要为了研究新研制的温拌复合改性橡胶沥青是否比现有橡胶沥青更有实用性，首先介绍新型温拌复合改性橡胶沥青的原材料与详细制备过程，然后选取橡胶沥青与温拌改性橡胶沥青(外掺3.0%Sasobit)作为对比试验组，重点研究新型的温拌复合改性橡胶沥青的基础性能与路用性能，最后通过试验数据综合考虑三类沥青路用性能(涵盖温拌效果、高低温性能、水稳定性)，确定新型温拌复合改性橡胶沥青在三类沥青中性能最优。