不同粉胶比下橡胶高粘沥青胶浆体系性能研究

谢树志 罗博文 陈波

摘要：为研究不同粉膠比下橡胶高粘沥青胶浆体系性能，探索沥青胶浆体系与混合料性能关系，文章开展了不同粉胶比下针入度、软化点、延度试验，以及不同粉胶比下混合料的稳定度及动稳定度试验，分析了粉胶比对沥青胶浆针入度、针入度指数、软化点、延度等指标及混合料性能影响规律。结果表明：粉胶比对橡胶高粘沥青胶浆性能有显著影响，沥青胶浆针入度和软化点均随着粉胶比增大先减小后增大，在1.2～1.4时达到最低;随着粉胶比的增加，沥青胶浆软化点、混合料稳定度及动稳定度指标均随之增大，沥青胶浆的高温性能与混合料的高温性能呈正相关性。

关键词：道路工程;橡胶高粘沥青胶浆;粉胶比;高温性能

0 引言

沥青混合料是一种粘弹塑性材料，在高温、重载环境条件下易出现推移、车辙、开裂等早期病害，进而影响路面使用寿命及行车安全性。沥青混合料材料组成是决定混合料性能的关键因素，而在沥青混合料体系中，沥青胶浆最为重要，对混合料路用性能起到决定性作用。矿粉特性、沥青特性及矿粉与沥青比例是影响沥青胶浆性能的重要因素。尤其是大孔隙沥青混合料，粗骨料占混合料总质量的85%以上，混合料中细集料、矿粉及沥青含量较少，沥青胶浆的性能对大孔隙沥青混合料性能影响更为显著。邢明亮[1-3]、吕魏[4]、张晓燕[5]、凌天清[6]等人分别开展了对高粘沥青胶浆、70#普通沥青胶浆、SBS改性沥青胶浆、橡胶沥青胶浆性能的研究。根据不同沥青胶浆体系相关研究可以看出，随着粉胶比增大沥青胶浆高温性能均逐渐提升，但不同粉胶比下沥青胶浆高温性能对粉胶比变化的敏感程度不同，沥青胶浆性能最优时的粉胶比也不尽相同。且目前关于胶浆体系的研究主要集中于不同粉胶比下的沥青胶浆性能，对不同粉胶比下沥青胶浆性能与混合料性能相关性方面的研究较少，不足以为混合料材料组成设计提供科学依据。鉴于此，本文针对大孔隙沥青混合料中胶浆体系，研究了橡胶高粘沥青胶浆性能，以及沥青胶浆性能与大孔隙橡胶高粘沥青混合料性能相关性，可为大孔隙沥青混合料性能设计提供参考。

1 原材料

试验用橡胶高粘沥青性能指标如表1所示，填料采用石灰岩矿粉。

2 试验方法

2.1 试验方案

选择0.8、1.0、1.2、1.4、1.6五种不同粉胶比，分别开展针入度、延度、软化点试验，同时测试五种粉胶比在15 ℃、25 ℃、30 ℃三个温度下的针入度指标，用以计算针入度指数、当量软化点、当量脆点，分析评价不同粉胶比下沥青胶浆的温度敏感性。

成型五种粉胶比下马歇尔试件和车辙试件，测试不同粉胶比下混合料的稳定度和动稳定度指标，进而分析沥青胶浆性能与混合料性能相关性。

2.2 沥青胶浆制备

橡胶高粘沥青胶浆是由橡胶高粘沥青与0.075 mm以下的填料混合而成。沥青胶浆试件制备的均匀性直接影响着沥青胶浆性能测试结果，因此必须规范沥青胶浆制备工艺。具体步骤如下：

（1）按设计粉胶比称量相应质量的填料，将填料放入105 ℃±5 ℃的烘箱中烘干至恒重，同时确保填料内外温度一致，有利于填料在沥青中均匀分散。

（2）将按相应粉胶比称量的橡胶高粘沥青装入搪瓷杯中，在垫有石棉网的电热炉上加热至170 ℃，边加热边搅拌。

（3）将填料分次加入170 ℃的橡胶高粘沥青中，边添加边搅拌，直至混合均匀为止。为有效降低高温条件下长期加热造成的沥青老化，建议加热搅拌时间不宜超过20 min。

3 性能试验

3.1 针入度

对15 ℃、25 ℃、30 ℃下制备的试件进行针入度试验，试验结果如表2所示。

从图1可以看出在相同的粉胶比下胶粉复合改性高粘沥青的针入度随温度的增加而逐渐增加，说明沥青胶浆同样具有与沥青相似的温度敏感性，温度是影响沥青胶浆性能的主要因素;三种温度下，沥青胶浆针入度均随着粉胶比增大先增加后减小，在粉胶比<1.4时针入度达到最小，粉胶比为0.8时25 ℃胶浆的针入度为20.4（0.1 mm），当粉胶比增加到1.4时25 ℃胶浆的针入度为11.7（0.1 mm），针入度下降了约40%。说明由于矿粉的吸附作用，使得部分沥青组分被吸附在了矿粉的表面，矿粉与沥青组成的胶体体系中，分散相的数量随矿粉数量的增多而增加，而自由沥青数量相对减少，导致沥青胶浆明显变稠变硬，针入度数值降低。根据三种温度下针入度随粉胶比变化速率可以看出，温度越高，针入度对粉胶比变化越敏感。

3.2 感温性指标分析

在不同温度条件下，沥青胶浆黏度随温度的变化而改变，其性能也呈现出明显变化。根据表2中试验结果分别计算得到针入度指数PI、当量软化点T800和当量脆点T1.2这三个反映沥青胶浆感温性能的指标，结果如表3所示。不同粉胶比下三个指标变化趋势见图2～4。

从图2～4可以看出，随着粉胶比增大，针入度指数和当量软化点先减小后增大，在粉胶比为1.2时出现最小值;当量脆点的规律正好相反，随着粉胶比的增加先增大后减小，在粉胶比为1.4时出现最大值。从针入度指数、当量软化点和当量脆点随粉胶比增加的变化规律可以看出粉胶比在1.2～1.4时，胶浆的结构发生了明显的转变。

3.3 软化点

软化点是表征沥青感温性能的指标之一，其试验结果如表4和图5所示。

从图5可以看出，随着粉胶比增大，胶粉复合改性高粘沥青胶浆的软化点总体呈现递增的趋势，且变化速率逐渐增大。在粉胶比为0.8～1.2时软化点增长比较缓慢，由粉胶比为0.8时的99.8 ℃增加到粉胶比为1.2时的106.8 ℃，软化点增加7%;粉胶比在1.2～1.6时软化点增长比较快，由粉胶比为1.2时的106.8 ℃增加到粉胶比为1.6时的119.2 ℃，软化点增加11.6%。可见，矿粉的加入显著增加了沥青胶浆的粘稠度，对沥青起到了硬化作用，从而使软化点升高，且粉胶比的增加对于提升沥青胶浆高温性能具有显著作用。

3.4 延度

沥青胶浆测试中的延度反映了胶浆的塑性变形能力，5 ℃和15 ℃温度下沥青胶浆试验结果如表5和图6所示。

从图6可以看出，相同粉胶比下橡胶高粘沥青胶浆的延度随着温度的增加也相应增大，相同温度下橡胶高粘沥青胶浆延度随粉胶比增加先减小后增大。从表5可以看出，粉胶比为0.8时15 ℃的延度比5 ℃的延度增加了约2.7倍，而在高粉胶比时温度对延度的影响幅度相对比较小，粉胶比为1.4时15 ℃的延度比5 ℃的延度增加了0.3倍。这表明温度越高，粉胶比越小，延度随粉胶比变化越敏感。

3.5 沥青胶浆与混合料性能相关性

为了进一步研究沥青胶浆性能与混合料性能相关性，开展了不同粉胶比下混合料的稳定度及车辙试验，试验结果如表6所示。不同粉胶比下混合料稳定度及动稳定度变化趋势如图7和图8所示。

由图7～8可以看出，随着粉胶比的增大，混合料的稳定度和动稳定度均呈增大趋势，这主要是因为粉胶比越大，对温度敏感性越小，细集料与沥青形成的胶浆体系越硬，高温性能越好。随着粉胶比的增加，稳定度及动稳定度增长速率逐渐减小。这表明当粉胶比达到一定值后继续增加粉胶比对混合料性能提升作用不明显。结合图5高粘沥青胶浆体系软化点随粉胶比变化规律可知，虽然沥青胶浆和大孔隙沥青混合料高温性能均随粉胶比增加而提高，但在沥青胶浆体系中，粉胶比越高高温性能提升幅度越大，而在混合料体系中，当粉胶比超过1.2～1.4时，继续增大粉胶比对高温性能提升幅度不大。因此在一定范围内适当提高粉胶比有利于改善混合料的高温抗变形能力。

4 结语

（1）橡胶高粘沥青胶浆针入度随粉胶比增加而增大，相同粉胶比下针入度随温度增加而增大，温度越高针入度对粉胶比变化越敏感。延度随粉胶比增加先减小后增大，温度越高，粉胶比越小，延度随粉胶比变化越敏感。

（2）针入度指数、当量软化点和当量脆点随粉胶比变化均出现极值点，极值点区间为1.2～1.4，表面粉胶比在1.2～1.4时沥青胶浆的结构发生了明显变化。

（3）橡胶高粘沥青胶浆的软化点与大孔隙沥青混合料高温性能呈正相关，随着沥青膠浆软化点增加混合料的高温性能逐渐增大，但提升幅度逐渐减小。在一定范围内适当提高粉胶比有利于改善混合料的高温抗变形能力，建议最佳粉胶比为1.2～1.4。

参考文献：

[1]邢明亮，李祖仲，何 锐，等.高粘沥青胶浆动态剪切流变特性[J].材料科学与工程学报，2016，34（4）：556-559，580.

[2]邢明亮，陈拴发，关博文，等.高粘沥青胶浆抗剪性能评价与分析[J].武汉理工大学学报，2013，35（6）：60-64.

[3]邢明亮，陈拴发，关博文，等.高粘沥青胶浆低温性能评价与分析[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2013，45（3）：416-421.

[4]吕 巍.胶浆流变特性对沥青混合料性能影响研究[J].现代交通技术，2019，16（2）：16-18，30.

[5]张晓燕.粉胶比对SBS改性沥青胶浆性能的影响[J].山东交通科技，2016（2）：109-112.

[6]凌天清，肖 川，夏 玮，等.高温下橡胶沥青胶浆特性及矿料级配优化分析[J].土木建筑与环境工程，2010，32（5）：47-52.