温拌橡胶沥青热稳定性分析

杨国良 陈奇良 李燕枫 包秀宁

（广州大学 土木工程学院）

0 引言

在国家提倡节能减排、绿色友好、回收利用的可持续发展背景下，温拌橡胶沥青不仅能减低施工温度、减少烟尘排放、废旧橡胶轮胎回收利用，而且铺筑的沥青路面具有良好的路用性能，逐渐引起人们的关注[1-3]。高温稳定性是沥青路面路用性能中一个重要性能，特别在高温炎热地区，往往由于高温稳定性不足容易诱发路面车辙，导致路面平整度下降，影响行车舒适性与安全。沥青路面高温稳定性其中一个重要影响因素就是沥青材料的热稳定性，高温条件下热稳定性不足的沥青材料不仅容易流动，发生不可恢复的塑性变形，而且沥青组分中的轻质组分更易于挥发与氧化，引发沥青老化，沥青粘附力降低，沥青材料从集料表面剥落，造成沥青路面材料松散、坑槽等病害[4-6]。因此，本研究从温拌橡胶沥青的软化点、高温黏度和热重分析试验三方面评价其热稳定性，为温拌橡胶沥青路面的推广应用提供参考。

1 原材料性能

1.1 基质沥青

本研究采用70 号A 级道路石油沥青，其主要性能指标如表1 所示。

表1 70 号基质沥青基本性能指标

1.2 橡胶粉

本研究采用60 目废旧轮胎回收橡胶粉，其技术指标如表2 所示。

1.3 温拌剂

Sasobit 温拌剂是一种聚烯烃类改性剂，一般情况下为颗粒状或粉末状，其性能如表3 所示。

表3 Sasobit 温拌剂性能指标

Evotherm 温拌剂是由美国美德维实伟克（Mead-Westvaco）公司生产的最新一代产品，为深黄褐色粘稠状的低粘度液体，其性能指标如表4 所示。

表4 Evotherm 温拌剂性能指标

2 温拌橡胶沥青配制

称取一定质量的基质沥青，将其预热至140℃后，加入基质沥青质量3%的Sasobit 温拌剂，搅拌5 分钟后，将60 目橡胶粉按照基质沥青质量20%的比例倒入基质沥青中，整个掺加过程使用FW30 型搅拌器进行搅拌均匀。整个搅拌过程中，配制温度控制在(140±5)℃，搅拌速率为350r/min，搅拌时间为60min，即可完成Sasobit 温拌橡胶沥青的配制。

Evotherm 温拌橡胶沥青的配制流程同上，添加的Evotherm 温拌剂剂量占基质沥青质量1%。

3 温拌橡胶沥青软化点试验

软化点是沥青材料性能三大指标之一，是沥青材料受热软化而流动下垂一定距离时的温度。软化点越高，沥青材料热稳定性越好。本实验采用软化点试验仪检测温拌橡胶沥青的软化点，试验结果如图1 所示。

由图1 可以看到，两种温拌橡胶沥青的软化点都较高，Sasobit 温拌橡胶沥青软化点为73.4℃，Evotherm温拌橡胶沥青软化点为71.8℃，而原材料基质沥青只有47.5℃。这表明上述两种温拌橡胶沥青均具有良好的热稳定性，Sasobit 温拌橡胶沥青的热稳定性略优于Evotherm 温拌橡胶沥青。

图1 不同温拌剂的温拌橡胶沥青软化点

4 温拌橡胶沥青旋转黏度试验

沥青材料在外力作用下沥青粒子产生相互位移的抵抗剪切变形的能力称为黏滞性，常用黏度来表示。黏度是沥青材料非常重要的参数，其数值越高，抵抗剪切变形的能力越好，热稳定性更优异。本实验采用Brookfield 黏度计测量温拌橡胶沥青180℃旋转黏度，转子采用SC4-27 号转子，试验结果如图2 所示。

图2 不同温拌剂的温拌橡胶沥青180℃旋转黏度

从图2 发现，在180℃高温条件下，两种温拌橡胶沥青的旋转黏度均小于1Pa·s，具有良好的施工流动性。在如此高温条件下，一般基质沥青的旋转黏度非常小，并逐渐发生老化，Sasobit 温拌橡胶沥青旋转黏度为0.77Pa·s，Evotherm 温拌橡胶沥青旋转黏度为0.50Pa·s，老化并不明显。由此可见，温拌橡胶沥青具有良好的抵抗高温剪切变形能力，热稳定性满足工程要求；同等条件下，Sasobit 温拌橡胶沥青的热稳定性优于Evotherm 温拌橡胶沥青。

5 温拌橡胶沥青热重分析试验

为了进一步分析温拌橡胶沥青热解过程中质量变化及其变化速率，揭示不同温拌橡胶沥青热稳定性的差异性，本研究进行了热重分析试验。

称取试验样品10㎎，将其放入天平支架上的坩埚中，将系统密闭抽真空后，打开气体开关并通入惰性气体N2，气体流量100ml/min，按照20℃/min 的升温速率从室温升温至700℃，分别得到热重（Thermogravimetry）曲线（简称TG 曲线）和微分热重（Differential Thermogravimetry）曲线（简称DTG 曲线）。

图3 试验结果显示Evotherm 温拌橡胶沥青的热解过程经历了零热解、剧烈热解、缓慢热解三个阶段：室温～250℃属于零热解阶段，TG 曲线和DTG 曲线为水平线，质量无变化，失重速率基本为零；剧烈热解阶段发生在250℃～525℃，TG 曲线较为缓慢阶降，质量损失约为70%，DTG 曲线在峰值前后反复出现多个尖窄局部吸热峰和放热峰，失重速率最大值12.86%/min-1出现在475℃附近；缓慢热解阶段出现在525～700℃，TG 曲线缓慢下降，Evotherm 温拌橡胶沥青继续热解，最终质量剩余百分率约为15%，DTG 曲线以1%/min-1～3%/min-1失重速率下降，逐渐趋于平缓。

图3 Evotherm 温拌橡胶沥青热重分析TG-DTG 曲线

从图4 可以看到，Sasobit 温拌橡胶沥青的热解也经历了零热解、剧烈热解、缓慢热解三个阶段：室温～270℃属于零热解阶段，TG 曲线和DTG 曲线为水平线，质量无变化，失重速率基本为零；剧烈热解阶段发生在270～522℃，TG 曲线较为缓慢阶降，质量损失约为73%，DTG 曲线吸热峰底宽顶窄尖，在达到峰值前反复出现多个明显尖锐局部吸热峰和放热峰，失重速率最大值14.12%/min-1出现在462℃附近；缓慢热解阶段出现在522～700℃，TG 曲线很缓慢下降，Sasobit 温拌橡胶沥青继续热解，最终质量剩余百分率约为19%，DTG 曲线出现宽而平的不明显吸热峰，曲线趋于平缓，失重速率在1%/min-1～2%/min-1之间波动。

图4 Sasobit 温拌橡胶沥青热重分析TG-DTG 曲线

对比图3 和图4 发现，两种温拌橡胶沥青均经历了零热解、剧烈热解、缓慢热解三个阶段；剧烈热解后的质量损失都不小于70%，但Sasobit 温拌橡胶沥青剧烈热解的起始温度比Evotherm 温拌橡胶沥青延后大约20℃；缓慢热解后的温拌橡胶沥青残留物主要是焦炭类物质和灰分，残余物质质量均大于10%，Evotherm 温拌橡胶沥青在缓慢热解阶段的失重速率比Sasobit 温拌橡胶沥青的大。

6 结论

⑴Sasobit 和Evotherm 两种温拌橡胶沥青的软化点均大于70℃，180℃旋转黏度都在0.50Pa·s 以上，具有良好的抵抗高温剪切变形能力，热稳定性满足工程要求。

⑵Sasobit 和Evotherm 两种温拌橡胶沥青的热解过程都经历了零热解、剧烈热解、缓慢热解三个阶段，Sasobit 温拌橡胶沥青剧烈热解的起始温度比Evotherm 温拌橡胶沥青延后大约20℃，剧烈热解阶段反复出现多个局部吸热峰和放热峰，缓慢热解阶段Evotherm 温拌橡胶沥青失重速率比Sasobit 温拌橡胶沥青的大，700℃时Evotherm 和Sasobit 温拌橡胶沥青热解残余物质量分别约为15%和19%。

⑶同等条件下，Sasobit 温拌橡胶沥青的热稳定性略优于Evotherm 温拌橡胶沥青。