不同类型橡胶改性沥青感温性评价与分析

颜建春　袁海涛

作者简介：

颜建春（1979—），硕士，高级工程师，研究方向：公路工程;

袁海涛（1990—），硕士，工程师，主要从事道路材料研发咨询工作。

摘要：文章对普通橡胶改性沥青和橡胶复合改性沥青进行温度敏感性研究，综合分析了针入度指数、针入度黏度指数和黏温指数等指标的适用性，并将橡胶沥青的使用温度分为低、中、高三个温度区段，不同温度区段应采用不同的指标评价温度敏感性。结果表明：随着胶粉和SBS掺量的增加，这两类橡胶沥青在低中温区段的温度敏感性逐渐降低，说明改性剂的掺入降低了沥青的温度敏感性，提高了沥青的稳定性，而在高温区段内橡胶复合改性沥青的温度敏感性略高于纯胶粉改性沥青。

关键词：橡胶沥青;感温性分析;评价指标

中国分类号：U416.03A050164

0 引言

沥青路面在使用过程中，经受最多的是自然温度的循环作用，此时沥青结合料需要具备较好的温度适应性和抵抗性来保证结构的稳定，即对温度变化越不敏感的沥青更利于路面结构的长久使用。张[HTXH1]喆等[1]分析了国内外多种道路石油沥青的感温性，认为采用国际针入度指数能较好地评价沥青的感温性，更符合沥青路面实际情况;王岚等[2]利用DSR试验获得了沥青的黏温指数VTS，并利用该指标对道路石油沥青、橡胶沥青等沥青老化前后的感温性进行了分析;徐晓娟[3]对多种基质沥青和改性沥青进行了多指标的温感性分析，认为动态剪切流变试验得到的GTS指标能更精确合理地评价沥青的温度敏感性;王枫成等[4]对掺温拌剂的改性沥青进行了温度敏感性分析;郭咏梅[5]采用动态剪切试验数据回归分析得到的黏温指数VTS评价了SBS改性沥青的温度敏感性;康爱红等[6]认为黏温体系参数由于精度较好，可以作为胶粉改性沥青感温性能的评價指标;龙海涛等[7]采用手持黏度计测量黏温曲线方法，认为能够较好地检测橡胶沥青的温度敏感性。

橡胶沥青作为一种节能环保、性能优良的筑路材料，近些年得到了越来越多的应用。但对橡胶沥青的温度敏感性分析工作尚有不足，目前沥青温感性分析主要围绕基质沥青和改性沥青进行，针对普通橡胶改性沥青尤其是橡胶复合改性沥青的温度敏感性研究不够深入。本文在比较目前常用的感温性评价指标的基础上，通过对试验结果进行分析，确定了在不同应用条件下最适合评价橡胶沥青感温性的指标。

1 试验

1.1 试样制备

本文所述不同类型橡胶沥青指不同掺量的普通橡胶改性沥青和SBS-胶粉复配的橡胶改性沥青。主要采用70#A级道路石油沥青、（30～80）目橡胶粉、SBS改性剂等原材料，在高速剪切机和搅拌机的作用下加工成普通橡胶沥青及复合改性沥青。普通橡胶沥青加工工艺为：将70#A级道路石油沥青加热到180 ℃后，分别加入16%、18%、20%、22%、24%的橡胶粉，搅拌60 min后剪切10 min再搅拌30 min后加工完毕。橡胶复合改性沥青加工工艺为：将70#A级道路石油沥青加热到180 ℃后，分别加入0.5%、1%、1.5%和2%的SBS改性剂，搅拌均匀后剪切30 min，然后搅拌60 min，再加入20%掺量的橡胶粉，搅拌90 min后加工完毕。

1.2 试验方法

国内外的沥青感温性评价指标主要有以下几种。

1.2.1 针入度指数PI

我国在“八五”沥青研究成果基础上综合考虑国际上的沥青感温性指标，提出了利用三个及以上温度的针入度线性回归并计算得到的适合国产沥青的针入度指数PIpen。而国际上最常用的是利用25 ℃针入度和软化点计算得到的国际针入度指数PIpen R&B。两者均利用了针入度对数与温度之间存在的线性关系，区别在于回归曲线的斜率取值不同，最终的计算公式如式（1）、式（2）所示。

2 结果分析

2.1 针入度指数PI

对普通胶粉改性橡胶沥青和橡胶复合改性沥青分别进行15 ℃、25 ℃、30 ℃针入度及软化点试验，并计算两种针入度指数。计算结果如表1和图1～2所示。

根据试验结果，不同类型的橡胶沥青其针入度指数PIpen不同，整体随改性剂掺量增加而增加，但规律不明显，这可能是由于胶粉等大颗粒的存在影响了针入度的准确性，且测量次数越多越容易受到干扰。而国际针入度指数PIpen R&B随着胶粉及SBS掺量的增加呈现出较为明显的增长趋势，意味着此时的橡胶沥青温度敏感性逐渐下降，具有越来越好的抵抗温度变化的能力。这说明改性剂的加入有效降低了橡胶沥青的感温性，且在低温的使用环境下（25 ℃～60 ℃），采用国际针入度指数PIpen R&B能更好地评价橡胶沥青的温度敏感性。

2.2 针入度黏度指数PVN

在测量25 ℃针入度基础上，再通过测量各种沥青的135 ℃布氏黏度计算得到针入度黏度指数PVN，结果如表2和图3～4所示。

根据计算公式，得到了不同类型橡胶沥青的针入度黏度指数PVN。由试验结果可知，随着胶粉及SBS等改性剂掺量的增加，针入度黏度指数PVN呈现出逐渐增大的趋势，规律与国际针入度指数PIpen R&B相似，且均大于A级使用要求范围内的PVN值，说明经过胶粉和SBS改性，传统橡胶沥青及橡胶复合改性沥青的温度敏感性大大降低，完全满足重载交通的使用要求。另外，通过比较20%胶粉改性橡胶沥青与掺加SBS复配橡胶沥青的PVN可知，掺加SBS改性剂后，PVN值均有提高，表明增加SBS复配后能更好地增强橡胶沥青的性能，提高路用性能。综上所述，可以认为针入度黏度指数PVN可以用于橡胶沥青在中温（60 ℃～135 ℃）环境下的温度敏感性评价。

2.3 黏温指数VTS

对不同类型的橡胶沥青的高温区黏度进行测量，分别测量135 ℃、150 ℃、165 ℃、180 ℃的布氏黏度，并分别计算不同温度区间内的黏温指数，结果如表3和图5～6所示。

根据试验结果可知，纯胶粉改性沥青随胶粉掺量的增加，各温度段及VTS135-180基本呈现逐渐增大的趋势，表明胶粉掺量的增加有助于降低橡胶沥青的温度敏感性，规律同中低温的一致。这说明黏温指数VTS能在一定温度范围内（135 ℃～180 ℃）表征橡胶沥青高温时的温度敏感性。而对于SBS复合改性橡胶沥青，由于SBS改性后在高温下黏度相对较小，在一定程度上稀释了同掺量胶粉改性橡胶沥青，因此随SBS改性剂掺量的增加，SBS复合改性橡胶沥青的温度敏感性略有下降，但同20%胶粉改性沥青的黏温指数VTS相比仍偏大，说明SBS改性剂的加入仍有一定的降低温度敏感性的作用，但掺量不宜过高。另外，高掺量及复配SBS的橡胶沥青在135 ℃和180 ℃时的黏度相差较大，因此需要注意施工温度，以降低温度变化对施工造成的影响。

3 结语

（1）根据橡胶沥青在不同温度范围内的不同特點，划分了低、中、高温区段，分别采用国际针入度指数、针入度黏度指数和黏温指数来评价温度敏感性，其评价结果在低、中温时规律基本一致，在高温时不同沥青反映出不同的温度敏感性。

（2）纯胶粉改性橡胶沥青的温度敏感性随胶粉掺量的增加而逐渐降低，说明胶粉的掺入改善了基质沥青的感温性，有助于沥青的温度稳定性。而SBS胶粉复合改性沥青在低、中温时同样随SBS及胶粉改性剂掺量的增加而改善了温度敏感性，但在高温区段时，随着SBS改性剂掺量的增加，复合改性沥青的黏温指数略有降低，但感温性仍好于未掺SBS的橡胶沥青。

（3）高胶粉掺量及复配SBS的橡胶沥青在135 ℃和180 ℃时的黏度相差较大，温度敏感性较常温时增加，应加强施工过程中拌和、摊铺、碾压时的温度控制，正确利用好橡胶沥青的温度敏感性规律，实现橡胶沥青的合理化工程应用。

参考文献：

[1]张 [HTXH1]喆，陆学元.沥青感温性技术指标的分析与评价[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2010，18（4）：20-24.

[2]王 岚，胡江三，陈 刚，等.不同改性沥青温度敏感性[J].功能材料，2015，46（4）：4 086-4 090，4 095.

[3]徐晓娟.沥青胶结料温度敏感性评价指标适用性研究[J].现代交通技术，2009，6（6）：7-10.

[4]王枫成，朱建平.温拌剂对沥青感温性的影响分析[J].新型建筑材料，2019，46（7）：150-153，157.

[5]郭咏梅.SBS改性沥青黏温指数的测试与分析[J].南京工程学院学报（自然科学版），2012，10（3）：68-72.

[6]康爱红，马爱群.橡胶粉改性沥青温度敏感性评价指标研究[J].交通标准化，2005（12）：57-59.

[7]龙海涛，谭继宗.橡胶改性沥青温度敏感性评价方法研究[J].西部交通科技，2020（6）：16-18，164.

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