吴隆高速公路橡胶复合改性沥青高温储存性能研究

王 勇，颜建春，袁海涛

(1.广西新发展交通集团有限公司，广西 南宁 530029；2.广西道路结构与材料重点实验室，广西 南宁 530007；3.广西交科集团有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

传统橡胶沥青由于性能指标偏低难以满足实际生产需要，借助SBS改性剂复配橡胶改性沥青的改性方式受到了越来越多的关注。王朝军等[1]研究了不同类型的SBS改性剂与胶粉复配后的复合改性沥青的常规指标和流变学指标，采用重复蠕变试验评价了几种复合改性沥青初始的高温性能；曹支才等[2]以黏度和软化点指标作为复合改性橡胶沥青的高温评价指标，并据此得到了最佳的复配工艺技术；何志俊[3]研究了胶粉目数掺量及SBS改性剂掺量对复合改性沥青高温性能的影响，并确定了最佳的改性剂掺量；贾晓凡[4]从两种改性材料自身特点出发，利用常规指标及流变学指标确定了SBS/胶粉复合改性沥青的制备工艺参数，并对其内在机理进行了分析；陈世京[5]重点分析了传统橡胶沥青微观改性机理，并基于流变学原理采用重复蠕变试验着重研究了橡胶沥青在高温下抵抗变形的能力；刘贞鹏等[6]通过对多个不同配方的橡胶粉与SBS复合改性沥青高温性能指标的测试，研究了橡胶粉目数、掺量及SBS掺量对复合改性沥青高温性能的影响规律，最终优选出高温性能优良、技术经济优势明显的复合改性沥青配方。目前的研究主要集中于室内配方及初始高温性能指标评价方面，对于现场大规模加工的复合改性沥青及高温储存条件下性能变化等方面的研究还不够深入。

本文依托吴隆高速公路橡胶复合改性沥青现场加工项目，改变其高温储存时间，结合常规指标和流变学指标的变化情况，综合分析橡胶复合改性沥青的性能特征，为橡胶复合改性沥青的合理使用提供借鉴。

1 试验准备

1.1 主要原材料

(1)基质沥青：壳牌70#A级道路石油沥青，主要技术指标如表1所示。

表1 70#基质沥青性能指标表

(2)SBS改性剂：独山子石化分公司，线性结构SBS改性剂(T6302H)。

(3)胶粉：采用广西交科新材料科技有限责任公司生产的30～80目道路通用胶粉。

1.2 加工设备及工艺

采用配备了快速升温系统、动态精准称量系统及多级剪切系统的新一代高性能橡胶改性沥青加工设备，按标准化生产加工工艺流程进行高性能橡胶沥青的生产，具体加工工艺为：(1)基质沥青上料，经过换热器泵至生产罐，加热至180 ℃；(2)添加胶粉和SBS，持续搅拌发育，升温、恒温至180 ℃以上，≥20 min；(3)添加促进剂、交联剂，持续搅拌发育，经过高速剪切机第一次剪切发育10 min；(4)持续搅拌发育10 min，添加稳定剂，经过高速剪切机第二次剪切，取样检测合格后，经高速剪切机二剪泵出至沥青成品罐或发车。

2 常规试验结果分析

将现场加工的复合改性橡胶沥青在170 ℃下分别储存0 d、1 d、2 d、3 d、4 d、7 d，并进行短期老化试验，分别测试180 ℃布氏黏度、软化点、延度、针入度和弹性恢复率等指标，具体结果如图1～4所示。

图1 不同储存条件下180 ℃布氏黏度和软化点变化趋势曲线图

图2 不同储存条件下延度变化趋势曲线图

图3 不同储存条件下针入度变化趋势曲线图

根据图1的变化规律，随着储存时间延长，180 ℃布氏黏度先增大后减小，在第2天黏度达到峰值，软化点也有类似的规律，可见橡胶改性沥青中黏度和软化点具有一定的相关性，整体而言180 ℃布氏黏度指标均在规范范围内，满足施工和易性要求，而软化点均在72 ℃以上，远高于广西地区标准中大于65 ℃的要求。由图2可知，两种拉伸速率下，不同储存类型的橡胶改性沥青延度变化规律基本一致，均随储存发育时间的延长逐渐增大而后略微减小，都大于5 cm的地区标准要求。根据图3，随储存发育时间的延长，针入度基本呈现出逐渐增大的趋势，其原因在于高温储存后胶粉部分溶解，大颗粒变小颗粒，原来的大颗粒坚硬骨架结构向小颗粒沥青基柔软结构转变，沥青整体变软。由图4可知，该种橡胶复合改性沥青的弹性恢复率基本不随储存时间而变化，说明其橡胶改性沥青在高温储存后虽然胶粉颗粒变小，但得益于SBS改性剂与微细胶粉组成的稳定结构，可恢复变形能力，弹性恢复率较稳定，且远大于75%的地区标准要求；短期老化试验表明，老化后橡胶改性沥青的黏度和软化点增大，延度和针入度减小，均在规范范围内，弹性恢复率基本不变，侧面说明吴隆高速公路现场加工的橡胶复合改性沥青具有较好的高温储存稳定性及抗老化性能。

3 流变学试验分析

对吴隆高速公路现场加工的橡胶复合改性沥青进行动态剪切流变试验，分别测定各类沥青的复数剪切模量和相位角，并计算得到车辙因子，以综合评价沥青的高温性能及高温储存稳定性能。

(1)复数剪切模量

复数剪切模量越大意味着高温下抗变形能力越好。根据试验结果，几种橡胶改性沥青的复数剪切模量均随测试温度的升高而降低；几种经历不同高温储存的橡胶改性沥青的复数弹性模量均随储存时间的增加而降低，但降幅很小，且模量值远大于SBS改性沥青的，说明该类橡胶改性沥青在高温储存条件下性能仍较稳定，且高温性能较佳。见图5。

图5 复数剪切模量随测试温度的变化规律曲线图

图6 相位角随测试温度的变化规律曲线图

(2)相位角

在高温条件下，相位角越小，表明该材料弹性成分所占比例较大，即具有较好的抵抗高温变形的能力。根据试验结果，各类橡胶改性沥青的相位角随试验温度的升高而逐渐升高；刚加工好的原样橡胶改性沥青的相位角随温度增加幅度最大，但储存1 d后，相位角迅速减小，说明高温储存后橡胶改性沥青在一定程度上继续发育，高温稳定性继续增长；随着储存时间的增加，由于橡胶改性沥青中部分胶粉颗粒溶解，弹性成分减少，相位角逐渐增加，高温稳定性略有下降；但不同储存时间后的橡胶改性沥青在不同温度下的相位角大部分均小于SBS改性沥青的，从侧面反映出橡胶改性沥青的高温性能整体好于SBS改性沥青。见图6。

(3)车辙因子

根据试验结果，随着高温储存时间的增加，橡胶改性沥青的车辙因子在相同测试温度下略有下降，但差别不大，且均呈现出随测试温度升高而降低的趋势；短期老化后的车辙因子最大，不同高温储存时间后的橡胶改性沥青的车辙因子均远大于SBS改性沥青的；达到85 ℃后各种橡胶改性沥青的车辙因子均>1.0 kPa，老化后>2.2 kPa，超过了美国流变指标中对车辙因子的技术要求，说明吴隆高速公路生产的橡胶复合改性沥青具有较好的高温性能及耐储存性能。见图7。

图7 车辙因子随测试温度的变化规律曲线图

4 结语

(1)常规试验结果表明，吴隆高速公路现场加工的橡胶复合改性沥青具有适宜的黏度和针入度、较高的软化点、较大的延度和弹性恢复率，随高温储存时间的增加其性能未出现明显的衰减，短期老化后指标虽有波动但仍在规范范围内。

(2)通过动态剪切流变试验测试，经历高温储存后的橡胶复合改性沥青仍具有较大的复数剪切模量、较小的相位角以及较高的车辙因子，说明采用新一代高性能橡胶复合改性沥青制备工艺技术得到的复合改性沥青高温储存性能稳定，能较好地应用于项目生产。