復數指數法的橡膠瀝青膠漿溫度敏感性研究

賈鵬飛

(蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京　210000)

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復數指數法的橡膠瀝青膠漿溫度敏感性研究

賈鵬飛

(蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京210000)

摘要：為研究不同填料和不同粉膠比對橡膠瀝青膠漿溫度敏感性的影響，以礦粉和水泥為填料制備不同粉膠比(礦粉粉膠比為0、0.25、0.4、0.6、0.8，水泥粉膠比為0.4、0.6)的橡膠瀝青膠漿，然后分別對其進行動態剪切流變試驗，通過復數指數法(Complex Number Index)評價橡膠瀝青膠漿的溫度敏感性。

關鍵詞：道路工程；橡膠瀝青；膠漿；復數指數；溫度敏感性

1試驗材料和方法

1.1試驗原材料

(1)70#道路石油瀝青

本文采用70#道路石油瀝青作為基質瀝青。按照規范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)的要求以及SHRP試驗方法對70#道路石油瀝青的各項性能指標進行了測試，結果如表1所示。

(2)橡膠粉

本文采用的廢膠粉選用貨車輪胎膠粉，膠粉尺寸為20目，以廢舊輪胎為原材料，在常溫下經過粉碎、分離、除金屬、篩選等活化和脫硫等一系列工序處理制成，膠粉的技術指標如表2、3所示。

表1　基質瀝青基本性能指標

續表1

表2　廢舊膠粉物理技術指標

表3　廢舊膠粉化學技術指標

(3)填料

采用的礦粉為實際工程中使用的石灰巖礦粉，水泥為P·O 42.5級。按照《公路工程集料試驗規程》(JTG E42-2005)相關試驗的要求進行試驗，其基本技術性能測定結果如表4所示。

所用填料外觀無團粒結塊，制備膠漿的填料都是過0.075 mm篩以下的礦粉和水泥。

表4　礦粉與水泥的基本技術性能測定結果

1.2試驗樣品制備

(1)橡膠瀝青制備

使用20目橡膠粉作為改性劑，其摻量為內摻18%(橡膠粉占橡膠粉與基質瀝青的比例)；拌和溫度宜為180 ℃，拌和時間為45～60 min。

(2)橡膠瀝青膠漿制備

粉膠比為填料與橡膠瀝青的比值，以礦粉為填料時，粉膠比為0、0.25、0.4、0.6、0.8，拌和溫度為200 ℃，拌和時間為20 min；以水泥為填料時，粉膠比為0.4、0.6，拌和時間為20 min。

添加礦粉制備20目橡膠瀝青膠漿(內摻18%)時的拌和溫度宜為200 ℃；當粉膠比不大于0.60時，拌和時間宜取20 min；當粉膠比為0.80時，拌和時間為30 min。

1.3試驗方法

有研究發現基于存儲模量及損耗模量溫度敏感性指數的復數指數法評價橡膠瀝青溫度敏感性更為合理。因此，本文選用復數指數法(Complex Number Index)來評價橡膠瀝青膠漿的溫度敏感性。

CNI=G′TS+G″TS·i

(1)

式中：CNI為溫度敏感性復數指數(Complex Number Index)；G′TS為存儲模量對數與絕對溫度對數關系曲線斜率的絕對值，存儲模量溫度敏感性指數；G″TS為損耗模量對數與絕對溫度對數關系曲線斜率的絕對值，損耗模量溫度敏感性指數。

通過對G′、G″和T的對數曲線進行回歸得出G′TS和G″TS的值。CNI越大，表明瀝青膠漿的溫度敏感性越大。

試驗采用美國TA-AR1500EX型動態剪切流變儀DSR，25 mm平行板間距均取3.5 mm。通過對不同橡膠瀝青膠漿進行不同溫度下的頻率掃描試驗(40～80 ℃，步長為10 ℃)，確定不同溫度下10 rad/s時的G′和G″。然后建立G′、G″與溫度T的對數關系曲線圖，對得到的曲線進行回歸分析。

2試驗結果與分析

對得到的曲線進行回歸分析，如圖1～圖4所示。

通過圖1～圖4可以得到不同橡膠瀝青膠漿的復數指數，如表5、表6所示。

圖1　添加礦粉的橡膠瀝青膠漿存儲模量與溫度的對數關系圖

圖2　添加水泥的橡膠瀝青膠漿存儲模量與溫度的對數關系圖

圖3　添加礦粉的橡膠瀝青膠漿損耗模量與溫度的對數關系圖

圖4　添加水泥的橡膠瀝青膠漿損耗模量與溫度的對數關系圖

不同粉膠比CNI029.759+25.375i0.2525.468+23.785i0.427.612+24.371i0.624.187+25.362i0.821.555+22.085i

表6　添加水泥的橡膠瀝青膠漿的CNI

從表5可以看出，添加礦粉的橡膠瀝青膠漿比橡膠瀝青的G′TS和G″TS均小，說明添加礦粉可以使橡膠瀝青膠漿的溫度敏感性得到改善。隨著粉膠比的增加，G′TS和G″TS先增加后降低，并且在粉膠比為0.8時達到最小，即CNI最小，尤其是存儲模量溫度敏感性指數減小了27.6%，說明此時橡膠瀝青膠漿的溫度敏感性性能得到了最大的改善。

分析其原因：由于瀝青粘度隨溫度的升高而減小，礦粉發揮了體積增強以及物化反應的作用，部分抵消了瀝青粘度的降低，所以添加礦粉后瀝青溫度敏感性得到了改善。

從表6可以得出，添加水泥的橡膠瀝青膠漿比橡膠瀝青的G′TS和G″TS均大，表明添加水泥對橡膠瀝青膠漿的溫度敏感性不利。尤其當粉膠比為0.4時，橡膠瀝青膠漿的溫度敏感性復數指數CNI最大，對橡膠瀝青膠漿的溫度敏感性性能影響最不利。

3結語

(1)隨著礦粉粉膠比增大，橡膠瀝青膠漿的溫度敏感性越來越好；隨著水泥粉膠比增大，橡膠瀝青膠漿的溫度敏感性越來越差。

(2)礦粉可以改善橡膠瀝青膠漿的溫度敏感性，尤其是當粉膠比為0.8時，對橡膠瀝青膠漿的溫度敏感性性能改善最大。

(3)添加水泥對橡膠瀝青膠漿的溫度敏感性不利，當粉膠比為0.4時，橡膠瀝青膠漿的溫度敏感性復數指數最大，此時橡膠瀝青膠漿受溫度的變化較大。

參考文獻：

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[2]陸晶晶.橡膠瀝青性能影響因素與改性機理研究[D].西安:長安大學, 2010.

[3]尹利華, 延西利, 陳曉瑛. 瀝青材料感溫性與其混合料高溫穩定性關系研究[J]. 公路交通科技, 2008,25 (1):38-42.

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[5]于新, 孫文浩, 羅怡琳, 等. 橡膠瀝青溫度敏感性評價方法研究[J]. 建筑材料學報, 2013,(2):266-270.

Study on temperature sensitivity of rubber asphalt mortar by using complex number index

JIA Peng-fei

(Suzhou Traffic Science & Technology Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu 210000,China)

Abstract:In order to study the effect of different fillers and different rubber powder ratio of rubber asphalt mortar temperature sensitivity, the study makes up the rubber asphalt mortar with different ratio of filler to slag and cement (slag powder cement ratio is 0, 0.25, 0.4, 0.6, 0.8, the cement binder ratio is 0.4, 0.6), then carries on the dynamic shear rheological test. the study evaluates temperature sensitivity of rubber asphalt mortar through CIM (Complex Number Index).

Keywords:road engineering; asphalt mortar; complex number index; temperature sensitivity

中圖分類號：U414.1

文獻標識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)03-0012-03

作者簡介：賈鵬飛(1983-)，男，碩士，主要從事公路工程和市政工程方面的研究。

收稿日期：2015-11-05