橡膠改性瀝青溫度敏感性評價方法研究

龍海濤 譚繼宗

摘要：由于膠粉顆粒的存在，導致橡膠改性瀝青的溫度敏感性低于普通瀝青。為了探究不同試驗方法對于橡膠改性瀝青溫度敏感性測試的適用性，分別對比了針入度指數試驗、手持黏度計測黏溫曲線試驗、布氏黏度試驗等三種試驗方法下的不同橡膠瀝青的溫度敏感性。結果表明：采用手持黏度計測量黏溫曲線方法能夠較好地檢測橡膠瀝青的溫度敏感性。

關鍵詞：橡膠瀝青;黏度;溫度;敏感性

0 引言

橡膠改性瀝青是一種由普通基質瀝青和橡膠粉加工而成的改性瀝青。由于其中加入了橡膠粉，所以吸收瀝青中的輕質組分，并在橡膠粉外圍形成凝膠結構。橡膠改性瀝青作為一種特殊的改性瀝青，由于其中有膠粉顆粒的存在，會影響其溫度敏感性。對瀝青材料而言，其對溫度的敏感性極大地影響了瀝青混合料的施工和易性。常用的評價瀝青溫度敏感性的方法包括：針入度指數法、黏溫曲線、布氏黏度等。為了探究橡膠改性瀝青中的膠粉顆粒對其溫度敏感性的影響，本文采用三種測試方法，對不同種類的橡膠瀝青進行測試，分析不同測試方法對橡膠瀝青溫度敏感性檢測的適用性。

1 試驗方案

1.1 試樣制備與檢測

文獻研究及工程應用表明，廣西應用的橡膠瀝青采用的膠粉多為廢舊輪胎制成的30～80目規格，膠粉摻量在15%～25%之間。因此本文采用不同粒徑的廢舊輪胎橡膠粉，基質瀝青采用某進口品牌70#A級重交瀝青。橡膠改性瀝青加工工藝為：將基質瀝青預熱至180℃以上，不超過195℃，添加一定比例的橡膠粉及改性助劑，溫度保持在180℃，在2000～40000轉/min的條件下剪切拌和60min，試樣制備完成。采用以上工藝，分別制備15%、20%、25%三種不同膠粉摻量的橡膠改性瀝青，檢測其基本性能指標（如表1所示）。

1.2 針入度指數試驗

分別對基質瀝青和三種橡膠改性瀝青進行不同溫度工況下的針入度試驗。由于橡膠改性瀝青中有膠粉顆粒的存在，導致在進行針入度試驗時，如果試針落在膠粉顆粒處，則會引起試驗數據變異，進而導致所測數據由于偏差較大，不符合要求。因此在試驗時，測試10個針入度數據，取其中值作為測量針入度值。試驗結果如表2所示。按照規范計算方法，將不同瀝青的針入度值對數進行線性回歸，繪入圖1中。

分析圖1、表2的測試數據，我們可以得到如下結果：隨著膠粉摻量的增加，橡膠改性瀝青的針入度降低，針入度測試數據的離散性增大;膠粉摻量的增加會引起瀝青的針入度指數增加;隨著膠粉摻量的增加，針入度指數會產生較大波動，并不是線性增加。

對針入度指數計算而言，規范中要求線性回歸相關系數≥0.997。由測試結果可知，僅有基質瀝青滿足計算要求，橡膠改性瀝青隨著膠粉摻量的增加，線性回歸相關系數逐漸降低，且均不滿足計算要求。

當向瀝青中加入橡膠粉制成橡膠瀝青后，由于膠粉顆粒的存在，導致在進行針入度試驗時，試針落在膠粉顆粒上，則會造成針入度偏小，進而造成數據變異性大，不能有效地反映橡膠瀝青的真實性能。

雖然通過平行試驗排除離散數據，但是所得的不同溫度下橡膠改性瀝青的針入度仍然存在偏差。按照規范方法計算針入度指數，其線性回歸相關系數較小，不滿足規范計算要求。因此，針入度指數不適宜用于評價橡膠瀝青的溫度敏感性，其結果可以作為輔助參考。

1.3 黏溫曲線檢測

在橡膠改性瀝青的工程應用中，一般采用手持黏度計測量不同溫度條件下的黏度，可快捷地繪制成黏溫曲線，進而評價其溫度敏感性。本試驗采用理音VT-04手持黏度計，按照《橡膠瀝青路面施工技術規范》中的方法，對三種摻量的橡膠瀝青進行測試。測試結果如表3所示，其中當膠粉摻量較高時，150℃黏度過大，故不做檢測。

將測得黏度繪入圖2中，由圖2和表3可知：在相同的溫度條件下，橡膠改性瀝青的黏度隨著膠粉摻量的增加而逐漸升高;對于相同摻量的樣品，在中溫區間（160℃～170℃）黏度隨溫度變化較大，在高溫區間（180℃～190℃）黏度隨溫度變化較小。

為了進一步分析橡膠改性瀝青的黏度與溫度的關系，對黏度數據進行指數回歸，回歸方程如下：

在擬合公式中，參數A的值代表著曲線在圖中的位置，A值越大則黏度曲線越靠上;參數B的值代表著黏度隨溫度變化的速率，B的絕對值越大，則對應的黏度隨溫度變化越大。

從圖2及表4中的測試計算結果可知，隨著膠粉摻量的增加，B絕對值減小，橡膠改性瀝青黏度隨溫度變化減小，即其溫度敏感性降低，溫度穩定性提高。這是由于當膠粉摻量增加時，橡膠改性瀝青中存在的“膠粉-瀝青”的凝膠結構相應增加，以膠粉顆粒為中心的交聯體系更加穩定，使得其高溫性能得到加強。同時，由于膠粉吸收了瀝青中的芳香分、飽和分等輕質組分，使得瀝青的整體結構趨向于凝膠體系，溫度敏感性更低。

當采用手持黏度計，以黏溫曲線檢測橡膠改性瀝青的溫度敏感性時，測試結果具有更好的規律性，與理論也較符合，因此黏溫曲線能夠用來評價橡膠改性瀝青的溫度敏感性。

1.4 布氏黏度試驗

《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中采用布洛克菲爾德黏度計（Brookfield，簡稱布氏黏度計）測試瀝青的旋轉黏度，其所采用的轉子直徑為5～15mm，采用的盛樣試管直徑為25～35mm。由于橡膠改性瀝青中含有溶脹的膠粉顆粒，研究表明，充分溶脹的膠粉顆粒，其凝膠結構直徑膨大約5～10倍。當采用布氏黏度計測試其黏度時，膠粉顆粒形成的凝膠結構會對測試樣品的流動性產生較大影響，進而對測試結果產生影響。圖3為不同溫度及剪切速度工況下的20%膠粉摻量的橡膠改性瀝青布氏黏度試驗結果。試驗結果表明：不同溫度條件下的橡膠改性瀝青黏度隨剪切速率的變化規律基本一致，黏度均隨剪切速率的增大而逐漸降低。可以認為橡膠改性瀝青在高溫區具有“剪切變稀”的偽塑性流體特性，因此不適宜直接采用布氏黏度方法檢測其溫度敏感性。

根據《橡膠瀝青路面施工技術規范》中對布氏黏度測試計算的方法，選用SC4-27號轉子，測試180℃條件下，橡膠改性瀝青在不同轉速的情況下的布氏黏度和對應扭矩，在對數坐標系中繪制黏度和扭矩的關系圖，進行線性回歸后，當相關系數≥0.96時，采用回歸公式求取50%扭矩對應的黏度，即為橡膠改性瀝青的測試黏度。

對三種不同摻量的橡膠改性瀝青各進行三次平行試驗測試，求取180℃、50%扭矩對應黏度如表5所示。

測試結果表明，橡膠改性瀝青的黏度變化與膠粉摻量正相關。在測試過程中，雖然通過固定轉子，控制轉速條件下，反算50%扭矩對應黏度，盡量消除膠粉顆粒對測試結果的影響，但是平行試驗結果仍然存在偏差。這是由于當轉子在測量瀝青黏度的同時，受盛樣試管尺寸影響，轉子旋轉會對瀝青產生剪切效果，導致試樣的結構形態發生變化，繼而影響到后續黏度的測試。而當測試過程越長，轉子對試樣的剪切影響就越明顯，從而導致平行試驗結果偏差。

當采用布氏黏度計測試橡膠改性瀝青的黏度，用于評價其溫度敏感性時，可以采用180℃時50%扭矩對應黏度值作為評價標準。但是在測試時需要根據膠粉粒徑的大小，選擇合適的轉子，嚴格控制試驗時間，盡量減小轉子對試樣的影響。

2 結語

由于橡膠改性瀝青中存在膠粉顆粒以及其形成的凝膠結構，和普通瀝青相比，其對于溫度的敏感性發生較大的變化。當采用針入度指數評價溫度敏感性時，膠粉顆粒會使針入度測試結果變異性增大，導致測試結果偏差較大，甚至不符合規范要求。當采用手持黏度計測試黏度，由于其采用的容器較大，轉子不會對試樣產生影響，根據黏溫曲線結果評價橡膠瀝青溫度敏感性時，其測試結果較穩定，變化規律也符合理論研究。當采用布氏黏度計測試180℃、50%扭矩對應黏度時，雖然測試結果符合規律，但是由于膠粉顆粒的存在及試驗器材對試樣的影響，會導致試驗

結果出現偏差，需要嚴格控制試驗過程。因此，對于橡膠改性瀝青而言，可采用手持黏度計測試不同溫度下的黏度，根據黏溫曲線評價其溫度敏感性。

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