橡膠瀝青粘溫性能及疲勞性能評價分析

覃保盛

文章將不同制備方法的橡膠瀝青與基質瀝青以及SBS改性瀝青進行對比分析，并通過旋轉黏度試驗和動態剪切流變儀試驗評價其粘溫性能與疲勞性能。分析結果表明：在135 ℃～190 ℃范圍內，橡膠瀝青的黏度和溫度穩定性均高于SBS改性瀝青和基質瀝青;在0 ℃、5 ℃、15 ℃時，橡膠瀝青的疲勞性能均優于SBS改性瀝青以及基質瀝青。

橡膠瀝青;疲勞性能;動態剪切流變儀

U416.218-A-14-043-4

0?引言

橡膠瀝青作為一種新型的環保材料，通過將廢舊輪胎磨碎為膠粉，加入到基質瀝青中，可同時提高基質瀝青的粘彈性能和高溫性能，同時又能夠改善廢舊輪胎丟棄、焚燒等帶來的黑色污染問題。橡膠瀝青具有降低道路建設及養護成本、緩解環境壓力、實現資源再生利用、提高瀝青混合料路用性能等諸多優點，具有廣泛的應用前景[1-2]。

本文選用兩種橡膠瀝青，分別是成品采購的穩定型橡膠瀝青和試驗室制備的膠粉改性瀝青，將其與目前應用較為成熟的基質瀝青和SBS改性瀝青進行對比，通過旋轉黏度試驗與動態剪切流變儀試驗評價橡膠瀝青的粘溫性能和疲勞性能。

1?試驗材料

本文采用四種瀝青，瀝青的種類及編號如表1所示。

穩定型橡膠瀝青為成品采購，其采用特殊工藝實現廢膠粉與基質瀝青的融合，并通過摻加劑等提高了混合物的穩定性，避免了膠粉在瀝青中的離析，提高了貯存穩定性。膠粉改性瀝青的制備工藝為：采用70#基質瀝青，40目膠粉為子午胎低溫破碎而成，摻量為20%，在180 ℃的條件下用高速剪切機剪切45 min，剪切速度為5 000轉/min，之后在180 ℃烘箱中發育45 min。

2?試驗方案

首先進行四種瀝青（基質瀝青、SBS改性、穩定型橡膠瀝青、膠粉改性瀝青）的常規性能試驗，包括三大指標試驗與旋轉黏度試驗，了解四種瀝青的基本性能和粘溫性能，然后通過動態剪切流變儀的時間掃描功能，分析四種瀝青在不同應變水平下的疲勞性能。

四種瀝青的三大指標試驗參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》的試驗方法[3]，針入度的試驗溫度為25 ℃，延度的試驗溫度為5 ℃。

四種瀝青的旋轉黏度試驗采用布洛克菲爾德法，在135 ℃、145 ℃、160 ℃、170 ℃、177 ℃、190 ℃下分別進行試驗，并繪制粘溫曲線。

四種瀝青的動態剪切流變儀時間掃描試驗的樣品直徑為8 mm，厚度為2 mm。時間掃描以控制應變的形式加載，加載波形采用正弦波。

瀝青膠結料疲勞壽命的定義為：復數模量下降為初始復數模量的50%時所對應的加載次數（見圖1）。初始復數模量為試驗開始后所記錄的第5個數據點，以排除試驗開始階段儀器調整對試驗結果造成的影響[1]。

3?試驗結果與數據分析

3.1?三大指標試驗

四種瀝青的三大指標的試驗結果見表2。

3.2?粘溫性能

在135 ℃、145 ℃、160 ℃、170 ℃、177 ℃、190 ℃下分別進行試驗。四種瀝青的粘溫曲線如圖2所示。

在試驗溫度范圍內（135 ℃～190 ℃），隨著溫度的升高，四種瀝青的黏度均下降，但是下降的速度越來越慢。同一溫度下，膠粉改性瀝青的黏度大于穩定型橡膠瀝青，而且遠大于SBS改性瀝青和基質瀝青。

采用美國材料協會ASTMD中的Saal公式loglog（η×103）=n-mlogT，在雙對數坐標下對四種瀝青的粘溫曲線進行擬合，結果如圖3和表3所示。

從圖3和表3中可知：（1）雙對數坐標下，旋轉黏度與溫度呈良好的線性關系，具有較高的擬合度;（2）Saal公式中的m反映曲線的斜率，斜率越大，瀝青的溫度敏感性越高，即隨著溫度的增加，黏度下降得越快;（3）四種瀝青中，穩定型橡膠瀝青的溫度敏感性最低，即溫度穩定性最好，往后依次為膠粉改性瀝青、SBS改性瀝青、基質瀝青。

3.3?疲勞性能

初始試驗條件如下：溫度為15 ℃，加載頻率為10 Hz，應變水平分別為3%、4%、5%。試驗結果見圖4和表4。

在此溫度和應力水平下，SBS改性瀝青、穩定型橡膠瀝青和膠粉改性瀝青一直未達到疲勞壽命，筆者將其中斷。因此在此溫度和應力水平下，在疲勞性能方面，兩種橡膠瀝青和SBS改性瀝青，遠大于基質瀝青。

為區分SBS改性瀝青和橡膠瀝青的疲勞性能，調整試驗條件如下：溫度為5 ℃，應變水平分別為5%、6%、7%。試驗結果見圖5和表5。

從圖5和表5可知：（1）隨著應變水平的增加，SBS改性瀝青和穩定型橡膠瀝青的初始復數模量減小，疲勞壽命減小;（2）在5 ℃下，穩定型橡膠瀝青的疲勞壽命長于SBS改性瀝青，即其疲勞性能更優。

為區分穩定型橡膠瀝青與膠粉改性瀝青的疲勞性能，調整試驗條件如下：溫度為0 ℃，應變水平分別為6%、7%、8%。試驗結果如圖6和表6～7所示。

從圖6和表6～7可知，在此溫度下，隨著應變水平的增加，穩定型橡膠瀝青的初始復數模量減小，疲勞壽命減小。但對于膠粉改性瀝青，當應變水平從7%增加至8%時，其初始模量和疲勞壽命同時減小。由此可見，初始模量與疲勞壽命呈現良好的相關性，在0 ℃下，穩定型橡膠瀝青的疲勞壽命優于膠粉改性瀝青。

4?結語

（1）135 ℃～190 ℃范圍內，在旋轉黏度方面：膠粉改性瀝青>穩定型橡膠瀝青>SBS改性瀝青>基質瀝青;在溫度穩定性方面：穩定型橡膠瀝青>膠粉改性瀝青>SBS改性瀝青>基質瀝青。

（2）基于動態剪切流變儀試驗中的時間掃描功能，通過調整溫度、應變水平等不同的試驗條件，發現在疲勞性能方面：穩定型橡膠瀝青>膠粉改性瀝青>SBS改性瀝青>基質瀝青。

[1]李?廉.廢舊輪胎膠粉改性瀝青混合料低溫與疲勞性能研究[D]西安：長安大學， 2012.

[2]施正銀， 劉聰慧， 李雙霞， 等.瀝青膠漿疲勞特性研究[J].國外建材科技， 2008（6）：82-85.

[3]JTGE20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].