复合型胶粉改性沥青胶浆的流变性能研究

韩 颖，涂亮亮

(1.内蒙古通辽市环宇公路监理咨询有限责任公司，通辽 028000；2.武汉理工大学材料科学与工程学院，武汉 430070)

复合型胶粉改性沥青胶浆的流变性能研究

韩 颖1，涂亮亮2

(1.内蒙古通辽市环宇公路监理咨询有限责任公司，通辽 028000；
2.武汉理工大学材料科学与工程学院，武汉 430070)

通过Brookfield粘度试验及动态剪切流变试验，测试分析了复合型改性沥青胶浆的流变性能。研究结果表明，与SBS沥青相比，复合型改性沥青胶浆明显改善了沥青在高温下的稳定性，同时也降低了沥青的温度敏感性。

橡胶沥青； SBS沥青； 流变性能

由于沥青与橡胶都属于有机高分子材料，具有天然的亲和性。将废旧轮胎磨成胶粉，制成橡胶改性沥青，是十分可行的。大量的工程实践证明，橡胶改性沥青混凝土路面具有十分优良的路用性能，并能满足公路对于改性沥青的要求[1]。橡胶沥青的产生可以降低改性沥青的制备成本，并有效地解决了“黑色污染”的问题。然而，橡胶沥青在储存、运输及使用过程中所需温度较高，能耗较大，另外橡胶沥青高温易降解，储存过程中容易离析[2]。为改善橡胶沥青的缺点，美国研制了复合型胶粉改性沥青胶浆，其制备过程是将基质沥青与胶粉进行湿法改性，再在胶粉沥青表面包裹消石灰及添加剂，压制成型制得颗粒状的固态样品。作为一种新型材料，目前对其胶结料物理性能的研究严重匮乏。因此，文中主要对复合型改性沥青胶浆的流变性能进行了研究。

1 试验材料与试验方法

试验原材料主要包括复合型胶粉改性沥青胶浆 SBS改性沥青和70#基质沥青，其基本性能分别见表1、表2和表3。本试验利用DV-型旋转粘度计，分析复合型改性沥青胶浆材料的动力粘度；采用动态剪切流变仪(DSR)来分析该新型材料的流变性能，本研究对样品进行频率扫描和温度扫描试验，并以SBS沥青胶浆作为参比物。

表1 复合型胶粉改性沥青胶浆的基本性能

表2 SBS改性沥青测试结果

表3 70#基质沥青的基本性能

2 试验结果与分析

2.1 Brookfield粘度试验

沥青胶浆的粘度随温度升高而快速下降，其粘温曲线的变化规律复合幂函数的形式

η=AeBT

(1)

式中，η表示粘度；T表示温度；A、B表示回归系数。一般情况下回归系数A越大，即代表沥青胶结料的粘度越大；回归系数B的绝对值越大，则对应胶结料的温感性越大。

根据回归参数意义，由图1可知，复合型胶粉改性沥青胶浆的粘度大于SBS沥青胶浆的粘度，并且温度敏感性下降；而相对于橡胶沥青，外加剂的加入使得沥青胶结料粘度以及其温度敏感性有所降低。

对于粘温曲线的分析，大量实验数据研究证明，最符合粘温关系的表达式为Saal公式[3]，其表达式为

(2)

式中，η表示动力粘度；T表示温度；m表示回归系数；n表示与流体物性有关的常数。回归指数m表征了所试验温度范围内材料的温度敏感性，其粘温指数的绝对值越小，表示沥青对温度越不敏感，利用Saal公式处理数据得到的双对数粘温曲线图如图2所示。由图2可以看出，复合型胶粉改性沥青胶浆的温度敏感性优于SBS沥青胶浆，并且也优于橡胶沥青，结论与回归曲线分析的结论相吻合。

2.2 温度扫描试验

沥青胶结料的力学性能受温度的变化影响很大，通过温度扫描试验研究沥青的高温性能。从图3可知，车辙因子随温度的升高而降低。在高温阶段橡胶沥青胶浆以及橡胶沥青的车辙因子要大于其他沥青及胶浆，其中基质沥青的车辙因子最小，可以说明它们的温度敏感性优于SBS沥青及其胶浆，另外基质沥青对温度最为敏感。

2.3 频率扫描试验

沥青路面所受荷载是动态的，荷载的作用频率的变化会造成沥青材料粘弹性能的不同。为了评价复合型胶粉改性沥青胶浆的性能，本试验主要将其与SBS沥青胶浆进行比较。由图4可以看出，随着频率的升高，复数剪切模量随之增大。其中复合型胶粉改性沥青胶浆的低频复数剪切模量大于SBS胶浆，而高频复数剪切模量小于SBS胶浆，说明其同时具备更优的高低温性能，矿粉的加入增加了材料对频率的敏感性。

3 结 论

a.复合型胶粉沥青胶浆的粘度大于SBS沥青胶浆的粘度，并且温度敏感性更优；而相对于橡胶沥青，外加剂使得沥青胶结料粘度及其感温性能有所降低。

b.复合型胶粉沥青胶浆及其橡胶沥青的高温抗车辙性能优于基质沥青与SBS沥青及胶浆，其中基质沥青的高温抗变形能力最差。

c.沥青胶结料复数模量随着频率的升高而增大，其中复合型胶粉沥青胶浆的低频复数模量大于SBS胶浆，而高频复数模量小于SBS 胶浆，反映出复合型胶粉沥青胶浆同时具有优良的高低温性能。另外，矿粉的加入增加了模量对频率的敏感性。

[1] 孙祖望，陈 飙. 橡胶沥青技术应用指南[M].北京：人民交通出版社,2007.

[2] 李美江,王旭东.橡胶粉在沥青及混合料中的作用机理研究[A].第四届亚太可持续发展交通与环境技术大会论文集[C],2005：246-250.

[3] 陈华鑫，张争奇，胡长顺.纳米蒙脱土沥青混合料低温抗裂性能[J]. 华南理工大学学报,2004,32(4):82-86.

Research on the Rheological Properties of the Compound Rubber Power Modified Bitumen Mortar

HAN Ying1, TU Liang-liang2

(1.Huanyu Highway Supervision and Consulting Co, Ltd of Tongliao City, Inner-Mongolia,Tongliao 028000,China;2.School of Materials Science and Engineering, Wuhan University of Technology,Wuhan 430070, China)

Through the Brookfield revolving viscosity test and the dynamic shear rheometer test, this paper analyzed the rheological properties of the compound rubber power modified bitumen mortar. The results indicated that, compared with the SBS bitumen mortar, the high-temperature stability of the compound rubber power modified bitumen mortar was significantly improved, and the temperature sensitivity of the bitumen was also reduced.

rubber bitumen; SBS bitumen; rheological property

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.01.004

2014-12-11.

韩 颖 (1972-),高级工程师.E-mail:hh.hy@163.com