橡胶粉改性沥青动态剪切流变性能研究

米宁

摘 要：在70#A级道路石油沥青中分别掺加0%、5%、10%和15%的橡胶粉，利用高速剪切乳化机制备出橡胶粉改性沥青，通过针入度、延度和软化点试验得到橡胶粉改性沥青的基本性能指标。同时，基于流变学分析方法，利用动态剪切流变仪对30、40、50℃和60℃温度条件下的橡胶粉改性沥青的动态力学特性进行测试和分析。

关键词：基质沥青；橡胶粉改性沥青；动态剪切流变试验

中图分类号：TU52 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）08-0083-03

Research of Dynamic Shear Rheological Properties of Rubber

Powder Modified Asphalt

MI Ning

（Transportation Capital Construction Project Quality Supervision Station of Pingdingshan，Pingdingshan Henan 467036 ）

Abstract： Rubber powder modified asphalt was prepared by high speed shear emulsification mechanism by adding 0%， 5%， 10% and 15% rubber powder respectively in the 70#A grade of road oil asphalt. The basic performance indexes of rubber powder modified asphalt were obtained by means of penetration， delay and softening point.And the dynamic mechanical properties of modified asphalt of rubber powder were tested and analyzed using dynamic shear rheometer based on rheological analysis method.

Keywords： matrix asphalt；rubber powder modified asphalt；dynamic shear rheologicaltes

1 研究背景

使用废旧轮胎制备而成的橡胶粉改性沥青不但能实现废旧轮胎的再利用，而且能提高沥青的高温性能，增强沥青混合料的抗车辙变形能力，起到一举两得的作用。因此，国内外很多学者对废旧轮胎橡胶粉改性沥青的性能进行了研究，并且将橡胶粉改性沥青应用到工程实际中[1-3]。

叢培瑞[4]研究了橡胶粉改性沥青的稳定性问题；曹荣吉对断级配橡胶沥青混合料进行了相关试验研究[5]；王静[6]和王真真[7]分别就橡胶沥青的加工工艺和混合机理进行了深入研究。近年来，许多学者基于流变学的黏弹性力学理论对橡胶粉改性沥青性能进行研究，从橡胶粉改性沥青的力学机理方面解释了橡胶粉改性沥青的性能[8-11]。

因此，本文基于流变学黏弹性理论，对不同橡胶粉掺量改性沥青的基本性能指标和动态剪切流变性能进行分析研究，探讨橡胶粉掺量对橡胶粉改性沥青黏弹性能的影响，为橡胶粉改性沥青的应用提供理论支撑。

2 原材料与性能指标

2.1 基质沥青

本次试验使用70#A级道路石油沥青。其主要技术性能如表1所示。

2.2 橡胶粉

本试验使用的橡胶粉由废旧轮胎常温粉碎法加工得到，其细度为50目。

3 橡胶粉改性沥青的制备

将沥青试样和橡胶粉分别置入130℃的烘箱中加热备用，然后根据5%、10%和15%不同的掺量秤取橡胶粉，再将称好的橡胶粉倒入桶中并进行人工拌合，将人工拌合后的橡胶粉改性沥青试样置入160℃烘箱中继续加热2h左右，然后利用弗鲁克FA60型间歇式高剪切分散乳化机进行高速剪切乳化拌合0.5h以上，转速为3 000rad/s。在搅拌过程中，用红外线感温仪监测沥青表面温度。

4 橡胶粉改性沥青三大指标试验

在25℃试验条件下，不同掺量橡胶粉改性沥青的针入度试验结果如图1所示。从图1可以明显发现橡胶粉改性沥青的针入度值都要比基质沥青的针入度值小，橡胶粉改性沥青的硬度要比基质沥青硬，但随着橡胶粉的掺量增加，橡胶粉改性沥青的针入度值下降幅度并不是很大。不同掺量橡胶粉改性沥青的软化点试验结果如图2所示。从图2可以看出，随着橡胶粉掺量的逐渐增大，橡胶粉改性沥青的软化点越来越高。橡胶粉改性沥青延度试验结果如图3所示。从图3可以看出，加入橡胶粉后橡胶改性沥青的延度值要比基质沥青的延度低，这表明橡胶粉的掺入降低了沥青的塑性，延性变得越来越差，且橡胶粉的掺量变化对改性后沥青的延度变化影响较小。

5 橡胶粉改性沥青的频率扫描试验

使用DHR-1型动态剪切流变仪（如图4所示）进行动态频率扫描，本次试验的扫描频率范围为0.1～10rad/s，应变值设定为1.25%，测试温度分别为30、40、50℃和60℃，试验结果如图5至图8所示。

从图上可以看出，橡胶粉改性沥青的剪切模量都随着频率的增加而不断增加；同一个频率条件下，橡胶粉改性沥青的复模量随着橡胶粉掺量的增加而增大，且温度越高，增加的幅度越大，说明橡胶粉改性沥青在高温条件下具有更优异的抗变形能力，进而能大幅提高沥青混合料的高温稳定性

6 结论

通过不同掺量橡胶粉改性沥青试样分别进行了三大性能指标试验和动态频率扫描试验，得出橡胶粉改性沥青性能变化规律。

①随着橡胶粉掺量的增加，改性沥青的针入度逐渐下降，即沥青的粘稠性得到提高，并且提高了改性沥青的软化点，说明提高了沥青的高温性能，但橡胶粉的掺加降低了沥青的延度。

②橡胶粉改性沥青的剪切模量都随着频率的增加而不断增加；同一个频率条件下，橡胶粉改性沥青的复模量随着橡胶粉掺量的增加而增大，且温度越高，增加的幅度越大。这说明橡胶粉改性沥青在高温条件下具有更优异的抗变形能力，进而能大幅提高沥青混合料的高温稳定性。

参考文献：

[1]叶智刚，孔宪明，余剑英，等.橡胶粉改性沥青的研究[J].武汉理工大学学报，2003（1）：11-14.

[2]张春生.橡胶粉沥青的试验研究及其工程应用[D].长春：吉林大学，2004.

[3]石洪波，邹明旭，廖克俭，等.废橡胶粉改性道路沥青的研究进展[J].能源化工，2005（2）：27-30.

[4]丛培瑞.橡胶粉改性沥青储存稳定性及性能评价指标研究[D].济南：山东大学，2008.

[5]曹荣吉.橡胶沥青及断级配混合料的试验研究[D].南京：东南大学，2009.

[6]王静.废橡胶粉改性沥青的室内加工工艺研究[D].西安：长安大学，2010.

[7]王真真.废旧橡胶粉改性沥青混合机理及实验研究[D].青岛：青岛科技大学，2012.

[8]潘礼清.胶粉改性沥青高温流变性能研究[D].呼和浩特：内蒙古工业大学，2013.

[9]陈薇.橡胶沥青高温黏弹性能试验研究[D].扬州：扬州大学，2013.

[10]高芳.不同级配橡胶沥青混合料疲劳性能研究[D].重庆：重庆交通大学，2015.

[11]谭华，胡松山，刘斌清，等.基于流变学的复合改性橡胶沥青黏弹特性研究[J].土木工程学报，2017（1）：115-122.