橡胶改性沥青温度敏感性评价方法研究

龙海涛 谭继宗

摘要：由于胶粉颗粒的存在，导致橡胶改性沥青的温度敏感性低于普通沥青。为了探究不同试验方法对于橡胶改性沥青温度敏感性测试的适用性，分别对比了针入度指数试验、手持黏度计测黏温曲线试验、布氏黏度试验等三种试验方法下的不同橡胶沥青的温度敏感性。结果表明：采用手持黏度计测量黏温曲线方法能够较好地检测橡胶沥青的温度敏感性。

关键词：橡胶沥青;黏度;温度;敏感性

0 引言

橡胶改性沥青是一种由普通基质沥青和橡胶粉加工而成的改性沥青。由于其中加入了橡胶粉，所以吸收沥青中的轻质组分，并在橡胶粉外围形成凝胶结构。橡胶改性沥青作为一种特殊的改性沥青，由于其中有胶粉颗粒的存在，会影响其温度敏感性。对沥青材料而言，其对温度的敏感性极大地影响了沥青混合料的施工和易性。常用的评价沥青温度敏感性的方法包括：针入度指数法、黏温曲线、布氏黏度等。为了探究橡胶改性沥青中的胶粉颗粒对其温度敏感性的影响，本文采用三种测试方法，对不同种类的橡胶沥青进行测试，分析不同测试方法对橡胶沥青温度敏感性检测的适用性。

1 试验方案

1.1 试样制备与检测

文献研究及工程应用表明，广西应用的橡胶沥青采用的胶粉多为废旧轮胎制成的30～80目规格，胶粉掺量在15%～25%之间。因此本文采用不同粒径的废旧轮胎橡胶粉，基质沥青采用某进口品牌70#A级重交沥青。橡胶改性沥青加工工艺为：将基质沥青预热至180℃以上，不超过195℃，添加一定比例的橡胶粉及改性助剂，温度保持在180℃，在2000～40000转/min的条件下剪切拌和60min，试样制备完成。采用以上工艺，分别制备15%、20%、25%三种不同胶粉掺量的橡胶改性沥青，检测其基本性能指标（如表1所示）。

1.2 针入度指数试验

分别对基质沥青和三种橡胶改性沥青进行不同温度工况下的针入度试验。由于橡胶改性沥青中有胶粉颗粒的存在，导致在进行针入度试验时，如果试针落在胶粉颗粒处，则会引起试验数据变异，进而导致所测数据由于偏差较大，不符合要求。因此在试验时，测试10个针入度数据，取其中值作为测量针入度值。试验结果如表2所示。按照规范计算方法，将不同沥青的针入度值对数进行线性回归，绘入图1中。

分析图1、表2的测试数据，我们可以得到如下结果：随着胶粉掺量的增加，橡胶改性沥青的针入度降低，针入度测试数据的离散性增大;胶粉掺量的增加会引起沥青的针入度指数增加;随着胶粉掺量的增加，针入度指数会产生较大波动，并不是线性增加。

对针入度指数计算而言，规范中要求线性回归相关系数≥0.997。由测试结果可知，仅有基质沥青满足计算要求，橡胶改性沥青随着胶粉掺量的增加，线性回归相关系数逐渐降低，且均不满足计算要求。

当向沥青中加入橡胶粉制成橡胶沥青后，由于胶粉颗粒的存在，导致在进行针入度试验时，试针落在胶粉颗粒上，则会造成针入度偏小，进而造成数据变异性大，不能有效地反映橡胶沥青的真实性能。

虽然通过平行试验排除离散数据，但是所得的不同温度下橡胶改性沥青的针入度仍然存在偏差。按照规范方法计算针入度指数，其线性回归相关系数较小，不满足规范计算要求。因此，针入度指数不适宜用于评价橡胶沥青的温度敏感性，其结果可以作为辅助参考。

1.3 黏温曲线检测

在橡胶改性沥青的工程应用中，一般采用手持黏度计测量不同温度条件下的黏度，可快捷地绘制成黏温曲线，进而评价其温度敏感性。本试验采用理音VT-04手持黏度计，按照《橡胶沥青路面施工技术规范》中的方法，对三种掺量的橡胶沥青进行测试。测试结果如表3所示，其中当胶粉掺量较高时，150℃黏度过大，故不做检测。

将测得黏度绘入图2中，由图2和表3可知：在相同的温度条件下，橡胶改性沥青的黏度随着胶粉掺量的增加而逐渐升高;对于相同掺量的样品，在中温区间（160℃～170℃）黏度随温度变化较大，在高温区间（180℃～190℃）黏度随温度变化较小。

为了进一步分析橡胶改性沥青的黏度与温度的关系，对黏度数据进行指数回归，回归方程如下：

在拟合公式中，参数A的值代表着曲线在图中的位置，A值越大则黏度曲线越靠上;参数B的值代表着黏度随温度变化的速率，B的绝对值越大，則对应的黏度随温度变化越大。

从图2及表4中的测试计算结果可知，随着胶粉掺量的增加，B绝对值减小，橡胶改性沥青黏度随温度变化减小，即其温度敏感性降低，温度稳定性提高。这是由于当胶粉掺量增加时，橡胶改性沥青中存在的“胶粉-沥青”的凝胶结构相应增加，以胶粉颗粒为中心的交联体系更加稳定，使得其高温性能得到加强。同时，由于胶粉吸收了沥青中的芳香分、饱和分等轻质组分，使得沥青的整体结构趋向于凝胶体系，温度敏感性更低。

当采用手持黏度计，以黏温曲线检测橡胶改性沥青的温度敏感性时，测试结果具有更好的规律性，与理论也较符合，因此黏温曲线能够用来评价橡胶改性沥青的温度敏感性。

1.4 布氏黏度试验

《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中采用布洛克菲尔德黏度计（Brookfield，简称布氏黏度计）测试沥青的旋转黏度，其所采用的转子直径为5～15mm，采用的盛样试管直径为25～35mm。由于橡胶改性沥青中含有溶胀的胶粉颗粒，研究表明，充分溶胀的胶粉颗粒，其凝胶结构直径膨大约5～10倍。当采用布氏黏度计测试其黏度时，胶粉颗粒形成的凝胶结构会对测试样品的流动性产生较大影响，进而对测试结果产生影响。图3为不同温度及剪切速度工况下的20%胶粉掺量的橡胶改性沥青布氏黏度试验结果。试验结果表明：不同温度条件下的橡胶改性沥青黏度随剪切速率的变化规律基本一致，黏度均随剪切速率的增大而逐渐降低。可以认为橡胶改性沥青在高温区具有“剪切变稀”的伪塑性流体特性，因此不适宜直接采用布氏黏度方法检测其温度敏感性。

根据《橡胶沥青路面施工技术规范》中对布氏黏度测试计算的方法，选用SC4-27号转子，测试180℃条件下，橡胶改性沥青在不同转速的情况下的布氏黏度和对应扭矩，在对数坐标系中绘制黏度和扭矩的关系图，进行线性回归后，当相关系数≥0.96时，采用回归公式求取50%扭矩對应的黏度，即为橡胶改性沥青的测试黏度。

对三种不同掺量的橡胶改性沥青各进行三次平行试验测试，求取180℃、50%扭矩对应黏度如表5所示。

测试结果表明，橡胶改性沥青的黏度变化与胶粉掺量正相关。在测试过程中，虽然通过固定转子，控制转速条件下，反算50%扭矩对应黏度，尽量消除胶粉颗粒对测试结果的影响，但是平行试验结果仍然存在偏差。这是由于当转子在测量沥青黏度的同时，受盛样试管尺寸影响，转子旋转会对沥青产生剪切效果，导致试样的结构形态发生变化，继而影响到后续黏度的测试。而当测试过程越长，转子对试样的剪切影响就越明显，从而导致平行试验结果偏差。

当采用布氏黏度计测试橡胶改性沥青的黏度，用于评价其温度敏感性时，可以采用180℃时50%扭矩对应黏度值作为评价标准。但是在测试时需要根据胶粉粒径的大小，选择合适的转子，严格控制试验时间，尽量减小转子对试样的影响。

2 结语

由于橡胶改性沥青中存在胶粉颗粒以及其形成的凝胶结构，和普通沥青相比，其对于温度的敏感性发生较大的变化。当采用针入度指数评价温度敏感性时，胶粉颗粒会使针入度测试结果变异性增大，导致测试结果偏差较大，甚至不符合规范要求。当采用手持黏度计测试黏度，由于其采用的容器较大，转子不会对试样产生影响，根据黏温曲线结果评价橡胶沥青温度敏感性时，其测试结果较稳定，变化规律也符合理论研究。当采用布氏黏度计测试180℃、50%扭矩对应黏度时，虽然测试结果符合规律，但是由于胶粉颗粒的存在及试验器材对试样的影响，会导致试验

结果出现偏差，需要严格控制试验过程。因此，对于橡胶改性沥青而言，可采用手持黏度计测试不同温度下的黏度，根据黏温曲线评价其温度敏感性。

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