橡胶沥青水老化性能试验研究

吴美平

（南京市江北新区建设和交通工程质量检测中心，江苏 南京 211500）

0 引言

从 20 世纪 60 年代开始，美国已经开始将废旧轮胎粉添加到沥青之中以制备橡胶沥青，既实现了废胶粉的资源化利用，又改善了沥青的技术性能，因此，橡胶沥青一直是道路工作者的关注热点［1-3］。近些年来，针对传统橡胶沥青施工粘度过大等问题，有学者通过添加 TOR 维他改性剂，不仅降低了橡胶沥青的施工粘度，而且增加了其存储稳定性，推动了橡胶沥青的进一步利用［4-5］。

当前，人们对于新制备橡胶沥青的各类性能已有了较充分的认识，但沥青路面的服役寿命长达数年乃至十数年，在此期间，沥青承受交通荷载和环境因素的双重作用，必然不可避免产生老化，导致沥青变硬变脆［6-7］，而人们尚未对橡胶沥青的抗老化性能进行深入研究，这影响了橡胶沥青的推广应用。因此，本文拟对传统橡胶沥青和 TOR 橡胶沥青的抗老化性能进行研究，通过室内试验模拟并测试自然因素（热、水、氧等）组合对橡胶沥青技术性能的影响，为橡胶沥青路面的耐久使用提供理论支撑。

1 橡胶沥青的制备

试验选用 70# 基质沥青作为制备橡胶沥青的基体，所用胶粉为姜堰产 60 目胶粉，TOR 为德国专利产品。对于常规橡胶沥青，胶粉掺量为基体沥青质量的 18 %；对于 TOR 橡胶沥青，再掺入胶粉质量 4.5 % 的TOR。制备时首先将基质沥青加热至 170 ℃，然后将称量好的胶粉/TOR 边搅拌边加入沥青中，以 500 rpm 的搅拌速率持续搅拌 60 min，制备过程中严格控制沥青温度。搅拌结束后在保温状态下发育 60 min。基体沥青和橡胶沥青的技术性能指标如表 1 所示。

表1 沥青技术性能指标

2 试验方案

援引 JTG E20－2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中沥青薄膜加热试验（T0609－2011）来模拟沥青的短期老化过程，压力老化容器试验（T0630－2011）模拟沥青的长期老化过程，在进行长期老化试验的同时加入水汽以模拟水分对老化的影响［8］。本试验在水分中加入氯盐［9］和硫酸［10］以进一步模拟水分酸碱度和和氯盐含量对沥青老化的影响。

将所需沥青进行老化处理后，分别使用软化点试验（T0606－2011）、黏度试验（T0625－2011）、动态剪切流变试验（DSR）（T0628－2011）和弯曲流变试验（BBR）（T0627－2011）测试沥青老化前后的各项技术性能指标，通过分析指标的变化来探究橡胶沥青的抗老化性能。

3 试验结果与分析

3.1 软化点试验结果及分析

橡胶沥青软化点测试指标如表 2 所示。由表 2 可知，随着水的 pH 值和氯盐含量的改变，经水老化试验后沥青的软化点也随之改变。试验结果可以看出，水中 pH 值大小和氯盐含量的多少影响沥青长期老化后的性能。当 pH＜5.5（酸雨的 pH 值小于 5.6）时，随着 pH 值的增大，橡胶沥青和 TOR 橡胶沥青的软化点逐渐降低，而当 5.5≤pH≤7.5 时，其软化点随着 pH 变化基本上不发生变化。随着氯盐含量的增加，橡胶沥青和 TOR 橡胶沥青沥青的软化点也都呈现出增加的趋势。

表2 软化点试验结果 ℃

3.2 粘度试验结果及分析

图1 粘度测试结果

橡胶沥青粘度测试结果如图 1 所示。粘度是沥青重要性能指标之一，既能反映沥青的高温性能，又能表征其施工和易性。从图 1 可以看出橡胶沥青和 TOR 橡胶沥青在不同的 pH 值和氯盐含量下，粘度是不同的。在相同条件下，TOR 橡胶沥青的粘度高于橡胶沥青，说明 TOR 橡胶沥青的高温稳定性好于橡胶沥青。就水分pH 值对橡胶沥青粘度影响而言，两种橡胶沥青的粘度均随着 pH 值的增大而呈现出凹形抛物线趋势，抛物线拐点对应的 pH 值为 5.5～6.5，并且拐点之后橡胶沥青粘度随 pH 值的变化趋缓。就氯盐含量对橡胶沥青粘度影响而言，两种橡胶沥青的粘度均随着氯盐含量增加而增加，说明氯盐含量越高，对沥青造成的老化越明显。

结合软化点和粘度试验结果可知：在水老化试验中，随着水中 pH 值大小和氯盐含量的多少对橡胶沥青软化点和粘度的影响更突出一些。

3.3 DSR 试验结果及分析

橡胶沥青的 DSR 测试结果以疲劳因子（G*·sinδ）表示，结果如表 3 所示。疲劳因子表征的是沥青的抗疲劳开裂能力，沥青的疲劳因子越大，说明沥青更容易在各类荷载下发生疲劳开裂。由表 3 可以看出，在本文所选的测试温度下，TOR 橡胶沥青的疲劳因子均更小，说明 TOR 的掺入有效改善了常规橡胶沥青的抗疲劳能力。就水分 pH 值对疲劳因子的影响而言，两种橡胶沥青的疲劳因子均随着 pH 值的增大而呈现出凹形抛物线趋势，并且拐点之前橡胶沥青疲劳因子随 pH 值的变化较为剧烈，拐点之后这一变化趋缓。就氯盐含量对橡胶沥青疲劳因子影响而言，两种橡胶沥青的疲劳因子均随着氯盐含量增加而增加，说明氯盐含量越高，橡胶沥青的抗老化性能越低。

3.4 BBR试验结果及分析

BBR 测量结果以蠕变劲度 S 和劲度变化速率 m 值来表示，这两个指标均用以表征沥青的低温性能。其中，S 值越小，表明沥青在低温下具有更好的变形能力，降低了其低温脆裂的可能；m 值越大，说明沥青消散应力的能力越好，也能够减低沥青因温度应力发生开裂的可能。

橡胶沥青 BBR 测试结果如表 4 所示。由表 4 可知，两种橡胶沥青的 S 值均随着温度降低而增大，m 值则随着温度降低而减小，说明温度越低，橡胶沥青的低温性能越差。就水分 pH 值对测试结果的影响而言，两种橡胶沥青的 S 值均随着 pH 值的增大而呈现出凹形抛物线趋势，m 值均随着 pH 值的增大呈现出凸形抛物线趋势，并且拐点之前测试指标随 pH 值的变化较为剧烈，拐点之后这一变化趋缓。就氯盐含量对测试指标的影响而言，S 值均随着氯盐含量增加而增加，m 值则呈现相反趋势，说明氯盐含量的增加对橡胶沥青的长期低温性能具有不利影响。

表3 疲劳因子 G*·sin δ 试验结果

表4 蠕变劲度 S 和蠕变速率 m 的试验结果

4 结论

本文对常规橡胶沥青和 TOR 橡胶沥青的长期水老化性能展开研究，探究水分 pH 值和氯盐含量对橡胶沥青抗水老化性能的影响，结论如下。

1）在未经老化阶段，TOR 橡胶沥青的高温及低温指标均优于常规橡胶沥青，表明 TOR 橡胶沥青的技术性能更优。

2）在相同老化条件下，TOR 橡胶沥青的高温及低温指标均优于常规橡胶沥青，表明 TOR 橡胶沥青的抗老化性能更优。

3）在水分 pH 值对橡胶沥青抗老化性能影响方面，橡胶沥青的高温和低温性能指标均随着 pH 值的增大而呈现出抛物线变化趋势，抛物线拐点对应的 pH 值为5.5～6.5，并且拐点之前测试指标随 pH 值的变化较为剧烈，拐点之后这一变化趋缓，说明 pH 值越低，对橡胶沥青老化性能影响越大。

4）在氯盐含量对橡胶沥青抗老化性能影响方面，橡胶沥青的高温和低温性能指标均随着氯盐含量增加而劣化，氯盐含量对橡胶沥青的抗老化性能具有明显影响。