胶粉掺量对沥青高温路用性能的影响

郭 鹏

（山西路桥第八工程有限公司，山西 运城 044000）

引言

橡胶沥青可以实现变废为宝，有利于环境保护，李培荣等［1-3］对其进行了试验和理论研究，助推了其在路面材料中的推广应用。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料性能

试验采用AH-70#基质沥青，性能指标见表1。橡胶粉主要技术指标见表2、表3。

表1 基质沥青性能

表2 橡胶粉物理性能指标

表3 橡胶粉化学性能指标

1.2 材料制备

将沥青和胶粉分别在135 ℃和105 ℃下烘干，然后再分别称取定量的沥青和胶粉，将称好的胶粉加入沥青中进行加热，此时将温度升高并维持在175±5 ℃进行高速剪切（4 500 r/min）60 min；然后停止剪切，灌模，按规程进行试验，测试相关指标。

1.3 试验方法

制备胶粉掺量为15%、17%、19%、20%、21%、23%和25%的橡胶沥青进行试验。（1）进行单轴静载蠕变试验，使用简单剪切试验机SST，并在温度为60 ℃，压力为0.1 MPa 的条件下进行60 min 预载为0.002 MPa 的剪切试验。（2）参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），测定试件的动稳定度。（3）进行车辙因子试验，SHAP计划中指出，可以通过测量车辙因子G*/sinδ，以此来作为评判沥青混合料高温下抵抗车辙的能力，G*/sinδ越大，沥青混合料就越接近弹性体，同时其抵抗高温下变形的能力就越强，在高温区间连续升温扫描沥青胶浆的车辙因子，进行比较。

2 试验结果分析

2.1 单轴静载蠕变试验

图1 为在温度为60 ℃，时间为60 min 下所得单轴静载蠕变试验结果。

图1 胶粉掺量与劲度模量关系

从图1 可以得出：（1）随着胶粉掺量的不断上升，橡胶沥青的进度模量也在不断提升。从掺量15%时的382.3 MPa，上升到掺量25%时的610.4 MPa，说明增加胶粉的掺量有助于提高沥青的进度模量，使其弹性体的性质愈发明显。（2）在掺量15%提升到17%和19%时，进度模量的提升幅度较大，提升基本在60 MPa 左右；而当掺量在21%之后，每提升2%的掺量进度模量提升的幅度有明显放缓的迹象，因此，最高效的利用率应该处于21%左右的范围内。

2.2 车辙试验

车辙试验结果见图2。

图2 胶粉掺量与动稳定度和相对变形的关系

从图2 可以得到：（1）随着胶粉掺量的增大，沥青混合料的动稳定度随之下降，并且随着胶粉掺量的不断增大，混合料的动稳定度减小的幅度随之增大，动稳定度的减小代表着沥青混合料抵抗变性能力的下降。（2）随着胶粉掺量的提升，沥青混合料的相对变形也逐渐增大，且随着掺量越来越大，相对变形变化的幅度也逐渐变大。由此看出，虽然胶粉掺量能够很好地提高沥青混合料的劲度模量，减小针入度，增强沥青施工性能，对沥青的生产工艺带来便捷，但为了保证沥青混合料的抗车辙能力，不能一味地增加胶粉掺量，不然非但缺乏经济效益，还会影响路用性能。因此，胶粉掺量在19%左右较为合适，此时相对变形较小，动稳定度较高。

2.3 车辙因子试验

车辙因子试验结果见图3。

图3 不同胶粉掺量的沥青车辙因子与温度的关系

通过图3 可以看出：（1）随着温度的上升，不同胶粉掺量沥青的车辙因子都随之减小，且随着温度的提升，车辙因子的减小幅度越来越小。（2）在相同温度下并非胶粉掺量越高车辙因子就越大，而是随着胶粉掺量的增加，先上升后下降。19%时，车辙因子达到峰值。例如，在温度为50 ℃的情况下，产量为19%的橡胶沥青车辙因子最大，掺量为15%的橡胶沥青车辙因子最小，而胶粉掺量较大的23%的车辙因子也较小，对于这种现象对其进行进一步的分析，推测有可能因为胶粉掺量的增多，导致部分橡胶粉未混合均匀，没有很好地与轻质组分结合形成胶团，甚至部分胶粉以悬浮的方式存在与沥青中，此时橡胶粉非但不能增强沥青黏性，反而破坏沥青整体结构性，对沥青抗车辙性能起到负面影响，从而影响橡胶沥青的高温性能。

将试验所得数据进行整理后，利用SPSS 软件对车辙因子与温度的关系进行最小二乘回归分析，以期找到温度变化、胶粉掺量与车辙因子之间的关系，最终得到表4的关系式，其中x为温度，y为车辙因子。

表4 最小二乘法车辙因子与温度的回归分析

从表4 可以看出：（1）每个表达式的拟合因子的显著性P 值均小于0.05，证明拟合效果较好。（2）随着胶粉掺量的增加，拟合系数由小变大，当胶粉掺量达到19%时，拟合系数绝对值达到最大值，为1.307，证明此时橡胶沥青的温感性最好，说明胶粉与沥青混合均匀，整体结构性较好，胶粉掺量继续增大，此时拟合系数绝对值逐渐变小，说明沥青混合料整体结构性遭到破坏，温感性变差。拟合情况也佐证了试验结论。因此，在此情况下，认为胶粉的最佳掺量为19%，此时的经济效益与沥青的高温性能都能够较好地满足。

3 结语

（1）橡胶沥青的劲度模量会随着胶粉掺量的上升而随之增大，在常用的胶粉掺量情况中，掺量越多，沥青混合料的弹性体性质越明显。（2）橡胶沥青的针入度会随着胶粉掺量的上升而随之降低，由于拌和温度下降，施工效率得到提升，施工成本随之降低，但同时胶粉掺量的不断增大，会导致动稳定度下降，抗车辙性能减小，兼顾两者，胶粉掺量应在20%左右。（3）车辙因子随着胶粉掺量的上升呈现出先增大后减小的趋势，19%为峰值，随后开始下降，证明提高胶粉掺量能够对提高沥青混合料的抗车辙性能，同时，若掺量过大，又会导致混合结合不均匀，多余胶粉破坏橡胶沥青整体结构性，从而导致抗车辙性能再次减小。结合各项试验，得到最佳胶粉掺量为19%。