蜡基温拌剂对橡胶沥青高温流变性能的影响

张 智，易 为

(宜春交通投资集团有限公司，江西 宜春 336000)

橡胶沥青由基质沥青和废旧轮胎胶粉混合生产而成，一方面消耗了难以处理的废旧轮胎，另一方面橡胶沥青相比基质沥青具有优良的高低温性能，其已被广泛的应用[1]。但由于轮胎废旧胶粉的加入，使橡胶沥青的黏度远大于基质沥青[2]。为了保证橡胶沥青混合料拌合、摊铺和压实的质量需提高沥青及石料的加热温度，这不仅增加了施工过程中的能耗污染，而且降低了其施工和易性。近年来，温拌剂技术的发展有望解决橡胶沥青推广中遇到的这一问题[3-5]。

目前，已有许多学者研究了温拌剂对橡胶沥青性能的影响。Yu等发现含有Evotherm(表面活性剂类)温拌剂制备的温拌橡胶沥青在高温下性能较差，与橡胶沥青相比，其抗车辙性能较低[6]。刘书尧等发现在橡胶沥青中添加以固体蜡为主要成分的有机型降黏型温拌剂可以降低橡胶沥青的黏度，改善其施工和易性和高温性能[4]。本文选用石蜡和聚丙烯蜡2种温拌剂对胶粉掺量为15%的橡胶沥青进行改性制备温拌橡胶沥青，进而通过对基质沥青、橡胶沥青以及不同温拌橡胶沥青进行布氏黏度试验、DSR试验以及MSCR试验，以研究两种温拌剂对橡胶沥青高温流变性能的影响规律。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

本文采用镇海70#基质沥青，其技术性能指标如表1所示。选取40目胶粉用于橡胶沥青的制备，其基本性能如表2所示。选用2种蜡基材料作为温拌剂，分别为石蜡(S)和聚丙烯蜡(P)，其基本指标如表3所示。

表1 70#基质沥青技术指标

表2 40目胶粉技术指标

表3 温拌剂的基本性质

1.2 试验方法

1.2.1 温拌橡胶沥青制备

为了研究石蜡和聚丙烯蜡2种温拌剂掺量对橡胶沥青性能的影响，研究中橡胶沥青(CRMA)的胶粉掺量均为15%，温拌剂掺量分别为2%、4%和6%，记温拌橡胶沥青的编号为WMRA+温拌剂代码+掺量(例如WMRAS2表示掺2%石蜡的温拌橡胶沥青)。橡胶沥青的制备过程如下：首先将基质沥青加热至180 ℃，加入15%的胶粉后使用高剪切搅拌机在3 600 r/min下剪切45 min，然后加入温拌剂，在160 ℃条件下搅拌10 min。

1.2.2 旋转黏度

沥青的黏度可以反映沥青在对应温度下的流动特性和抗剪切变形水平，黏度越小，沥青的高温抗变形能力越差。试验采用布氏旋转黏度仪，按JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》沥青旋转黏度试验测定不同温度下(135、165、180 ℃)基质沥青、橡胶沥青和不同温拌橡胶沥青的黏度。

1.2.3 DSR

利用动态剪切流变仪测试原样沥青和短期老化后沥青试样的G*和δ，并计算各沥青试样的车辙因子(G*/sinδ)，扫描频率为10 rad/s[7]，试验装置如图1所示。

图1 DSR试验装置

1.2.4 MSCR

根据AASHTO TP70规范中的多重应力蠕变恢复(MSCR)试验来评价不同橡胶沥青在高温性能。研究采用DSR流变仪进行测试，试验温度为64 ℃，测试沥青试样在0.1 kPa和3.2 kPa应力水平下的不可恢复蠕变柔度(Jnr)和蠕变恢复率(R)。Jnr值越小，表明沥青试样的高温抗变形性能越好，R值表示每个循环中可恢复应变与总应变的比值，R值越高，表明粘结剂的应变恢复能力越好[8]。

2 结果与分析

2.1 布氏黏度试验

基质沥青、橡胶沥青和不同温拌橡胶沥青分别在135、165、180 ℃温度下的黏度变化如图2所示。

图2 不同温拌剂对橡胶沥青黏度的影响

由图2可以看出：在135 °C时，橡胶沥青的黏度大约是基质沥青的3倍，这是由于在橡胶沥青制备过程中胶粉颗粒吸收了基质沥青中的轻质组分而膨胀，从而使其黏度显著增加；温度为135～165 ℃时不同沥青黏度下降幅度十分明显；温度为165～185 ℃时沥青黏度下降幅度减缓。这是由于，温度较低时只有少量能够沥青分子克服其内部黏性力进行热运动，而沥青分子的热运动随着温度的升高而加剧，所以表现为温度低时黏度较大，温度高时黏度较小[9]。在橡胶沥青中掺入温拌剂可以有效降低橡胶沥青的黏度，但是不同温拌剂的降粘效果不同。同一温度下，与石蜡温拌剂相比，聚丙烯蜡的降粘效果更好。当聚丙烯蜡的掺量为6%时，温拌橡胶沥青的135 ℃的黏度比橡胶沥青降低49%。

2.2 DSR试验

基质沥青、橡胶沥青以及不同温拌橡胶沥青在未老化和短期老化后的车辙因子(G*/sinδ)如图3所示。

(a)原样沥青

由图3可以看出：在同一温度下，改性沥青的G*/sinδ均大于基质沥青，这说明(温拌)橡胶沥青的高温抗车辙性能由于基质沥青。在同一温度下，掺加2%聚丙烯蜡温拌剂的橡胶沥青具有最高的G*/sinδ值，而4%的聚丙烯蜡温拌沥青的G*/sinδ几乎相同，但当提高聚丙烯蜡掺量时，温拌橡胶沥青的G*/sinδ值逐渐降低。此外，掺加石蜡温拌剂的温拌橡胶沥青的G*/sinδ均低于橡胶沥青，说明石蜡温拌剂对加入会削弱橡胶沥青的抗车辙性能。此外，由图3还可以看出：ZH70#、WMRAS4和WMRAS6的高温等级为64℃，CMRA、WMRAS2、WMRAP4和WMRAP6的高温等级为70 ℃，WMRAP2的高温等级为76 ℃。

2.3 MSCR试验

图4～5分别为基质沥青、橡胶沥青和不同温拌橡胶沥青在0.1 kPa和3.2 kPa应力水平下的不可恢复蠕变柔度(Jnr)和蠕变恢复率(R)。

图4 不同沥青的不可恢复蠕变柔量Jnr值

图5 不同沥青的平均应变恢复率R

由图4～5可以看出：与基质沥青相比，橡胶沥青的Jnr值较低，R值较高，表明其抗永久变形能力较强。这是由于橡胶沥青在制备过程中胶粉颗粒与基质沥青的相互作用导致其分子网络结构的刚性较大，从而具有较大的复模量G*，因此橡胶沥青具有较强的其抗永久变形能力。对于掺入石蜡温拌剂的温拌橡胶沥青来说，在应力水平为3.2 kPa时，石蜡的加入使橡胶沥青的Jnr值增大，R值降低。而在0.1 kPa的应力水平下，石蜡略微提高沥青胶结料的R值，但随着其掺量的增加，R值出现下降。对于添加聚丙烯蜡的橡胶沥青来说，聚丙烯蜡的加入降低了橡胶沥青的Jnr值，提高了R值，且随着聚丙烯蜡掺量的增加，其Jnr值逐渐增大，R值逐渐降低。在所有沥青样品中，WMRAP2试样具有最小的Jnr值和最大R值，说明在2种应力水平下，掺2%聚丙烯蜡的温拌橡胶沥青抗车辙能力最强。

3 结论

1)石蜡和聚丙烯蜡的加入均能降低橡胶沥青的黏度，且随其掺量越大，黏度逐渐越低，6%掺量的聚丙烯蜡降黏效果最好。

2)石蜡对橡胶沥青的抗车辙性能没有帮助，反而会降低其抗车辙性能，但与基质沥青相比，含石蜡的橡胶沥青仍具有较好的车辙性能。

3)聚丙烯蜡可以改善橡胶沥青的抗车辙性能，随着其掺量的增加，改善效果逐渐降低，且含2%聚丙烯蜡的橡胶沥青的抗车辙性能最好。