復合型膠粉改性瀝青膠漿的流變性能研究

韓 穎，涂亮亮

(1.內(nèi)蒙古通遼市環(huán)宇公路監(jiān)理咨詢有限責任公司，通遼 028000；2.武漢理工大學材料科學與工程學院，武漢 430070)

復合型膠粉改性瀝青膠漿的流變性能研究

韓 穎1，涂亮亮2

(1.內(nèi)蒙古通遼市環(huán)宇公路監(jiān)理咨詢有限責任公司，通遼 028000；
2.武漢理工大學材料科學與工程學院，武漢 430070)

通過Brookfield粘度試驗及動態(tài)剪切流變試驗，測試分析了復合型改性瀝青膠漿的流變性能。研究結(jié)果表明，與SBS瀝青相比，復合型改性瀝青膠漿明顯改善了瀝青在高溫下的穩(wěn)定性，同時也降低了瀝青的溫度敏感性。

橡膠瀝青； SBS瀝青； 流變性能

由于瀝青與橡膠都屬于有機高分子材料，具有天然的親和性。將廢舊輪胎磨成膠粉，制成橡膠改性瀝青，是十分可行的。大量的工程實踐證明，橡膠改性瀝青混凝土路面具有十分優(yōu)良的路用性能，并能滿足公路對于改性瀝青的要求[1]。橡膠瀝青的產(chǎn)生可以降低改性瀝青的制備成本，并有效地解決了“黑色污染”的問題。然而，橡膠瀝青在儲存、運輸及使用過程中所需溫度較高，能耗較大，另外橡膠瀝青高溫易降解，儲存過程中容易離析[2]。為改善橡膠瀝青的缺點，美國研制了復合型膠粉改性瀝青膠漿，其制備過程是將基質(zhì)瀝青與膠粉進行濕法改性，再在膠粉瀝青表面包裹消石灰及添加劑，壓制成型制得顆粒狀的固態(tài)樣品。作為一種新型材料，目前對其膠結(jié)料物理性能的研究嚴重匱乏。因此，文中主要對復合型改性瀝青膠漿的流變性能進行了研究。

1 試驗材料與試驗方法

試驗原材料主要包括復合型膠粉改性瀝青膠漿 SBS改性瀝青和70#基質(zhì)瀝青，其基本性能分別見表1、表2和表3。本試驗利用DV-型旋轉(zhuǎn)粘度計，分析復合型改性瀝青膠漿材料的動力粘度；采用動態(tài)剪切流變儀(DSR)來分析該新型材料的流變性能，本研究對樣品進行頻率掃描和溫度掃描試驗，并以SBS瀝青膠漿作為參比物。

表1 復合型膠粉改性瀝青膠漿的基本性能

表2 SBS改性瀝青測試結(jié)果

表3 70#基質(zhì)瀝青的基本性能

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 Brookfield粘度試驗

瀝青膠漿的粘度隨溫度升高而快速下降，其粘溫曲線的變化規(guī)律復合冪函數(shù)的形式

η=AeBT

(1)

式中，η表示粘度；T表示溫度；A、B表示回歸系數(shù)。一般情況下回歸系數(shù)A越大，即代表瀝青膠結(jié)料的粘度越大；回歸系數(shù)B的絕對值越大，則對應膠結(jié)料的溫感性越大。

根據(jù)回歸參數(shù)意義，由圖1可知，復合型膠粉改性瀝青膠漿的粘度大于SBS瀝青膠漿的粘度，并且溫度敏感性下降；而相對于橡膠瀝青，外加劑的加入使得瀝青膠結(jié)料粘度以及其溫度敏感性有所降低。

對于粘溫曲線的分析，大量實驗數(shù)據(jù)研究證明，最符合粘溫關(guān)系的表達式為Saal公式[3]，其表達式為

(2)

式中，η表示動力粘度；T表示溫度；m表示回歸系數(shù)；n表示與流體物性有關(guān)的常數(shù)?；貧w指數(shù)m表征了所試驗溫度范圍內(nèi)材料的溫度敏感性，其粘溫指數(shù)的絕對值越小，表示瀝青對溫度越不敏感，利用Saal公式處理數(shù)據(jù)得到的雙對數(shù)粘溫曲線圖如圖2所示。由圖2可以看出，復合型膠粉改性瀝青膠漿的溫度敏感性優(yōu)于SBS瀝青膠漿，并且也優(yōu)于橡膠瀝青，結(jié)論與回歸曲線分析的結(jié)論相吻合。

2.2 溫度掃描試驗

瀝青膠結(jié)料的力學性能受溫度的變化影響很大，通過溫度掃描試驗研究瀝青的高溫性能。從圖3可知，車轍因子隨溫度的升高而降低。在高溫階段橡膠瀝青膠漿以及橡膠瀝青的車轍因子要大于其他瀝青及膠漿，其中基質(zhì)瀝青的車轍因子最小，可以說明它們的溫度敏感性優(yōu)于SBS瀝青及其膠漿，另外基質(zhì)瀝青對溫度最為敏感。

2.3 頻率掃描試驗

瀝青路面所受荷載是動態(tài)的，荷載的作用頻率的變化會造成瀝青材料粘彈性能的不同。為了評價復合型膠粉改性瀝青膠漿的性能，本試驗主要將其與SBS瀝青膠漿進行比較。由圖4可以看出，隨著頻率的升高，復數(shù)剪切模量隨之增大。其中復合型膠粉改性瀝青膠漿的低頻復數(shù)剪切模量大于SBS膠漿，而高頻復數(shù)剪切模量小于SBS膠漿，說明其同時具備更優(yōu)的高低溫性能，礦粉的加入增加了材料對頻率的敏感性。

3 結(jié) 論

a.復合型膠粉瀝青膠漿的粘度大于SBS瀝青膠漿的粘度，并且溫度敏感性更優(yōu)；而相對于橡膠瀝青，外加劑使得瀝青膠結(jié)料粘度及其感溫性能有所降低。

b.復合型膠粉瀝青膠漿及其橡膠瀝青的高溫抗車轍性能優(yōu)于基質(zhì)瀝青與SBS瀝青及膠漿，其中基質(zhì)瀝青的高溫抗變形能力最差。

c.瀝青膠結(jié)料復數(shù)模量隨著頻率的升高而增大，其中復合型膠粉瀝青膠漿的低頻復數(shù)模量大于SBS膠漿，而高頻復數(shù)模量小于SBS 膠漿，反映出復合型膠粉瀝青膠漿同時具有優(yōu)良的高低溫性能。另外，礦粉的加入增加了模量對頻率的敏感性。

[1] 孫祖望，陳 飆. 橡膠瀝青技術(shù)應用指南[M].北京：人民交通出版社,2007.

[2] 李美江,王旭東.橡膠粉在瀝青及混合料中的作用機理研究[A].第四屆亞太可持續(xù)發(fā)展交通與環(huán)境技術(shù)大會論文集[C],2005：246-250.

[3] 陳華鑫，張爭奇，胡長順.納米蒙脫土瀝青混合料低溫抗裂性能[J]. 華南理工大學學報,2004,32(4):82-86.

Research on the Rheological Properties of the Compound Rubber Power Modified Bitumen Mortar

HAN Ying1, TU Liang-liang2

(1.Huanyu Highway Supervision and Consulting Co, Ltd of Tongliao City, Inner-Mongolia,Tongliao 028000,China;2.School of Materials Science and Engineering, Wuhan University of Technology,Wuhan 430070, China)

Through the Brookfield revolving viscosity test and the dynamic shear rheometer test, this paper analyzed the rheological properties of the compound rubber power modified bitumen mortar. The results indicated that, compared with the SBS bitumen mortar, the high-temperature stability of the compound rubber power modified bitumen mortar was significantly improved, and the temperature sensitivity of the bitumen was also reduced.

rubber bitumen; SBS bitumen; rheological property

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.01.004

2014-12-11.

韓 穎 (1972-),高級工程師.E-mail:hh.hy@163.com