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沥青温拌剂结料高温性能研究

来源:         发布时间:2019-04-10

大量的研究表明,橡胶粉加人沥青后改性而成的橡胶沥青具有优异的性能,由沥青温拌剂铺筑的沥青路面有较好的抗车辙性能和抗开裂性能,并且可以降低路面的噪音,增加行车的舒适度。此外,近年来,橡胶沥青也常用于半刚性或刚性基层与沥青面层之间,作为应力吸收层可有效防治反射裂缝的产生和扩展。


虽然橡胶沥青有良好的应用性能,但其混合料较高的生产温度成了其不足之处,经验表明,橡胶沥青混合料的生产温度比普通沥青高出20~30℃,如此高的生产温度加剧了对环境的污染和对能源的消耗,也加速了沥青的老化。如果把温拌技术引入橡胶沥青混合料,将会有效降低其混合料的生产温度,减少上述的负面影响,但是,温拌技术在降低生产温度的同时,对橡胶沥青及其混合料的性能是否有影响,也值得关注。本文选取Asoha-min和Sasobit两种常用的温拌剂制备温拌橡胶沥青胶结料,评价其高温性能,对温拌橡胶混合料的评价有参考意义。



本次研究采用五种不同来源的基质沥青A、B、C、D、E,采用SHRP指标进行性能评价,其中破坏温度为DSR试样破坏时的温度。废胎胶粉采用机械粉碎的方法加工,为了确保研究过程中橡胶粉的一致性,本次研究中使用的是同一批废胎胶粉。

温拌橡胶沥青制备


橡胶沥青混合料的生产有湿法和干法两种工艺,实践证明,干法生产的橡胶沥青混合料在性能上不能更好地发挥橡胶材料的优势,因此,目前以湿法为主。本研究采用湿法工艺,即在拌和之前把橡胶粉加入沥青中,在一定温度下进行搅拌。各环节参数为:搅拌温度为177℃,搅拌时间为30min,搅拌方式为高速剪切,搅拌速度为700r/min,胶粉掺量为15%(相对沥青重量)。

 

选取两种常用的温拌添加剂。工艺1:添加Asoha-mm添加剂,掺量为胶结料重量的6%,通过搅拌仪器分散在整个橡胶沥青胶结料中。工艺2:添加指定浓度的Sasobit颗粒,掺量为1.5%,通过剪切搅拌5min实现均匀混合。配置好的温拌橡胶胶结料通过旋转薄膜烘箱(RTF0)163℃下老化85min。

性能试验分析

我国评价沥青胶结料高温性能的指标及方法主要有两种,一种是采用传统的针人度、黏度及软化点指标,另一种是引进美国SHRP计划中的旋转黏度,车辙因子及破坏温度指标。相比针人度及软化点等指标,SHRP沥青指标与沥青胶结料在路面上的使用性能联系更为紧密,因此,本次研究采用SHRP中试验方法和指标评价温拌橡胶沥青的高温性能。

旋转黏度试验时选用27号转子,试样重量为10.5g;DSR试验时,胶结料试样通过25mm平板摆动产生12%应变来测量每种温拌橡胶沥青胶结料的车辙因子和破坏温度。

 沥青温拌剂

高温黏度

 

沥青胶结料的高温黏度是一项重要的性能指标,它代表了胶结料的黏结能力,对沥青混合料的拌和、压实以及路用性能非常重要。本次试验选择两个接近拌和与压实的温度(150℃与135℃)进行旋转黏度测试,考虑到温拌添加剂加人后的反应时间对胶结料的黏度有影响,对比了150℃条件下温拌剂加人后30,60,80min胶结料的黏度。

 

分析两种温拌橡胶沥青胶结料150℃与135℃下的黏度发现:

 

(1)未加温拌剂时,五种橡胶沥青的初始黏度有差异,这可能是由于不同的基质沥青与橡胶粉的配伍性和溶胀程度不同造成的,因此,加人温拌剂后,不同胶结料黏度的变化也有差异。

 

(2)与未加温拌剂的橡胶沥青相比,无论是50℃:还是135℃,Sasobit温拌剂的添加降低了胶结料的黏度。究其原因,Sasobit是一种有机固体蜡,它加人后与橡胶沥青中各组分间相互作用,打破重组了沥青胶体原有的结构,引起了沥青胶团体系分散度增加,结构尺寸减小,分散相体积减少,连续相体积增加,从而降低了橡胶沥青的黏度。

 

(3)Asoha-min温拌剂的添加增加了胶结料的黏度。Asoha-min与Sasobit两种温拌剂的温拌机理不同,Asoha-min作为一种粉末状结晶水合物,它加人后不会与沥青发生反应,反而由于粉末的存在会适当增大沥青的黏度。通常所理解的Asoha-min的温拌作用只是依靠与石料高温拌和时,短暂的释放结晶水造成沥青体积膨胀,从而增加了拌和的可操作性和混合料的和易性,这也是目前Asoha-min温拌剂常采用干法工艺的原因。

 

加入温拌剂后,150℃时不同反应时间下橡胶沥青的黏度变化未加温拌剂与加入温拌剂两种情况下,胶结料150℃的黏度基本均随着反应时间的延长而增大。分析认为,黏度增大的现象可能主要是由于橡胶粉与热沥青持续反应造成的,橡胶粉改性沥青最显著的特点就是通过胶粉与热沥青之间的溶胀作用增大了胶结料的黏度,随着时间的延长,胶粉的溶胀程度增加,沥青中轻组分含量减少,重组分含量相对增加,造成胶结料层间流动黏滞力增大,所以,尽管有温拌剂作用,胶结料的运动黏度仍然有适度的增大。



(1)短期老化前,无论是Asoha-min还是Sasobit温拌剂,均提高了5种橡胶沥青的高温破坏温度,但是经过短期老化后的温拌橡胶沥青,只有A,C,E基质沥青源的胶结料的破坏温度得到提高,B和D有略微下降,但降低不明显。这种变化趋势与温拌剂的种类无关,可能是由于基质沥青的性质以及基质沥青与温拌剂在老化过程中的相互作用引起的。总体上可以表明这两种温拌剂的加入有利于胶结料的高温性能。

 

(2)基质沥青种类不同,Asoha-min与Sa-sobit两种温拌剂对其生产的橡胶沥青胶结料破坏温度的提高幅度也不同,但对于由同一种基质沥青生产的橡胶沥青,两种温拌剂对破坏温度的提高幅度没有显著差异,这表明,两种温拌剂虽然有提高胶结料高温性能的能力,但提高幅度的大小主要受基质沥青源影响较大,受温拌剂种类影响较小。另外,还可以看出,初始破坏温度低的橡胶沥青,其加入温拌剂后,破坏温度仍然相对较低,这表明,基质沥青种类是影响温拌橡胶沥青胶结料高温性能主要因素。

 

(3)对于每种基质沥青源的胶结料而言,老化前后的高温破坏温度有变化,其中A,B和D胶结料老化前后破坏温度差异较大,C和E胶结料差异不大。这说明C和E胶结料抗老化性优于其他胶结料,温度敏感性降低,相对不容易变硬变脆。

 

以胶结料(包括未加温拌剂的橡胶沥青及加温拌剂的橡胶沥青)老化前的破坏温度为横坐标,老化后的破坏温度为纵坐标,绘制老化前后破坏温度关系散点图。可以看出,一般来说,橡胶沥青胶结料老化前后的破坏温度具有线性关系,但是,相关系数仅有0.266,比较低,这可能是由于老化过程中橡胶沥青的易变性与温拌添加剂相互作用引起的。

 

结论

 

为了评估温拌橡胶沥青的高温性能,用五种基质沥青和一种胶粉改性剂(CliM)配制橡胶沥青(掺量15%)。加人两种温拌剂制备温拌橡胶沥青胶结料,并进行短期老化。用布氏黏度计与动态剪切流变仪(DSR)测试温拌橡胶沥青的高温黏度与抗永久变形性能,得到以下结论:

 

a)Sasobit温拌剂降低了橡胶沥青胶结料50℃和135℃的黏度,Asohai-min由于添加剂的填充作用,增加了胶结料150℃和135℃的黏度;温拌剂加人到橡胶沥青后,反应时间延长会导致胶结料黏度发生变化,黏度增大或减小与基质沥青的种类有关。

 

b)与未加温拌剂的胶结料相比,Asoha-mm和Sasoit的加人提高了胶结料的高温破坏温度,有较好的抗永久变形能力,对于同一种基质沥青源的橡胶沥青,两种温拌剂提高破坏温度的差异不大;温拌橡胶沥青胶结料的高温性能主要受基质沥青影响,与温拌剂种类关系不大。

 

c)温拌橡胶沥青胶结料短期老化前与老化后的破坏温度具有线性关系,但由于老化过程中橡胶沥青的易变性与温拌添加剂相互作用,相关系数较低。


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