雒國鋒 王浩錡

（1、新疆北新路橋集團股份有限公司，新疆烏魯木齊 8300022、中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 453200）

1 概述

隨著我國汽車消費市場的不斷擴大，廢舊輪胎的妥當處置也面臨重要的難題，把廢舊輪胎制作成橡膠粉，再作為改性劑加入到基質瀝青中，以制作出路用性能更佳的橡膠粉改性瀝青，這是近年來道路方向研究者的研究熱點之一[1-4]。

使用酸性物質作為瀝青的改性劑，也是改性瀝青的研究熱點之一。酸性改性劑中最受關注的是多聚磷酸，有研究表明，多聚磷酸改性瀝青有較好的高溫儲存穩(wěn)定性、不容易離析等特點。酸改性劑能夠擴大瀝青所使用的溫度范圍，改善其感溫性能，也能增加瀝青的勁度，減少瀝青路面產(chǎn)生的車轍[5-7]。

橡膠粉被用于瀝青性能的改善，能夠減少廢舊輪胎污染，提高路面的路用性能；而磷酸作為改性劑，價格低廉，容易獲取，又能對橡膠粉改性瀝青的性能加以改善，制備出路用性能更佳的復合改性瀝青，也算是一種“雙贏”。本文嘗試將兩種改性劑相結合，發(fā)揮兩者的各自的優(yōu)點，制備出橡膠粉與磷酸復合改性瀝青，對其性能進行研究。

2 原材料性質

2.1 基質瀝青

本試驗所選用的基質瀝青是由中國石化某公司生產(chǎn)的70#A 級道路石油瀝青，通過試驗測定基質瀝青的基本性能指標，試驗結果如表1 所示。

表1 基質瀝青性能指標

2.2 橡膠粉

本試驗所采用的是由陜西宏瑞橡膠制品廠所生產(chǎn)的廢舊輪胎橡膠粉，標準目數(shù)為80 目。

2.3 磷酸

磷酸的化學式為H3PO4，分子量為97.9724，是一種常見的無機酸，是中強酸，在空氣中容易潮解；磷酸是一種重要的化工原料，主要用于制藥、食品、肥料等工業(yè)。本試驗所選用的磷酸是由某公司生產(chǎn)的食品添加劑磷酸，該磷酸呈黏稠狀無色透明液體，其主要技術指標如表2 所示。

表2 磷酸的主要指標

2.4 橡膠粉與磷酸復合改性瀝青制備

制備橡膠粉與磷酸復合改性瀝青時，參照已有經(jīng)驗，固定磷酸的摻量為基質瀝青的2%，制備以下配比的復合改性瀝青：5%橡膠粉+2%磷酸、10%橡膠粉+2%磷酸、15%橡膠粉+2%磷酸和20%橡膠粉+2%磷酸。為了使基質瀝青能與改性劑充分拌合，本試驗一次取用的基質瀝青為500g，配制改性瀝青過程中要全程控制溫度，防止因溫度過高而導致瀝青老化，本試驗所采用的拌合溫度為130℃，拌合時間為30 分鐘。

2.5 橡膠粉與磷酸復合改性瀝青基本性能指標

橡膠粉與磷酸復合改性瀝青三大指標試驗結果如表3 所示?？梢钥闯?，隨著橡膠粉含量增大，添加了橡膠粉和磷酸的復合改性瀝青的針入度逐漸降低，軟化點逐漸增高，說明復合改性瀝青的耐高溫性能得到了提高，但是延度逐漸降低，說明其低溫性能有所降低。

表3 橡膠粉與磷酸復合改性瀝青基本性能指標

3 復合改性瀝青的流變性能試驗研究

3.1 試驗設備與試樣準備

動態(tài)剪切流變儀（DSR），是一種用于研究瀝青流變學特性的分析儀器。DSR 能夠測定瀝青材料在特定溫度或荷載頻率下，瀝青材料的復數(shù)剪切模量和相位角。復數(shù)剪切模量是指在重復剪切荷載的作用下，瀝青總的抵抗變形的能力，由與相位角有關的實部和虛部組成，是儲能模量，代表著瀝青材料的彈性部分，而是損耗模量，代表著瀝青材料的黏性部分。動態(tài)剪切模量是指復數(shù)剪切模量的模。這些指標加以變形分析后，可以用來對瀝青材料進行性能分級，或用來表征瀝青的高溫抗車轍和中溫抗疲勞性能[8-10]。

3.2 試驗方案

頻率掃描試驗的原理是在某一個恒定的溫度條件下，對DSR 試樣施加頻率不相同的小剪切應變，進而可以得到瀝青膠漿線性黏彈性范圍內(nèi)的力學響應。本試驗使用動態(tài)剪切流變儀（DSR）在各個恒定的溫度條件下對基質瀝青和不同摻量的橡膠粉與磷酸復合改性瀝青施加1% 應變的荷載進行頻率掃描試驗，荷載的形式是交變正弦荷載，進行頻率掃描所采用的不同溫度分別為30℃、40℃、50℃和60℃，施加0.1rad/s-150rad/s 的頻率。本試驗在30℃和40℃的低溫條件下采用直徑為8mm 的平行板，間隙為2mm；在50℃和60℃的高溫條件下采用直徑為25mm 的平行板，間隙為1mm。經(jīng)過試驗得出數(shù)據(jù)結果，對其進行分析，通過相位角指標對瀝青膠漿的流變性能進行評價。

3.3 試驗結果及分析

相位角是用來評價瀝青膠漿高溫穩(wěn)定性和黏彈性常用的性能指標，相位角的值可以用黏性成分與彈性成分之間的比值來表示。瀝青膠漿相位角的值越大，說明該瀝青的彈性和高溫穩(wěn)定性越差；相反，相位角的值越小，瀝青的彈性和高溫穩(wěn)定性則越好。

如圖1 所示為基質瀝青和不同摻量復合改性瀝青在150rad/s 頻率下其相位角隨溫度的變化曲線圖。經(jīng)分析可得：（1）基質瀝青與各摻量復合改性瀝青的相位角均隨著溫度的升高而不斷地增大。這種逐漸上升的趨勢說明溫度越高，瀝青膠漿內(nèi)部的黏性會越來越大，瀝青的彈性會持續(xù)降低。（2）與基質瀝青的相位角相比，在相同的溫度條件下，各個配比橡膠粉與磷酸復合改性瀝青的相位角都比較小，這說明復合改性瀝青的高溫穩(wěn)定性比基質瀝青更加出色。（3）對比分析各摻量膠粉與磷酸復合改性瀝青可以發(fā)現(xiàn)，在同一溫度下，隨著橡膠粉改性劑摻量的增加，其瀝青膠漿的相位角越來越小，這種減小的趨勢說明較多的改性劑可以使得瀝青的高溫穩(wěn)定性在一定范圍內(nèi)逐漸增強。

圖1150rad/s 頻率下相位角變化曲線

頻率掃描試驗能夠模擬現(xiàn)實中車輛在不同的行駛速度下瀝青材料所得到的力學響應。如圖2～5 所示為基質瀝青和不同摻量瀝青膠漿相位角隨著頻率的變化曲線圖?？梢缘弥海?）基質瀝青和不同摻量復合改性瀝青的相位角都有著相同的變化趨勢，均隨著頻率的持續(xù)升高而不斷減小。（2）與基質瀝青相比，各種配比橡膠粉與磷酸復合改性瀝青的相位角在各個頻率下都比較小，這說明改性瀝青的彈性性能更強。（3）橡膠粉與磷酸復合改性瀝青隨著橡膠粉改性劑摻量的增加，其相位角在同一頻率下不斷減小，這種趨勢說明橡膠粉使瀝青的彈性性能得到了增強。

圖230℃下相位角變化曲線

圖340℃下相位角變化曲線

圖450℃下相位角變化曲線

圖560℃下相位角變化曲線

4 結論

4.1 隨著橡膠粉含量增大，添加了橡膠粉和磷酸的復合改性瀝青的針入度逐漸降低，軟化點逐漸增高，說明復合改性瀝青的耐高溫性能得到了提高，但是延度逐漸降低，說明其低溫性能有所降低。

4.2 各種瀝青膠漿的相位角均會隨著溫度的增高而變大，說明瀝青的黏性性能增強，彈性性能降低；相同溫度條件，橡膠粉與磷酸復合改性瀝青比基質瀝青的高溫穩(wěn)定性更好；同一溫度條件下，本試驗范圍內(nèi)復合改性瀝青中橡膠粉摻量越大，高溫穩(wěn)定性越強。

4.3 各種瀝青的相位角均會隨著荷載頻率的升高而減小；橡膠粉和磷酸改性劑的加入會使基質瀝青的彈性性能增強，且在本試驗范圍內(nèi)，橡膠粉摻量越大，彈性性能會越強。