探讨橡胶沥青技术性能评价标准现状[筑路施工机械化]

F E A T U R E S I 圈圈 状 Cu r r e n t S t a n d a r d s f o r P e r f o r ma n c e E v a l u a t i o n o f R u b b e r i z e d As p h a l t 郝培文 李志厚 徐金枝 王春 赵恒 王寓鹏 1 长安大学 道路结构与材料交通行业重点实验室 陕西 西安 7 1 0 0 6 4 2 云 南省 交通规划设计研 究院 云南 昆明 6 5 0 0 0 0 0 引言 橡胶沥青是一种 由胶粉颗粒与 基质沥青在高温状态下通过共混共 融作 用形成 的两相混合体 胶粉颗 粒与基质沥青在高温状态下充分混 合 并吸收沥青 中的轻质组分而溶 胀 进而在胶粉颗粒表面形成沥青 质含量较高的凝胶膜 溶胀后 胶 粉颗粒的膨胀程度可达到O 7 3 1 7 8 倍 其体 积达到 胶结料 体积 的近 4 0 胶粉颗粒之 间通过凝胶膜连 接 形成一个粘度很大的半 固态连 续相体系 由于橡胶沥青独特的 作用机理 国内现行的沥青与改性 沥青评价体系 针入度 软化点 延度指标体系 并不适合评价橡胶 沥青技术性能 近年来 随着橡胶沥青技术理 论研究与工程实践的不断深入 国内 橡胶沥青技术的应用逐步趋于成熟 相应的行业标准 地方标准以及技术 指南相继出台 然而 相较于国外橡 胶沥青评价标准 国内的评价标准仍 具有一定的局限性 本文对比分析国 内外橡胶沥青技术陛能评价标准的现 状 有助于更好地优化国内现有的评 价体系 为更加科学合理地应用橡胶沥青技术打下坚实的基础 1 国内外橡胶沥青评价体系现状 1 1国外橡胶沥青技术性能评价体系 综合 外橡胶沥青应用较为广泛的国家对橡胶沥青技术指标的评价体 系 汇总如表1 所示 表1国外主要橡胶沥青技术指标评价体系汇总 A S T M S o u t h 标准出处 F H MA A r i z o n a T e x a s C a l i F l o r i d a C h fi e I t a ly D6 1 1 4 9 7 Af r i c a 粘度 针入度 锥入度 软化点 延度 回弹恢复 闪电 老化试验 密度 由表1 可知 国外大多数的国家和地区主要从粘度 针入度 或锥入度 软化点以及弹性恢复4 个方面对橡胶沥青技术性能提出要求 其中又以粘度作 为控制橡胶沥青技术性能的最主要指标 相较 于基质沥青以及S B S S B R 类聚合物改性沥青 国外橡胶沥青评价体 系中对于传统的延度以及老化后的技术指标并没有过多的要求 2 2 国内橡胶沥青技术性能评价体系 国内对于橡胶沥青技术性能评价体系的研究 是对橡胶沥青在国内道路 建设和养护工程中的可行性和合理性的研究基础上发展而来的 以交通部公路 4 7 F E A T U R E S I 固圈 科学研究院主编的 橡胶沥青及混 合料设计施工技术指南 为代表 一 系列相应 的行业标准 地方标准 相继出台 表2 为国内部分省市出台 的橡胶沥青技术l 生能评价体系汇总 由表2 可见 目前国内橡胶沥青 技术指标评价体系是以粘度为主导 以传统聚合物改性沥青评价体系为基 础 同时结合国内道路沥青实体工程 的应用经验和理论研究成果 参考国 外相关技术标准和规范而制定的 主 要包括1 8 0 C 粘度 2 5 C 针入度 软 化点 弹性恢复以及5 C 延度这五大 指标 综合国内外主要国家和地区对 于橡胶沥青技术性能评价体系的规 定 可知用于评价橡胶沥青胶结料 技术性能的主要指标为粘度 软化 点 针入度 锥入度 弹性恢复 T 0 6 6 2 同弹恢复 A S T M D 5 3 2 9 以及延度 而对于S B S S B R 等聚合 物改性沥青中较为关键的离析试验 并没有过多的要求 这主要是由橡 胶沥青在工程实际中多为现改现用 并短期搅拌存储这一特点所决定的 此 外 对 基 质沥 青和 聚合 物 改性沥青较为重要的一些指标 如 老化后的质量变化 针入度比以及 延度 大部分国家或地 区的规范中 并没有作出规定 这是因为 对于 传统的沥青老化试验 多以老化盘 T F OT 或老化瓶 R T F OT 作为 称样皿 在1 6 3 C的温度条件下通过 提供一定量的热空气来模拟沥青的 短期老化 试验过程 中为保证沥青 的均匀老化 需匀速转动称样皿 使其中的沥青混合均匀 然而 结 合 橡胶沥青 自身 的特性 其在1 7 5 C 1 9 0 C 之间的粘度一般为1 5 5 0 P a S 远大于S B S 改性沥青在1 3 5 C 温度条件下1 0 3 0 P a s 的粘度 故 在1 6 3 C 下进行橡胶沥青的老化试验 4 8 表2 国内橡胶沥青技术指标评价体系汇总 部公路 H T 7 9 8 2 0 1 1 天津市0 标准类别 北裘市 北省 江西省 上海市 研究院 符标 8 0 c 旋转粘度 7 5 c 动力粘度 2 5 c 针入度 针入度指数 软化点 弹性恢复 5 C 延 度 闪电 离析试验 薄膜烘箱老化 注 天津市出台相应的规范适用于橡胶改性沥青 注重整个反应孕育 剪切 研磨 发育 再辅以化学助剂等连续过程 制备出的最终产品与其他指南 标准与地标中的橡胶沥青有本质的区 别 此处仅作对 比 国内对于弹性恢复试验主要指采用1 T G E 2 0 2 0 0 1 版 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 中T0 6 6 2 的试验方法 与国外弹性恢复试验不同 时 橡胶沥青在称样皿中很难均匀混合 而提高橡胶沥青的老化温度 无疑增 加了橡胶沥青脱硫降解的进程 最终导致老化后指标的衰变 再加上胶粉颗粒 中含有较多的炭黑 具有较好的抗老化特性 故而在橡胶沥青技术性能评价标 准体系中较少含有老化后的评价指标 2 1粘度 在现有反映沥青材料各种物理特性的评价指标 中 粘度是最能反应橡胶 沥青本质特性的指标 粘度不仅直接反映橡胶沥青的流动特性 也间接反映了 橡胶颗粒在基质沥青中的相互作用情况 故而粘度指标很大程度上代表了橡胶 沥青胶结料质量的优劣 也是橡胶沥青生产过程中质量控制和检测频率最高的 性能指标 对于橡胶沥青粘度的测试通常采用旋转法 使用B r o o k fi e l d 粘度计 I L i o n 或H a a k e 等手持式粘度计测定 旋转粘度用来监控橡胶沥青胶结料的流体的一 致性 以保证其在工程应用中的可泵送能力 确保胶结料粘度的变化不至于影 响橡胶沥青混合料的运输 摊铺 压实及使用性能 2 1 1粘度的测定转速 AS T M D 6 1 1 4 中的A 方法 即通过测定恒定剪切速率下的扭矩 确定非牛 顿流体材料的表观粘度 宜采用B r o o k fi e l d 粘度计 测试温度为1 7 5 C R i o n 或 H a a k e 粘度计在与B r o o k fi e l d 粘度计进行相关性检验后 可以进行粘度检测 但 应以B r o o k fi e l d 粘度计为准 美国S HR P 计划建议采用B r o o k fi e l d 粘度计的S C 4 2 7 转子 选取2 0 r mi n 的转速测定沥青的表观粘度 2 0 0 4 年J o h n P Z a n i e ws k i 和Mi c h a e l E P u mp h r e y 著的 沥青性能分级的设备和手册 中采用转速2 0 r mi n 测定1 3 5 C 1 6 5 C 沥青的粘度 结果表明 S C 4 2 7 转子在2 0 r mi n 转速下测定的粘度平行试 验误差远大于7 3 认为A AS HT O推荐的2 0 r mi n 转速针对的是粘度大于 1 7 1 mP a s 的沥青 同时根据仪器精 度得出测量时扭矩应大于1 0 因此 提 出S C 4 2 7 在2 0 r mi n 转速 条件 下测量的粘度最小应为1 2 5 0 mP a s 2 0 0 8 年王旭东等在 橡胶沥青 及混凝土应用成套技术 中 通过 对比测定S C 4 2 7 转子旋转扭矩为5 0 时的粘度以及转速为2 0 r mi n 的 粘度 推荐采用4 5 种不 同转速进行 粘度测定 绘制扭矩与粘度的关系 曲线 通过内插得到5 O 扭矩条件下 的粘度 9 2 0 1 0 西安公路研究院弥海晨 等研究认为 粘度测试转速宜从大 到小 较大的转速可缩短粘度稳定 时间 2 0 r mi n 转速对应扭矩较 小且精度不足 室内试验宜采用5 0 扭矩对应的粘度作为橡胶沥青的标 准粘度 而在生产和施工过程 中 可采用与5 0 扭矩粘度较为接近的转 速粘度 一定转速条件下测定的粘 度 代 替 综上 所述 国 内外 对 于采 用 B r o o k fi e l d 粘 度计 测 定橡 胶沥 青 粘 度具有较为一致 的结论 而对采用 B r o o k fi e l d 粘度计测量时所采用的转 速观点不一致 国外规范 中较多采 用2 0 r mi n 条件下 的粘度作为橡 胶沥青的标准粘度 而国内则多以 5 0 扭矩所对应的粘度作为橡胶沥青 的代表粘度 2 1 2 粘度的测定温度及技术要 求 表3 4 为 国内外橡胶沥青粘度 的测试温度以及对应的技术要求 由表3 4 可知 国内外对于橡 胶沥青粘度的测试温度要求 主要 集中在1 7 5 C 1 9 1 C 粘度值的要 求一般在1 5 5 0 P a s 之间 相较 于 国外不同地区对于橡胶沥青粘度测 试温度要求的差异性 国内各省市 对于橡胶沥青粘度的测试温度较为 统一 均为1 8 0 C F E A T U R E S l 田圈 结合表5 可知 对比s B s 改性沥青粘度测试的温度 橡胶沥青粘度测试温 度的选择更加侧重考虑以下两个方面 1 橡胶沥青的加工温度通常在1 7 5 C 1 9 1 C 之间 2 对于胶粉掺量不少于1 5 占胶结料总质量 的橡胶沥青而言 在 1 7 5 C 1 9 1 C 之间的粘度通常为1 5 5 0 P a s 这个粘度状态下的胶结料的流 动性可以满足施工和易性的要求 这两个方面也是橡胶沥青混合料在拌和 摊铺 压实过程中的施工温度 要求通常 大于S B S 改性沥青的原因所在 2 2软化点 软化点即物质软化的温度 主要指的是无定形聚合物开始变软时的温 度 它不仅与高聚物的结构有关 而且还与其分子量的大小有关 环球法软化 点是 目前世界上普遍使用的沥青评价指标 也是中国道路沥青最常用的三大指 标之一 其数值表达直观 且与路面发软变形的程度相关联 表6 7 为国内 外对于橡胶沥青软化点技术指标的要求 由表6 7 可知 尽管国内外对于橡胶沥青胶结料软化点的要求略有不同 但基本为大于5 O C 或6 O C 相较于国内对于7 O 9 0 基质沥青软化点分别大 表3 国外橡胶沥青粘度测试要求汇总 技术标准出处 测试条件 技术要求 P a s A S T M D 6 1 1 4 9 7 1 7 5 表观粘度 1 5 5 O F HMA 无 A r iz o n a 1 7 7 旋转粘度 1 5 4 0 T e x a s 1 7 7 D C H a a k e 粘度 1 5 4 0 C a l i f 1 9 1 C H a a k e 粘度 1 5 4 0 F o r i d a 1 5 0 C 1 7 5 旋转粘度 0 4 1 5 0 C 或1 5 1 7 5 C C h i l e 1 7 5 C 粘度 1 5 4 0 S o u t h A f r i c a 1 9 0 C H a a k e 粘度 2 0 5 0 I t a l y 1 7 5 C 粘度 1 0 5 0 表4 国内橡胶 沥青粘度测试要求汇总 技术标准如处 测试条件及要求 技术要 R P a s 部公路研究院 8 0 B r o o k fi e l d 粘度计 5 0 扭矩对应粘度值 1 0 3 0 2 0 4 0 2 5 5 0 J T r 7 9 8 2 O l 1 8 0 C B