盐分对橡胶沥青及橡胶沥青混合料高温性能的影响

文章编号:１００１Ｇ９７３１(２０１５)０６Ｇ０６０５８Ｇ０４盐分对橡胶沥青及橡胶沥青混合料高温性能的影响∗徐　波,于　新,刘运新(河海大学土木与交通学院,南京２１００９８)摘　要:　为研究盐分对橡胶沥青胶结料及橡胶沥青混合料高温性能的影响,将橡胶沥青试件在不同浓度的盐水中浸泡不同的时间.通过软化点、failtemperaＧture和蠕变劲度的粘性成分Gv３个不同指标来评价盐分对橡胶沥青高温性能的影响,通过车辙实验评价盐分对橡胶沥青混合料高温性能的影响.结果表明,３个指标均升高,说明经过盐水浸泡之后的橡胶沥青高温性能都有所提升,盐分条件的存在没有对橡胶沥青胶结料的高温性能造成不利影响.在相同浸泡时间７d的条件下,随着盐分浓度的增加,软化点、failtemＧperature和Gv值总体上呈现先增大后减小趋势,升高最大值均出现在盐分浓度为３％时,说明橡胶沥青的高温性能先升高后降低,在３％盐分浓度时达到最佳;在相同浸泡盐分浓度３％的条件下,随着浸泡时间的增加,３个指标呈升高趋势,说明橡胶沥青胶结料的高温性能得到提升.在４种不同浓度的盐水中浸泡后,橡胶沥青混合料的动稳定度值出现了不同程度的降低,混合料高温抗车辙能力变差.关键词:　道路工程;盐分浓度;橡胶沥青;高温性能中图分类号:　U４１４文献标识码:ADOI:１０．３９６９/j．issn．１００１Ｇ９７３１．２０１５．０６．０１２１　引　言沿海地区的道路由于受到海水的影响,其沥青材料也会受到一定的盐分侵蚀.海水是一种化学成分复杂的混合溶液,溶解于海水中的化学元素绝大多数是以盐类离子的形式存在,其中氯盐最多.海水中的氯离子具有很强的穿透能力和腐蚀能力,它会随着潮湿空气渗透到路面结构内部侵蚀沥青混合料,对沥青路面造成破坏.根据国内外已有的研究,长安大学的严伊莎等研究发现在同等处理条件下,氯盐溶液浓度越大,针入度越小,软化点越高,而延度越小[１].Feng等发现盐分对针入度和软化点的影响不是很大,然而对延度的影响却较为明显,说明盐分对沥青的低温性能影响很大,同时他们还发现,在盐分含量超过３％时,沥青的流变性将急剧下降[２].Hassam等在冻融的情况下,研究了各种不同抗冻剂对集料和沥青混合料的负面影响.他们发现沥青混合料在不同抗冻剂溶液中的冻融处理后,其强度要远远低于那些在纯净水中进行冻融处理的试件[３Ｇ４].Goh等对道路石油沥青混合料和纳米改性沥青混合料在NaCl、MgCl２和CaCl２溶液中进行冻融处理后的间接拉伸强度进行了测试.实验结果表明氯盐类化学成分能极大地影响沥青混合料的强度[５].吴淑娟等[６]发现掺加了MFL(粉末状盐化物)的沥青混合料与普通沥青混合料相比,动稳定度降低了１６％,但能满足要求.秦凯等[７]发现在－５~１５℃的温度条件下,沥青混合料在相同的冻融循环次数下进行冻融循环的试件,随着氯化钠溶液浓度的不断增加,沥青混合料的冻融劈裂强度呈逐渐下降的趋势.于新等[８]发现在盐水中浸泡后,基质沥青和SBS改性沥青的高温性能都有一定程度的提高.综合各类研究发现,盐分对橡胶沥青性能影响的研究却并不多见.而橡胶沥青技术能够解决废轮胎“黑色污染”方面的问题,并且其性能也优良,有着良好的应用前景[９Ｇ１０].因此,文章研究了在不同掺盐量的盐水中浸泡不同时间后的橡胶沥青及其混合料的高温性能.２　实验材料２．１　实验原材料实验采用的橡胶沥青取自美通机械拌合,其中采用江阴泰富产AHＧ７０＃重交通沥青作为基质沥青,胶粉为浙江永益产４０目胶粉,掺量为内掺１８％.其基本性能指标如表１所示.表１　橡胶沥青基本性能实验指标Table１Propertiesoftherubberasphalt实验项目技术要求测试值粘度,１７７℃,Pa􀅰s１．５~４．０２．７８针入度(２５℃,１００g,５s),０．１mm≥２５３６．９软化点,℃≥５４６１．８延度(５℃,５cm/min),cm/２０．３动力粘度６０℃,Pa􀅰s≮１００００＞１００００弹性恢复,２５℃,≥６０８７２．２　试样的制备实验所用的橡胶沥青胶结料由橡胶沥青在一定浓８５０６０２０１５年第６期(４６)卷∗基金项目:国家自然科学资助项目(５１２７８１７３);江苏省交通运输厅资助项目(２０１２Y４７)收到初稿日期:２０１４Ｇ０８Ｇ１１收到修改稿日期:２０１４Ｇ１０Ｇ２４通讯作者:徐　波,EＧmail:[e-mail]作者简介:徐　波　(１９９０－),男,江苏宿迁人,硕士,师承于新教授,从事路面结构与材料研究.度的盐水中浸泡相应的时间得到,盐水条件通过在一定质量的水中加入一定质量的NaCl来实现.实验方案如下:(１)盐分浓度为０％,０．３％,１％,３％和５％,分别浸泡７d;(２)浸泡天数为１,７,１５和３０d,分别在３％盐分浓度中浸泡.将经过盐水浸泡之后的沥青试样用风扇将其表面的水分吹干,防止水分影响沥青胶结料的性能,干扰实验结果;然后将试样重新加热熔融之后进行相应的指标测试,分析得到不同掺盐量以及不同浸泡时间对橡胶沥青高温性能的影响.３　实验方法及结果分析３．１　软化点软化点是沥青的三大性能指标之一,在我国较为常用,它在实质上反映了沥青的等粘温度.一般认为,若软化点高,则其等粘温度也高,高温稳定性良好.实验采用上海昌吉地质仪器有限公司生产的SYDＧ２８０６E型全自动沥青软化点实验器.对不同掺盐量、不同浸泡时间的橡胶沥青进行软化点测试,实验结果如表２和３所示.表２　浸泡７d的(不同盐分浓度)橡胶沥青软化点值Table２Softeningpointofrubberasphaltsoakedinsalinewaterfor７d盐分浓度/％未浸泡００．３１３５软化点值/℃６１．８６２．１６５．２６７．１７２．０６４．２增幅/％－０．４９５．５０８．５８１６．５０３．８９表３　在３％盐分浓度里浸泡的(不同浸泡时间)橡胶沥青软化点值Table３Softeningpointofrubberasphaltsoakedin３％saltconcentrationwater浸泡时间/d未浸泡１７１５３０软化点值/℃６１．８６８．４７２．０６９．３７２．２增幅/％－１０．６８１６．５０１２．１４１６．８３　　分析表２,３中数据可以看到,在纯水中浸泡后,橡胶沥青的软化点变化不大;盐分条件的存在明显的增加了橡胶沥青胶结料的软化点值.由表２中数据可知,在浸泡７d的条件下,橡胶沥青的软化点随着盐分的浓度增加而先升高后降低,升高最大值出现在盐分浓度为３％时,增加幅度达到１６．５％,在５％盐分浓度条件下,其值又有所下降.由表３中数据可知,在浸泡盐分浓度为３％的条件下,总体上趋势上橡胶沥青的软化点随着浸泡时间的增加而升高,升高最大值出现在浸泡时间为３０d时,增加幅度达到１６．８３％.从软化点这个指标可以看出盐分的存在没有对橡胶沥青的高温性能造成不利影响,相反提高了橡胶沥青的高温性能.３．２　破坏温度Superpave给出的沥青规范中采用的是G∗/sinδ作为评价沥青高温性能的技术指标,并且规定未老化沥青的车辙因子G∗/sinδ≥１．０kPa,定义当未老化的沥青车辙因子G∗/(sinδ)＝１．０kPa时的温度为failtemperature[１１].因为G∗/(sinδ)越大,沥青的高温性能越好[１２],所以failtemperature也越大越好,表明沥青材料的高温性能越好.采用美国TAＧAR１５００EX型动态剪切流变仪(DSR)进行温度扫描实验获得２５~８０℃范围内,不同温度(T)对应的车辙因子(G∗/sinδ),进而建立车辙因子对数值(log(G∗/sinδ))~温度T曲线图,并对得到的曲线进行回归分析.如图１、２所示.图１　浸泡７d的橡胶沥青车辙因子对数值与温度的关系图Fig１Thelogarithmoftheruttingfactorofrubberasphaltsoakedinsalinewaterfor７d图２　在３％盐分浓度里浸泡的橡胶沥青车辙因子对数值与温度的关系图Fig２Thelogarithmoftheruttingfactorofrubberasphaltsoakedin３％saltconcentrationwater根据拟合所得的回归直线,得到不同橡胶沥青试样在G∗/(sinδ)＝１．０kPa时的failtemperature值.根据failtemperature值来评价橡胶沥青的高温性能,如表４、５所示.表４　浸泡７d的(不同盐分浓度)橡胶沥青failtemＧperature值Table４Failtemperatureofrubberasphaltsoakedinsalinewaterfor７d盐分浓度/％未浸泡００．３１３５Failtemperature/℃８５．４８８５．６４９０．７０９０．３９９５．３１９５．０７增幅/％－０．１９６．１０５．７４１１．５０１１．２２９５０６０徐　波等:盐分对橡胶沥青及橡胶沥青混合料高温性能的影响表５　在３％盐分浓度里浸泡的(不同浸泡时间)橡胶沥青failtemperature值Table５Failtemperatureofrubberasphaltsoakedin３％saltconcentrationwater浸泡时间/d未浸泡１７１５３０Failtemperature/℃８５．４８９２．９５９５．３１９６．０４９８．５８增幅/％－８．７４１１．５０１２．３５１５．３３　　分析以上图表中数据可以发现:在受到盐水浸泡后,橡胶沥青的failtemperature值增加较为明显.从表４数据可知,在纯水中浸泡后,橡胶沥青的failtemＧperature值较未浸泡的几乎无变化;在相同浸泡时间７d的条件下,随着盐分浓度的增加,橡胶沥青的failtemperature值逐渐增大,在３％盐分浓度时增幅最大,达到１１．５％,在５％盐分浓度条件下,其值又略有降低.从表５数据可知,在相同浸泡盐分浓度３％的条件下,随着浸泡时间的增加,橡胶沥青的failtemＧperature值呈逐渐增大趋势,在３０d左右的时间增幅最大,达到１５．３３％.３．３　Gv美国NCHRP(９Ｇ１０)项目４５９报告推出的基于重复蠕变实验拟合蠕变劲度的粘性成分Gv值作为高温性能评价指标.NCHRP(９Ｇ１０)项目“改性沥青胶结料的Superpave草案”提出了加载１s、卸载９s(或加载２s、卸载１８s;加载３s,卸载２７s)的方式对胶结料进行１００个重复循环,然后对第５０次和第５１次的实验结果进行Burgers模型拟合得到Gv[１３].重复蠕变实验采用蠕变Ｇ恢复的加载模式,使得沥青的变形在荷载不断的累积作用下逐渐增加,从加载和变形模式上较好地模拟了现场的实际情况.Burgers模型的本构方程γ＝τ０(１G０＋１G１(１－e－tG１/η１)＋tη０)(１)　　可化简为J(t)＝J０＋J１(１－e－t/J１η１)＋Jv(２)　　其中,J０表示弹性部分,称为瞬时或玻璃态剪切柔量.由式(２)可知,蠕变柔度J(t)主要由３部分组成:弹性部分(J０),延迟弹性部分(J１)和蠕变柔量的粘性部分(Jv).通过变换后的Burgers模型本构方程并借助专业的数学统计软件对数据进行拟合计算,从而利用Gv＝１/Jv作为蠕变劲度的粘性成分,用来评价橡胶沥青的高温性能.实验使用美国TAＧAR１５００EX型动态剪切流变仪(DSR)进行,采用的应力水平为３０Pa,实验温度为６０℃.每个蠕变周期加载１s,恢复９s,荷载周期为１００次.表６和７列出了在６０℃时,３０Pa应力水平下橡胶沥青试样的Gv值.表６　浸泡７d的(不同盐分浓度)橡胶沥青的Gv值Table６Gvofrubberasphaltsoakedinsalinewaterfor７d盐分浓度/％未浸泡００．３１３５Gv值/kPa７．４８３７．４８８７．６５７７．８６９８．０３６７．９３１增幅/％－０．０７２．３３５．１６７．３９５．９９表７　在３％盐分浓度里浸泡的(不同浸泡时间)橡胶沥青Gv值Table７Gvofrub