1、公路 年月第期 基金项目：青海省交通运输厅科技项目，项目编号 ；青海省科技计划项目，项目编号 收稿日期：文章编号：（）中图分类号：文献标识码：高寒地区橡胶沥青混合料施工温度衰减特性蔡相连，王昊宇，王敏，关博文，熊锐（青海威远路桥有限责任公司海东市 ；长安大学材料科学与工程学院西安市 ）摘要：采用动态剪切流变试验（）、布氏黏度试验、和易性试验等，研究基质沥青与橡胶沥青的温度敏感性，以及橡胶沥青混合料的施工温度范围、衰减特性；采用红外光谱（）、扫描电镜（）等手段，分析基质沥青与橡胶沥青混合料温度衰减机理。结果表明：橡胶沥青混合料最佳拌和及碾压温度范围为 及 ；环境温度为时，基质沥青混合料与橡胶沥青
2、混合料的安全运输时间分别为 、；环境温度为 时，基质沥青混合料与橡胶沥青混合料的安全运输时间分别为 、；基质沥青的温敏性高于橡胶改性沥青，橡胶改性沥青内部可产生溶胀且交联形成网状结构，进而有效降低沥青温度敏感性。关键词：道路工程；高寒地区；橡胶沥青；橡胶沥青混合料；温度衰减特性；和易性高寒地区由于低温持续时间长、昼夜温差大、紫外辐射强等气候特点对路面提出更高要求，。研究发现，橡胶沥青因具有良好的抗裂性、耐老化性及高低温稳定性等路 用 性能 而广 泛 应 用 于 高 寒 地区；同时，橡胶沥青的使用可解决环境压力、降低筑路成本，。刘占良等 在四川高寒地区进行试验发现，型橡胶沥青的低温抗裂性能明显优
3、于基质沥青。谭忆秋等 综合考虑了橡胶沥青应力松弛能力及低温变形能力，提出了更为全面的评价橡胶沥青低温性能的指标。蒋汶玉等 通过在多因素耦合环境下研究，发现 改性沥青可有效改善橡胶沥青的耐久性及低温稳定性。李润状等 在东北季冻地区试验发现，橡胶复合改性沥青因具有良好的低温性能而适用于季冻区。赵艺为等 对橡胶复合改性沥青试验路进行了的跟踪试验，发现使用橡胶复合改性沥青能够有效解决季冻区重载交通路面车辙与开裂等问题。此外，研究人员在级配设计、制备、施工等方面也展开了相应研究，进一步推动着 沥青（橡胶改性沥青）的应用与发展。董立文等 通过优化设计，提出了适用于高寒地区的 沥青混合料 工程设计级配范围。
4、张广泰等 指出，活化温度为 时 沥青综合力学性能最好。张琛等 发现热再生沥青混合料的工作和易性与温度呈正相关，且 级配的工作和易性要优于 级配。等，将沥青混合料用于基层与面层之间（阻尼沥青混合料），用以减弱因交通荷载引起的路面振动与噪声，且基于 法提出了一种新的阻尼沥青混合料的制备方法，从而提高阻尼沥青混合料的抗车辙能力。本文就高寒地区橡胶沥青混合料施工温度衰减特性进行探究，重点分析基质沥青与橡胶沥青的温度敏感性，明确橡胶沥青混合料的温度衰减规律并预判合理施工温度范围。在此基础上，采用微细观测试手段，探究基质沥青与橡胶沥青沥青混合料温度衰减机理。试验方法 试验材料 沥青基质沥青为 号沥青，技术
5、指标如表。橡胶粉橡胶粉由废旧载重子午线轮胎经常温粉碎加工制备而 成。依 照 路 用 废 胎 硫 化 橡 胶 粉（）对其测试，试验结果如表。橡胶沥青 年第期蔡相连等：高寒地区橡胶沥青混合料施工温度衰减特性表 号沥青性能指标技术指标测试结果技术要求 试验方法 针入度 延度 软化点 溶解度 闪点 后质量损失 残留延度 残留针入度比 橡胶沥青采用 号沥青加入 胶粉（目）改性制成。依照 公路工程废胎胶粉橡胶沥青（）对橡胶沥青技术性能进行测定，其技术要求及实测值见表。橡胶沥青生产工艺见图。橡胶沥青混合料粗细集料均为玄武岩，其各项技术指标如表所示。由于高寒地区具有低温持续时间长的特点，本文选用 骨 架 密
6、实型断 级配沥 青 橡 胶 混 合 料（）。表橡胶粉主要技术指标技术指标相对密度金属含量灰分含量丙酮抽取物含量炭黑含量橡胶烃含量技术要求 试验结果 表橡胶沥青性能指标技术指标 针入度 软化点延度 弹性恢复 黏度 抗剪强度 离析（软化点差）黏温回归系数值实测值 技术要求 图橡胶沥青生产工艺表集料性能指标集料类型指标指标要求测试结果粗集料表观相对密度 吸水率 坚固性 针片状颗粒含量 水洗法 颗粒含量 细集料表观相对密度 坚固性（）含泥量（的含量）砂当量 试验方法 试验 试验用于测试基质沥青与橡胶沥青的复数模量。复数模量指数（）用于表征沥青的温感特性，绝对值越大，相应沥青温度敏感性越高。其计算公式如
7、式（）所示：（）式中：为复数模量，；为复数模量指数；为温度，；为常数。橡胶沥青混合料施工温度范围研究首先，测定出基质沥青的黏温曲线，依照 公路工程沥青及沥青混合料试验规程（）（文中简称规范）中对沥青黏度与施工温度关系的规定，明确基质沥青混合料的施工温度；其次，为检验混合料的工作性，本试验选用和易性试验仪 对其进行测试，过程如图所示；最后，绘制出相应的扭矩温度曲线，以基质沥青混合料施工温度对应扭矩为参考，推导出橡胶沥青混合料的施工温度。图沥青混合料和易性试验 橡胶沥青混合料施工温度衰减特性研究本文参照青海省热月的平均气温，采用可程式恒温恒热阳光试验机（图）控制环境温度分别为、，将基质沥青及橡胶沥
8、青试样（）均加热至 ，使用多路温度仪采集沥青试样中部温度衰减数据，比较两种沥青的温度衰减能力，见图。图可程式恒温恒热阳光试验机图沥青混合料温度衰减测试为模拟沥青混合料的现场运输条件，采用可程式恒温恒热阳光试验机控制环境温度分别为及，将已制备好的 沥青混合料依次装入 的铁制试模中。使用多路温度仪采集距试模底部中心高度为（）、（）、（）、（）、（）处，距试模边缘 处，距底部高度（）处及环境（）温度衰减数据，以温度时间线性拟合方程系数的绝对值（）为评价指标，通过对比不同位置基质沥青混合料与橡胶沥青混合料的温度衰减特性，确定两种混合料的安全运输时间。微观机理分析借助 傅 立 叶 红 外 光 谱（）、电
9、 子 显 微 镜（），从微观角度分析橡胶沥青及基质沥青混合料温度敏感特性差异原因。结果与讨论 试验结果基质沥青与橡胶沥青的 结果如图所示。沥青的双对数与对数具有良好的线性关系，且基质沥青的 显著大于橡胶沥青，说明基质沥青的温度敏感性较大。这是因为橡胶粉的掺入吸收了沥青中的轻质组分且导致沥青的溶胀，从而提高了混合料的黏度、软化点及稠度，使橡胶沥青中的重质组分含量提高，降低了沥青的温度敏感性。图沥青双对数对数曲线 橡胶沥青混合料施工温度范围基质沥青的黏度温度曲线如图所示。参照规范可知，基质沥青混合料适宜拌和的温度范围为 ，最佳拌和温度为 ；适宜碾压的温度范围为 ，最佳碾压温度为 。两种混合料扭矩温
10、度曲线如图所示。沥青混合料的拌和扭矩随温度升高逐渐减小并趋于平缓，其原因为：温度升高时，沥青黏度下降引起混合料内部摩擦阻力变小，故拌和扭矩减小；温度超过一 公路 年第期 年第期蔡相连等：高寒地区橡胶沥青混合料施工温度衰减特性图基质沥青黏度温度曲线定值时，沥青对石料的约束力甚微，搅拌力主要克服石料间的摩擦力做功，故扭矩变化趋于平缓。图扭矩温度曲线结合基质沥青的黏温曲线，可知基质沥青混合料最佳施工扭矩为 （碾压）、（拌和）。以此扭矩为参考，推导出橡胶沥青混合料最佳的拌和温度为 、碾压温度为 。橡胶沥青混合料最佳拌和及碾压温度范围为 及 ，显著高于基质沥青混合料。橡胶沥青及沥青混合料施工温度衰减特性
11、基质沥青混合料的温度衰减状况如图所示，橡胶沥青混合料的温度衰减状况如图所示。沥青混合料实时温度与试验时间呈良好的线性关系，基质沥青混合料与橡胶沥青混合料相同部位温度衰减状况差异甚微。不同高度条件下，中心部位沥青混合料温度衰减较慢；相同高度条件下，边缘部位沥青混合料温度衰减较快。各处温度衰减强弱顺序大致为：。在实践工程中，应采用大体积装载方式运输沥青混合料，有利于延缓沥青混合料温度衰减。图基质沥青混合料温度衰减状况图橡胶沥青混合料温度衰减状况选取、等处温度衰减数据进行线性拟合，并以值为评价指标比较基质沥青混合料与橡胶沥青混合料的温度衰减特性。值越大，沥青混合料温度衰减越显著。方程拟合结果见表。表
12、沥青混合料温度时间拟合方程环境温度沥青混合料类型部位拟合方程相关系数值基质沥青混合料橡胶沥青混合料 基质沥青混合料橡胶沥青混合料 注：为环境温度，；为时间，。借助沥青混合料温度时间的线性拟合方程，计算出沥青混合料从拌和温度下降到碾压温度的时间差，作为混合料的安全运输时间。环境温度为时，基质沥青混合料与橡胶沥青混合料的安全运输时间分别为 、；环境温度为 时，基质沥青混合料与橡胶沥青混合料的安全运输时间分别为 、。按此方法，可建立现场沥青混合料大体积运输情况下温度时间方程，得到沥青混合料的温度衰减特性，进而合理控制运输时间。微观机理分析基质沥青与橡胶沥青 如图 所示。基质沥 青 与 橡 胶 沥 青
13、 在 、等位置有相似的峰值，这分别由亚甲基的吸收振动，烷烃以及环烷烃中 的吸收振动，键的伸缩振动，亚甲基的面内曲面振动，以及中 键的弯曲振动造成。两种沥青的电子显微图像如图 所示。从图（）可以看出，基质沥青表面平整单一；图（）中，橡胶颗粒均匀分散于沥青表面，并且轻质组分被胶粉颗粒吸收，部分渗入颗粒内部引发溶胀，溶胀的胶粉颗粒与沥青交联形成均匀网络结构。及 分析结果表明，橡胶沥青保温能力优于基质沥青是由于橡胶颗粒在沥青中溶胀并产图 沥青红外光谱图 沥青微观形貌生网络交联结构的缘故。基质沥青由极性各不相同的组分所构成，其核心为极性最大的沥青质，以及树脂所形成的分散相胶团附着在沥青质的周围，且胶团又
14、分布在极性最小的油分中。因此，橡胶颗粒的 公路 年第期 年第期蔡相连等：高寒地区橡胶沥青混合料施工温度衰减特性掺入降低了沥青各组分之间的极性差异，从而减小了温度对沥青的影响作用。结语（）橡胶沥青混合料最佳拌和及碾压温度范围为 以及 。（）当沥青混合料内部高度条件不同时，中心部位温度衰减较慢；当高度条件相同时，边缘部位沥青混合料温度衰减速率较快。（）当环境温度为时，基质沥青混合料与橡胶沥青 混 合 料 的 安 全 运 输 时 间 分 别 为 、；当环境温度为 时，基质沥青混合料与橡胶沥青混合料的安全运输时间分别为 、。（）基质沥青的温度敏感性大于橡胶沥青。橡胶颗粒的加入，致使沥青溶胀且产生交联的
15、网状结构，可有效降低组分之间的极性差异从而降低沥青的温度敏感性。参考文献：于华洋，马涛，王大为，等中国路面工程学术研究综述 中国公路学报，（）：孙志林，吴超，王辉低温荷载下沥青路面线性损伤特性分析中南大学学报：自然科学版，（）：周志刚，陈功鸿，张红波，等橡胶粉 与高黏剂复合改性沥青的制备及性能研究材料导报，（）：申爱琴，喻沐阳，周笑寒，等橡胶沥青混合料疲劳损伤及全周期寿命预估建筑材料学报，（）：徐安花，王小雯，熊锐，等橡胶粉改性沥青制备及性能试验研究硅酸盐通报，（）：侯天爵，洪学思，聂鑫垚，等 废胶粉改性沥青的储存过程及胶粉粒径的影响 应用化工，（）：，：雷宁静，孙增智，何锐，等 废胶粉复合高
16、黏改性沥青制备 与 性 能 研 究 应 用 化 工，（）：马涛，陈葱琳，张阳，等 胶粉应用于沥青改性技术的发展综述中国公路学报，（）：刘占良，张琛，许金良 高寒地区成品橡胶沥青混合料的低温性能及评价方法 长安大学学报：自然科学版，（）：谭忆秋，符永康，纪伦，等 橡胶沥青低温评价指标哈尔滨工业大学学报，（）：蒋汶玉，熊锐，杨发，等 高原地区多因素耦合作用下橡胶沥青性能评价硅酸盐通报，（）：李润状，朱宇杰 东北季冻区橡胶复合改性沥青适用性对比分析公路，（）：赵艺为，张培林 季冻区橡胶粉与 复合改性沥青混合料工厂化生产工艺及性能研究公路工程，（）：董立文，冯小伟 适用于高寒地区的橡胶沥青混合料间断级配范围的优化探讨中外公路，（）：张广泰，易宝，张晓旭，等不同活化温度橡胶沥青微观结构特性与宏观性能联系研究公路交通科技，（）：张琛，张翔低温地区橡胶热再生沥青混合料的参数优化 及 其 工 作 性 公 路 工 程，（）：，（）（），（）：，（）（），（）：路用废胎硫化橡胶粉 公路工程废胎胶粉橡胶沥青 ，（）：公路工程沥青及沥青混合料试验规程 长安大学一种流动态矿料颗粒体系摩擦效应评价装置：中国，公路