浅析橡胶沥青混合料高温性能的影响因素
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浅析橡胶沥青混合料高温性能的影响因素
【摘要】近年来，随着我国经济的高速发展，橡胶沥青混合料在现代工程建设中日益得到广泛应用，橡胶沥青混合料亦不断快速发展起来。通过加强对橡胶沥青混合料的研究，可以不断提高我们对其的应用以及研究水平，促进我国橡胶沥青混合料技术的发展。本文主要从原材料、温度、粉胶比、材料、级配组成等几个方面，对橡胶沥青混合料高温稳定性的主要影响因素进行了研究分析，对于解决由于交通量和温度不断增高而引起的道路破坏问题，延长道路的使用寿命具有非常重要的意义。
【关键词】橡胶沥青，混合料，高温性能，影响因素
由于橡胶沥青混合料突出的环保优势和良好的高温稳定性，在国内道路工程中橡胶沥青混合料已经得到了越来越广泛的应用。影响橡胶沥青混合料高温性能的因素有很多方面，有材料本身的原因，也有一些外在的因素，比如持续增长的交通量和长时间的高温天气。要提高橡胶沥青混合料的高温性能，首先要改善混合料的级配，并且使其形成骨架密实结构。
二、橡胶沥青的作用
橡胶沥青可以改善沥青路面使用品质、延长使用寿命、降低工程造价。高性能、低成本的橡胶沥青路面材料如果能大量运用于道路工程中，对环境保护、废物利用、延长道路寿命、降低路面工程造价具有极大的现实意义。在设计和施工良好的情况下，橡胶沥青材料能够表现出良好的性能。主要优点表现在：橡胶沥青中因为掺加了胶粉，提高了胶结料的稠度，增加了路面使用温度下的弹性，提高了路面抗反射裂缝以及抗疲劳能力；同时，橡胶沥青混凝土的另一大优势是其高弹性能，具有明显的减少行车噪声的效果，是典型的&安静路面&。
1981年，比利时科学家布鲁塞尔首先证明了橡胶沥青混凝土的降噪效果。随后世界各国相继开展了这方面的研究。国内外的应用现状表明，橡胶沥青改性材料在提高路面使用寿命，减少路面厚度，防止路面反射裂缝、疲劳破坏以及路面减噪等方面体现出其独特的优势。但是，橡胶沥青由于其材料特性，使其在高温性能方面存在以下问题：
1.橡胶沥青与矿料在嵌挤过程中发生相互干扰，加之橡胶沥青混合料的劲度模量较低，变形量大，容易导致混合料难以压实或在车辆反复作用下产生疲劳性解体；
2.橡胶沥青混合料在拌和、摊铺、碾压的过程中，胶粉会继续发育、溶胀，使橡胶沥青在生产施工过程中处于一种不稳定状态，很难控制其高温稳定性；
3.橡胶沥青的制备工艺以及混合料级配存在较大差异，导致橡胶沥青混合料的高温性能存在很大变异性，照搬国外的橡胶沥青使用经验，在我国工程实际中难以稳定地达到优异的高温性能。
所以，橡胶沥青混台料的高温稳定性有待进一步改善和提高。
高温稳定性不足问题，一般出现在高温、重载以及抗剪切能力不足即沥青路面的劲度较低的情况下。随着交通量的不断增大以及车辆行驶的渠化，沥青路面在行车荷载的反复作用下，会由于永久变形的累积而导致道路表面出现车辙，进而导致道路表过量变形，影响了路面的平整度、行车舒适性以及安全性，可见，沥青路面高温性能的不足，严重影响了路面的使用寿命和服务质最。橡胶沥青路面要尽力避免各种高温病害的产生，保证路面的高温稳定性。
毋庸置疑，废旧橡胶粉改性沥青路面在公路工程中的应用具有很强的推广性。为了保证废胎胶粉改性沥青技术的应用，提高橡胶沥青混凝土路面的高温稳定性是一项重要任务。本研究的重点，是结合橡胶沥青及混合料的特性，借鉴国内外最新研究成果，从我国的气候环境、交通环境、路面材料和结构以及现行规范的技术要求出发，对路用橡胶沥青及混合料进行分析和探讨，并通过室内试验与实际工程的综合研究，在保障橡胶沥青路面其他路用性能的基础上，提高橡胶沥青混凝土的高温稳定性，为实际工程提供指导作用。
三、橡胶沥青混合料的制备
1.试验材料的基本性能
试验所用的粗集料为辉绿岩，细集料为石灰岩，矿粉由优质石灰岩磨制而成，各石料的物理指标均符合施工技术规范要求。废旧橡胶粉由废旧轮胎常温粉碎磨制而成，湿法工艺。使用基质沥青的种类以及性能如下表所示。
2.橡胶沥青的制备及性能测试
本试验橡胶粉的掺量确定为沥青质量的19％，拌制温度控制在175'C以上。
由于废旧橡胶粉与沥青之间的交互反应是湿法工艺的关键，本试验先采用高速剪切装置拌制15min，使废旧橡胶粉在沥青中均匀分散，然后用机械搅拌装置持续搅拌60min，使废旧橡胶粉与沥青在高温下充分反应，以达到所需的黏结料特性。上表是橡胶沥青性能测试结果，这些结果均满足施工技术规范中对于聚合物改性沥青的技术要求。
三、橡胶沥青混合料高温性能的影响因素
1.自身因素影响
（一）原材料
沥青胶结料沥青混合料的高温稳定性主要取决于沥青胶结料的粘度及其感温性。粘度越大感温性越好的沥青，其高温性能就越好。所以一般改性沥青要远好于基质沥青，这从施工技术规范对沥青混合料的车辙试验动稳定度技术要求也可以看出，因此本研究省略了此处试验。
集料的尺寸、形状及表面构造对沥青混合料的高温性能起着重要的作用。矿料颗粒形状及其粗糙度，在很大程度上将决定混合料压实后颗粒间相互位置的特性和颗粒接触有效面积的大小。一般应具有显著的面和棱角，各方向尺寸相差不大，近似正立方体，具有明显细微凸出的粗糙表面的矿质集料，在碾压后相互嵌挤而具有很大的内摩擦角，这种矿料所组成的沥青混合料比圆形而表面光滑的颗粒具有较高的抗剪强度。
（二）粉胶比
通过对不同粉胶比的沥青混合料进行高温车辙试验，粉胶比越大，沥青混合料高温稳定性能越好，当粉胶比大于1.2的时候已经有减小的趋势，说明并不是粉胶比越大越好，而是应当有一定的范围限制，这与规范提出的最佳粉胶比范围在0.8～1.2之间相对应。
（三）沥青用量
以ARAC-16级配为例，采用不同的油石比进行动稳定度试验。在固定质量的矿料条件下，沥青和矿料的比例是影响沥青混合料抗剪强度的重要因素。随着油石比的增加，动稳定度增加，但是增加到一定程度又呈减小的趋势。
由此说明，在沥青用量很小时，沥青不足以形成结构沥青的薄膜来粘结矿料颗粒，随着沥青用量的增加，结构沥青逐渐形成，沥青包裹在矿料表面，使沥青与矿料间的粘附力随着沥青的用量增加而增加。当沥青用量足以形成薄膜并充分粘附矿粉颗粒表面时，这时的沥青混合料具有最大的粘聚力。如果沥青用量继续增加，逐渐将矿料颗粒推开，在颗粒间形成未与矿粉交互作用的&自由沥青&，则沥青的粘聚力随着自由沥青的增加而降低。当沥青用量达到一定量时，沥青混合料的抗剪强度几乎不变，自由沥青起着润滑剂的作用，降低了粗集料的相互密排作用，降低了沥青混合料的内摩擦角。如果沥青含量过多时，内摩擦角可降低到采用不同矿料也不会产生任何区别的程度。所以，我们在进行沥青配合比设计时，必须找到最佳油石比。
2.外部因素的影响
外部因素主要包括沥青混合料的温度和加载条件因素。
（一）&温度&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
沥青路面的车辙主要发生在夏季高温沥青混合料强度最低的季节。沥青的粘度随着其温度的升高而降低，本试验采用20℃、40℃、50℃和60℃的不同温度对室内车辙试件进行动稳定度试验，随着温度的增加，沥青混合料抵抗车辙变形的能力减弱，60℃时的车辙深度约为50℃时的两倍，为40℃时的三倍，而20℃时车辙深度已不明显。这说明沥青混合料是一种热塑性材料，它的抗剪强度随着温度的升高而降低。粘聚力随着温度升高而显著降低，内摩擦角受温度变化的影响较小。
（二）加载条件
许多资料显示，随着轮压的增大，车辙会成比例的增大，而且影响深度也相应增大(剪应力的峰值下降)；随着荷载作用次数的增多，轮辙不断增大，初期增长幅度较大，以后逐渐趋于稳定。
加栽速率对车辙的形成具有显著的影响，车速越慢，对于同一点的荷载作用时间就越长，对于处于粘弹性状态的沥青混合料的蠕变变形，也就越大。因此，上下坡路段(因减速或制动)的车辙往往要比平缓路段严重的多。因此，对于重车较多，坡度较陡的路段，沥青混合料要进行特殊设计。
3、橡胶沥青的黏度对橡胶沥青混合料高温性能的影响
一般说来，黏度高的沥青，温度稳定性好，在高温下仍能保持足够的黏滞性，使混合料具有一定的强度和劲度。而不致出现过大的变形。研究表明：橡胶粉改性可以明显的提高沥青的黏度。黏度对于胶粉改性沥青的意义重大，它是工程中制备胶粉改性沥青主要的质量控制指标。表4讨论了不同黏度的胶粉沥青对混合料高温性能影响。
由上表可以明显的看出，随着橡胶沥青黏度的降低，其对应的混合料的高温抗车辙性能也在下降。序号3、4的内容显示，虽然是不同的基质沥青，但只要它们制备的橡胶沥青的黏度接近，与它们对应的混合料高温抗车辙性能也很接近。序号3、7的内容表明，虽然它们都是同样的基质沥青和胶粉制备，但后者经过165℃烘箱的48h老化，黏度下降，其对应的混合料的高温抗车辙性能也下降了。下图显示了橡胶沥青的黏度与混合料的动稳定度大致成线形关系。
通过上文我们可以知道，影响橡胶沥青混合料高温稳性能的内在因素主要有原材料、粉胶比、沥青用量以及级配类型，外部因素则主要有温度以及加载条件，对这些因素的研究能够有效的提高橡胶沥青混合料的高温性能。
[1]王伟 橡胶沥青混合料高温性能研究[D]同济大学交通与运输工程学院2008
[2]曹荣吉 陈荣生 橡胶沥青工艺参数对其性能影响的试验研究[J]东南大学学报自然科学版)
[3]沈金安 沥青及沥青混合料的路用性能[M]人民交通出版社20015
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主办单位：北京建设工程质量检测和房屋建筑安全鉴定行业协会 技术支持：来源：粘接资讯热熔压敏胶的黏度和黏弹性大多数热熔压敏胶用户都相信热熔压敏胶的「黏度 (Viscosity)」数值对各种涂胶工艺来说都是一个相当重要的参数。事实上，在热熔压敏胶的生产过程中，黏度最主要的意义是用来确定产品批次间是否一致的一个参考指标。换句话说，黏度用在品质保证（QA）和品质控制（QC）中才有比较实用的意义。产品黏度的差异是检验原材料和所生产的热熔压敏胶是否落在目标规格范围中的最简单方法之一。黏度的定义是「液体抵抗流动能力的量度」。黏度的单位是泊、厘泊或mPas。黏度还被定义为剪切应力。剪切应力和剪切速率的比值是粘度的另一种定义方式。水的黏度是1 cps。大多数热熔压敏胶的黏度是通过配有温控加热装置的旋转剪切黏度计测量的热熔压敏胶的黏度受温度和剪切速率的影响很大。温度和剪切速率越高，黏度就越低。在检测黏度的过程中，热熔压敏胶的黏度随温度的升高和时间的推移而逐渐降低，这是因为开始时处于无规缠结状态的聚合物链段在旋转剪切的作用下逐步解纠缠而被取向化。在固定的温度下，大部分聚合物分子链都被伸展取向时，粘度值会稳定下来，我们就把这个黏度值记录为热熔压敏胶在该特定温度下的黏度。黏度和测量时间的关係在实际涂胶和喷胶的应用在实际涂胶和喷胶的应用中，没有人会把热熔压敏胶如在实验室中测定黏度时那样的预先加热且不断的旋转剪切直到黏度直被稳定下来。因此，在实际的涂布生产线上，热熔压敏胶在被应用瞬间的真实黏度是无法知道的。换句话说，实验室所获得的黏度值与涂胶性能在实质上并没有一定的对应关系。在使用热熔涂布机涂胶时，真正能影响涂胶难易程度的物性则是胶粘剂的黏弹性(Visco-elasticity)而不是黏度(Visocity)。胶粘剂的弹性越高则越不容易永久形变或流动。以口模或滚轮上胶机作业时，热熔压敏胶在被设备拉伸或挤压之后有回复原有最大乱度型态的倾向。因此要获得较佳的涂布性比较困难。但是，一个弹性较高的热熔压敏胶，如果以螺旋式喷胶机作业时反而较容易控制喷胶丝的型态而不会任意甩丝。透过上述简单的说明，在真实的上胶工艺上，如果想要设定适当的涂布加工条件同时获得最佳的涂布效果，除了靠加工设备来改变上胶温度，速度和压力外，能够预先检测热熔压敏胶在高温的黏弹性是相当有帮助的。换句话说，如果配方研究员了解黏弹性和加工工艺之间的相关性，就能够设计出适当的黏弹性给不同的应用市场和加工设备。压敏胶为什么会黏？“压敏”这个名词是用来描述胶带和胶粘剂的一种很特别的物性，这些干态（不含溶剂和水）的胶带或胶粘剂能在室温下就具有显着的永久黏性。这种胶粘剂只需要轻微接触而不需要很大的压力就能牢固地贴合在各种不同物质的表面上。这类产品在纸张、塑胶、玻璃、木材、水泥和金属等被贴物上所产生的牢固胶粘力并不需要靠水、溶剂或加热方式来实现。做为胶带用途的压敏胶通常都具有足够的内聚力，因此以手指触摸或从平滑被贴物的表面揭下时都没有任何残胶于手指或被贴物上。为什么一个材料可以不加水、溶剂或热量就能具有这种独特的性能呢？仅管全世界的各个角落裡每天都有人在生产和使用各种压敏胶，大多数的人并不十分了解压敏胶为什么会黏的原因。压敏胶最独特并且由此得名的特点就是能够在室温以轻微指触压力的条件下发生冷流现象。这意味着压敏胶不需加热，在室温或特定工作温度就可以发生自行运动或流动。而这种冷流的特性可以让压敏胶在接触粗糙的被贴物表面时获得较大的接触表面积(下图)。贴合和冷流现象的关係。Tanδ较高则冷流效果较好且接触面积较大因此，在剥离时能够反应出较高的剥离力。反之，在相同的条件下，如果不会发生冷流的胶粘剂就没有明显的压敏性。胶粘剂生产商该如何设计出室温下具有冷流特点的材料呢？要理解这种冷流现象首先需要对高分子的黏弹性或流变学有基本的了解。仅管大部分胶黏剂配方设计人员并不需要了解流变学也能透过试误的方法来开发压敏胶配方，但是所有成功的压敏胶配方却无一例外，必然符合压敏胶的流变学准则。无定形（非晶态）聚合物材料有一个玻璃化温度（Tg），在这个温度附近，分子链会呈现较大的自由体积或流动特性。当无定形聚合物材料的Tg出现在室温或工作温度附近且损耗角正切值(Tanδ)（阻尼係数）大于1时，材料就会发生冷流并具有压敏性能！热熔压敏胶的耐低温和耐高温性能热熔压敏胶在很多热熔压敏胶生产商和用户的刻版印象中，热熔压敏胶不可能同时具有耐低温和耐高温的性能。多数人认为这两种性能是相互矛盾的，因此很难兼顾。这种想法有点草率和武断，耐低温和耐高温性能并不是不可兼得的。流变性能从流变性能来探讨，这类共聚物通常具有两个明显的转变区：橡胶相的玻璃态到橡胶平台区的玻璃化转变区，以及塑胶相从橡胶平台到粘流（或熔融流动）态的软化区。这两种转变区相互独立在发展SBC时，可以透过分子量、分子量分布、橡胶/塑胶(B/S)组分等聚合物分子结构进行设计。发展配方时，SBC和各种增粘剂或矿物油的混合物也会对玻璃化转变和软化区的状态造成显着的影响。热熔压敏胶的耐低温和耐高温性能热熔压敏胶的耐低温和耐高温性能和这两个转变区的状态或温度区间有关系。对于苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（SIS）嵌段共聚物基热熔压敏胶来说，它的玻璃化转变温度(Tg)会受到橡胶相和增粘剂或矿物油的相容性和比例影响而改变。当Tg较低时，耐低温性能就比较好。热熔压敏胶的耐高温性能则与高温流动点(Tanδ= 1)有关。在此流动点，苯乙烯（塑胶）为主体的相开始软化，从略具有抗张强度(苯乙烯的物理性交联)的橡胶态进入没有内聚力的粘流态。热熔压敏胶的高温区流动点受到苯乙烯相的比例和整体SBC分子量大小的影响。通常，所选用SBC的苯乙烯含量较高或整体SBC分子量较高(MI较低)时，热熔压敏胶可以呈现较高的流动点或具有较好的耐高温性能。我们的微信号：zhanjiezixun《粘接》杂志邮发代号：38-40联系电话：上海（021）湖北（0710）3820811投稿邮箱：粘接官网：.cn粘接资讯(zhanjiezixun)　
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