沥青胶浆的布氏黏度特征研究

摘要：沥青胶浆的技术品质和力学行为对沥青混合料的性能有着重要影响，本文将4种沥青和矿粉分别制备沥青胶浆，并对其布氏黏度特征进行试验分析。

关键词：沥青胶浆；混合料；布氏黏度

1 沥青胶浆的制备

沥青胶浆由沥青和矿粉组成，因此粉胶比将会对沥青混合料的各项性能产生重要影响，其取值一般为0.6-1.6，SMA沥青混合料中，粉胶比较大，可达到1.6。综上所述，本文选取了5组粉胶比（0.8、1.0、1.2、1.4、1.6）进行试验。

国内外目前没有关于沥青胶浆制备方面的规范，参考相关文献，主要有两种制作方法，即人工搅拌和剪切机搅拌。由于每次试验所需的沥青胶浆较少，因此采用人工搅拌，便可以保证矿粉均匀的分散在沥青中。制备所需步骤如下：

（1）算出每个粉胶比所需的沥青和矿粉的用量。一个胶浆样品的质量不可过多，200g左右即可，过多则不宜搅拌，很难保证胶浆的均匀性。

（2）将称好的沥青和矿粉分别盛放，并放入烘箱中，SBS改性沥青的加热温度为145℃左右，其余三种沥青的加热温度为135℃左右。由于矿粉温度下降的比较快，因此矿粉的加热温度应高于沥青的加热温度，一般高10℃左右。

（3）取出沥青和矿粉，将矿粉加入到沥青中，矿粉应分次加入（若一次加入过多，则矿粉容易结团，搅拌起来困难且不能保证胶浆的均匀性）每次加入时应不断搅拌，待到温度下降不易搅拌时，将胶浆放入烘箱中，一段时间后取出来再次搅拌，如此循环三四次，当沥青胶浆没有气泡时，便可保证搅拌的均匀性。

重复上述步骤，将4种沥青在不同粉胶比下的胶浆分别制作出来。论文选用了4种沥青和5种粉胶比，因此共需制备4×5=20个样品，试验方案如表1所示。

表1 沥青胶浆的试验方案

项目	内容
沥青种类	70#基质、SBS沥青、Evotherm沥青、Sasobit沥青
矿粉性质	石灰岩
粉胶比	0.8，1.0，1.2，1.4，1.6
试验	针入度,延度,软化点,布氏旋转品度,动态剪切流变试验

2 布氏黏度

目前没有测试沥青胶浆黏度的标准方法，因此本文参考沥青黏度的测试方法，选用旋转法测试胶浆的黏度，当温度较高时，沥青胶浆表现为牛顿流体，剪切速率对黏度没有影响。值得注意的是，由于矿粉的存在，21^#转子不适用于测量胶浆的黏度，本文选用27^#转子和28^#两种转子。为研究胶浆在不同温度下的布氏黏度，试验以135℃为基准，温度选择125-165℃，试验方案如表2所示。

表2 沥青胶浆布氏黏度试验方案

项目	内容
胶浆种类	70#基质、SBS改性、Evotherm、Sasobit
粉胶比	0.8，1.0，1.2，1.4，1.6
试验温度/℃	125,135,145,155,165
转子型号	21,27,28
转速/  (r·min-1)	100,50,20,10,5

试验结果如表3所示：

表3 沥青胶浆的布氏黏度（Pa·s）

沥青胶浆	温度/℃	粉胶比
		0	0.8	1.0	1.2	1.4	1.6
SBS改性	125	1.984	5.981	9.467	13.986	19,836	29.460
	135	1.373	3.127	5.220	8.057	12.832	18.947
	145	0.869	2.036	3.452	5.097	7.740	10.656
	155	0.635	1.316	2.242	3.036	4.097	5.953
	165	0.434	0.841	1.228	1.953	2.885	4.023
70#基质	125	0,660	3.373	5.188	7.816	11.144	15.641
	135	0.498	1.937	3.087	4.815	8.102	10.707
	145	0.301	1.190	1.892	3.257	5.054	6.289
	155	0.181	0,771	1.070	2.078	3.167	3.885
	165	0.137	0.543	0.790	1.091	1.629	2.246
Evothcrm温拌	125	0.659	3.267	4.834	7.369	10.272	14.743
	135	0.499	1.818	2.686	4.431	7.853	10.352
	145	0.303	1.135	1.778	2.909	4.674	5.930
	155	0.189	0.761	1.116	1.868	2.836	3.758
	165	0.138	0.522	0.751	1.053	1.574	2.120
Sasobit温拌	125	0.507	2.389	3.031	4.656	7.431	10.652
	135	0.349	1.568	2.083	3.096	5.115	7.527
	145	0.257	1.021	1.158	1.659	3.019	4.470
	155	0.175	0.621	0,743	1.169	1.923	3.365
	165	0.120	0.434	0.602	0.784	1.167	1.680

沥青胶浆继承了沥青的黏度，但又不同于沥青的黏度，由表3可以看出，矿粉的加入，使得沥青胶浆的黏度相比于沥青有大幅提升，因此在胶浆中矿粉可视作一种改性材料，矿粉添加量以及矿粉的性质如酸碱性都会对沥青胶浆的黏度也会有不同程度的影响，由于沥青呈酸性，因此仅选择了与沥青黏附性较好的碱性石灰岩，主要分析不同沥青、粉胶比和温度三种因素对沥青胶浆的黏度的影响。

3.1 温度对布氏黏度的影响

沥青类材料都具有感温性，黏度与温度密切相关，根据表2的数据，将5种粉胶比下的沥青胶浆的黏温曲线绘制如图1所示。

图1 不同粉胶比时沥青胶浆的黏温曲线

由图1中可以直观的看出：

（1）不同性质的沥青，布氏黏度会有很大差别，对应的沥青胶浆的黏度必然会有区别，以温度135℃为例，4种沥青胶浆的黏度大小关系与4种沥青黏度之间的关系一致，即SBS改性沥青的黏度远远大于其余三种沥青胶浆的黏度，Sasobit温拌沥青胶浆的黏度最小，唯一的区别是：70^#基质沥青的黏度和Evotherm温拌沥青的黏度相同，即Evotherm温拌剂对沥青的黏度没有改变，而70^#基质沥青胶浆的黏度稍大于Evotherm温拌沥青胶浆的黏度，这是由于矿粉的加入增加了Evotherm温拌剂的温拌效果，但效果不明显。

（2）以基质沥青为准，SBS改性沥青比基质沥青的黏度大65.6%，Sasobit温拌沥青则比基质沥青小43.6%，而加入矿粉后，SBS改性沥青胶浆的黏度比基质沥青的黏度大39.9%，Sasobit温拌沥青的黏度比基质沥青小9.8%，这也说明了矿粉对不同沥青的改性作用是不同的。

（3）温度对胶浆的黏度有很大的影响。温度越高，胶浆的黏度越小，且减小的趋势逐渐降低。以粉胶比1.2为例，温度从125℃上升到135℃，4种沥青胶浆的黏度分别降低了42.3%、38.3%、39.8%、33.5%，而温度从145上升到155℃时，黏度则分别降低了40.4%、36.1%、35.7%、29.5%。

胶浆的黏温曲线符合半对数坐标下的线性回归分析关系，且相关性较高，回归公式为：

式中：a₅，b₅为回归参数；

η为黏度，Pa·s；

T为温度，℃。

表4 不同粉胶比时沥青胶浆的黏温曲线回归参数

粉胶比	沥青胶浆	参数a5	多数b5	相关系数R2
0.8	SBS改性	3.34	0.0208	0.9901
	70#基质	2.98	0.0198	0.9903
	Evotherm温拌	2.94	0.0197	0.9884
	Sasobit温拌	2.73	0.0188	0.9920
1.0	SBS改性	3.65	0.0215	0.9828
	70#基质	3.27	0.0205	0.9868
	Evotherm温拌	3.18	0.0202	0.9946
	Sasobit温拌	2.83	0.0188	0.9731
1.2	SBS改性	3.80	0.0213	0.9883
	70#基质	3.49	0.0207	0.9892
	Evotherm温拌	3.44	0.0206	0,9962
	Sasobit温拌	3.12	0.0197	0.9882
1.4	SBS改性	4.01	0.0216	0.9913
	70#基质	3.68	0.0207	0.9794
	Evotherm温拌	3.64	0.0207	0.9813
	Sasobit温拌	3.40	0.0201	0.9941
1.6	SBS改性	4.21	0,0219	0.9931
	70#基质	3.87	0.0212	0.9855
	Evotherm温拌	3.85	0.0211	0.9929
	Sasobit温拌	3.74	0.0210	0.9802

表中斜率a₅可视为黏度对温度变化的敏感性，显然，同一粉胶比时，SBS沥青胶浆的黏度对温度的变化更为敏感，两种温拌沥青胶浆的感温性较低。这与沥青的黏温规律相吻合。

3.2粉胶比对布氏黏度的影响

粉胶比对沥青胶浆的三大指标具有很大的影响，归根结底，这是由于粉胶比对沥青胶浆的黏度具有重要的影响，对5种粉胶比的沥青胶浆进行了布氏黏度试验，具体的分析沥青胶浆的黏度随粉胶比的变化趋势，将表4中的数据绘制如图2所示。

图2 不同温度时沥青胶浆的黏度随粉胶比的变化

由图2可知：（1）在同一温度下，沥青胶浆的黏度随粉胶比的上升而增加，且增加的趋势逐渐变缓，Evotherm温拌沥青胶浆与基质沥青胶浆之间的黏度出现了细微的差别，且这种差别随着粉胶比的升高而逐渐增加。（2）135℃时，粉胶比从0.8增加到1.0，SBS沥青胶浆的黏度增加了66.9%，70^#沥青胶浆增加了59.3%，两种温拌沥青胶浆分别增加了47.7%和32.8%。粉胶比从1.0增加到1.2，4种沥青胶浆的黏度分别增加了54.3%、55.9%、43.6%、48.6。而温度为165℃时，粉胶比从0.8增大到1.0，4种沥青胶浆的黏度分别增加了46.0%、45.4%、43.8%、38.7%；由此可知，随着温度上升，黏度随粉胶比增加而增加的趋势逐渐减缓。

沥青胶浆的黏度与粉胶比的关系符合半对数坐标下的线性关系，回归公式为：

式中：a₆，b₆为回归参数；

ω_F为粉胶比；

η为黏度，Pa·s。

表5 沥青胶浆的黏度与粉胶比回归参数

温度/℃	沥青胶浆	斜率a6	截距b6	相关系数R2
125	SBS改性	0.85	0.10	0.9976
	70#基质	0.83	0.12	0.9962
	Evothem温拌	0.81	0.13	09877
	Sasobit温拌	0.81	0.27	0.9981
135	SBS改性	0.97	0.27	0.9974
	70#基质	0.95	0.46	0.9905
	Evothcmm温拌	0.95	0.48	0.9918
	Sasobit温拌	0.87	0.53	0.9961
145	SBS改性	0.97	0.45	0.9910
	70#基质	0.93	0.65	0.9758
	Evothcrm温计	0.92	0.67	0.9841
	Sasobit温计	0.83	0.70	0.9701
155	SBS改性	0.96	0.71	0.9950
	70#基质	0.93	0.86	0.9632
	Evothcm温并	0.89	0.82	09890
	Sasobit温拌	0.89	0.97	0.9719
165	SBS改性	0.86	0.76	0.9962
	70#基质	0.77	0.88	0,9986
	Evothcm温拌	0.76	0.89	0.9979
	Sasobit温拌	0.73	0.95	0.9940

由上表可知，沥青胶浆的黏度与粉胶比在半对数坐标下的线性关系良好，SBS改性沥青胶浆的黏度随粉胶比的变化趋势更为明显。

表中斜率a₆可视为黏度对粉胶比变化的敏感性，显然，同一温度时，SBS沥青胶浆的黏度对粉胶比的变化更为敏感，且随着温度上升，这种“敏感性”逐渐降低。

3.3沥青胶浆与沥青的布氏黏度

沥青胶浆由沥青和矿粉组成，因此沥青的性质会影响到的沥青胶浆的性质，将沥青的黏度和粉胶比为1.2的沥青胶浆的黏度绘制如图3所示。

图3 沥青胶浆与沥青的黏度

可以发现，沥青胶浆的布氏黏度随着相对应的沥青的黏度的增加而增加，SBS改性沥青胶浆的布氏黏度随沥青黏度的增加趋势较缓，论文认为这可能是由于SBS沥青自身的性质所决定。胶浆的黏度和沥青的黏度之间线性相关性良好，可用下式表示。

式中：ηm：沥青胶浆的黏度，Pa·s；

a，b：回归参数；

η：沥青的黏度，Pa·s。

3.结论

沥青胶浆和沥青砂浆的黏弹性影响着混合料的黏弹性，本文通过布氏旋转黏度及动态剪切流变试验，分析不同温度、粉胶比等因素对沥青胶浆流动特性的影响。粉胶比的增加改善了沥青胶浆的高温性能，但粉胶比过大对沥青胶浆的低温延展性不利，因此粉胶比不宜过大也不宜过小，应控制在一定范围内。4种沥青胶浆的黏度变化趋势一样，都随温度的升高而减小，随粉胶比的增加而增加，SBS改性沥青胶浆增加的趋势最快，对粉胶比的变化最为敏感，70#基质沥青胶浆、Evotherm温拌沥青胶浆和Sasobit温拌沥青胶浆则对粉胶比的敏感性依次降低。