随着废旧轮胎日益增多，橡胶沥青的技术研究逐渐得到重视。橡胶颗粒的掺入可以显著提升胶结料的黏性，改善其抗车辙性能与抗疲劳性能。然而随着胶结料黏性的提升，混合料的生产需要更高的加热温度。常规SBS改性沥青混合料的压实温度需控制在155~160 ℃之间，而橡胶沥青压实温度需控制在175~180 ℃之间^[1-3]。较高的压实温度需要更高的拌和温度，进而导致胶结料极易在拌和过程中出现热老化现象。同时，过高的压实温度也增加了施工的难度与质量的不稳定性。橡胶沥青虽然具备良好的抗车辙性能与抗疲劳性能，但由于其混合料施工难度大的问题，一直没有得到大范围的推广应用^[4-6]。

温拌技术是一种针对传统热拌沥青混合料而言，可以有效降低施工温度的技术，其主要包括泡沫温拌技术、有机温拌技术与化学温拌技术^[7-8]。相关研究表明，温拌剂的掺入可以降低橡胶沥青压实温度15~30 ℃^[9-11]。汪海年采用不同种类的温拌剂掺入橡胶沥青制备温拌橡胶沥青，并进行性能试验，发现温拌剂可显著降低胶结料的黏性^[12]。美国加州路面研究中心与密歇根理工大学研究发现有机温拌剂可以有效降低橡胶沥青施工温度，从而减少生产过程中的烟雾与气味^[13]。孙立军等研究发现掺入化学温拌剂后，橡胶沥青混合料水稳定性能下降，但高温性能依然保持良好^[14]。Oliveria^[15]与马涛 ^[16]等研究表明化学温拌剂的掺入并不会对橡胶沥青力学性能产生影响。

现阶段，大多研究学者主要针对不同类型的温拌剂与橡胶沥青混合料结合所造成的影响开展了相关研究，但温拌剂的掺入时机对橡胶沥青性能影响的相关研究相对较少。针对不同制备工艺的温拌橡胶沥青开展胶结料流变性能与沥青混合料力学性能试验分析，研究合理的温拌橡胶沥青制备工艺，对温拌橡胶沥青的生产工艺具有一定的指导意义。

(1) 橡胶颗粒

温拌橡胶沥青的制备选用40目橡胶颗粒，筛分结果如表 1所示。沥青选用70^#沥青，技术指标如表 2所示。温拌剂选用Evotherm-DAT化学温拌剂，其在沥青与骨料之间起表面活性剂的作用。集料采用辉绿岩，具体检测指标如表 3所示。根据相关研究成果，选择颗粒掺量为基质沥青质量18%，而温拌剂掺量为基质沥青质量5%^[17-19]。

为研究不同制备工艺的温拌橡胶沥青性能，本研究采用高速剪切机(GS-1)作为混合机具，制定3种不同制备工艺，分别为：(1)先制备成品橡胶沥青(简称AR)，剪切速度为4 000 r/min，剪切时长为1 h，剪切温度为175 ℃，再将橡胶沥青与温拌剂在160 ℃在条件下混合，并进行10 min剪切(800 r/min)，该方法为温拌橡胶沥青的传统制备方法，所制备的温拌橡胶沥青简称为WAR1。(2)将温拌剂和橡胶颗粒混合并进行24 h的静置吸附，再将混合物与基质沥青进行剪切，剪切速度为4 000 r/min，剪切时长为1 h，剪切温度为160 ℃，所制备的温拌橡胶沥青简称WAR2。(3)在制备橡胶沥青过程中加入温拌剂，剪切速度为4 000 r/min，剪切时长为1 h，剪切温度为160 ℃，所制备的温拌橡胶沥青简称WAR3。

针对不同制备工艺的温拌橡胶沥青以及橡胶沥青进行流变性能分析，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)开展针入度、软化点、动态流变剪切(DSR)与弯曲梁流变(BBR)试验。根据SHRP沥青PG分级要求中的性能指标开展对比分析，研究不同制备工艺下温拌橡胶沥青流变性能差异，以及温拌剂对橡胶沥青的性能影响。分析的主要技术指标包括针入度、软化点、车辙因子(G^*/sin δ)、相位角(δ)与疲劳因子(G^* ·sin δ)。同时针对不同制备工艺的温拌橡胶沥青开展红外光谱分析，研究不同制备工艺对于温拌橡胶沥青化学组成的影响。此外，采用不同的胶结料进行混合料成型，开展相关性能试验，其中混合料级配类型采用ARHM-16，级配参数如表 4所示，油石比为5.2%。采用混合料试件开展体积参数测定，研究不同制备工艺的温拌橡胶沥青对压实温度的降幅；同时按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)开展车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验与小梁低温弯曲试验，研究不同制备工艺的温拌橡胶沥青抗车辙能力、水稳定性与抗低温开裂能力性能差异，分析温拌剂对橡胶沥青混合料性能的影响。

橡胶沥青与不同制备工艺的温拌橡胶沥青针入度与软化点试验结果如图 1所示。

图 1 针入度及软化点试验结果 Fig. 1 Test results of penetration and softening points

图选项

由图 1可知，温拌橡胶沥青较橡胶沥青针入度指标明显增大，软化点明显减小，其中WAR1, WAR2与WAR3针入度指标较AR针入度指标分别增加90%, 75%与78%，WAR1, WAR2与WAR3软化点指标较AR软化点指标分别减少31%, 20%与34%。分析原因主要是所采用的温拌剂起到表面活性剂作用，表面活性剂有极性的头部和非极性的尾部，其中非极性尾部易吸附于沥青表面，极性的头部易吸附橡胶颗粒，起到近似润滑剂的作用，使沥青组分更易在橡胶颗粒上移动，进而增大了针入度。不同制备工艺的温拌橡胶沥青针入度变化差异较小，其中WAR2与WAR3针入度基本一致。WAR2温拌橡胶沥青软化点明显高于WAR1与WAR2，并且WAR1与WAR2软化点基本一致。

橡胶沥青与不同制备工艺的温拌橡胶沥青流变性能试验结果如图 2所示，其中胶结料老化采用旋转薄膜加热老化的方式。

图 2 老化前后高温流变性能 Fig. 2 High temperature rheological property before and After aging

图选项

由图 2中(a)与(b)可知，老化前温拌橡胶沥青车辙因子明显小于橡胶沥青，老化后温拌橡胶沥青与橡胶沥青车辙因子差距明显变小。沥青PG等级分级中要求沥青老化前车辙因子G^*/sin δ大于等于1 kPa，老化后车辙因子G^*/sin δ大于等于2.2 kPa^[20]。不同制备工艺温拌橡胶沥青满足PG等级要求的温度如表 5所示。

由表 5可知，AR老化前后均满足PG 94高温车辙指标要求，在加入温拌剂后，WAR2高温车辙指标下降最小，老化前后均满足PG 88高温车辙指标要求，而WAR3高温车辙指标下降最大，老化前后仅满足PG 82高温车辙指标要求。掺入温拌剂将导致橡胶沥青的高温抗车辙能力明显下降，但不同制备工艺形成的温拌橡胶沥青高温抗车辙能力下降幅度差异较大，其中将温拌剂与橡胶颗粒进行预先搅拌的WAR2工艺可以利用温拌剂表面活性作用，均匀吸附在橡胶颗粒表面，有利于橡胶颗粒与基质沥青的融合，一定程度上可以减小因加入温拌剂而导致的高温抗车辙能力下降的影响。

由图 2(c)与图 2(d)可知，加入温拌剂形成的温拌橡胶沥青较橡胶沥青相位角明显增大，即温拌剂可降低橡胶沥青的黏性。老化前温拌橡胶沥青与橡胶沥青的相位角差异较大，但老化后的差异明显减少，该规律与车辙因子老化前后性能变化规律相一致，表明胶结料老化之后，温拌剂对胶结料抗车辙能力与黏性所产生的影响将逐渐变小。老化前后的相位角指标均表明WAR2工艺制备的温拌橡胶沥青与橡胶沥青性能指标最为接近，该分析结果与车辙因子试验结果相一致，表明WAR2制备工艺对胶结料的抗车辙能力与黏性影响最小。

为了进一步分析温拌橡胶沥青的高温流变性能，开展动态剪切流变仪频率扫描，其中温度设定为64 ℃，如图 3所示。

图 3 高温流变性能 Fig. 3 High temperature rheological property

图选项

由图 3可知，随着荷载频率增大，温拌橡胶沥青复数模量也逐渐增大。在0~0.1 Hz频率下，相位角相对稳定，并未随着频率的增加而出现明显的变化，在0.1~10 Hz频率下，相位角随着频率的增加而快速减小。此外，在不同频率下，温拌橡胶沥青的相位角均大于橡胶沥青，并且其复数模量均小于橡胶沥青，进一步验证温拌剂将导致橡胶沥青变软的结论。同时，3种制备工艺所生产的温拌橡胶沥青中，WAR2的相位角最小，并且其复数模量最大，表明采用WAR2制备工艺可将温拌剂对橡胶沥青抗车辙能力的影响下降到最低。

橡胶沥青与不同制备工艺的温拌橡胶沥青中温疲劳性能试验结果如图 4所示，其中胶结料老化采用压力老化方式进行。

图 4 疲劳因子检测结果 Fig. 4 Fatigue factor test results

图选项

沥青PG等级分级中要求沥青老化后疲劳因子G^* ·sin δ小于等于5 000 kPa。由图 4可知，受到压力老化后，橡胶沥青与温拌橡胶沥青的疲劳因子均随着温度的升高而降低，温拌橡胶沥青的疲劳性能明显不如橡胶沥青疲劳性能。不同工艺的温拌橡胶沥青疲劳因子较为相近，表明经过老化后，不同制备工艺的温拌橡胶沥青疲劳性能相接近。

橡胶沥青与不同制备工艺的温拌橡胶沥青低温抗裂性能试验结果如图 5所示，其中胶结料老化采用压力老化方式进行。采用BBR试验的劲度模量与斜率m值表征温拌橡胶沥青的低温抗裂性能，如图 5所示。如图 5可知，橡胶沥青与温拌橡胶沥青低温抗裂性能差异不大。

图 5 BBR试验结果 Fig. 5 BBR test result

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针对橡胶沥青与温拌橡胶沥青进行红外光谱试验，结果如图 6所示。由图 6可知，WAR1与WAR3的谱图中吸收峰位置较为接近，表明两者的化学成分相近。上述分析充分解释WAR1与WAR3试验结果相近的原因。WAR2的谱图 1 200 cm^―1处环氧基C—O吸收峰明显强于WAR1与WAR3。相关文献表明，环氧基的形成是由于橡胶与沥青之间发生了相互作用。因此，WAR2中基质沥青与橡胶相互作用较WAR1与WAR3更加充分。分析原因主要是橡胶颗粒通过物理吸附与化学成键的方式固定沥青中无序的烃族分子(疏水分子)，重新排列烃链，使橡胶沥青微观结构更加稳定^[21]。当橡胶沥青中掺入温拌剂后，温拌剂中的亲水分子(羟基O—H)将破坏橡胶沥青的既有结构。同样，在制备橡胶沥青过程中掺入温拌剂也会导致烃族分子的分布状态杂乱无序。因此WAR1与WAR3制备的温拌橡胶沥青性能受到影响。然而WAR2中温拌剂和橡胶在与沥青混合之前已经进行融合，大部分羟基通过氢键或共价键固定在了橡胶表面，即亲水分子已经失去活性，对沥青与胶粉间的作用影响有限。此外温拌剂中芳香分含量多于沥青，会和胶粉实现更充分的脱硫和解聚，从而表现出更好的流变性能^[22]。因此WAR2具有更好的性能。

图 6 红外光谱试验结果 Fig. 6 Infrared spectroscopy test result

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为了研究温拌橡胶沥青的降温效果与路用性能，采用马歇尔击实仪和车辙成型仪在不同的温度下成型马歇尔试件和车辙板试件，并开展密实性试验与路用性能试验。

相关研究表明，橡胶沥青沥青混合料击实温度为175 ℃，而温拌剂降温效果通常为10~30 ℃^[23]。为了进一步分析不同制备工艺生产的温拌橡胶沥青降温效果，分别设置击实温度为175，165，155 ℃与145 ℃，击实完成后开展试件体积参数测定，测定结果如图 7与表 6所示。

图 7 击实温度与空隙率的关系 Fig. 7 Relationship between compaction temperature and porosity

图选项

由表 6可知，AR在175 ℃标准温度下击实的试件空隙率为4.3%，因此以4.3%作为标准空隙率，结合不同制备工艺的温拌橡胶沥青在不同温度下的击实情况，分别获取其温拌橡胶沥青降温效果，结果如图 8所示。由图 8可知，WAR1与WAR2工艺对于降低混合料击实温度的效果较为接近，降温效果分别为18 ℃与17 ℃。WAR3在3种制备工艺中的降温效果最好，达到22 ℃。

图 8 最佳击实温度 Fig. 8 Optimum compaction temperature

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(1) 高温稳定性与低温抗裂性分析

采用橡胶沥青与温拌橡胶沥青进行车辙板试件与小梁试件成型，成型温度分别按照最佳的击实温度来控制，车辙试验(试验温度70 ℃)与小梁低温弯曲试验结果如图 9与图 10所示。

图 9 车辙试验结果 Fig. 9 Rutting test results

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图 10 小梁低温弯曲试验结果 Fig. 10 Trabecular bending test result at low temperature

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由图 9可知，车辙试验结果与沥青的车辙因子试验结果相一致，WAR混合料动稳定度低于AR混合料，WAR1，WAR2与WAR3混合料动力稳定度分别下降27%，16%与26%；3种制备工艺中WAR2混合料动稳定度最大，WAR1与WAR3动稳定度相接近。可见采用不同制备工艺的WAR混合料动稳定度存在一定程度的差异，同时，由于温拌剂的加入，胶结料的性能下降较大，需要在混合料设计过程中有针对性地调整混合料级配，进一步提高混合料的抗车辙能力。

由图 10可知，WAR1，WAR2，WAR3温拌橡胶沥青混合料小梁低温弯曲试验结果与橡胶沥青混合料试验结果差异仅为5.7%，1.8%与― 2.4%，表明温拌剂的掺入并不影响混合料的低温抗裂性能，其与胶结料BBR试验结果相一致。

(2) 橡胶沥青混合料水稳定性能分析

采用橡胶沥青与温拌橡胶沥青进行马歇尔试件成型，成型温度分别按照最佳的击实温度来控制，浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验结果如图 11与图 12所示。

图 11 马歇尔试验结果 Fig. 11 Marshall test result

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图 12 冻融劈裂试验结果 Fig. 12 Results of freeze-thaw splitting test

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由图 11与图 12可知，不同胶结料残留稳定度试验结果与冻融劈裂试验结果差异较小，表明温拌剂的掺入不会引起混合料水稳定性的变异，制备工艺的不同也不会影响混合料水稳定性。

通过分析不同制备工艺的温拌橡胶沥青的流变性能指标及其混合料的路用性能，形成如下结论。

(1) 温拌剂的掺入将导致橡胶沥青针入度增大，软化点减小，抗车辙性能下降，胶结料整体变软，但不会对橡胶沥青的低温抗裂性与抗疲劳性能产生影响。

(2) 由于提前混合温拌剂与橡胶颗粒，WAR2制备工艺可降低橡胶沥青的剪切温度，实现第1次降温；温拌剂的掺入可将橡胶沥青混合料的击实温度下降17~22 ℃，实现第2次降温，具有良好的降温效果。

(3) 温拌剂的掺入不会对橡胶沥青混合料的低温抗裂性与水稳定性产生影响。

(4) WAR2制备工艺可将温拌剂对橡胶沥青抗车辙能力的影响下降到最低，并使橡胶沥青与橡胶沥青混合料的生产温度降低，在3种不同制备工艺中具有明显的优势。