馬德崇(山西省交通科學(xué)研究院,山西太原 030006)

高性能瀝青混合料改性劑的制備及應(yīng)用研究

馬德崇(山西省交通科學(xué)研究院,山西太原 030006)

采取化學(xué)方法,以線性低密度聚乙烯或再生聚乙烯、增塑劑及抗老化劑為主要成分,經(jīng)化學(xué)接枝,制備了高性能瀝青混合料改性劑,將自制的改性劑用于制備改性瀝青混合料,通過(guò)試驗(yàn)研究分析了不同改性劑摻量下對(duì)瀝青混合料性能影響,結(jié)果表明:經(jīng)改性劑改性后能夠提高混合料的高溫抗車(chē)轍能力、低溫抗裂能力和水穩(wěn)定性。

自制改性劑 制備 摻量 路用性能

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和交通事業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)高速公路的要求也越來(lái)越高,目前瀝青混合料低溫抗裂性和高溫穩(wěn)定性差,路面易出現(xiàn)早期損壞,尤其在氣候、溫度變化范圍較廣的地區(qū),溫縮開(kāi)裂是十分普遍和嚴(yán)重的路面病害,瀝青路面面臨較大的機(jī)遇和挑戰(zhàn),為提高路面綜合性能要求,在基質(zhì)瀝青中添加外加劑對(duì)瀝青改性已成為改善瀝青路用性能的重要手段。本文采用自制改性劑,結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)不同摻量的改性劑進(jìn)行瀝青混合料的路用性能研究。

2 試驗(yàn)用原材料

(1)聚乙烯、馬來(lái)酸酐、引發(fā)劑、鈣粉、樹(shù)脂及抗老化劑。(2)改性劑:自制(外觀為黑色顆粒;密度0.95～1.03g/cm3;軟化點(diǎn)120～150℃;粒徑2～4cm)。(3)瀝青:殼牌90號(hào)瀝青。(4)集料:采用石灰?guī)r。

圖1 不同改性劑摻量下瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度對(duì)比

圖2 不同摻量改性劑瀝青混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變圖

3 改性劑的制備

高性能瀝青混合料改性劑是把各種高分子聚合物和其他功能性成份,通過(guò)共混接枝改性的方法,利用專(zhuān)門(mén)的化學(xué)工藝,在聚合物分子鏈上接枝極性官能團(tuán),實(shí)現(xiàn)高分子聚合物的接枝改性,發(fā)揮各自材料優(yōu)勢(shì)、消弱不利性能,形成具有所需功能性質(zhì)的高分子混合物新材料。

按各組份質(zhì)量份配比,(1)將聚合物100份,酸酐0.1～5份,引發(fā)劑0.01～2份在高速混合機(jī)中充分混合,經(jīng)雙螺桿擠出造粒制得改性聚合物;(2)將改性聚合物60～90份,填料10～30份,增韌劑10～20份,增粘劑0.5～10份,抗氧化劑0.1～5份在高速混合機(jī)中充分混合,然后將混合物加入到雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混,控制溫度160℃～200℃,螺桿轉(zhuǎn)速20～40r/min,經(jīng)擠出造粒制得高性能瀝青混合料改性劑。

4 路用性能分析

4.1 自制改性劑改性瀝青混合料高溫性能試驗(yàn)

根據(jù)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》,對(duì)不同摻量下自制改性劑瀝青混合料及無(wú)改性劑AC-20型瀝青混合料進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn),其相應(yīng)變形量和動(dòng)穩(wěn)定度如表1和圖1所示。

從試驗(yàn)結(jié)果可知,改性劑對(duì)瀝青混合料改性后,顯著提高了瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度,提高幅度最高可達(dá)641.1%。而且隨著改性劑摻量的增加車(chē)轍深度降低,說(shuō)明自制改性劑改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性的同時(shí),能夠大大降低路面產(chǎn)生車(chē)轍的幾率,減少車(chē)轍的深度或推遲車(chē)轍的出現(xiàn)。

4.2 自制改性劑改性瀝青混合料低溫抗裂性能試驗(yàn)

圖3 摻量與瀝青混合料凍融劈裂殘留強(qiáng)度比關(guān)系圖

表1 不同摻量改性劑車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

表2 不同摻量德路加D-2低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

表1

根據(jù)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》,對(duì)不同摻量下自制改性劑瀝青混合料及無(wú)改性劑AC-20型瀝青混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn),其相應(yīng)結(jié)果如表2和圖2所示。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,摻加自制改性劑瀝青混合料的破壞應(yīng)變相比無(wú)改性劑瀝青混合料有所增加,且隨著改性劑摻量的增加,其極限破壞應(yīng)變?cè)龃?當(dāng)摻量為0.3%時(shí),相應(yīng)破壞應(yīng)變能夠滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》相應(yīng)的技術(shù)要求。表明摻加自制改性劑的瀝青混合料極限破壞應(yīng)變相比無(wú)改性劑瀝青混合料的極限破壞應(yīng)變有所提高。

4.3 自制改性劑改性瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)

根據(jù)JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》,采用凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)不同摻量下自制改性劑瀝青混合料及無(wú)改性劑AC-20型瀝青混合料進(jìn)行水穩(wěn)定性試驗(yàn),其相應(yīng)結(jié)果如表3和圖3所示。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,經(jīng)改性劑改性瀝青混合料后,其凍融劈裂殘留強(qiáng)度比相比無(wú)改性劑的瀝青混合料有所增加,其最低值都達(dá)到了90.26%以上,遠(yuǎn)高于(JTG F40-2004)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求的85%;同時(shí)可知,隨著摻量的增加,自制改性劑瀝青混合料的未凍融劈裂抗拉強(qiáng)度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度相比無(wú)改性劑瀝青混合料都有提高,可以看出,添加自制改性劑的瀝青混合料的凍融和未凍融劈裂抗拉強(qiáng)度都有明顯提高,且隨改性劑摻量的增加而增大,反映自制改性劑對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性具有改善作用。

5 結(jié)語(yǔ)

室內(nèi)試驗(yàn)研究表明:①添加自制改性劑能夠顯著改善瀝青混合料的高溫性能。另外,自制改性劑改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性的同時(shí),能夠大大降低路面產(chǎn)生車(chē)轍的幾率,減少車(chē)轍的深度或推遲車(chē)轍的出現(xiàn)。②摻加自制改性劑瀝青混合料的彎拉破壞應(yīng)變相比無(wú)改性劑瀝青混合料的有明顯提高,隨著改性劑摻量的增加,其極限破壞應(yīng)變?cè)龃?當(dāng)摻量為0.3%時(shí),相應(yīng)破壞應(yīng)變能夠滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》相應(yīng)的技術(shù)要求,提高瀝青混合料的低溫抗裂性能明顯。③自制改性劑瀝青混合料的未凍融劈裂抗拉強(qiáng)度和凍融劈裂抗拉強(qiáng)度相比無(wú)改性劑瀝青混合料都有提高,且隨改性劑摻量的增加而增大,表明自制改性劑對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)定性具有改善作用。

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馬德崇(1983—),男,安徽亳州人,理學(xué)博士,工程師,2012畢業(yè)于湖南大學(xué)化學(xué)專(zhuān)業(yè),現(xiàn)從事路面材料的研究開(kāi)發(fā)工作。通訊作者:馬德崇。