張　濤， 李東興

(1.河北軌道運(yùn)輸職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 河北 石家莊　050091；　2.石家莊中天工程建設(shè)監(jiān)理有限公司， 河北 石家莊　050091)

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多聚磷酸與SBR復(fù)合改性瀝青混合料性能及改性機(jī)理

張濤1， 李東興2

(1.河北軌道運(yùn)輸職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 河北 石家莊050091；2.石家莊中天工程建設(shè)監(jiān)理有限公司， 河北 石家莊050091)

[摘要]通過(guò)對(duì)多聚磷酸與SBR復(fù)合改性瀝青混合料性能的系統(tǒng)研究，基于寬溫域?yàn)r青混合料的高低溫和抗老化性能特殊要求，確定了多聚磷酸與SBR適宜的摻配比例，系統(tǒng)評(píng)價(jià)了復(fù)合改性瀝青混合料的路用性能，揭示了多聚磷酸與SBR復(fù)合改性瀝青的機(jī)理。研究結(jié)果表明：用于寬溫域?yàn)r青混合料的多聚磷酸與SBR復(fù)合改性瀝青中，SBR的推薦摻量為3%～3.5%，多聚磷酸的推薦摻量為1%～1.5%；SBR與多聚磷酸復(fù)合改性瀝青可大幅改善SMA以及AC型瀝青混合料的路用性能，提高瀝青混合料熱老化和紫外線(xiàn)老化后的低溫抗裂性和抗疲勞耐久性。

[關(guān)鍵詞]道路工程； 多聚磷酸； 多聚磷酸與SBR復(fù)合改性瀝青； 路用性能； 抗老化性能

0前言

我國(guó)部分季節(jié)性冰凍區(qū)和高海拔地區(qū)晝夜溫差大、極端最低氣溫低，路面結(jié)構(gòu)通常要經(jīng)歷-40 ℃～40 ℃的溫度變化，加之超載、熱老化和紫外線(xiàn)老化等作用導(dǎo)致該區(qū)域路面病害十分突出，嚴(yán)重影響了路面行駛質(zhì)量和耐久性[1-3]。提高強(qiáng)輻射、大溫差等惡劣環(huán)境條件下瀝青路面的耐久性一直是道路工作者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外大量研究和實(shí)踐表明，SBR改性劑在改善瀝青混合料的低溫抗裂性、抗疲勞性能等表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，但其高溫性能稍差，考慮到我國(guó)高速公路的主要破壞形式為車(chē)轍，工程實(shí)踐中多采用SBS改性劑。PPA是一種優(yōu)良的化學(xué)改性劑，其能夠與瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成穩(wěn)定的化學(xué)鍵或化學(xué)基團(tuán)，由此制備的化學(xué)改性瀝青可彌補(bǔ)目前聚合物改性瀝青熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性不足、與基質(zhì)瀝青相容性差、加工工藝復(fù)雜、成本較高等問(wèn)題[4-6]，研究表明，添加適量的PPA后，瀝青高溫性能感溫性有所提升，同時(shí)瀝青高溫性能增加幅度較大，增加了聚合物改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，但是PPA會(huì)對(duì)瀝青的低溫性能產(chǎn)生一定的負(fù)面影響[7]。研究結(jié)果表明[1,6-9]，PPA與SBS復(fù)合改性瀝青可以充分發(fā)揮SBS和PPA對(duì)瀝青的改性作用，提高瀝青混合料的高低溫性能、水穩(wěn)定性和抗疲勞耐久性，同時(shí)降低SBS摻量。但目前針對(duì)多聚磷酸與SBR復(fù)合改性瀝青及其混合料的研究仍未曾涉及，鮮見(jiàn)PPA與SBR復(fù)合改性瀝青混合料性能及機(jī)理方面研究。為此，本文研究了多聚磷酸與SBR復(fù)合改性瀝青及其混合料性能、改性機(jī)理，通過(guò)室內(nèi)模擬老化試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了紫外線(xiàn)老化與熱老化作用下PPA與SBR復(fù)合改性瀝青混合料低溫抗裂性和抗疲勞耐久性，進(jìn)而優(yōu)選出復(fù)合改性瀝青混合料最佳的PPA和SBR摻量，為該項(xiàng)技術(shù)在高海拔和季凍區(qū)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

1原材料技術(shù)性能及復(fù)合改性瀝青制備

瀝青采用SK70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青，經(jīng)檢測(cè)瀝青各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。大量研究和工程實(shí)踐表明，經(jīng)多聚磷酸改性后瀝青的布式粘度增加，高溫性能有較明顯的提高，溫度敏感性降低，但PPA對(duì)瀝青混合料的低溫抗裂性能改善效果不佳甚至有負(fù)面影響，基于此目前多采用多聚磷酸與SBS復(fù)配方案以綜合改善瀝青混合料的高低溫性能。針對(duì)西藏高寒、高輻射區(qū)瀝青混合料的特殊性能要求，本文采用PPA與橡膠粉復(fù)合改性，試驗(yàn)采用濃度為110%的工業(yè)用多聚磷酸，其主要技術(shù)指標(biāo)均滿(mǎn)足要求。參考已有研究成果和陜西等地的工程實(shí)踐情況，本文初選的多聚磷酸摻量為1%、1.25%、1.5%和2%，每個(gè)多聚磷酸摻量條件下變化SBS摻量為2.5%、3.0%和3.5%，對(duì)照組SBS改性劑選用岳陽(yáng)石化YH-801、S/B=30/79星型SBS改性劑，摻量為4.5%。SBR來(lái)自實(shí)體工程，由蘭州石化公司生產(chǎn)，SBS改性劑中結(jié)合苯乙烯含量為24.5%，SBS和SBR改性劑的技術(shù)性能指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

經(jīng)室內(nèi)反復(fù)試驗(yàn)，以?xún)?chǔ)存穩(wěn)定性和瀝青的低溫抗裂性為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，確定制備PPA聚合物改性瀝青時(shí)首先應(yīng)加入聚合物改性劑，然后再加入多聚磷酸。具體制備工藝參數(shù)如下： ①熱基質(zhì)瀝青至160～165 ℃，加入適量聚合物改性劑(SBS或SBR)； ②165～170 ℃溶脹15min； ③ 4500r/min剪切30min； ④加入適量多聚磷酸(瀝青質(zhì)量的百分比)； ⑤5000r/min剪切30min； ⑥放入165 ℃烘箱中發(fā)育6h后制成PPA與SBR(SBS)復(fù)合改性瀝青。

2多聚磷酸與SBR最佳摻配比例

2.1多聚磷酸和SBR摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青常規(guī)性能的影響

SHRP研究表明，瀝青在低溫抗裂中貢獻(xiàn)為87%，對(duì)混合料疲勞性能的貢獻(xiàn)為52%，瀝青結(jié)合料對(duì)低溫抗裂性能起到?jīng)Q定性的作用，將SBR與PPA復(fù)配可達(dá)到全面改善瀝青高低溫性能的目的，不同SBR和PPA摻量復(fù)合改性瀝青常規(guī)性能試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，圖1。

表1及圖1試驗(yàn)結(jié)果表明：

① 相同SBR摻量情況下，隨著PPA摻量增大，復(fù)合改性瀝青混合料的針入度減小，軟化點(diǎn)增大，135 ℃運(yùn)動(dòng)粘度顯著增大，軟化點(diǎn)作為瀝青的高溫指標(biāo)，其值越大瀝青的高溫性能越好，可見(jiàn)增大PPA后復(fù)合改性瀝青變硬，高溫性能提高，3.0%和3.5%SBR摻量條件下，當(dāng)PPA摻量超過(guò)1.5%時(shí)復(fù)合改性瀝青135 ℃黏度超過(guò)了3.0Pa·s,為了保證復(fù)合夏季瀝青的高溫性能哈良好的施工性能PPA摻量宜為1.0%～1.5%。

表1 不同PPA與SBR摻量復(fù)合改性方案瀝青指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Table1 PPAandSBRcompoundmodifiedasphaltper-formanceindextestresultswithdifferentSBRandPPAcontent改性劑摻量測(cè)試指標(biāo)SBR/%PPA/%25℃針入度/(0.1mm)軟化點(diǎn)/℃5℃延度/cm135℃黏度/(Pa·s)黏韌性/(N·m)韌性/(N·m)0 76 47.4 56.4 1.39 3.68 1.731.0 67 64.2 53.3 1.75 5.98 2.122.51.25 64 67.9 50.3 2.18 6.45 3.421.5 62 69.2 49.4 2.37 7.94 4.872.0 54 71.2 47.2 2.53 8.82 5.670 73 49.7 63.4 1.72 5.18 2.1 1.0 63 66.6 62.2 2.09 7.18 3.423.01.25 60 69.3 60.4 2.63 9.35 4.721.5 57 73.1 58.6 2.8310.14 5.972.0 51 75.4 56.1 3.0611.32 6.670 72 53.1 68.4 2.12 6.18 3.171.0 61 69.6 64.1 2.69 9.18 5.143.51.25 56 74.4 62.5 2.9510.35 6.341.5 52 76.5 59.7 3.0311.14 7.132.0 46 78.4 57.4 3.1612.32 8.684.5%SBR 72 56.5 75.3 2.46 6.98 4.124.5%SBS 68 76.8 71.3 2.7510.34 6.8 技術(shù)要求<80>65 >60 <3 ≥5 ≥2.5

圖1　PPA和SBR摻量與復(fù)合改性瀝青常規(guī)性能擬合結(jié)果Figure 1　PPA and SBR compound modified asphalt performance index fitting results with different PPA and SBR content

② 相同SBR摻量情況下，復(fù)合改性瀝青5 ℃延度隨PPA摻量的增大而減小，延度作為瀝青的低溫指標(biāo)，其值越小瀝青的低溫性能越差，可見(jiàn)增大PPA摻量將會(huì)對(duì)復(fù)合改性瀝青的低溫抗裂性產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，黏韌性試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著PPA摻量增大，復(fù)合改性瀝青黏韌性和韌性試驗(yàn)結(jié)果均增大，這與5℃延度試驗(yàn)結(jié)果相反，分析其原因，瀝青的低溫性能不僅與其變形能力有關(guān)，也取決于其低溫條件下的釋放荷載能力。

③ 相同PPA摻量條件下，復(fù)合改性瀝青的135 ℃粘度、針入度、軟化點(diǎn)、延度均隨著SBR摻量的增大而增大，結(jié)合方差分析，SBR摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青的135 ℃粘度和5 ℃延度有顯著影響。以5 ℃延度不小于60cm為主要評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，SBR摻量宜為3.0%～3.5%。

④ 考慮到西藏地區(qū)紫外線(xiàn)輻射強(qiáng)烈、晝夜溫差大等氣候條件，兼顧《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(F40-2004)SBR改性瀝青I-A低溫性能和SBS改性瀝青I-C高溫技術(shù)性能要求，確定高寒區(qū)復(fù)合改性瀝青指標(biāo)為：針入度=60～80(0.1mm)，5 ℃延度≥60cm，軟化點(diǎn)≥55 ℃，135 ℃運(yùn)動(dòng)粘度≤3Pa，黏韌性≥5N·m，韌性≥2.5N·m。將表1試驗(yàn)結(jié)果與上述季凍區(qū)改性瀝青技術(shù)要求對(duì)比可優(yōu)選出3種不同復(fù)配方案：復(fù)配方案Ⅰ(2.5%SBR+1.5%PPA)、復(fù)配方案Ⅱ(3.0%SBR+1.25%PPA)、復(fù)配方案Ⅲ(3.5%SBR+1.0%PPA)，3種復(fù)合改性瀝青均可達(dá)到甚至超過(guò)4.5%SBS改性瀝青常規(guī)性能。

2.2多聚磷酸與SBR復(fù)合改性瀝青PG分級(jí)

為了把SBR與PPA復(fù)合改性瀝青的性能與使用環(huán)境對(duì)應(yīng)起來(lái)，采用DSR試驗(yàn)，RTFOT(短期老化)和PAV(長(zhǎng)期老化)后的BBR試驗(yàn)劃分復(fù)合改性瀝青的PG等級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 PPA與SBR復(fù)合改性瀝青PG分級(jí)結(jié)果Table2 PPAandSBRmodifiedasphaltcompositePGclassificationresultsSBR摻量/%PPA/%01.01.251.50 PG58-22PG70-22PG82-16PG88-162.5PG64-28PG76-28PG82-28PG88-283.0PG64-28PG82-28PG88-28PG88-283.5PG64-28PG82-34PG88-34PG88-284.5PG64-344.5%SBS改性瀝青PG82-28

表2試驗(yàn)結(jié)果表明:PPA改性瀝青中，PPA摻量由0%增大到2.0%，改性瀝青的高溫PG等級(jí)由58℃提高到88℃，提高了5個(gè)等級(jí)；相同PPA摻量下，增大SBR摻量可提高復(fù)合改性瀝青低溫等級(jí)，而對(duì)其高溫等級(jí)提高不明顯，這與針入度體系指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果相吻合。摻加PPA后顯著提高了復(fù)合改性瀝青的高溫等級(jí)， 2.5%SBR+1.5%PPA、3.0%SBR+1.25%PPA、3.5%SBR+1.0%PPA3種復(fù)配方案下復(fù)合改性瀝青的PG分級(jí)為PG82-28、PG88-28、PG82-34，其中3.5%SBR+1.0%復(fù)配方案高溫和低溫等級(jí)均優(yōu)于4.5%SBS改性瀝青。

3多聚磷酸與SBR復(fù)合改性瀝青混合料路用性能

為了優(yōu)化出最佳的SBR與PPA復(fù)配方案，試驗(yàn)選用2.5%SBR+1.5%PPA、3.0%SBR+1.25%PPA、3.5%SBR+1.0%PPA、4.5%SBS四種改性瀝青，選用AC-13和SMA-13兩種級(jí)配對(duì)不同復(fù)配方案PPA與SBR復(fù)合改性瀝青混合料的路用性能展開(kāi)研究。

3.1馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)時(shí)10～15、5～10mm兩檔粗集料選用玄武巖，3～5、0～3mm細(xì)集料選用石灰?guī)r，礦粉由石灰?guī)r磨制而成，混合料合成級(jí)配見(jiàn)表3，馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

3.2路用性能試驗(yàn)結(jié)果

按照現(xiàn)行施工規(guī)范要求采用車(chē)轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，車(chē)轍試驗(yàn)參數(shù)為：試驗(yàn)溫度60 ℃，試驗(yàn)輪行走速率(42±1)次/min，試件尺寸為

表3 AC—13和SMA—13混合料試驗(yàn)級(jí)配組成Table3 AC—13andSMA—13asphaltmixturesynthesisgrading級(jí)配類(lèi)型不同篩孔(mm)通過(guò)百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075SMA—1310095.870.232.423.520.517.113.111.69.7AC—1310095.471.854.935.627.419.615.110.56.7

表4 AC—13和SMA—13不同改性瀝青復(fù)配方案及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果Table4 AC—13andSMA—13differentmodifiedasphaltmarshalltestresults混合料類(lèi)型瀝青復(fù)配方案OAC/%VV/%VMA/%VFA/%MS/kNFL/mm2.5%SBR+1.5%PPA4.464.014.6466.7411.232.35AC—133.0%SBR+1.25%PPA4.524.014.7767.3011.762.263.5%SBR+1.0%PPA4.484.014.6267.2611.962.154.5%SBS4.734.014.6766.5011.362.292.5%SBR+1.5%PPA5.734.017.5676.7710.172.40SMA—133.0%SBR+1.25%PPA5.804.017.5176.9111.442.343.5%SBR+1.0%PPA5.864.017.7976.9911.832.224.5%SBS5.704.017.6777.3511.412.36

300mm(長(zhǎng))×300mm(寬)×100mm(高)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。采用-10 ℃小梁彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性，低溫彎曲試驗(yàn)參數(shù)為：試驗(yàn)溫度為-10 ℃，加載速率為50mm/min，試驗(yàn)時(shí)采用單點(diǎn)加載方式，支點(diǎn)間距200mm，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)復(fù)合改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性，浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗(yàn)試件制備和試驗(yàn)方法嚴(yán)格按照《公路瀝青路面施工規(guī)范》(JTGF40—2004)和《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20-2011)執(zhí)行，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 不同復(fù)配方案車(chē)轍試驗(yàn)和改性瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果Table5 Ruttingtestresultsandlowtemperaturebendingtestresultswithdifferentcompoundmodifiedasphalt瀝青復(fù)配方案車(chē)轍試驗(yàn)改性瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)AC—13C改性瀝青混合料SMA—13改性瀝青混合料AC—13C改性瀝青混合料SMA—13改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度DS/(次·mm-1)60min車(chē)轍變形量/mm動(dòng)穩(wěn)定度DS/(次·mm-1)60min車(chē)轍變形量/mm抗彎拉強(qiáng)度/MPa彎拉應(yīng)變/με抗彎拉強(qiáng)度/MPa彎拉應(yīng)變/με2.5%SBR+1.5%PPA41451.91259761.77511.54346411.7344753.0%SBR+1.25%PPA39292.04357411.84312.20374112.5449843.5%SBR+1.0%PPA36362.11555031.88512.36428512.6353854.5%SBS38862.06656311.86610.64329811.113685

表5、表6路用性能試驗(yàn)結(jié)果表明：

① 采用PPA與SBR復(fù)合改性瀝青可在大幅度提高AC-13和SMA-13混合料的高溫穩(wěn)定性，在一定程度上改善效果優(yōu)于SBS改性瀝青混合料，AC-13和SMA-13改性瀝青混合料，不同復(fù)配方案車(chē)轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度大小：2.5%SBR+1.5%PPA>3.0%SBR+1.25%PPA>4.5%SBS>3.5%SBR+1.0%PPA，PPA與SBR復(fù)合改性瀝青混合料DS滿(mǎn)足規(guī)范大于2800次/mm要求。

表6 不同復(fù)配方案改性瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Table6 waterstabilitytestresultswithdifferentcompoundmodifiedasphalt瀝青復(fù)配方案AC—13C改性瀝青混合料SMA—13改性瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)凍融劈裂試驗(yàn)瀝青復(fù)配方案浸水馬歇爾試驗(yàn)MS/kNMS1/kNMS0/%RT1/MPaRT2/MPaTSR/%MS/kNMS1/kNMS0/%RT1/MPaRT2/MPaTSR/%2.5%SBR+1.5%PPA10.910.293.61.2161.14193.811.8311.2795.31.1631.09994.53.0%SBR+1.25%PPA11.310.794.71.2641.20395.212.111.6496.21.2031.15195.73.5%SBR+1.0%PPA11.611.195.61.2791.18792.811.9411.5796.91.1871.10693.24.5%SBS9.99.494.91.2191.13693.211.1310.5594.81.1361.06994.1

② 在低溫抗裂性方面，由于多年凍土區(qū)和季節(jié)性冰凍地區(qū)低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，一天當(dāng)中溫差變化劇烈，且極端最低溫度低，這對(duì)瀝青混合料的低溫性能提出了更高要求。相比SBS改性瀝青混合料，采用PPA與SBR復(fù)配方案改善了AC和SMA混合料的抗彎拉強(qiáng)度和彎拉應(yīng)變，3.5%SBR+1.0%PPA改性方案對(duì)AC和SMA混合料低溫彎拉應(yīng)變的提高幅度達(dá)的30%和46.1%，可見(jiàn)PPA與SBR復(fù)合改性瀝青顯著改善了瀝青混合料的低溫抗裂性。

③ 浸水馬歇爾、凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表明，3種復(fù)配方案的復(fù)合改性瀝青混合料在水穩(wěn)定方面，浸水馬歇爾殘留強(qiáng)度比和凍融劈裂強(qiáng)度均可達(dá)到90%以上，可見(jiàn)其優(yōu)良的水穩(wěn)定性。對(duì)于A(yíng)C-13和SMA混合料，復(fù)合改性瀝青混合料的凍融和浸水后的劈裂強(qiáng)度、馬歇爾穩(wěn)定度均大于SBS改性瀝青混合料，表明采用復(fù)合改性可以顯著改善瀝青混合料的抗水損害能力。

4多聚磷酸與SBR復(fù)合改性瀝青混合料抗老化性能研究

4.1模擬老化試驗(yàn)條件

造成瀝青的老化主要因素包括紫外線(xiàn)和熱的老化，為了更好地模擬瀝青路面的現(xiàn)場(chǎng)老化過(guò)程，短期老化試驗(yàn)方法為：將不同復(fù)合改性瀝青(質(zhì)量為35g)注入盛樣瓶中，每組平行試驗(yàn)8個(gè)，以15±0.2r/min速度轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)開(kāi)始以流4000mL/min的熱空氣噴入轉(zhuǎn)動(dòng)著的盛樣瓶的試樣中，使其在163±0.5 ℃溫度受熱時(shí)間2.5h。經(jīng)室內(nèi)短期老化后，將所得樣品放入加速老化試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)期老化模擬，其試驗(yàn)條件是：溫度為40 ℃，相對(duì)濕度80%，紫外光(波長(zhǎng)350nm)光強(qiáng)為60W/m2，老化時(shí)間1000h，研究表明上述老化方法可模擬瀝青路面早期三年的現(xiàn)場(chǎng)老化效果熱老化試驗(yàn)條件為： 將松散混合料在135 ℃、4h強(qiáng)制通風(fēng)條件下烘箱加熱來(lái)模擬短期老化，成型的試件在85 ℃、5d強(qiáng)制通風(fēng)條件下的延時(shí)烘箱加熱來(lái)模擬瀝青混合料長(zhǎng)期老化，本文變化PPA摻量研究老化前后PPA摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青混合料低溫抗裂性和抗疲勞開(kāi)裂性能的影響。

4.2低溫抗裂性

試驗(yàn)時(shí)按照上述試驗(yàn)方法對(duì)拌合均勻的復(fù)合改性瀝青混合料分別進(jìn)行短期老化和長(zhǎng)期老化處理，不同復(fù)合改性瀝青老化前后的低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3。

圖2　不同復(fù)配方案改性瀝青混合料老化前后抗彎拉強(qiáng)度Figure 2　Before and after aging flexural strength with different complex modified asphalt mixture

圖3　不同復(fù)配方案改性瀝青混合料老化前后最大彎拉應(yīng)變Figure 3　Before and after aging flexural bending tensile strain with different complex modified asphalt mixture

老化后低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明，相比4.5%SBS改性瀝青混合料，短期老化和長(zhǎng)期老化后3種復(fù)合改性瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度和最大彎拉應(yīng)變均大于4.5%SBS改性瀝青混合料，復(fù)配方案Ⅰ(2.5%SBR+1.5%PPA)、復(fù)配方案Ⅱ(3.0%SBR+1.25%PPA)、復(fù)配方案Ⅲ短期和長(zhǎng)期老虎后，無(wú)論是SMA還是AC混合料，其最大彎拉應(yīng)變均大于2800με，仍滿(mǎn)足規(guī)范要求，而4.5%SBS改性瀝青混合料經(jīng)長(zhǎng)期老化后最大彎拉應(yīng)變下降至2303με，可見(jiàn)采用PPA與SBR復(fù)配方案顯著改善了瀝青混合料熱老化和紫外線(xiàn)老化后的低溫抗裂性。

4.3抗疲勞耐久性

本部分試驗(yàn)采用中點(diǎn)加載簡(jiǎn)支梁彎曲試驗(yàn)法，加載模式為控制應(yīng)力方式。試驗(yàn)時(shí)按照J(rèn)TGE20—2011中的要求成型車(chē)轍板，切割為40mm×40mm×250mm的棱柱體梁型試件，試驗(yàn)溫度為15 ℃，彎曲疲勞試驗(yàn)選用0.2、0.3、0.4、0.5共4個(gè)應(yīng)力比，在MTS材料試驗(yàn)機(jī)上采用中點(diǎn)加載方式進(jìn)行，支點(diǎn)間距為200mm，加載頻率為10Hz，加載波形為連續(xù)式正弦波，試驗(yàn)結(jié)果圖4所示。

圖4　老化前后復(fù)合改性瀝青混合料疲勞試驗(yàn)雙對(duì)數(shù)擬合結(jié)果Figure 4　Before and after aging compound modified asphalt mixture fatigue test double logarithmic fitting result

疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明： 老化前，相同應(yīng)力水平下，復(fù)配方案Ⅱ、Ⅲ改性瀝青混合料的疲勞壽命大于4.5%SBS改性瀝青混合料，經(jīng)短期和長(zhǎng)期老化后復(fù)合改性瀝青混合料疲勞壽命下降幅度較大，可見(jiàn)老化作用對(duì)復(fù)合改性瀝青混合料抗疲勞耐久性有顯著影響。比較長(zhǎng)期老化后四種改性瀝青混合料疲勞試驗(yàn)擬合曲線(xiàn)斜率和截距可以發(fā)現(xiàn)，采用PPA與SBR復(fù)合改性瀝青混合料顯著改善了AC和SMA混合料老化后的抗疲勞性能，可見(jiàn)PPA與SBR復(fù)合改性瀝青混合料具有優(yōu)良的耐久性。分析PPA對(duì)復(fù)合改性瀝青混合料抗老化性能的改性機(jī)理，經(jīng)過(guò)PPA改性后，瀝青的微觀(guān)形態(tài)會(huì)發(fā)生變化[3,15]，瀝青中的胺鍵和吲哚雙鍵均會(huì)與之發(fā)生反應(yīng)，吲哚的濃度對(duì)反應(yīng)途徑也會(huì)產(chǎn)生影響，吲哚濃度較高時(shí)，反應(yīng)會(huì)生成兩種物質(zhì)，包括2個(gè)N-H鍵生成1個(gè)N-N鍵，2個(gè)吲哚雙鍵生成一個(gè)環(huán)丁基；當(dāng)濃度較低時(shí)，吲哚雙鍵不會(huì)發(fā)生成環(huán)反應(yīng)，而是與PPAO-離子發(fā)生反應(yīng)[14,15]，生成硝基磷酸酯等產(chǎn)物，與SBS改性瀝青相比，在老化過(guò)程中PPA改性瀝青中羰基等官能團(tuán)的生成速度相對(duì)較慢。此外，多聚磷酸會(huì)與復(fù)合改性瀝青中的活性較大的亞砜基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在RTFOT后羰基類(lèi)物質(zhì)生成相對(duì)較少，揮發(fā)較多，從而使得吸光度略有降低。但是在PAV后瀝青中生成的羰基類(lèi)物質(zhì)相對(duì)較多，當(dāng)瀝青的老化達(dá)到了一定的程度且瀝青中的輕質(zhì)組分揮發(fā)基本完成后，其羰基類(lèi)物質(zhì)的積累也一直在進(jìn)行，其含量也會(huì)隨之增長(zhǎng)，進(jìn)而改善了復(fù)合改性瀝青混合料的抗老化性能。

5結(jié)論

① 綜合多聚磷酸與SBR復(fù)合改性瀝青針入度指標(biāo)體系和PG分級(jí)試驗(yàn)結(jié)果，推薦3種PPA與SBR復(fù)配方案：復(fù)配方案Ⅰ(2.5%SBR+1.5%PPA)、復(fù)配方案Ⅱ(3.0%SBR+1.25%PPA)、復(fù)配方案Ⅲ(3.5%SBR+1.0%PPA)，共3種復(fù)配方案下的改性瀝青指標(biāo)可達(dá)到甚至超過(guò)4.5%SBS改性瀝青。

②PPA與SBR復(fù)合改性瀝青具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和抗疲勞耐久性，相比4.5%SBS改性瀝青混合料，3.5%SBR+1.0%PPA改性方案對(duì)AC和SMA混合料低溫彎拉應(yīng)變的提高幅度達(dá)的30%和46.1%，對(duì)高溫的提高幅度為27%，同時(shí)水穩(wěn)定性和抗疲勞性能有所改善，采用PPA與SBR復(fù)配方案有助于提高瀝青路面的耐久性。

③PPA與SBR復(fù)合改性瀝青顯著改善了瀝青混合料短期老化和長(zhǎng)期老化后的低溫性能及抗疲勞耐久性。多聚磷酸與SBR復(fù)合改性瀝青體系生成了新的官能團(tuán)，熱穩(wěn)定性好，聚磷酸會(huì)與復(fù)合改性瀝青中的活性較大的亞砜基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在RTFOT后羰基類(lèi)物質(zhì)生成相對(duì)較少，揮發(fā)較多，從而使得吸光度略有降低，此外SBR自身間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),從而提高了改性瀝青的耐久性。

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RoadPerformanceandModifiedMechanismofPoly-phosphate-acidandSBRCompoundModifiedAsphaltMixture

ZHANGTao1,LIDongxing2

(1.HebeiVocationalandTechnicalCollegeTrackTransport,Shijiazhuang,Hebei050091,China;2.ShijiazhuangZhongtianConstructionSupervisionCo.Ltd.Shijiazhuang,Hebei050091,China)

[Abstract]The systematic study of the polyphosphate and complex SBR modified asphalt mixture performance-based wide temperature domain Asphalt moderate level of anti-aging properties of special requirements， determine the polyphosphate and SBR suitable blending ratio system evaluation of composite Modified asphalt road performance, revealing the mechanism of polyphosphate compound and SBR modified asphalt. The results showed that: polyphosphate wide operating temperature range for asphalt mixture with SBR compound modified asphalt, SBR recommended dosage is 3% to 3.5%, the recommended dosage of poly-phosphate of 1% to 1.5%; SBR and poly-phosphate compound modified bitumen can significantly improve the SMA and AC-type asphalt mixture pavement performance, improve low-temperature cracking resistance of asphalt mixture after heat aging and UV aging and fatigue durability.

[Key words]road engineering； poly-phosphate-acid； polyphosphate and SBR compound modified asphalt； road performance； anti-aging properties

[收稿日期]2015-12-08

[作者簡(jiǎn)介]張濤(1977-)，女，河北張家口人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向： 建筑工程項(xiàng)目管理、建筑工程技術(shù)。

[中圖分類(lèi)號(hào)]U 414.1

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1674-0610(2016)03-0216-07