李麗平， 丁文霞， 盧小麗

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)， 湖北 武漢 430074; 2.湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖北 武漢 430079; 3.武漢工程科技學(xué)院， 湖北 武漢 430200)

多聚磷酸與SBS復(fù)合改性瀝青及其混合料抗老化性能研究

李麗平1， 丁文霞2， 盧小麗3

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)， 湖北 武漢 430074; 2.湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖北 武漢 430079; 3.武漢工程科技學(xué)院， 湖北 武漢 430200)

改善瀝青混合料的抗老化性能，對(duì)于提高瀝青路面的使用壽命有重要意義，基于室內(nèi)模擬老化試驗(yàn)，采用低溫彎曲試驗(yàn)和小梁疲勞試驗(yàn)研究了紫外線(xiàn)老化與熱老化前后多聚磷酸(PPA)摻量對(duì)SBS改性瀝青及其混合料抗老化性能和低溫抗裂性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明： PPA有效的提高了復(fù)合改性瀝青高溫荷載作用下模量的彈性分量比例，改善了復(fù)合改性瀝青及其混合料的高溫抗變形能力，但也會(huì)對(duì)復(fù)合改性瀝青混合料的低溫性能有負(fù)面影響，多聚磷酸的摻加能改善復(fù)合改性瀝青的溫度敏感性和老化前后的抗疲勞耐久性，增大PPA可顯著提高老化后復(fù)合改性瀝青混合料的低溫抗裂性，PPA對(duì)SBS改性瀝青的改性機(jī)理在于PPA能與SBS改性劑粒子共同交織形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，PPA與瀝青質(zhì)膠團(tuán)中的亞砜基發(fā)生酯化反，增強(qiáng)了SBS改性劑在瀝青中的交聯(lián)作用。

道路工程； 多聚磷酸； 復(fù)合改性瀝青混合料； 抗老化性能； 低溫抗裂性； 疲勞性能

0 引言

化學(xué)改性劑能夠與瀝青發(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[1,2]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)瀝青化學(xué)改性劑進(jìn)行大量研究并取得了一些成果，其中，多聚磷酸(PPA)已得到了廣泛應(yīng)用并取得了良好效果。Baumgardner G等[3]利用漢堡車(chē)轍實(shí)驗(yàn)對(duì)PPA與SBS復(fù)合改性瀝青及PPA改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行研究，結(jié)果表明多聚磷酸的加入有助于提高混合料的水穩(wěn)定性。John A.D[4]采用MSCR試驗(yàn)對(duì)不同油源瀝青進(jìn)行了研究，包括PPA改性、SBS改性、PPA與SBS復(fù)合改性及PPA與消石灰復(fù)合改性等，結(jié)果表明PPA的加入有助于提高瀝青的高溫性能， PPA的加入會(huì)提升SBS改性瀝青的高溫性能,加入 PPA后瀝青中出現(xiàn)了絮網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，SBS粒子發(fā)生了交聯(lián)，瀝青的膠體結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，使得瀝青整體性能有一定程度的提高。McGennis等[5]對(duì)美國(guó)亞利桑那州的一個(gè)多聚磷酸改性瀝青實(shí)體工程進(jìn)行了連續(xù)9年的跟蹤檢測(cè)，分析了使用PPA的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，肯定了 PPA改性瀝青用于實(shí)體工程的可行性。趙可等[6]人對(duì)PPA改性瀝青進(jìn)行了流變力學(xué)、組分分析等試驗(yàn)，結(jié)果表明：加入聚磷酸后，瀝青的膠體結(jié)構(gòu)形態(tài)會(huì)發(fā)生改變，對(duì)于C級(jí)石油瀝青，添加適量的PPA后，其感溫性提升，同時(shí)瀝青高溫性能增加幅度較大。毛三鵬[7]研究了聚磷酸對(duì)SBS改性瀝青性能的影響，結(jié)果表明添加聚磷酸能適當(dāng)降低SBS改性劑用量，改善瀝青高溫性能，防止瀝青的離析，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?？偨Y(jié)已有研究成果可發(fā)現(xiàn)，目前對(duì)于PPA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料的研究大部分局限于復(fù)合改性瀝青常規(guī)性能方面，而且大部分僅研究了復(fù)合改性瀝青混合料的高低溫性能和水穩(wěn)定性[8-11]，鮮見(jiàn)PPA與SBS復(fù)合改性瀝青及其混合料抗老化性能方面的研究報(bào)道，此外，在確定復(fù)合改性瀝青混合料最佳PPA摻量時(shí)并未考慮PPA的抗老化作用，且復(fù)合改性瀝青及其混合料低溫抗裂性能研究的有些結(jié)論并不一致。本文通過(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SBS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)合改性瀝青混合料適宜的PPA摻量，為多聚磷酸新型瀝青改性劑在我國(guó)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 原材料及復(fù)合改性瀝青制備

研究表明[1,5,7]，經(jīng)多聚磷酸改性后瀝青的布式粘度增加，高溫性能有著較為明顯的提高，溫度敏感性降低，但其低溫性能略有降低，目前多采用多聚磷酸與聚合物復(fù)配改性瀝青方案， 參考已有研究成果，本文采用PPA與SBS復(fù)合改性，試驗(yàn)采用濃度為110%的多聚磷酸為添加劑，其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1， SBS改性瀝青采用國(guó)琳I — B成品改性瀝青(SBS摻量為4%)(見(jiàn)表2)。

表1 多聚磷酸改性劑物理指標(biāo)Table1 PolyphosphoricacidmodifierphysicalindicatorsP2O5濃度/%25℃密度/(g·m-3)沸點(diǎn)/℃表面張力/(N·cm-1)比熱容/(J·g-1℃-1)蒸汽壓25℃/Pa79519624301071483276

表2 SBS(I-B)改性瀝青技術(shù)指標(biāo)及要求Table2 SBS(IB)modifiedbitumenspecificationsandrequirements試驗(yàn)項(xiàng)目規(guī)定值試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)方法針入度(25℃，5s，100g)/(01mm)80～100872T0604延度(5cm/min，5℃)/cm≥40659T0605軟化點(diǎn)(環(huán)球法)/℃≥50842T0606密度(15℃)/(g·cm-3)實(shí)測(cè)記錄1023T0603

多聚磷酸與SBS復(fù)合改性瀝青制備工藝如下[1]： ①稱(chēng)取預(yù)定質(zhì)量的SBS改性和PPA改性劑(摻量為0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%)； ②將脫水后的SBS改性瀝青加熱至170 ℃攪拌均勻，再以5 g/s的速率逐漸加入多聚磷酸并勻500 r/min速攪拌30 min； ③保持溫度不變，溶脹25 min,在5000 r/min高速剪切機(jī)高速剪切45 min； ④對(duì)制備的不同PPA摻量下的復(fù)合改性瀝青進(jìn)行3大指標(biāo)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3試驗(yàn)結(jié)果表明: ①經(jīng)PPA改性后，復(fù)合改性瀝青針入度、軟化點(diǎn)隨PPA摻量的增大，可見(jiàn)摻加PPA可改善復(fù)合改性瀝青的高溫性能，且PPA摻量小于1.5%時(shí)，增大PPA摻量復(fù)合改性瀝青的針入度、軟化點(diǎn)變化較為顯著，PPA摻量超過(guò)2%后3大指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果變化均趨于平緩，結(jié)合改性瀝青的經(jīng)濟(jì)性判斷，復(fù)合改性瀝青適宜的PPA摻量不宜超過(guò)1.5%； ②相比4%SBS 改性瀝青，隨著PPA摻量的增大復(fù)合改性瀝青的延度呈線(xiàn)性關(guān)系下降，可見(jiàn)PPA的摻加會(huì)對(duì)SBS改性瀝青的低溫抗裂性有不利影響，這一點(diǎn)與國(guó)內(nèi)大量研究成果相吻合。

表3 不同PPA摻量復(fù)合改性瀝青3大指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果Table3 DifferentdosagePPAmodifiedasphaltcompositethreeindextestresults試驗(yàn)項(xiàng)目PPA摻量/%0051152025規(guī)范要求針入度/(01mm)87286485783682281680～100延度/cm659642632621617611≥40軟化點(diǎn)/℃842863874933946952≥50

2 老化作用對(duì)PPA與SBS復(fù)合改性瀝青流變性能的影響

2.1 試驗(yàn)計(jì)劃

造成瀝青的老化主要因素包括紫外線(xiàn)老化和熱老化，為更好的模擬瀝青路面中的現(xiàn)場(chǎng)老化過(guò)程，短期老化試驗(yàn)方法為：將不同PPA摻量的復(fù)合改性瀝青(質(zhì)量為35 g)注入盛樣瓶中,每組平行試驗(yàn)8個(gè)，以15 r/min±0.2 r/min速度轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)開(kāi)始以流4000 mL/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2.5 h。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)350 nm)，光強(qiáng)為60 W/m2，老化時(shí)間1000 h，研究表明上述老化方法可模擬瀝青路面早期3 a的現(xiàn)場(chǎng)老化效果。

2.2 DSR試驗(yàn)結(jié)果及分析

上世紀(jì)90年代美國(guó)SHRP 計(jì)劃引入 DSR 來(lái)測(cè)量瀝青在特定溫度以及加載頻率下的流變性能，從瀝青粘彈性行為角度提出了相應(yīng)的控制參數(shù)指標(biāo)(G*/sinδ、G*sinδ等)，分別以此來(lái)評(píng)價(jià)瀝青的高溫和疲勞性能。G*/sinδ作為瀝青的高溫穩(wěn)定性指標(biāo)，用于評(píng)價(jià)瀝青的高溫抗車(chē)轍性能，其數(shù)值愈大，表明瀝青的抗高溫能力越好，G*/sinδ也成為抗車(chē)轍因子，本文對(duì)老化前后不同PPA摻量的復(fù)合改性瀝青進(jìn)行了DSR試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)的角速度為10 rad/s(相當(dāng)于頻率 1.592 Hz)，試驗(yàn)溫度為72 ℃、以原樣瀝青和旋轉(zhuǎn)薄膜加熱后殘留瀝青的G*/sinδ作為控制指標(biāo)，選取76 ℃溫度分級(jí)進(jìn)行老化前后對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 老化前后復(fù)合改性瀝青DSR試驗(yàn)結(jié)果Table4 CompositemodifiedasphaltDSRtestresultsbeforeandafteraging評(píng)價(jià)指標(biāo)老化程度復(fù)合改性瀝青PPA摻量/%00510152025未老化708576427937874989438954G?/kPa短期老化893577128737883289858994長(zhǎng)期老化983494359436940093129217未老化75．6972．4367．8959．6057．6756．54δ/(°)短期老化67．1270．3165．6762．7158．3657．27長(zhǎng)期老化48．1253．6357．4256．4354．3753．69未老化7．0857．6427．9378．5498．7438．954(G?/sinδ)/kPa短期老化8．9358．4128．6378．8328．9859．194長(zhǎng)期老化9．8349．4359．4369．49．3129．517

表4試驗(yàn)結(jié)果表明: ①老化前，隨著PPA摻量的增大復(fù)合改性瀝青的相位角都有明顯降低，相位角δ隨著 PPA摻量的增加而減小，說(shuō)明PPA有效的提高了復(fù)合改性瀝青高溫荷載作用下模量的彈性分量比例，改善了復(fù)合改性瀝青的高溫抗變形能力，此外PPA摻量小于1.5%時(shí)，隨著PPA摻量的增大，復(fù)合改性瀝青δ顯著減小，G*/sinδ顯著增大，PPA摻量超過(guò)1.5%后，G*/sinδ雖有增大趨勢(shì)，但增幅趨于平緩，以此判斷適宜的PPA摻量為1.5%； ②與老化前復(fù)合改性瀝青相比，短期老化、長(zhǎng)期老化后各PPA摻量下的復(fù)合改性瀝青δ增加，而G*/sinδ增大，相應(yīng)瀝青的車(chē)轍因子顯著增加，可見(jiàn)老化作用顯著提高了PPA與SBS復(fù)合改性瀝青的高溫穩(wěn)定性； ③相比SBS改性瀝青，從G*/sinδ的角度來(lái)說(shuō)，0%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%PPA摻量下，短期老化后車(chē)轍因子分別增大了26.1%、10.1%、8.8%、3.3%、2.77%、2.68%，長(zhǎng)期老化后車(chē)轍因子分別增大了38.8%、23.4%、18.8%、7.0%、6.5%、6.3%，可見(jiàn)摻加PPA具有維持老化前后復(fù)合改性瀝青抗車(chē)轍因子變化不大的作用，且PPA摻量越大，復(fù)合改性瀝青的抗老化性能越好，以PPA摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青抗老化性能的改善效果考慮，建議復(fù)合改性瀝青適宜的PPA摻量為2%。

2.3 BBR試驗(yàn)結(jié)果及分析

按照SHRP規(guī)范要求對(duì)PAV后的復(fù)合改性瀝青膠結(jié)料進(jìn)行BBR試驗(yàn)[3]，測(cè)量在恒定荷載和恒定的溫度下復(fù)合瀝青膠結(jié)料蠕變斜率和勁度模量，以此2個(gè)值反映瀝青路面低溫收縮時(shí)膠結(jié)料耗散應(yīng)力的能力[13]，對(duì)于所測(cè)試的6種PPA摻量，復(fù)合改性瀝青BBR試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 老化前后復(fù)合改性瀝青BBR試驗(yàn)結(jié)果Table5 CompositemodifiedasphaltBBRtestresultsbeforeandofteraging試驗(yàn)溫度/℃評(píng)價(jià)指標(biāo)老化程度復(fù)合改性瀝青PPA摻量/%00510152025未老化233．9253．4264．5281．4283．5293．5S/MPa短期老化419．4373．3357．4343．2330．2333．9長(zhǎng)期老化543．5511．4475．7456．6421．5456．7-18未老化0．4460．4250．4120．3950．3840．371m短期老化0．4310．4100．4050．3830．3740．362長(zhǎng)期老化0．3420．3830．3750．3630．3590．343未老化296．6312．1339．2349．1368．2378．2短期老化484．4436．5424．1407．9394．9398．6長(zhǎng)期老化608．2576．1539．6520．7524．1521．5-24m未老化0．3220．3040．2930．2750．2650．257短期老化0．2840．2940．2880．2690．2590．251長(zhǎng)期老化0．2110．2360．2470．2500．2420．236

由表5試驗(yàn)結(jié)果可知: ①相同試驗(yàn)溫度，復(fù)合改性瀝青勁度模量S值隨著PPA摻量的增大而增大，同時(shí)勁度變化率m值以及變形量隨PPA摻量的增大而變小，可見(jiàn)摻加PPA會(huì)對(duì)復(fù)合改性瀝青低溫抗裂性帶來(lái)不利影響，這與已有研究成果相吻合，本文延度試驗(yàn)也有類(lèi)似試驗(yàn)結(jié)果； ②與老化前復(fù)合改性瀝青相比，短期老化、長(zhǎng)期老化后各PPA摻量下的復(fù)合改性瀝青S值增加，而勁度模量變化率m值增大，可見(jiàn)老化作用顯著減低了PPA與SBS復(fù)合改性瀝青的低溫抗裂性，尤其是經(jīng)長(zhǎng)期老化后復(fù)合改性瀝青抗裂性下降最為明顯； ③與SBS改性瀝青相比，摻加PPA后復(fù)合改性瀝青勁度模量S和蠕變斜率m值減小的幅度降低，經(jīng)長(zhǎng)期老化后復(fù)合改性瀝青的進(jìn)度模量隨PPA摻量增大有減小的趨勢(shì)，這表明老化后在低溫情況下PPA改性瀝青具有更好的低溫抗裂性能，因?yàn)槠鋭哦饶Ａ扛?，瀝青相對(duì)更有柔性，同時(shí)勁度模量變化率m值較大，說(shuō)明該瀝青中的溫度應(yīng)力能夠更容易更快地釋放，可見(jiàn)PPA可改善復(fù)合改性瀝青老化后的低溫抗裂性。

3 多聚磷酸與SBS復(fù)合改性瀝青混合料老化前后抗裂性能

瀝青材料在紫外老化和熱老化的作用下逐漸變脆，冬季低溫勁度大大增大，破壞應(yīng)變減小， 極易誘發(fā)路面開(kāi)裂，現(xiàn)行瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范并沒(méi)有對(duì)瀝青混合料抗老化性能提出具體要求，研究表明，在環(huán)境作用下瀝青易產(chǎn)生靜態(tài)硬化和氧化硬化，使瀝青的流變特性發(fā)生改變，而嚴(yán)重影響瀝青路面的抗低溫開(kāi)裂性能和抗疲勞耐久性，如何合理評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗老化性能，對(duì)確保路面使用壽命具有至關(guān)重要的作用。參考SHRP 提出的瀝青混合料老化試驗(yàn)方法，將松散混合料在135 ℃、4 h 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 ℃、5 d 強(qiáng)制通風(fēng)條件下的延時(shí)烘箱加熱來(lái)模擬瀝青混合料模擬長(zhǎng)期，本文變化不同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。

3.1 低溫抗裂性

采用低溫彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)PPA與SBS復(fù)合改性瀝青混合料老化前后的低溫抗裂性，試驗(yàn)選擇AC — 13C混合料中值級(jí)配，粗細(xì)集料均選用石灰?guī)r，以馬歇爾法確定復(fù)合改性瀝青混合料最佳油石比4.75%，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，按照J(rèn)TG E20—2011中的要求成型車(chē)轍板，小梁試件尺寸為30 mm×35 mm×250 mm，試驗(yàn)前將試件放在恒溫環(huán)境箱中在-10 ℃下保溫6 h，試驗(yàn)時(shí)采用單點(diǎn)加載方式，支點(diǎn)間距200 mm，加載速率為50 mm/min，記錄破壞荷載和破壞應(yīng)變，以破壞應(yīng)變指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同PPA摻量復(fù)合改性瀝青混合料老化前后低溫彎曲試驗(yàn)Figure 1 Different PPA content composite modified asphalt low bending test before and after aging

低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明: ①老化前，隨著PPA摻量的增大，復(fù)合改性瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變均呈線(xiàn)性減小，相比不摻PPA改性劑，2.5%PPA摻量下復(fù)合改性瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變減小了17.3%，2.5%PPA摻量下復(fù)合改性瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變?yōu)?405με，仍滿(mǎn)足改性瀝青彎拉應(yīng)變大于3000με的規(guī)范要求； ②短期老化后，復(fù)合改性瀝青彎拉應(yīng)變隨PPA摻量的增大而線(xiàn)性減小，而彎拉應(yīng)變隨PPA摻量的增大呈線(xiàn)性增大趨勢(shì)相比4%SBS改性瀝青混合料，摻加2.0%、2.5%PPA后復(fù)合改性瀝青最大彎拉應(yīng)變?yōu)?334、3306 με，分別增大了20.6%、17.4%，可見(jiàn)摻加PPA可顯著改善老化后復(fù)合改性瀝青混合料的低溫抗裂性，PPA對(duì)復(fù)合改性瀝青老化后低溫性能的改善作用，主要取決于其顯著的抗老化性能； ③相比4%SBS改性瀝青混合料，經(jīng)長(zhǎng)期老化后，隨著PPA摻量的增大，復(fù)合改性瀝青混合料抗最大彎拉應(yīng)變呈二次函數(shù)關(guān)系增大，彎曲勁度模量隨PPA摻量的增大呈線(xiàn)性關(guān)系減小，可見(jiàn)PPA的摻加可顯著改善復(fù)合改性瀝青混合料長(zhǎng)期老化后的低溫抗裂性。

3.2 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，研究表明[7]，這種加載方式下的疲勞壽命如公式(1)所示，其中Nf為達(dá)到破壞時(shí)的重復(fù)荷載作用次數(shù)，也就是疲勞壽命，σ0為初始的彎拉應(yīng)力,MPa，K和n為試驗(yàn)回歸系數(shù)，按照應(yīng)力控制方式回歸出疲勞方程就可以得到回歸參數(shù)K和n, 通過(guò)疲勞方程的兩個(gè)參數(shù)K和n來(lái)反映瀝青混合料的疲勞特性。

(1)

試驗(yàn)時(shí)按照J(rèn)TG E20—2011中的要求成型車(chē)轍板，切割為40 mm×40 mm×250 mm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200 mm，加載頻率為10 Hz，加載波形為連續(xù)式正弦波，試驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2 復(fù)合改性瀝青和短期老化后復(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 2 Composite modified asphalt and Short-term aging compound modified asphalt mixture fatigue test logarithmic fitting results

圖3 長(zhǎng)期老化后復(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 3 Long-term aging compound modified asphalt mixture fatigue test double logarithmic fitting results

疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明: ①相同應(yīng)力水平下，隨著PPA摻量的增大復(fù)合改性瀝青混合料疲勞壽命增加，此外，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； ②經(jīng)短期和長(zhǎng)期老化后，隨著PPA摻量的增大，復(fù)合改性瀝青混合料疲勞試驗(yàn)雙對(duì)數(shù)擬合曲線(xiàn)截距K值增大，斜率n值減小，K值越大，疲勞曲線(xiàn)的線(xiàn)位越高，材料的抗疲勞性能越好；n值越大，疲勞曲線(xiàn)越陡，表明疲勞壽命對(duì)應(yīng)力水平的變化越敏感，可見(jiàn)摻加PPA可顯著改善復(fù)合改性瀝青混合料老化后的抗疲勞性能； ③比較長(zhǎng)期老化后復(fù)合改性瀝青混合料疲勞試驗(yàn)雙對(duì)數(shù)擬合參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，隨著PPA摻量增大，擬合曲線(xiàn)截距K增大，斜率n值減小，尤其是PPA摻量小于2%時(shí),隨著PPA摻量的增大復(fù)合改性瀝青混合料疲勞壽命隨PPA摻量的增大趨勢(shì)較為明顯，而PPA摻量超過(guò)2%后老化后混合料疲勞壽命隨PPA摻量增大的趨勢(shì)區(qū)域平緩，相比4%SBS改性瀝青混合料，2%PPA摻量可使長(zhǎng)期老化后復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞壽命提高1倍。

4 多聚磷酸對(duì)復(fù)合改性瀝青的改性機(jī)理

① PPA對(duì)復(fù)合改性瀝青的改善屬于化學(xué)改性作用，在PPA的作用下，烷基化苯酚發(fā)生了脫烷基反應(yīng)，生成了分子量較低的物質(zhì)，與之對(duì)應(yīng)的是酮類(lèi)物質(zhì)發(fā)生了縮聚合反應(yīng)[7]，生成了分子量較高的新產(chǎn)物瀝青變硬，改變了SBS改性瀝青的組成結(jié)構(gòu)，使得瀝青中的重組分含量增加，瀝青的膠體結(jié)構(gòu)由原來(lái)的溶膠型轉(zhuǎn)化為溶膠-凝膠型，從而增大了瀝青的黏度，在低溫條件下，黏度的增大使得瀝青的流動(dòng)性變差，瀝青的脆性增大，使得瀝青混合料低溫抵抗變形的能力下降。

② 從膠體理論的角度來(lái)說(shuō)，多聚磷酸的加入改變了SBS改性瀝青的組成結(jié)構(gòu)，使得瀝青組分中的瀝青質(zhì)增加，瀝青質(zhì)的增加，使瀝青中的膠團(tuán)量增加[9]，可以吸附更多的膠質(zhì)和分散相，使得膠團(tuán)之間的作用力增強(qiáng)，瀝青黏度增加，使得瀝青混合料抵抗剪切變形的能力提高，高溫穩(wěn)定性得以改善。此外，多聚磷酸會(huì)與瀝青質(zhì)膠團(tuán)中的某些組分發(fā)生酯化反應(yīng)[10,11]，將瀝青質(zhì)膠團(tuán)解開(kāi)，從而改變了瀝青質(zhì)在瀝青中的分布形態(tài)，使得瀝青的物理和流變性能發(fā)生了改變，芳香族羧酸與醚類(lèi)物質(zhì)分別與PPA單獨(dú)加熱時(shí)，二者均不會(huì)發(fā)生反應(yīng)，但將二者同時(shí)與PPA加熱，則會(huì)生成芳基—芳基酮和酯類(lèi)物質(zhì)[12-14]，這有助于解釋瀝青與PPA反應(yīng)后瀝青質(zhì)分子量降低，PPA與SBS改性劑粒子共同交織形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，復(fù)合改性瀝青膠漿整體性提高。

③ 添加PPA，經(jīng)過(guò)酸改性后，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)，包括兩個(gè)N — H 鍵生成一個(gè)N — N鍵，兩個(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)[14,16]，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。

④ 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)[13,16]，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 PPA有效的提高了復(fù)合改性瀝青高溫荷載作用下模量的彈性分量比例，改善了復(fù)合改性瀝青及其混合料的高溫抗變形能力，且隨著PPA摻量增大，復(fù)合改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性提高。

② 隨著PPA摻量的增大，復(fù)合改性瀝青混合料彎曲應(yīng)變呈線(xiàn)性關(guān)系減小，PPA對(duì)復(fù)合改性瀝青混合料低溫抗裂性有不利影響。

③ 摻加PPA可顯著改善復(fù)合改性瀝青混合料的低溫抗裂性和抗疲勞開(kāi)裂性能，隨著PPA摻量的增大，老化后復(fù)合改性瀝青混合料的抗疲勞性能提高，2%PPA摻量可使長(zhǎng)期老化后復(fù)合改性瀝青混合料的疲勞壽命提高1倍。

④ 綜合考慮PPA摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青混合料低溫抗裂性和抗老化性能的影響，推薦適宜的PPA摻量為1.5%～2.0%。

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Study on Anti-aging Performance of Polyphosphate acid and SBS Modified Asphalt and Its Mixture

LI Liping1， DING Wenxia2， LU Xiaoli3

(1.China University of Geoscience, Wuhan, Hubei 430074, China; 2.Hubei Communication Technical College, Wuhan, Hubei 430079， China; 3.Wuhan University of Engineering Science, Wuhan, Hubei 430200, China)

improve the asphalt anti-aging properties, is important to improve the durability of the asphalt pavement, based on indoor simulation aging tests, using low-temperature bending test and trabecular fatigue were involved to study the influence of polyphosphate content on anti-aging properties and cracking resistance of SBS modified asphalt and its mixture，before and after heat aging and UV aging.The results showed that: PPA effectively improve the elastic modulus of the ratio of the weight of the composite modified asphalt temperature under load, to improve its high-temperature composite modified asphalt mixture resistance to deformation, but also on the composite modified asphalt the low temperature properties have a negative impact, Adding polyphosphate compound modified asphalt can improve fatigue durability and temperature sensitivity before and after aging, increasing the PPA can significantly improve aging compound modified asphalt mixture at low temperature cracking resistance, PPA SBS Modified asphalt modification mechanism that PPA with SBS modifier particles together to form a network structure interwoven, esterification reaction and asphaltene micelles sulfoxide group occurred enhanced cross-linking agent in SBS modified asphalt.

road engineering； polyphosphate acid； composite modified asphalt mixture； anti-aging properties； low temperature cracking resistance； fatigue performance

2015 — 04 — 20

國(guó)家自然基金項(xiàng)目(51375119)

李麗平(1979)，女，博士，講師，研究領(lǐng)域：路面工程。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)06 — 0250 — 06