王立志畢飛趙品暉

(山東建筑大學(xué)交通工程學(xué)院,山東濟(jì)南250101)

0 引言

由于道路交通流量的迅猛增長、行車荷載的增加以及交通渠化等因素的綜合影響[1],現(xiàn)代交通對(duì)瀝青路面的高溫穩(wěn)定性提出了更高要求,采用高性能的改性瀝青材料成為提高瀝青路面質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)措施之一[2]。所謂改性瀝青是指摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、磨細(xì)的橡膠粉或其他填料等外摻改性劑,或采取對(duì)瀝青輕度氧化得到低標(biāo)號(hào)瀝青等加工措施,制得的改善高溫性能的瀝青或?yàn)r青混合料[3]。聚合物改性劑的加入,改善了瀝青的流變性能,但改性瀝青存在著高溫條件下不易發(fā)生車轍及低溫條件下不會(huì)硬化導(dǎo)致路面開裂等問題,因此,通過研究改性瀝青的流變特性,可以進(jìn)一步的了解其改性機(jī)理,從而能夠更好的適應(yīng)路面環(huán)境。

流變學(xué)理論是由Binham創(chuàng)立,目前將其定義為在力的作用下,材料流動(dòng)和變形隨時(shí)間變化與發(fā)展的規(guī)律。通過流變學(xué)理論在瀝青材料研究領(lǐng)域的運(yùn)用和總結(jié),發(fā)現(xiàn)其可以從瀝青材料性能的本質(zhì)解釋不同情況下瀝青的粘彈性能[4]。瀝青流變性能的實(shí)質(zhì)就是固液兩相共存,屬于一種粘彈性的表現(xiàn),但這種粘彈性不是材料在小變形下的線性粘彈性,而是在大變形、長時(shí)間應(yīng)力作用下呈現(xiàn)的非線性粘彈性。

聚合物改性瀝青因其優(yōu)越的路用性能,是目前瀝青路面中應(yīng)用最多的改性瀝青品種。同時(shí)因其路用性能的需求和成本的限制,所選取的聚合物種類是不同的,其中因所選聚合物的不同可將其分為橡膠類改性瀝青、熱塑性橡膠類改性瀝青和樹脂類改性瀝青,另外還包括復(fù)合改性瀝青等聚合物改性瀝青新技術(shù)[5]。由于聚合物本身流變特性的差異,不同的聚合物改性瀝青的流變性能表現(xiàn)出較大的差異。

1 聚合物改性瀝青分類概述

1.1 熱塑性橡膠類改性瀝青

熱塑性橡膠類主要是苯乙烯類嵌段共聚物,如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-異戊二烯(SIS)、苯乙烯-聚乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)等嵌段共聚物,其兼有橡膠和樹脂的特性。隨著科技的進(jìn)步,SBS逐步取代了其他類型聚合物,成為世界上應(yīng)用最廣泛的道路瀝青改性劑。

SBS是有苯乙烯段(PS)和丁二烯段(PB)組成的三嵌段共聚物,可以通過物料的摻比和催化劑來控制其分子結(jié)構(gòu)包括嵌段比S/B、分子量和結(jié)構(gòu)類型等。SBS改性瀝青因其兼具優(yōu)越的高低溫性能,可以降低瀝青的感溫性能,同時(shí)可提高抗老化性能和彈性恢復(fù)性能,且有較好的熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性[6-9]而廣泛應(yīng)用。同時(shí)由于SBS和瀝青性質(zhì)的差異性導(dǎo)致其改性瀝青的穩(wěn)定性較差,許多學(xué)者發(fā)明了諸多方法,包括添加穩(wěn)定劑(如硫[10-12])、SBS與其他改性劑(聚合物[13]、無機(jī)填料[14-16])復(fù)合、SBS接枝改性[8,17],解決改性瀝青的穩(wěn)定性問題。

隨著科技的進(jìn)步,SBS逐步取代了其他類型聚合物,成為世界上應(yīng)用最廣泛的道路瀝青改性劑。

1.2 橡膠類改性瀝青

20世紀(jì)60、70年代,我國已經(jīng)開始了對(duì)于橡膠粉改性瀝青的研究,并且修建了大量的試驗(yàn)路段,伴隨著科技水平的進(jìn)步和對(duì)于研究的進(jìn)一步了解,其研究經(jīng)驗(yàn)趨于成熟,加快了瀝青路面的發(fā)展進(jìn)程。在20世紀(jì)80、90年代,江西、四川等省開始大面積的鋪筑橡膠粉改性瀝青路面,經(jīng)過數(shù)年的路面負(fù)載,其路面的高溫穩(wěn)定性能以及低溫抗開裂性能有了明顯的改善,并且能夠有效減少裂縫等路面損害的發(fā)生。

目前,橡膠主要有天然橡膠、合成橡膠和再生橡膠3大類。而在道路工程應(yīng)用中,主要是使用合成橡膠制備改性瀝青。其中,丁苯橡膠(SBR)是合成橡膠中應(yīng)用最多的改性劑。對(duì)于SBR和瀝青物理共混來說,加入一定的硫系交聯(lián)劑后,其老化前后流變特性得到了很大的改善[12],同時(shí)其軟化點(diǎn)得到了明顯的提升[18],體系變得更穩(wěn)定[19]。葛澤峰研究了膠粉加入瀝青中進(jìn)行改性后,其中飽和分、芳香分含量略有下降,瀝青質(zhì)稍有增加,膠質(zhì)卻明顯增加,可以得到在膠粉改性瀝青的制備過程中,發(fā)生了一系列物理化學(xué)變化,導(dǎo)致類似于飽和分的低分子量化合物發(fā)生聚合反應(yīng)生成與類似膠質(zhì)等分子量較大物質(zhì)[20]。王笑風(fēng)等研究表明,橡膠瀝青中的膠粉吸收了基質(zhì)瀝青中的輕組分,發(fā)生溶脹反應(yīng),在膠粉表面吸附瀝青進(jìn)而形成界面層,溶脹后的膠粉生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),對(duì)游離瀝青的流動(dòng)形成阻尼作用,從而改善其流變性能,提高其高溫穩(wěn)定性[21]。

由于橡膠類改性瀝青具有優(yōu)良的抗低溫開裂性能,在高寒地區(qū)優(yōu)于SBS改性瀝青,使用量較多。

1.3 樹脂類改性瀝青

樹脂一般可分為熱塑性樹脂和熱固性樹脂。而在瀝青改性中應(yīng)用較多的是聚乙烯(PE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。

PE和EVA是聚合物改性瀝青發(fā)展之初使用最多的改性劑。研究表明:往瀝青中摻加PE,可以顯著改善瀝青的性能,也能使其混合料的低溫抗開裂、高溫抗車轍等性能得以改善。同時(shí)通過薄膜烘箱老化試驗(yàn)及長期紫外照射發(fā)現(xiàn)PE具有減緩瀝青老化的功能[22]。EVA也具有與PE相當(dāng)?shù)男Ч?其高溫性能甚至要高過SBR等聚合物,且施工簡單。

但是PE和EVA改性瀝青均存在熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性差的問題,容易出現(xiàn)離析分層,因此解決好這一問題是其能否大量應(yīng)用的關(guān)鍵所在。為此部分學(xué)者通過聚合物接枝的方式克服此問題,取得了一定的效果,減少了蠟的析出,大幅增加了瀝青的延度[23]。

1.4 復(fù)合改性瀝青

由于單一改性劑所制備的改性瀝青或多或少在某方面的性能會(huì)有缺陷或存在問題,以及某一改性劑價(jià)格過于昂貴,需要部分用價(jià)格低廉的改性劑來代替以降低成本。為此一種新型的瀝青改性技術(shù)——復(fù)合改性得到了發(fā)展和應(yīng)用。所謂復(fù)合改性瀝青是指由于單一的改性瀝青往往只能對(duì)某一方面的性能進(jìn)行改善,而對(duì)其他方面的性能沒有加強(qiáng),甚至?xí)p失一部分性能；將2種或多種改性劑復(fù)合使用,能夠充分發(fā)揮其改性劑的作用,彌補(bǔ)相互之間的缺陷,對(duì)于制備高性能或特殊用途的改性瀝青材料具有重要的意義。

利用廢橡膠和廢塑料對(duì)路用瀝青進(jìn)行改性,可以提高瀝青的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗老化性和耐久性,并且能夠明顯地降低路面噪音,減少路面光污染,提高路面抗滑能力。此外,考慮成本,選取若干種價(jià)格昂貴和價(jià)格低廉的改性劑進(jìn)行復(fù)配,整體上控制成本。廢舊膠粉儲(chǔ)量較大但其改性瀝青的低溫性能欠佳,膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青的性能明顯優(yōu)于膠粉改性瀝青,而稍遜于SBS改性瀝青。同理,廢舊塑料也存在同樣的問題,針對(duì)SBS與EVA復(fù)配制備改性瀝青也早已開始研究,發(fā)現(xiàn)聚合物能與瀝青很好的相容且相界面模糊,添加穩(wěn)定劑后其熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性明顯改善。

聚合物改性瀝青所選取的聚合物種類是不同的,需要與施工地環(huán)境相結(jié)合,因地制宜地選用聚合物改性瀝青。

2 聚合物改性瀝青流變性能評(píng)價(jià)指標(biāo)研究進(jìn)展

目前,我國表征瀝青高溫性能的指標(biāo)主要包括針入度、軟化點(diǎn)、黏度等常規(guī)指標(biāo)。而在美國SHRP規(guī)范中,以反映瀝青的流變指標(biāo)(復(fù)合模量、車轍因子等)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的常規(guī)技術(shù)指標(biāo),完善了改性瀝青的評(píng)價(jià)方法[24],但是這些指標(biāo)不能夠完全表征瀝青的性質(zhì)。孫艷娜等認(rèn)為現(xiàn)行的指標(biāo)對(duì)于表征熱塑性橡膠類瀝青較為合適,但對(duì)于Duroflex改性瀝青和巖瀝青等過于苛刻,還需改進(jìn)[25]。Shenoy提出了新的抗車轍因子G?/(sinδ)9和代替原來的G?/sinδ[26]。 同時(shí),通過動(dòng)態(tài)剪切流變儀進(jìn)行重復(fù)蠕變與恢復(fù)試驗(yàn),利用延遲彈性變形分析瀝青的變形恢復(fù)特性,作為動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)的補(bǔ)充,能夠更加精準(zhǔn)的描述瀝青的流變性能[4]。Bahia等也提出用零剪切黏度ZSV作為評(píng)價(jià)瀝青高溫流變性能研究的補(bǔ)充指標(biāo)[27]。

聚合物改性瀝青流變學(xué)主要研究了其改性瀝青的流動(dòng)性和粘彈性,通過動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)、重復(fù)蠕變與恢復(fù)試驗(yàn)以及零剪切粘度試驗(yàn)等,得到與其相關(guān)的相位角、車轍因子、蠕變?nèi)崃?、粘度等?shù)據(jù),表征其在不同環(huán)境氣候下對(duì)于高溫穩(wěn)定性的影響。

2.1 動(dòng)態(tài)剪切流變性能

在瀝青材料的動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)中 ,可以確定結(jié)合料的復(fù)數(shù)剪切模量G?和相位角δ,其中δ是施加應(yīng)力與應(yīng)變響應(yīng)的度量,反映了材料粘彈性成分的比例,相位角越大,材料的響應(yīng)越延遲,粘性成分的比例就越大。因此,可以通過記錄相位角的變化來分析材料粘彈性的變化特征。車轍因子G?/sinδ是美國“高性能瀝青路面”規(guī)范中用以表征瀝青結(jié)合料的抗車轍變形能力的指標(biāo),G?/sinδ越大,結(jié)合料的高溫抗車轍能力越明顯[28]。

通過動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn),采用周期性的應(yīng)力和應(yīng)變的震蕩,得到了復(fù)數(shù)模量G?和溫度的關(guān)系。研究表明,橡膠瀝青的復(fù)數(shù)模量G?隨著溫度的逐漸升高而下降,這是瀝青從低溫的高彈態(tài)向高溫的粘流態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化的過程,因此G?會(huì)出現(xiàn)降低現(xiàn)象。復(fù)數(shù)模量表示瀝青抵抗變形的總能力,SBR橡膠改性瀝青的G?值較基質(zhì)瀝青有了顯著提高,這表明SBR橡膠瀝青比基質(zhì)瀝青有更好的高溫抗車轍能力[29]。對(duì)于熱塑性橡膠改性瀝青來說,隨著SBS摻量的提高,SBS改性瀝青的復(fù)數(shù)模量增加,特別是摻量＞3%時(shí),G?的增加幅度最為明顯,說明SBS對(duì)于改善瀝青路面的抗變形能力具有顯著效果[30]。通過研究PE改性瀝青的流變學(xué),得到PE改性瀝青的復(fù)數(shù)模量G?隨著試驗(yàn)溫度的不斷提高而逐漸下降,但在同一溫度下,仍然高于基質(zhì)瀝青的數(shù)值。并且在相同溫度下,逐漸增加PE改性劑的摻量,PE改性瀝青的復(fù)數(shù)模量G?呈現(xiàn)遞減趨勢[31]。

儲(chǔ)存模量G′是反應(yīng)材料彈性性能的基本指標(biāo),瀝青的彈性性能隨著G′的增大而逐漸顯著。鐘陽等通過研究橡膠瀝青的動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)得到,無論是未經(jīng)老化還是經(jīng)過旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)老化之后,橡膠瀝青的G′均都隨著溫度的升高而逐漸下降[32]。但橡膠瀝青G′高于基質(zhì)瀝青的,表明隨著橡膠粉的加入,顯著改善了瀝青的彈性性能。而且,在同一溫度下,對(duì)于膠粉含量較高的橡膠瀝青,其G′也相對(duì)較高。隨著SBS摻量增加,SBS改性瀝青的儲(chǔ)存模量和損耗模量都在增加,形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),大幅增加損失模量G″,進(jìn)而改善所筑路面抵抗永久變形以及疲勞開裂的能力[33]。梁明等研究了PE改性瀝青,隨著溫度升高,G′和G″均會(huì)降低,G′的降低幅度比G″的降低幅度大,相同溫度下,G″＞G′,說明瀝青的粘性性質(zhì)占主導(dǎo)[34]。這是由于溫度逐漸提高,瀝青分子鏈之間反應(yīng)加劇,導(dǎo)致瀝青材料的勁度模量變小,G′也隨著溫度升高而降低。張寶昌等通過SBR和MMT復(fù)合改性的方式制備了改性瀝青,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其軟化點(diǎn)和粘彈性能明顯提升,且復(fù)數(shù)損失模量較高,而阻尼系數(shù)明顯降低[35]。

在高溫條件下,相位角δ越小,說明該種改性瀝青具有較多的粘彈性成分,也就是抵抗高溫變形的能力要強(qiáng)。鄭紹軍在對(duì)于膠粉瀝青的流變性質(zhì)及其相容/共混特點(diǎn)的研究中提到了膠粉瀝青在其頻譜上表現(xiàn)出了良好的“高頻高彈”特性[36]。所謂的“高頻高彈”意味著隨著荷載頻率的增加,表現(xiàn)出的模量逐漸提高、相位角逐漸降低的現(xiàn)象。由于內(nèi)部聚合物鏈段的運(yùn)動(dòng)受內(nèi)部摩擦的影響,并且鏈段運(yùn)動(dòng)跟不上外部荷載的變化,這導(dǎo)致了應(yīng)變落后于應(yīng)力的現(xiàn)象。對(duì)于熱塑性橡膠類改性瀝青研究[30]表明,SBS改性劑摻量不斷增加,相位角出現(xiàn)下降現(xiàn)象,而且隨著溫度的變化,相位角曲線逐漸穩(wěn)定說明SBS改性劑摻量＞5%時(shí),改性的效果最顯著[37]。劉少鵬等選取6%PE改性劑摻量下的改性瀝青與基質(zhì)瀝青進(jìn)行對(duì)比得到,PE改性瀝青的相位在相同溫度下下降的速率大于基質(zhì)瀝青[38],這說明相對(duì)于基質(zhì)瀝青,PE改性瀝青的彈性性能提高幅度要高于其粘性特性。隨著溫度的不斷提高,各種瀝青的復(fù)數(shù)模量隨著相位角的變化規(guī)律呈現(xiàn)了弧狀,但是PE復(fù)合改性橡膠瀝青的相位角隨著溫度的不斷升高卻幾乎沒有變化,說明PE對(duì)于橡膠瀝青的改性效果很明顯,具有良好的抗車轍能力[39]。

對(duì)于橡膠瀝青高溫的粘彈性能,通過動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)測試得到了瀝青結(jié)合料在10 rad/s旋轉(zhuǎn)速度下的復(fù)數(shù)模量和相位角[40]。研究表明,老化前后,65℃的車轍因子均隨著膠粉摻量的增加而增加,這是由于(1)橡膠粉的溶脹作用使瀝青中的輕組分減少,而使作為溶劑的瀝青相粘度增加；(2)橡膠粉具有彈性,使改性后橡膠瀝青的瞬時(shí)彈性恢復(fù)能力變強(qiáng),從而表現(xiàn)出車轍因子隨改性劑摻量增加而增大。孫艷娜等研究表明在同一測試溫度下,SBS改性瀝青的車轍因子均大于基質(zhì)瀝青的車轍因子,隨著改性劑摻量的增加,車轍因子呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢；隨著試驗(yàn)溫度的增加,SBS改性瀝青的車轍因子明顯降低,并且趨近于基質(zhì)瀝青的車轍因子[25]。研究PE改性瀝青車轍因子隨PE改性劑摻量的變化得知,相同溫度下,車轍因子隨著PE摻量的增加而增加,且高溫區(qū)域和低溫區(qū)域增加的速率一致,由此可以得出,PE改性劑對(duì)于瀝青的高溫抗車轍能力有顯著提高[34]。任瑞波等研究廢舊橡塑合成改性劑及其改性瀝青得到,加入廢舊橡膠粉和廢舊塑料后的復(fù)合改性劑與基質(zhì)瀝青有很好的相容性,其高溫指標(biāo)中最典型的車轍因子同一溫度下老化前后均高于單一橡膠改性瀝青,說明廢舊橡塑合成復(fù)合改性瀝青的路用性能要強(qiáng)于單一橡膠改性瀝青,具有應(yīng)用潛力[41]。對(duì)于車轍因子,納米CaCO3/SBR復(fù)合改性瀝青大于普通SBR改性瀝青,表明納米CaCO3/SBR復(fù)合改性瀝青中的納米粒子吸收了瀝青中的輕組分,提高了瀝青的粘結(jié)力,使其高溫流動(dòng)性降低,抗車轍強(qiáng)度更大[42]。王鵬等通過灰色關(guān)聯(lián)度法得到車轍因子對(duì)于原樣瀝青的高溫性能關(guān)聯(lián)度較高[43],但長期老化以及改性后的車轍因子不能用于反映其高溫性能,這需要對(duì)車轍因子方面進(jìn)行更深層的探討。

動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)是在持續(xù)的正弦波段下進(jìn)行的試驗(yàn),瀝青的彈性變形由于具有滯后性,來不及恢復(fù),會(huì)被計(jì)入到粘性流動(dòng)中,因此車轍因子對(duì)于彈性變形較小的基質(zhì)瀝青的評(píng)價(jià)比較準(zhǔn)確,但對(duì)于改性瀝青,其粘彈性較好,則存在一系列弊端。

2.2 重復(fù)蠕變與恢復(fù)性能

重復(fù)蠕變與恢復(fù)試驗(yàn)的原理為:通過加載1 s的蠕變試驗(yàn),卸載進(jìn)行9 s的變形恢復(fù),完成一次蠕變恢復(fù)過程,不斷重復(fù)進(jìn)行100次蠕變恢復(fù)過程的循環(huán)[4]。利用Burgers四單元流變模型分別對(duì)第50次和第51次的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合,得到蠕變勁度的粘性部分,取平均值得到蠕變?nèi)崃康恼承猿煞諮v,取倒數(shù)得到蠕變勁度的粘性部分Gv＝1/Jv,來評(píng)價(jià)改性瀝青的高溫流變性能[4]。該方法較好的模擬了路面在行車荷載作用下的變形發(fā)展過程,比較全面地考慮了瀝青材料的高溫變形能力,克服了動(dòng)態(tài)剪切流變儀的缺陷[44]。周慶華等通過10種瀝青的車轍因子和蠕變?nèi)崃康姆治龅玫?對(duì)于動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn),重復(fù)蠕變與恢復(fù)試驗(yàn)?zāi)軌驈浹a(bǔ)其不足,通過累計(jì)的應(yīng)變和勁度的粘性成分指標(biāo),能更加準(zhǔn)確的描述瀝青的抗車轍能力[45]。

應(yīng)力條件相同時(shí),SBS改性瀝青,膠粉改性瀝青以及復(fù)合膠粉改性瀝青的蠕變?nèi)崃亢蛻?yīng)變隨時(shí)間逐漸增加；應(yīng)力條件不同時(shí),相同溫度下,SBS改性瀝青的蠕變?nèi)崃勘却笥谀z粉改性瀝青以及復(fù)合膠粉改性瀝青,并且隨時(shí)間的推移,蠕變?nèi)崃孔兓淮?說明溫度對(duì)于SBS瀝青的改性效果具有顯著影響。由于膠粉改性瀝青的蠕變?nèi)崃勘认鄬?duì)于其他2種改性瀝青是最小的,并且在不同應(yīng)力條件下,變化最小,相比之下,膠粉瀝青溫度穩(wěn)定性較強(qiáng)[4]。

重復(fù)蠕變與恢復(fù)試驗(yàn)研究表明,在不同溫度下,應(yīng)力對(duì)于瀝青材料的蠕變?nèi)崃亢蛻?yīng)變的變化具有較大影響,并且普通基質(zhì)瀝青和改性瀝青表現(xiàn)出的流變學(xué)特性并不相同,所以通過重復(fù)蠕變與恢復(fù)試驗(yàn)來表征瀝青的高溫流變性能時(shí),應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)和道路荷載的實(shí)際情況來選擇合適的溫度和應(yīng)力水平[46]。

2.3 零剪切粘度

零剪切粘度ZSV是國外對(duì)于瀝青的高溫穩(wěn)定性能的一般評(píng)價(jià)指標(biāo),是材料自身的特點(diǎn),通常情況下用60℃時(shí)的零剪切粘度來體現(xiàn)瀝青改性后的高溫性能。在常規(guī)使用溫度下,瀝青材料一般屬于假塑性非牛頓流體,通常對(duì)于非牛頓流體和假塑性流體來說,在剪切速率趨向于零時(shí),流體處于第一牛頓流動(dòng)區(qū)域中,其粘度值趨近于常數(shù),并達(dá)到極大值,這一粘度稱為零剪切粘度[47]。Anderson證明60℃時(shí)進(jìn)行的SMA漢堡車轍試驗(yàn)得到與零剪切粘度的試驗(yàn)相關(guān)系數(shù)R2為0.91,因此零剪切粘度ZSV在一定程度上可以表征瀝青混合料的抗車轍性能[48]。

通過比較SBS改性瀝青、橡膠改性瀝青、橡膠粉復(fù)合改性瀝青、MAC改性瀝青以及基質(zhì)瀝青得到,在相同的應(yīng)力條件下,SBS改性瀝青的ZSV最大,其次是橡膠改性瀝青,膠粉復(fù)合改性瀝青與MAC改性瀝青相差不大,最小的是基質(zhì)瀝青。由此可知,SBS改性瀝青的流變性能較其他幾種改性瀝青優(yōu)秀,抗車轍能力最強(qiáng)[46]。雖然ZSV的測定方法較多,如在低剪切速率下進(jìn)行的動(dòng)力粘度測量、DSR上的頻率掃描以及蠕變彈性測試等,但這些方法都較復(fù)雜,常規(guī)指標(biāo)如軟化點(diǎn)、粘度等與其有相關(guān)性,且操作簡單,所以現(xiàn)在對(duì)于ZSV的應(yīng)用較少,還需要對(duì)其表征指標(biāo)進(jìn)行更高層次的研究[49-50]。

2.4 聚合物改性瀝青流變學(xué)性能差異

綜上所述,聚合物改性瀝青其流變學(xué)的性質(zhì)有較為相似的趨勢,其抗車轍能力都會(huì)隨著溫度的升高而逐漸降低；隨著改性劑摻量的增加而逐漸加強(qiáng),但相比之下,仍有一些差異。李秀君通過研究瀝青流變學(xué)特性得到,對(duì)于同一種瀝青,由于使用不同種類的改性劑,表現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)剪切流變性質(zhì)也不完全相似[51]。不同種類的改性劑對(duì)于相位角δ影響不大,但是G指標(biāo)(包括復(fù)數(shù)模量G?、損失模量G′、儲(chǔ)存模量G″和車轍因子G?/sinδ)對(duì)于其的影響較為明顯。

單純SBR改性瀝青,其粘彈性分量以及車轍因子都較低,隨著溫度的降低,這種現(xiàn)象更為顯著,說明SBR改性瀝青的改性機(jī)理與其他改性不同,且SBR的材料本身具有較好的粘彈性[51]。SBR和PE復(fù)合改性瀝青在40℃時(shí)彈性模量和抗車轍因子都較高,但當(dāng)溫度升至82℃時(shí),2個(gè)指標(biāo)又出現(xiàn)降低現(xiàn)象,且降幅大于單一改性瀝青[51]。

采用SBS改性的2種瀝青的G指標(biāo)遠(yuǎn)大于相應(yīng)的基質(zhì)瀝青和SBR改性瀝青,表現(xiàn)出優(yōu)越的高溫流變性能,這是因?yàn)镾BS對(duì)瀝青中的飽和分、蠟分等輕組分有良好的吸附作用,使自由瀝青重組分含量不斷增加,所以彈性分量顯著提高[52]。此外,由于SBS的聚苯乙烯成分在＜80℃時(shí)還沒有軟化,仍具有硫化膠的性能,進(jìn)而顯現(xiàn)出優(yōu)越的粘彈性能。同時(shí),聚苯乙烯之間嵌段的是柔軟的聚丁二烯,這使得瀝青經(jīng)SBS改性后彈性成分降低,粘性成分提高。

由此可以得出,在實(shí)際的工程應(yīng)用中,當(dāng)需要使用改性瀝青來達(dá)到一定的路用性能要求時(shí),一定要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砬闆r、氣候條件,有針對(duì)性的選擇適當(dāng)?shù)母男詣?使其與基質(zhì)瀝青產(chǎn)生更適宜的改性效果。

3 展望

近十年來,聚合物改性瀝青流變性能的研究已取得重要進(jìn)展,借助動(dòng)態(tài)剪切流變儀等設(shè)備,可以充分了解改性瀝青的流變指標(biāo),雖然涉及范圍較廣,但仍處在不斷的發(fā)展過程中。

根據(jù)當(dāng)前的研究進(jìn)展來看,如復(fù)數(shù)剪切模量、相位角、車轍因子以及蠕變?nèi)崃亢土慵羟姓扯鹊榷荚谀骋环矫骟w現(xiàn)出了聚合物改性瀝青的流變性能,但均在評(píng)價(jià)指標(biāo)和試驗(yàn)方法方面出現(xiàn)了一些不足,需要進(jìn)行更深層次的探討。為了準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)聚合物改性瀝青的流變性能,要求所用的試驗(yàn)方法能夠更為精確、全面地反映對(duì)于聚合物改性瀝青的影響因素,如溫度、改性劑、剪切時(shí)間速率以及荷載壓力等。這就意味著需要改進(jìn)現(xiàn)在對(duì)于瀝青流變性能評(píng)價(jià)的試驗(yàn)以及其指標(biāo),尋找到更合適且適用范圍更廣的試驗(yàn)方法。在充分的了解聚合物改性瀝青的流變性能評(píng)價(jià)方法后,給出對(duì)于流變性能的合理解釋,提出更為有效的評(píng)價(jià)指標(biāo),并且尋找到能夠提高聚合物改性瀝青高溫性能的研究方法。