宋文佳

（西安外事學院 應用技術學院，陜西 西安 710077）

0 引言

瀝青混凝土作為良好的道路建筑材料，在我國各級道路均有不同規(guī)模的應用，尤其在高速通路領域應用廣泛?，F有的瀝青混合料大多采用高溫拌合及攤鋪、碾壓施工。通常熱拌瀝青混合料的拌合溫度在160～180℃，在高溫拌合和攤鋪過程中，瀝青材料會釋放出COx、SO2、NOx及顆粒污染物等大量有害物質，對于施工人員健康以及自然環(huán)境具有極為不利的影響[1]。為了解決熱拌瀝青混合料拌合及施工過程中出現的污染問題，國內外道路領域的研究學者開展了諸多研究，例如俞方英等[2]研發(fā)了一種新型溫拌瀝青添加劑，并對其性能進行了評價。張苛和張爭奇[3]對不同溫拌劑作用于瀝青材料的效能進行了評價。李闖民等[4]對比分析了不同成型方法應用于溫拌瀝青混合料配合比設計的合理性。楊彥海等[5]對溫拌瀝青混合料可壓實性與路用性能進行了分析。陳宙翔等[6]研究了溫拌瀝青技術在冬季施工中的應用工藝及效果；李宏志和鄭健龍[7]研究了溫拌瀝青膠漿的流變性能。張榮輝和李斌[8]基于表面活性平臺制備了溫拌環(huán)氧瀝青混凝土，并對其性能展開研究。張旭亮和陳勇[9]采用不同類型溫拌改性劑制備了改性瀝青混合料，并對其進行了路用性能比選。羅要飛等[10]分析了高原寒冷地區(qū)溫拌瀝青混合料水穩(wěn)性能分析。李曦鵬[11]借助微觀手段對溫拌瀝青的老化性能進行了研究。通過國內外研究可以發(fā)現，PE蠟作為一種良好的溫拌改性劑，對于改善熱拌瀝青混合料的污染狀況具有良好的效果。

為此，本文優(yōu)選不同類型PE蠟及瀝青材料，制備了多種具有溫拌功效的改性瀝青材料，通過三大指標試驗系統(tǒng)研究了PE蠟類型及摻量對于瀝青高低溫性能的影響，通過粘度試驗評價了不同類型PE蠟改性瀝青的流變性能，在此基礎上，采用SEM及FTIR分析手段深入探究了PE蠟的溫拌改性機理，可為溫拌改性瀝青在施工節(jié)能減排方面的應用提供參考依據。

1 試驗

1.1 原材料及主要儀器設備

（1）PE蠟：采用高密度氧化PE蠟和3001型PE蠟作為溫拌瀝青改性劑，優(yōu)選的2種PE蠟技術性能指標如表1所示。PE蠟的應用摻量為瀝青混合料質量的0.10%、0.15%、0.20%、0.25%及0.30%。

表1 PE蠟的主要技術性能指標

（2）基礎瀝青：殼牌90#基質瀝青和SBS改性瀝青，其技術性能指標如表2所示。

表2 瀝青的技術性能指標

（3）布氏粘度儀：DV1MHB高粘度布氏粘度計，德國產；掃描電子顯微鏡：JSM型，日本產，放大倍數為1000～10 000倍；傅立葉變換紅外光譜儀：TENSOR27型，美國產。

1.2 溫拌瀝青的制備方法

（1）采用恒溫加熱裝置將瀝青加熱至熔融狀態(tài)；

（2）定量稱取片狀PE蠟，裝入預先準備好的粉碎器中，將其粉碎至均勻的小顆粒狀，過4.75 mm篩后，將其裝入潔凈的容器中，將容器中的PE蠟均分為3份；

（3）將瀝青采用高速剪切儀進行處理，以2000 r/min的轉速進行攪拌，均勻加入1份PE蠟，并繼續(xù)攪拌5 min；

（4）加入第2份PE蠟，以3500 r/min攪拌3 min；將轉速調至2000 r/min，并加入最后1份PE蠟，繼續(xù)攪拌3 min；

（5）最后將轉速調至1500 r/min，保持低速攪拌5 min，即制得溫拌瀝青。

1.3 測試與表征

（1）基本性能測試：依據JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》測試PE溫拌改性瀝青材料的軟化點、針入度及延度等。

（2）流變性能測試：參照JTG E 20—2011對不同類型PE溫拌改性瀝青的旋轉粘度進行測試，測試溫度分別為100、120、140、160 ℃。

（3）SEM分析：采用掃描電子顯微鏡進行SEM分析，放大倍數2000。

（4）FTIR分析：FTIR分辨率為0.2 cm-1，掃描次數32次，測試范圍為 4000～900 cm-1。

2 結果與討論

2.1 PE蠟對瀝青基本性能的影響

2.1.1 PE蠟摻量對不同基礎瀝青基本性能的影響測試不同高密度氧化PE蠟摻量條件下，溫拌改性瀝青

材料的軟化點、針入度及延度，結果如圖1所示。

圖1 PE蠟摻量對不同基礎瀝青基本性能的影響

由圖1可見，隨著PE蠟摻量的逐漸增大，瀝青材料的軟化點逐漸升高，這表明PE蠟的加入能夠明顯提高瀝青材料的高溫性能；而針入度和延度均逐漸減小，這表明PE蠟的加入會對瀝青材料的溫度敏感性和低溫性能造成不利影響.因此，在應用過程中應注意其對瀝青材料低溫性能的影響，采用合理的用量。

2.1.2 PE蠟類型及摻量對基質瀝青基本性能的影響

分別采用高密度氧化PE蠟和3001型PE蠟對殼牌90#基質瀝青進行改性，并測試其軟化點、針入度及延度，結果如圖2所示。

圖2 PE蠟類型及摻量對基質瀝青基本性能的影響

由圖2可見，不同類型PE蠟對于瀝青的影響程度存在明顯差異。隨著高密度氧化PE蠟和3001型PE蠟摻量的增加，殼牌90#基質瀝青的軟化點明顯提高，而針入度和軟化點明顯降低。同時，在相同摻量條件下，3001型PE蠟對于殼牌90#基質瀝青的作用效果比高密度氧化PE蠟更為明顯。

2.2 PE蠟對改性瀝青流變性能的影響

在殼牌90#基質瀝青中摻入不同類型的PE蠟制備溫拌改性瀝青，分別測試在不同溫度下改性瀝青的布氏粘度，結果如圖3所示。

圖3 PE蠟類型對瀝青粘度的影響

由圖3可見，摻入0.3%高密度氧化PE蠟和3001型PE蠟對于瀝青材料均具有明顯的降粘效果，在120～140℃區(qū)間內，3100型PE蠟的降粘效果相對較高，與高密度氧化PE蠟相比，其降粘效果提高了8.2%；但隨著溫度的繼續(xù)升高，二者對瀝青的降粘效果均明顯減小。

2.3 PE蠟作用機理分析

2.3.1 SEM分析

采用掃描電鏡對殼牌90#基質瀝青和摻加0.3%高密度氧化PE蠟改性殼牌90#基質瀝青的微觀結構進行表征，結果如圖4所示。

由圖4可見，未摻加PE蠟的基質瀝青材料其內部具有明顯的突起和結狀結構，在拍攝的過程中材料整體流動行為較為劇烈；而對于摻加PE蠟的改性瀝青材料，其內部的異狀構造相對較少，同時在電子束撞擊過程中其表現出了較為穩(wěn)定的狀態(tài)，整體移動狀況較少，這可能是由于PE蠟的加入增強了瀝青材料的高溫性能，使其性質更為穩(wěn)定。

2.3.2 FTIR分析

分別對殼牌90#基質瀝青和摻加0.3%高密度氧化PE蠟的改性殼牌90#基質瀝青進行FTIR分析，結果如圖5所示。

圖4 基質瀝青與PE蠟改性瀝青SEM照片（×2000倍）

圖5 基質瀝青與PE改性瀝青的FTIR圖譜

由圖5可見，摻加PE蠟后，改性瀝青的紅外光譜圖在不同波數位置處出現了明顯的新吸收峰，在官能團區(qū)（1333～3700 cm-1）3500 cm-1處羥基伸縮振動吸收峰吸光度明顯增強，而在3000 cm-1處和1700～1500 cm-1處，出現了多處微小吸收峰；在指紋區(qū)（650～1333 cm-1）750 cm-1處，亞甲基 CH2搖擺振動吸收峰的強度增強，而且出現了新的吸收峰。綜上，PE蠟的加入對于瀝青材料內部成分實現了明顯的改性作用，這也是其能夠明顯降低瀝青粘度效果的機理所在。

3 結論

（1）隨著PE蠟摻量的逐漸增加，瀝青材料的軟化點逐漸升高，針入度和延度逐漸減小，3001型PE蠟對于瀝青的作用效果比高密度氧化PE蠟更為明顯。

（2）在120～140℃區(qū)間范圍內，3100型PE蠟的降粘效果相對較高，與高密度氧化PE蠟相比，其降粘效果提高了8.2%，但隨著溫度的繼續(xù)升高，二者對于瀝青的降粘效果均明顯減小。

（3）摻加PE蠟的改性瀝青材料內部的異狀構造相對較少，同時在電子束撞擊過程中其表現出了較為穩(wěn)定的狀態(tài)，整體移動狀況較少，

（4）PE蠟的加入對于瀝青材料內部成分實現了明顯的改性作用，這也是其能夠明顯降低瀝青粘度效果的機理所在。

[1] 仰建崗.溫拌瀝青混合料應用現狀與性能[J].公路交通科技，2006（8）：32-34.

[2] 俞方英，紀小平，儲偉偉.一種新型溫拌瀝青添加劑及其應用[J].新型建筑材料，2013，40（2）：16-18.

[3] 張苛，張爭奇.基于溫拌瀝青性能的不同溫拌劑效能評價[J].材料科學與工程學報，2016，34（3）：389-393.

[4] 李闖民，王濤，鄧泰.不同成型方法應用于溫拌瀝青混合料配合比設計的對比分析[J].公路，2015（2）：193-198.

[5] 楊彥海，劉夢晴，孫貫益.溫拌瀝青混合料可壓實性與路用性能分析[J].公路，2016（1）：32-35.

[6] 陳宙翔，楊強，張存華，等.溫拌瀝青技術在冬季施工中的應用[J].公路，2016（4）：47-50.

[7] 李宏志，鄭健龍.溫拌瀝青膠漿流變性能研究[J].長安大學學報（自然科學版），2013，33（6）：22-27.

[8] 張榮輝，李斌.基于表面活性平臺的溫拌環(huán)氧瀝青混凝土性能研究[J].新型建筑材料，2011，38（12）：24-26.

[9] 張旭亮，陳勇.基于路用性能的溫拌瀝青混合料改性劑比選[J].材料導報，2015（s1）：373-375.

[10] 羅要飛，張爭奇，張苛，等.高原寒冷地區(qū)溫拌瀝青混合料水穩(wěn)性能分析[J].冰川凍土，2016，38（6）：1592-1597.

[11] 李曦鵬.基于微觀特性的溫拌瀝青老化特性研究[J].硅酸鹽通報，2016，35（11）：3741-3747.