何麗紅，鄧穩(wěn)，朱洪洲，侯藝桐，朱真景

( 1.重慶交通大學 交通土建工程材料國家地方聯(lián)合工程實驗室，重慶 400074；2.重慶交通大學 材料科學與工程學院，重慶 400074；3.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074)

SRX(Solution Road Soilfix)是一種水基的、以多種壓力敏感性樹脂以及高強抗老化樹脂聚合而成的特殊路用聚合物，用于替代瀝青和水泥的柔性路面材料[1]，主要針對全厚式瀝青長壽道路，直接與集料拌和使用，一般應用于道路基層[2-5]。杜洪新[5]對SRX聚合物的3種穩(wěn)定材料進行路用性能驗證，證明SRX聚合物級配碎石應用于道路基層建設中是可行的。余永飛等[6]對SRX聚合物級配碎石進行疲勞試驗并建立疲勞方程，結果表明應力水平和SRX含量直接影響SRX聚合物級配碎石的疲勞壽命。目前研究者們對SRX聚合物材料本身的性能研究較少。基于此，本論文主要針對SRX聚合物材料的性能進行研究分析，為后期在SRX聚合物穩(wěn)定材料柔性基層的應用提供試驗基礎和理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 原料與儀器

SRX聚合物，Romix International Ltd.公司生產，各項物理性能見表1。

表1 SRX聚合物物理性能Table 1 Physical properties of SRX polymer

SRX聚合物的有效成分為聚甲基丙烯酸乙酯[—(CH2CCH2-COOCH2CH3)n—]，具有較強的耐高溫性能[7]。從外觀上看，SRX聚合物為溶液狀態(tài)，呈棕灰色，并帶有輕微刺激性氣味。取樣時需將試樣筒搖晃均勻，否則易凝固成黑色塊狀物。

RE-52A旋轉蒸發(fā)器；STA 449C綜合熱分析儀(DSC/TG)；TENSOR Ⅱ傅里葉紅外光譜儀(FTIR)；DHR-2動態(tài)剪切流變儀(DSR)。

1.2 SRX性能測試與結構表征

餾分分析：采用蒸餾試驗獲得低沸點輕質組分，試驗溫度100 ℃。

固含量：參照乳化瀝青蒸發(fā)殘留物含量(T 0651—1993)測量SRX聚合物固含量，其計算公式如式1：

(1)

式中Pb——乳化瀝青的蒸發(fā)殘留物含量，%；

m1——試樣容器、玻璃棒的合計質量，g；

m2——試樣容器、玻璃棒及乳液的合計質量，g；

m3——試樣容器、玻璃棒及殘留物合計質量，g。

熱重分析：運用TG分析SRX聚合物的熱穩(wěn)定性，測試溫度30～600 ℃，保護氣體和沖掃氣體為高純氮，氣體流量分別為20，40 mL/min，升溫速度為10 ℃/min。

紅外分析：采用KBr壓片對比分析SRX蒸餾殘留物、SRX聚合物、SRX蒸餾餾分紅外光譜，掃描范圍為400～4 000 cm-1。

粘彈性：采用溫度掃描方式分析SRX聚合物粘彈性，在應變率為6%的條件下對SRX聚合物下進行溫度掃描，試驗溫度為40～82 ℃，溫度間隔為6 ℃。

黏附性：參照T 0654—2011水煮法測試SRX聚合物與粗集料黏附性，評價其抗剝落能力。

2 結果與討論

2.1 SRX聚合物組分分析

2.1.1 餾分 100 ℃油浴蒸餾過程中，蒸餾約10 min后圓孔燒瓶上端表面產生少許紫色固體物質，燒瓶底座仍有部分SRX原液，之后表面的紫色物質逐漸增多，后面慢慢變黑；30 min后，燒瓶底座與其上端表面物質均變成了黑色固體，此后并無質量的變化。

在蒸餾過程中，蒸餾頭處有無色蒸汽蒸出，經冷凝管冷凝后得到無色液體，同時在蒸餾頭與圓孔燒瓶連接處能明顯聞到胺味，可能含有某類胺類化合物。測得該蒸汽溫度為52.4 ℃，該成分可能為溶液中的輕質組分，黑色殘留物可能為高沸點樹脂混合聚合物。

2.1.2 蒸發(fā)殘留物 在試驗加熱過程中，隨著輕質組分和水分揮發(fā)，SRX聚合物黏度逐漸增加，至不流動態(tài)，慢慢固化變硬呈黑色固體狀態(tài)。SRX聚合物可能為熱固性材料，在失水形成固體后形成立體網狀結構，重復加熱時不具備可塑性變形。試驗殘留的黑色物質為SRX聚合物中的高沸點樹脂類聚合物，運用式(1)測得其固含量為29.76%。

2.1.3 熱重分析 SRX聚合物TG測試結果見圖1。

圖1 SRX聚合物TG圖Fig.1 SRX polymer TG diagram

由圖1可知，在58.3～145.8 ℃之間，SRX聚合物質量損失為75.30%，主要是聚合物中輕質組分以及水分的揮發(fā)所致，與蒸發(fā)殘留物試驗中其固含量為29.76%(100 ℃油浴)相對應；溫度升高至300 ℃，SRX質量基本無損失，表明其能承受300 ℃高溫處理而不分解，熱穩(wěn)定性良好；386.4 ℃時，質量損失為15.25%，這是由于SRX聚合物中的高沸點樹脂類聚合物發(fā)生熱分解；溫度升至500 ℃之后，質量保持不變，殘余質量比例為8.14%，推斷為SRX聚合物熱分解后的碳化物。

從以上分析可知，SRX水基聚合物在300 ℃高溫下具有良好的熱穩(wěn)定性，能滿足SRX柔性穩(wěn)定材料基層道路施工的溫度要求。

2.1.4 FTIR分析 SRX蒸餾殘留物、SRX聚合物、SRX蒸餾餾分FTIR分析結果見圖2，分別對應譜線a，b，c。

圖2 SRX蒸餾殘留物(a)，SRX聚合物(b)，SRX蒸餾餾分(c)FTIR圖Fig.2 SRX distillation residue (a),SRX polymer (b),SRX distillation fraction (c) FTIR diagram

從紅外光譜結果可知，SRX聚合物中含有較多極性基團，且在100 ℃高溫下，化學結構幾乎無變化，仍保持較高的穩(wěn)定狀態(tài)，說明其化學性質不受高溫影響。

2.2 粘彈性

一般要求膠結料在高溫時有較高彈性，以抵抗荷載作用下發(fā)生變形，在低溫時柔軟而具有彈性，以抵抗低溫疲勞開裂，以其來表征膠結料的抗永久變形和疲勞開裂能力。SRX聚合物屬于高分子熱固性材料，在失水形成固體后，不能加熱后重新軟化，冷卻后仍保持不均勻立體網狀結構[5]。因此，本文將SRX聚合物在自然環(huán)境下放置13 d得到其固含物，保持恒重后，再用小刀將其劃分為多個小正方形，制成樣品。

2.2.1 復數(shù)剪切模量G*復數(shù)剪切模量為最大剪切應力和最大剪切應變的比值，其值越大表明SRX聚合物的溫度穩(wěn)定性越高。復數(shù)剪切模量G*和溫度曲線見圖3。

圖3 SRX聚合物復數(shù)剪切模量G*與溫度的變化曲線Fig.3 Curve of complex shear modulus G* and temperature of SRX polymer

由圖3的曲線變化規(guī)律可知，SRX為溫度敏感性材料，且隨著溫度升高，復數(shù)剪切模量G*呈下降趨勢，表明SRX聚合物的彈性和黏性特征均下降。在低溫40 ℃達到最大模量值259.5 kPa，高溫82 ℃時模量值仍然能達到27.70 kPa，高溫時較高的復數(shù)剪切模量G*表明其高溫穩(wěn)定性較好，具有較好的抵抗變形能力。

2.2.2 相位角δ相位角是描述應力與應變延遲的物理量，相位角δ反映的是粘彈性材料動態(tài)響應中彈性行為和粘性行為所占份額的關系，材料的δ越小，越接近0°，說明其力學響應越接近彈性行為；材料的δ越大，越接近90°，說明其力學響應越接近粘性行為。

在上述相同試驗條件下進行溫度掃描，SRX聚合物相位角隨溫度變化曲線圖見圖4。

圖4 SRX聚合物相位角δ與溫度的變化曲線Fig.4 SRX polymer phase angle and temperature curve

由圖4可知，40 ℃時相位角達到最高值44.1°，且隨著溫度的升高，SRX聚合物的相位角均減小，表明溫度增加，其彈性成分隨之增加，彈性恢復能力較強。這是由于SRX聚合物具有完善的空間網絡結構，在高溫條件下鏈段發(fā)生相對位移，應變能適應應力的變化。因此，相應彈性恢復能力強，有利于其穩(wěn)定材料在荷載作用下恢復形變。

2.3 黏附性

SRX聚合物是在常溫條件下和集料直接拌和使用，和傳統(tǒng)冷拌瀝青混合料一樣，其強度的組成為兩部分，分別是集料的嵌擠作用和膠結料的粘結作用。本文采用水煮法評價SRX聚合物和粗集料的裹覆性能，間接判斷其穩(wěn)定材料的抗剝離能力。將兩組粒徑為9.5 mm的粗集料分別在SRX聚合物溶液和乳化瀝青溶液中浸泡45 s，晾置15 min，最后在微沸水中浸沸3 min，結果見圖5～圖6。

圖5 SRX水基聚合物黏附性Fig.5 SRX water-based polymer adhesion

圖6 乳化瀝青黏附性Fig.6 Emulsified asphalt adhesion

由圖5可知，水煮3 min后，SRX聚合物剝落情況不明顯，只有較少處棱角有些許剝落，其裹覆面積>2/3，滿足規(guī)范的黏附性要求。而由圖6可知，乳化瀝青的剝落情況較明顯，集料表明和棱角處都有剝落?？芍琒RX聚合物的黏附能力好于乳化瀝青的黏附能力。這是因為SRX聚合物溶于水并以水為傳導媒介均勻分散到集料，使得SRX溶液完全包裹在集料表面。同時從紅外光譜分析可知，SRX聚合物分子中大量吸附能力較強的穩(wěn)定極性官能團使得SRX與集料之間黏附強度增強。

3 結論

(1)蒸發(fā)殘留物試驗可知，SRX聚合物為熱固性材料，且固含量為29.76%；TG分析表明，145.8 ℃時的SRX殘余質量為24.70%，能承受300 ℃高溫處理而不分解，熱穩(wěn)定性良好，同時，386.4 ℃后SRX聚合物中的膠結材料開始熱分解。

(2)DSR試驗可知，SRX聚合物為感溫性材料，隨著溫度的升高，其復數(shù)剪切模量G*與相位角均降低，表明其彈性成分增加，抗恢復能力較強。

(3)通過FTIR和黏附性試驗表明SRX聚合物中含有較多極性基團，能保SRX聚合物與集料較好的粘附，且與集料的界面結合能力強于乳化瀝青，較強的抗剝落能力可保證其穩(wěn)定材料不會因環(huán)境條件而失效。