楊 嘉 葉 維 董 越

（1.重慶滬渝高速公路有限公司，重慶 401147；2.重慶渝黔高速公路有限公司，重慶 401147；3.重慶交通大學，重慶 400067；4.重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 400067）

0 引言

不斷增長的交通壓力提升了人們對道路質(zhì)量的要求，尤其是對路面鋪裝材料性能的要求[1]。相比于傳統(tǒng)的基質(zhì)瀝青，聚氨酯改性瀝青混合料在抵抗車轍、彈性性能方面效果更加突出[2]。聚氨酯（PU）是新型的瀝青改性劑，在合適的溫度與剪切攪拌下與瀝青發(fā)生固化反應使得其成為穩(wěn)定的網(wǎng)狀體系，這使得瀝青感溫性能衰弱，高溫穩(wěn)定性及低溫特性得到加強[3~4]。聚氨酯與瀝青的穩(wěn)定體系形成的過程相對復雜，聚氨酯摻量、固化溫度和養(yǎng)護時間等對改性瀝青性能都具有一定影響。

Jia等[5]使用PU配合納米材料有機化蒙脫土制備得到的復合改性瀝青具有良好的高、低溫性能，便于存放；Sheng等[6]利用PU對改性乳化瀝青進行改進，在合理的摻量比例下獲得的改性瀝青材料在低溫特性上大為提高；Zhang等[7]制備出一種適用于橋面鋪裝的熱固性PU改性瀝青，發(fā)現(xiàn)其綜合性能良好；Jin等[8]使用PU改性巖石瀝青同樣獲得了優(yōu)異低溫性能的瀝青材料。本文通過高溫車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗探究聚氨酯的較佳摻比，并分析聚氨酯對瀝青混合料路用性能的改善效果。

1 實驗材料與方法

1.1 瀝青及聚氨酯

對選取的70#基質(zhì)瀝青進行基礎性能測試，結(jié)果如表1所示。

表1 70#基質(zhì)瀝青技術(shù)指標

聚氨酯來源于北方某公司，半透明，密度約為1.1g/cm3，23℃斷裂伸長率為295%，23℃拉伸強度為9.6MPa。

1.2 礦料

采用石灰?guī)r礦料，其技術(shù)指標如表2、表3 和表4所示。

表2 粗集料技術(shù)指標

表3 細集料技術(shù)指標

表4 石灰?guī)r礦粉技術(shù)指標

1.3 聚氨酯改性瀝青制備

取適量的基質(zhì)瀝青加入鍋中，加熱到指定溫度后，先剪切攪拌1h，然后加入聚氨酯，繼續(xù)剪切攪拌1.5h，制得聚氨酯改性瀝青。對相關(guān)文獻進行研究[9]，聚氨酯摻量初步定為10%、20%、30%、40%，以不同摻量制得4組聚氨酯改性瀝青。

1.4 級配設計

本文選用AC-13級配，設計級配如表5所示，選擇級配中值。初步估計最佳油石比為5.0%，再以0.5%的差值取4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%五組油石比。采用常規(guī)的馬歇爾試驗，分析結(jié)果得出最佳油石比為5.1%。

表5 礦料級配

1.5 試驗方法

相同油石比、礦料級配及拌和條件下，分別成型不同聚氨酯摻量（0%、10%、20%、30%、40%）的聚氨酯改性瀝青混合料。按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）要求進行聚氨酯改性瀝青的三大指標試驗及混合料的高溫車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 三大指標實驗

測試聚氨酯改性瀝青的三大指標，試驗結(jié)果如表6所示。

表6 聚氨酯改性瀝青三大指標試驗結(jié)果

由表6可以看出，當聚氨酯摻量提高，改性后的瀝青針入度下降趨勢明顯，軟化點上升趨勢顯著。由此可以判斷聚氨酯改性對瀝青的高溫性能加強有極大幫助。

2.2 高溫穩(wěn)定性能

高溫車轍試驗是檢測混合料高溫穩(wěn)定性能的常規(guī)方法之一，實驗簡便，實驗結(jié)果利于分析，實驗采用德國漢堡車轍儀，試驗溫度為60℃，試驗結(jié)果如表7所示。

表7 聚氨酯改性瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

從表7可以看出，在聚氨酯改性下的混合料動穩(wěn)定度上升趨勢明顯，同時提高聚氨酯摻量也使得混合料動穩(wěn)定度增加幅度變大。分析原因為：在高速剪切攪拌作用下聚氨酯分散效果良好，兩者作用下形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，瀝青分子鏈運動被遏制，使混合料變得更加穩(wěn)定，在60℃的高溫環(huán)境下抵抗車轍能力變強，固化反應同時也能加強整體的強度，使混合料力學性能增加。

2.3 低溫抗裂性能

本文對低溫抗裂性的測試選擇低溫小梁彎曲試驗，設置試驗溫度為-10℃，試驗結(jié)果如表8所示。

表8 聚氨酯改性瀝青混合料低溫小梁彎曲試驗結(jié)果

從表8可以看出，混合料的彎拉應變值隨著單一變量聚氨酯摻量的提高而增大，同時勁度模量不斷減小。對比原始的70#基質(zhì)瀝青，從中可以發(fā)現(xiàn)40%聚氨酯用量的彎拉強度提高了67%，勁度模量降低了63%。摻入聚氨酯改性瀝青混合料的低溫抗裂性良好。因此，瀝青的低溫性能在聚氨酯改性下得到改善。

2.4 水穩(wěn)定性能

本文通過浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來驗證混合料的水穩(wěn)定性能，結(jié)果如表9和表10所示。

表9 聚氨酯改性瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結(jié)果

表10 聚氨酯改性瀝青混合料凍融劈裂試驗結(jié)果

摻加聚氨酯改性后，馬歇爾穩(wěn)定度和劈裂強度增大。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成使得混合料的強度加大。但分析發(fā)現(xiàn)凍融劈裂強度比反而有所下降，殘留穩(wěn)定度變化微弱，說明聚氨酯的摻入可能對混合料的水穩(wěn)定性能有不利影響，這也是聚氨酯改性瀝青的重點研究方向。

3 結(jié)束語

本文通過對70#基質(zhì)瀝青摻加10%、20%、30%、40%的聚氨酯進行改性，對比分析改性前后瀝青的性能指標，軟化點隨著聚氨酯摻量增加而增大，針入度隨著摻量增大而減小。通過對不同摻量的混合料性能試驗結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，當聚氨酯摻量為40%時混合料高溫性能加強最為顯著，低溫性能也有所加強。聚氨酯固化加強了混合料的強度，使得其高溫性能加強，但水穩(wěn)定性還需進一步研究改進。

隨著聚氨酯的研究不斷深入，越來越多種類的聚氨酯被應用到實際工程中，這使得聚氨酯改性瀝青的研究被不斷改進完善，效果也因為實際需求而有所區(qū)分，選擇合適類型的聚氨酯會取得更加優(yōu)異的效果。隨著對路面要求的提高，聚氨酯改性瀝青技術(shù)將來會擁有更加良好的前景。