摘要 文章通過分析多聚磷酸的特性，研究橡膠粉與多聚磷酸對石油瀝青復(fù)合改性。結(jié)果表明，隨著橡膠粉摻量、橡膠粉目數(shù)及PPA（多聚磷酸）摻量的不斷增加，針入度在不斷減小；隨著橡膠粉摻量、橡膠粉目數(shù)及PPA摻量的不斷增加，瀝青軟化點(diǎn)也在提高；隨著橡膠粉摻量的增大，改性瀝青延度逐漸越大；隨著橡膠粉目數(shù)及多聚磷酸摻量增加，瀝青延度越低。隨著橡膠粉摻量和PPA摻量增加，黏度增大；隨著橡膠粉目數(shù)增加，瀝青黏度有所下降但變化不大。

關(guān)鍵詞 多聚磷酸；復(fù)合改性瀝青；橡膠粉；正交試驗(yàn)；最佳摻量

中圖分類號 U414 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）07-0180-03

0 引言

自21世紀(jì)以來，中國的交通量增長迅速，行車荷載逐年增加，這對道路的技術(shù)要求與使用壽命都提出了更高的要求。近些年來通過技術(shù)手段提高瀝青性能的研究越來越多[1-5]，該文通過試驗(yàn)研究與理論分析的方式，采用PPA（多聚磷酸）與橡膠粉作為改性劑對瀝青進(jìn)行復(fù)合改性并對多聚磷酸與橡膠粉復(fù)合改性瀝青及瀝青混合料進(jìn)行了研究。

1 原材料

1.1 基質(zhì)瀝青

瀝青是瀝青混合料中較重要的一種材料，要求各指標(biāo)滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中各指標(biāo)的要求。瀝青是一種黑褐色的高聚物，在自然狀態(tài)下以固態(tài)或半固體狀態(tài)存在。主要由碳?xì)浠衔锝M成，高溫下為液態(tài)，是一種黏彈塑性物質(zhì)。由于我國地域?qū)拸V，各地的氣候變化比較大，根據(jù)我國氣候的分布情況進(jìn)行了氣候分區(qū)，不同氣候分區(qū)對瀝青性能要求不同，各地可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚍謪^(qū)有針對性地選擇瀝青。瀝青選擇時，南方地區(qū)一般選用70#基質(zhì)瀝青，北方地區(qū)上、中面層一般選用SBS改性瀝青。該研究選用的瀝青為70#瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示，經(jīng)過分析各指標(biāo)均滿足工程的需要。

1.2 橡膠粉

橡膠粉高溫下黏度較大，可以用于改善瀝青的高低溫性能。該研究選用的膠粉粒徑分別為30目、40目、50目，其技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

1.3 多聚磷酸

多聚磷酸（PPA）在常溫下為液體，呈無色透明黏稠狀，是一種帶一定腐蝕性的無機(jī)酸，可以改善瀝青的高溫性能。該研究使用的多聚磷酸基本組成成分如表3所示。

1.4 粗集料

粗集料應(yīng)質(zhì)地堅硬、均勻潔凈、無雜質(zhì)。研究中使用的粗集料為3～5 mm、5～10 mm、10～15 mm石灰?guī)r碎石，其技術(shù)指標(biāo)如表4所示。

1.5 細(xì)集料

瀝青混合料的細(xì)集料僅起到填充作用，應(yīng)選用潔凈、堅固性好，有一定級配要求的石灰?guī)r機(jī)制砂作為細(xì)集料，其技術(shù)要求如表5所示。

1.6 填料

瀝青混合料中的填料為挑選的石灰?guī)r磨細(xì)而成，其技術(shù)指標(biāo)如表6所示。

2 實(shí)驗(yàn)方案

試樣的制備方法：將基質(zhì)瀝青加熱至180 ℃，加入多聚磷酸并稍加攪拌，然后加入膠粉，在195 ℃下保溫10 min后使用剪切機(jī)進(jìn)行剪切，設(shè)置剪切轉(zhuǎn)速為 1 500轉(zhuǎn)/min，時間為1 h，最后將剪切完畢的改性瀝青冷卻至室溫即可制得PPA/橡膠粉復(fù)合改性瀝青。

該次研究采用正交試驗(yàn)，選取橡膠粉摻量分別為15%、18%、21%，橡膠粉目數(shù)為30目、40目、50目，多聚磷酸摻量為1%、1.5%、2%。正交試驗(yàn)各因素和水平如表7所示。實(shí)驗(yàn)中通過改性瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度及黏度確定橡膠與多聚磷酸復(fù)合改性瀝青的最佳摻量。

3 不同摻量改性瀝青性能分析及最佳摻量確定

3.1 結(jié)果與討論

室內(nèi)采用三因素三水平正交試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1～圖4所示。

（1）針入度試驗(yàn)結(jié)果分析。由圖1可知，隨著橡膠粉摻量的不斷增加，針入度在不斷減小，但是摻量由18%增加到21%針入度變化不大；隨著橡膠粉目數(shù)增加，針入度不斷降低；而隨著PPA摻量的增加，針入度不斷降低。

（2）軟化點(diǎn)試驗(yàn)分析。由圖2可知，橡膠粉摻量對于軟化點(diǎn)影響比較大，隨著摻量的增加，瀝青軟化點(diǎn)也在提高，但是摻量18%增加到21%軟化點(diǎn)增長趨勢變緩；而隨著橡膠粉目數(shù)增加，軟化點(diǎn)也逐漸升高，由40目增加為50目，軟化點(diǎn)升高較快；PPA摻量越大，軟化點(diǎn)越高。

（3）延度試驗(yàn)分析。由圖3可知，隨著橡膠粉摻量的增大，改性瀝青延度逐漸越大；隨著橡膠粉目數(shù)增加，瀝青延度越低。隨著多聚磷酸摻量增大，延度逐漸減小，但由1.5%的摻量增加到2%，延度減小趨勢變緩。

（4）黏度試驗(yàn)分析。由圖4可知，隨著橡膠粉摻量增加，黏度增大，摻量由18%增加到21%，黏度增長明顯加快；隨著橡膠粉目數(shù)增加，瀝青黏度有所下降但變化不大；隨著PPA摻量增加，瀝青黏度增加比較快。

3.2 最佳摻量確定

由以上數(shù)據(jù)與分析可知，隨著膠粉摻量的增加，瀝青的軟化點(diǎn)、黏度、延度、彈性恢復(fù)率升高，針入度降低。從軟化點(diǎn)數(shù)據(jù)分析可知，膠粉摻量由15%升至18%時，軟化點(diǎn)增長迅速，說明橡膠粉摻量并未達(dá)到飽和；而摻量由18%升至21%時，各性能指標(biāo)也并未出現(xiàn)極值，且摻量為21%的改性瀝青綜合性能優(yōu)于摻量為18%的改性瀝青，故膠粉最佳摻量選用21%。

隨著膠粉變細(xì)，瀝青的針入度、延度、黏度降低，軟化點(diǎn)上升。60目橡膠過細(xì)，其制得的瀝青雖然軟化點(diǎn)較高，但延度與彈性恢復(fù)率都明顯低于30目與40目；30目與40目橡膠粉細(xì)度相近，制得的改性瀝青性能也相近，但40目的彈性恢復(fù)率較好，軟化點(diǎn)也稍高于30目，故膠粉的最佳細(xì)度選用40目。

隨著PPA摻量的增加，瀝青的黏度、軟化點(diǎn)上升，針入度與延度降低，彈性恢復(fù)率變化不大。摻量在由0.5%升至1%時，各性能指標(biāo)變化幅度很大，而在1%升至1.5%時變化速率放緩，1%摻量與1.5%摻量性能接近，故1.5%不是最佳摻量。而1%摻量的改性瀝青雖然延度較差，但與0.5%摻量的改性瀝青對比針入度大幅下降，軟化點(diǎn)與黏度明顯上升，綜合性能1%摻量優(yōu)于0.5%，故PPA的最佳摻量選用1%。

4 多聚磷酸及橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料性能分析

橡膠粉粒徑采用40目，摻量為21%，多聚磷酸摻量為1%進(jìn)行瀝青改性，并進(jìn)行瀝青混合料性能分析。

4.1 高溫性能分析

瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性是指在較高溫度下，經(jīng)過長時間車輛荷載反復(fù)作用，瀝青路面不會產(chǎn)生車轍、推移和擁包等永久變形的特性，高溫性能采用車轍試驗(yàn)進(jìn)行分析，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

4.2 低溫彎曲試驗(yàn)

瀝青路面在低溫下也應(yīng)具有抗裂性，即瀝青混合料應(yīng)具有較好的低溫變形能力和較大的抗彎拉應(yīng)變能力，采用低溫彎曲試驗(yàn)進(jìn)行分析，如表9所示。

4.3 水穩(wěn)定性分析

瀝青混合料的水穩(wěn)定性可根據(jù)它在浸水條件下物理力學(xué)性能降低的程度來表示，以浸水馬歇爾試驗(yàn)作為瀝青混合料水穩(wěn)定性的評價方法，以殘留穩(wěn)定度（MS0）作為評價指標(biāo)，如表10所示。

4.4 結(jié)果分析

由表8～10可知，多聚磷酸與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料動穩(wěn)定度都達(dá)到了4 000次/mm以上，說明其高溫性能較好；多聚磷酸與橡膠粉復(fù)合改性瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變都大于2 800，說明其低溫性能較好；通過浸水馬歇爾實(shí)驗(yàn)可以得出殘留穩(wěn)定度比為85.48，其水穩(wěn)定性也較好。

5 結(jié)論

該文通過正交試驗(yàn)，找到了在瀝青中加入PPA與橡膠粉各種性能的變化，通過規(guī)律尋找到了PPA與橡膠粉的最佳摻量以及橡膠粉的最佳細(xì)度，結(jié)論如下：

（1）由圖1可知，隨著橡膠粉摻量的不斷增加，針入度在不斷減小，但是摻量由18%增加到21%針入度變化不大；隨著橡膠粉目數(shù)增加，針入度不斷降低；而隨著PPA摻量的增加，針入度不斷降低。

（2）由圖2可知，橡膠粉摻量對于軟化點(diǎn)影響比較大，隨著摻量的增加，瀝青軟化點(diǎn)也在提高，但是摻量18%增加到21%軟化點(diǎn)增長趨勢變緩；而隨著橡膠粉目數(shù)增加，軟化點(diǎn)也逐漸升高，由40目增加為50目，軟化點(diǎn)升高較快；PPA摻量越大，軟化點(diǎn)越高。

（3）由圖3可知，隨著橡膠粉摻量的增大，改性瀝青延度逐漸越大；隨著橡膠粉目數(shù)增加，瀝青延度越低。隨著多聚磷酸摻量增大，延度逐漸減小，但由1.5%的摻量增加到2%，延度減小趨勢變緩。

（4）由圖4可知，隨著橡膠粉摻量增加，黏度增大，摻量由18%增加到21%，黏度增長明顯加快；隨著橡膠粉目數(shù)增加，瀝青黏度有所下降但變化不大；隨著PPA摻量增加，瀝青黏度增加比較快。

參考文獻(xiàn)

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