硫磺(摻Thiopave顆粒)改性瀝青高溫穩定性能的研究

楊洪生，宇德忠，于立澤

(黑龍江省交通科學研究所)

1 試驗儀器及方法

瀝青流變測定采用我所引進的美國TA公司生產的CSAⅡ型瀝青動態剪切流變儀。由于硫磺在低濃度時對瀝青改性效果較好，因此在試樣制備時，分別選取基質瀝青(基質瀝青選用盤錦90#瀝青)和改性后的瀝青試樣(Thiopave占瀝青總質量的5%)，反映溫度為140℃，反映時間為1 h。

試驗采用直徑20 mm的圓盤測量。主要曲線的測定條件為：測定溫度為恒溫25℃，頻率變化范圍0.01～100 Hz，恒定荷載1 000 Pa。等時曲線測定條件為：測試溫度由0℃升至75℃，升溫速率均為8℃/3 min，恒定頻率1 Hz，恒定載荷1 000 Pa。在試驗前要對瀝青材料進行應力掃描，從而確定試驗中適當的載荷應力。

2 試驗結果的評價方法與分析

2.1 隨溫度變化測定結果的分析

隨溫度變化的等時曲線結果分別如圖1～圖4所示。

圖1～圖4是在恒定交變載荷頻率和恒定荷載應力為1 000 Pa下，改性前后瀝青的損失模量、相位角、存儲模量、復合模量隨溫度變化的曲線，試驗中溫度的變化范圍為0～75℃。

圖1 復合模量隨溫度變化結果

圖2 相位角隨溫度變化結果

圖1的數據表明，在低溫條件下，A、B樣品改性后的復合模量要小于改性前的復合模量但二者相差較小，隨著溫度的升高，改性后的復合模量要大于改性前的復合模量，這表明硫磺改性瀝青在高溫時的抗變形能力強。從圖中還可以看出A樣品在大于40℃時，改性后瀝青性能要明顯強于改性前。結合圖2可以看出，瀝青硫化后高溫情況下改性后瀝青的相位角小于改性前，說明應變基本與載荷應力同步，同時還說明抗車轍因子G*/sin(δ)改性后遠高于改性前。從圖3的結果分析，當試驗溫度升高時，基質瀝青的存儲彈性模量降低速度較快，但硫化后瀝青的彈性模量的下降幅度要小于基質瀝青。圖4是瀝青的損失模量曲線，當試驗溫度升高時，硫化后瀝青的損失模量下降趨勢小于基質瀝青。

圖3 存儲彈性模量隨溫度變化結果

圖4 損失模量隨溫度變化結果

2.2 隨頻率變化的測定結果分析

隨頻率變化測定主要曲線結果分別如圖5～圖8所示。

由圖5～圖7的結果分析可知，在低頻下改性瀝青的損失模量、彈性模量和復合模量均高于基質瀝青，從材料學角度分析，低頻相當于高溫此條件下的試驗結果與等時曲線測定結果大致相同。圖6中試驗結果表明，在低頻條件下改性瀝青的彈性模量要優于基質瀝青，這也說明了低頻高溫下硫磺改性瀝青具有較好的彈性和較高的高溫穩定性。圖8顯示的是硫磺改性瀝青和基質瀝青在室溫(25℃)條件下相位角對載荷頻率變化的響應，根據試驗結果可以看出硫磺改性瀝青在整個頻率范圍內的相位角都小于基質瀝青。當加載荷的時間較短時(即施載荷頻率較大時)，硫磺改性瀝青和基質瀝青的相位角都較小，也即載荷施加時間較短時基質瀝青表現出很好的彈性，此時有比較好的高溫穩定性;當載荷施加時間變長時(即載荷頻率變小)，硫磺改性瀝青和基質瀝青對載荷的響應增加，彈性變差，相位角增大說明高溫穩定性能力降低。但硫磺改性瀝青相位角隨頻率變化均小于同頻率下基質瀝青，這表明了硫化后瀝青的抗疲勞能力增強。

圖5 復合模量隨頻率變化結果

圖6 彈性模量隨頻率變化結果

3 結論

與傳統的環球法測定瀝青軟化點相比較，采用動態剪切流變儀做試驗可以準確地測定出改性瀝青的高溫性能;通過上述試驗分析可以得出Thiopave改性瀝青與基質瀝青相比充分發揮了硫磺的改性作用，提高了瀝青的彈性性能，增強了其抗車轍能力，使瀝青路面壽命延長、高溫穩定性能及抗疲勞性得到顯著改善。

圖7 損失模量隨頻率變化結果

圖8 相位角隨頻率變化結果

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