新型反應(yīng)性改性瀝青改性劑技術(shù)性能研究

曹曉娟

摘 要：對不同種類改性瀝青混合料進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)、小梁彎曲疲勞試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)蠕變拉伸試驗(yàn)和無側(cè)限拉伸試驗(yàn)，通過對這四種試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析研究，對比了不同種類改性瀝青混合料的技術(shù)性能，評價(jià)了RET改性劑對瀝青混合料路用性能的改善效果。

關(guān) 鍵 詞：動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)；小梁彎曲疲勞試驗(yàn)；動(dòng)態(tài)蠕變拉伸試驗(yàn)；無側(cè)限拉伸試驗(yàn)

中圖分類號：TE 624 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）07-1487-04

Study on Properties of Reactive Asphalt Modifiers

CAO Xiao-juan

（Xi'an International University Shaanxi Xi'an 710000，China）

Abstract： Different types of modified asphalt mixtures were analyzed by dynamic modulus test， beam bending fatigue test， dynamic creep tests and double-edge-notched tension test， technical properties of different types of modified asphalt mixtures were compared， improvement effect of RET modifier for asphalt pavement performance was evaluated.

Key words： Dynamic modulus test； Beam bending fatigue test； Dynamic creep tests； Double-edge-notched tension test

1 概 述

反應(yīng)性彈性體三元共聚物（RET）作為一種新型的瀝青化學(xué)改性劑，能夠提高瀝青的疲勞壽命，改善瀝青高溫抗車轍、抗剝離、防止低溫開裂的能力等。1991年美國首次將RET改性瀝青用于俄勒崗州的97號公路[1]，該路段在車輛重載和嚴(yán)峻的高溫條件下，表現(xiàn)出良好的路用性能。除此之外，RET改性瀝青還被用于高緯度地區(qū)、機(jī)場跑道和其他各種瀝青路面。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，RET改性瀝青不僅技術(shù)性能良好，又具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。本文主要是通過對不同種類改性瀝青混合料進(jìn)行對比試驗(yàn)，研究分析了新型反應(yīng)性改性瀝青混合料的路用性能。

2 試驗(yàn)介紹

2.1 試驗(yàn)制備

本試驗(yàn)所采用集料的最大公稱粒徑為12.5 mm，將集料與瀝青膠漿在烘箱中保溫2 h后用拌鍋攪拌均勻并分別制成圓柱形試件和長方形試件。圓柱形試件標(biāo)準(zhǔn)尺寸為直徑15 cm，高度18 cm。長方形試件標(biāo)準(zhǔn)尺寸為長60 cm、寬40 cm、高10 cm。并分別測定各試件的正常質(zhì)量、表干重以及水中重。試驗(yàn)測得，該試驗(yàn)中各試件的孔隙率大小變化幅度不超過2%。試驗(yàn)所采用的瀝青混合料類型及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 瀝青混合料類型

Table 1 Asphalt mixture type

序號 瀝青PG分級/℃ 改性瀝青類型 油石比，% 孔隙率，%

1 64-36 RET+PPA 64-36 4.8

2 64-36 氧化后SBS 64-36 4.6

3 64-36 SBS 64-36 4.3

4 67-35 SBS+PPA 67-35 4.7

5 66-35 SBS 66-35 4.3

6 59-35 氧化后PPA 59-35 4.0

7 59-35 PPA 59-35 4.3

2.2 動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)

本試驗(yàn)中采用常規(guī)的性能試驗(yàn)確定混合料的復(fù)合模量和相位角曲線[2]。按照Superpave動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)的要求，將制備好的圓柱形試件切割取芯制成直徑為100 mm，高度為150 mm的圓柱形薄片芯樣，用環(huán)氧樹脂將試件固定，試驗(yàn)裝置如圖1所示。

在動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)之前，首先將試件保溫至試驗(yàn)溫度，并將試件上下表面用鐵墊隔離以減少摩擦力。

圖1 動(dòng)態(tài)模量測試試驗(yàn)圖

Fig.1 Dynamic modulus test

雖然不同的試驗(yàn)溫度（4、12、24、36 ℃）及不同的試驗(yàn)頻率（10、1、0.1、0.02 Hz）會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)與既定的試驗(yàn)程序產(chǎn)生略微誤差，但是，大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)足以描繪出不同溫度下的動(dòng)態(tài)模量曲線。在試驗(yàn)之前要先用5%的動(dòng)態(tài)荷載進(jìn)行預(yù)加載。隨后，向試件試件動(dòng)態(tài)荷載，試件軸向應(yīng)變大約為75 ～ 125 μm/m之間。（試件應(yīng)變主要取決于試件剛度和溫度）。

2.3 小梁彎曲疲勞試驗(yàn)

本試驗(yàn)采用MTS810伺服液壓萬能機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)疲勞彎曲試驗(yàn)[3]。采用四分點(diǎn)控制應(yīng)力或控制位移的方式對試件進(jìn)行加載，直至試件破環(huán)。試驗(yàn)溫度為室溫（25±1）℃。控制應(yīng)力加載方式下的疲勞數(shù)據(jù)分析應(yīng)根據(jù)以下失效準(zhǔn)則：（1）試件剛度減小90%；（2）根據(jù)分散能比率確定；（3）加載次數(shù)下的曲線峰值；（4）韋布理論中的曲線斜率。控制位移加載方式下的疲勞數(shù)據(jù)分析應(yīng)根據(jù)以下失效準(zhǔn)則：（1）試件剛度減小50%；（2）當(dāng)分散能比率發(fā)生改變的情況下；（3）加載次數(shù)下的曲線峰值；（4）韋布理論中的曲線斜率。

2.4 受限動(dòng)態(tài)蠕變拉伸試驗(yàn)

本試驗(yàn)采用MTS810伺服液壓萬能機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)蠕變拉伸試驗(yàn)[4]。通過向154 mm×150 mm×40 mm的長方形試件上持續(xù)施加150 N的正弦荷載進(jìn)行試驗(yàn)。試件的初始切口深度大約為20 mm。其中試件裂縫的計(jì)算公式見式（1），試驗(yàn)原理如圖2所示。

（1）

其中：a—裂縫長度，m；

N—加載次數(shù)；

Δk—應(yīng)力強(qiáng)度因子；

A、n—常數(shù)。

圖2 受限動(dòng)態(tài)蠕變拉伸試驗(yàn)圖

Fig.2 Dynamic creep fracture test in compact tension

2.5 無側(cè)限拉伸試驗(yàn)

無側(cè)限拉伸試驗(yàn)是一種能夠用以評價(jià)材料破壞時(shí)的基本應(yīng)力（We）和破壞時(shí)所顯示的塑性特征（Wp）的試驗(yàn)方法，并能夠預(yù)估出材料出現(xiàn)臨界裂縫時(shí)的位移δt=We/σnet，即破壞時(shí)所需的基本應(yīng)力占最小凈截面應(yīng)力的比例。本試驗(yàn)采用MTS810伺服液壓萬能機(jī)進(jìn)行無側(cè)限拉伸試驗(yàn)。通過向180 mm×120 mm×45 mm的棱形試件上持續(xù)施加荷載進(jìn)行試驗(yàn)，從力-位移曲線圖中得到試件在荷載作用下的位移變化規(guī)律。為了保證各試件破壞時(shí)產(chǎn)生延性破壞，控制試驗(yàn)溫度為（25±1）℃，控制應(yīng)變?yōu)?.4 mm/min。試驗(yàn)原理如圖3所示。

圖3 無側(cè)限拉伸試驗(yàn)圖

Fig.3 Constant rate test in double-edge-notched tension

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)分析結(jié)果

不同種類瀝青混合料的復(fù)合模量及相位角主曲線結(jié)果如圖4所示。

由不同種類改性瀝青混合料的衰減頻率-模量對數(shù)曲線圖試驗(yàn)結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

①不同加載頻率下，氧化后SBS改性瀝青混合料的復(fù)合模量最大；

②PPA催化改性RET改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料（66-35）、氧化后PPA改性瀝青混合料，這三種改性瀝青混合料在不同加載頻率下的復(fù)合模量基本一致。RET改性瀝青混合料的復(fù)合模量能夠達(dá)到通常摻量下的SBS改性瀝青混合料的復(fù)合模量，即RET改性瀝青混合料的強(qiáng)度能夠達(dá)到SBS改性瀝青混合料強(qiáng)度；

圖4 動(dòng)態(tài)模量主曲線圖

Fig.4 The dynamic modulus master curve

③同一加載頻率下，經(jīng)氧化后的SBS改性瀝青混合料復(fù)合模量>未經(jīng)過氧化的SBS改性瀝青混合料復(fù)合模量，經(jīng)氧化后的PPA改性瀝青混合料復(fù)合模量>未經(jīng)氧化后的PPA改性瀝青混合料復(fù)合模量，由此可見，通過加氧改性的方法能夠明顯改善不同種類瀝青混合料的復(fù)合模量，提高混合料的強(qiáng)度。

3.2 四分點(diǎn)小梁彎曲疲勞試驗(yàn)分析結(jié)果

不同種類瀝青混合料小梁在不同應(yīng)力下的疲勞試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，分別將不同種類改性瀝青混合料疲勞試驗(yàn)中各個(gè)應(yīng)力比下的疲勞壽命取對數(shù)，繪入以應(yīng)力比為橫坐標(biāo)，疲勞壽命對數(shù)值為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系中，并對其進(jìn)行線性回歸，回歸結(jié)果如圖6所示。

由不同種類改性瀝青混合料在不同加載應(yīng)力下的疲勞壽命結(jié)果可以得到以下結(jié)論：①不同種類改性瀝青混合料的疲勞次數(shù)均隨加載應(yīng)力的增大而減小；②在同一加載應(yīng)力條件下，RET改性瀝青混合料的疲勞壽命>PPA復(fù)配SBS改性瀝青混合料的疲勞壽命>經(jīng)氧化后的SBS改性瀝青混合料的疲勞壽命>PPA改性瀝青混合料的疲勞壽命>未經(jīng)氧化的SBS改性瀝青混合料的疲勞壽命>經(jīng)氧化后的PPA改性瀝青混合料的疲勞壽命；③采用PPA催化改性RET的方法能夠明顯改善瀝青混合料的疲勞性能，增加瀝青混合料的疲勞壽命；④采用PPA復(fù)配SBS改性瀝青混合料的方法能夠明顯改善瀝青混合料的疲勞性能。

圖5 不同類型混合料疲勞試驗(yàn)結(jié)果圖

Fig.5 Different types of mixture fatigue test results

圖6 不同類型瀝青混合料疲勞擬合曲線圖

Fig.6 Different types of asphalt mixture fatigue curve fitting

3.3 動(dòng)態(tài)蠕變拉伸試驗(yàn)分析結(jié)果

不同種類瀝青混合料動(dòng)態(tài)蠕變拉伸試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 動(dòng)態(tài)蠕變拉伸試驗(yàn)結(jié)果圖

Fig.7 Dynamic creep tensile test results

由動(dòng)態(tài)蠕變拉伸試驗(yàn)結(jié)果可以得到以下結(jié)論：①不同種類改性瀝青混合料的變形率隨加載頻率的增大而逐漸增大；②同一加載頻率下，RET改性瀝青混合料的變形率

3.4 無側(cè)限拉伸試驗(yàn)分析結(jié)果

不同種類改性瀝青混合料的無側(cè)限拉伸試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

圖8 無側(cè)限拉伸試驗(yàn)結(jié)果圖

Fig.8 Unconfined tensile test results

由不同種類瀝青混合料在無側(cè)限拉伸試驗(yàn)過程中發(fā)生破壞時(shí)的最小應(yīng)力We及產(chǎn)生裂縫時(shí)的最小位移 的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：①RET改性瀝青混合料破壞時(shí)所需的應(yīng)力>SBS改性瀝青混合料破壞時(shí)所需的應(yīng)力>氧化后的PPA改性瀝青混合料破壞時(shí)所需的應(yīng)力>經(jīng)氧化后的SBS改性瀝青混合料破壞時(shí)所需的應(yīng)力>PPA復(fù)配SBS改性瀝青混合料破壞時(shí)所需的應(yīng)力>PPA改性瀝青混合料破壞時(shí)所需的應(yīng)力，由此可見，采用PPA催化改性RET改性瀝青混合料的方法能夠提高混合料的開裂強(qiáng)度，抵抗瀝青混合料的抗開裂能力。

4 結(jié) 論

采用PPA催化改性RET改性瀝青混合料的方法能夠明顯改善瀝青混合料的路用性能，延長瀝青路面的使用壽命，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，為國內(nèi)化學(xué)改性瀝青市場的發(fā)展開辟新途徑[5]。

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（上接第1486頁）

（4）在實(shí)際應(yīng)用中，取沈陽理工大學(xué)琴湖中水樣進(jìn)行分析測定。運(yùn)用加標(biāo)法富集了水樣中的鉛，其回收率達(dá)到了97%，準(zhǔn)確度較高，測定出水樣中的鉛離子的濃度為0.079 mg/L。

（5）實(shí)驗(yàn)中也存在吸附劑的選擇性不是很好的情況，有待于后續(xù)工作加以改進(jìn)及研究。

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