交聯(lián)聚乙烯改性瀝青高溫性能及評價指標分析

梁俊輝 葉群山 陳昌鑫

(長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南 長沙 410114)

?

交聯(lián)聚乙烯改性瀝青高溫性能及評價指標分析

梁俊輝 葉群山 陳昌鑫

(長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南 長沙 410114)

通過動態(tài)剪切流變試驗和重復蠕變恢復試驗，對交聯(lián)聚乙烯改性瀝青的高溫性進行了評價，結果表明，XLPE改性劑能夠改善瀝青的高溫性能，而車轍因子G*/sinδ對于彈性較好的改性瀝青高溫性能的評價卻存在著一定的局限性；改性劑車轍因子G*/(sinδ)9和瀝青的蠕變勁度的粘性成分Gv值能夠更好的表征改性瀝青的高溫性能。

交聯(lián)聚乙烯，改性瀝青，高溫性能，車轍

0 引言

瀝青路面具有優(yōu)越的使用性能和行車舒適性，是目前公路建設中使用最廣泛的路面材料。同時由于交通量的迅猛增加、車輛重載化趨勢和夏天持續(xù)高溫極端天氣的頻繁出現(xiàn)造成了瀝青路面出現(xiàn)高溫車轍等破壞，而聚合物改性瀝青技術是改善瀝青路面性能重要的方法之一[1]。

聚乙烯(PE)是改性瀝青中使用最廣泛的熱塑性樹脂改性劑之一，是以乙烯為基本單位通過聚合而成的線性高聚物；交聯(lián)聚乙烯(XLPE)是通過物理或化學方法把線型的聚乙烯分子通過共價鍵交聯(lián)成三維空間網(wǎng)狀結構的一種改性聚乙烯，交聯(lián)聚乙烯(XLPE)的交聯(lián)方式有物理交聯(lián)和化學交聯(lián)兩種；工業(yè)上生產(chǎn)交聯(lián)聚乙烯(XLPE)的生產(chǎn)方式主要有輻照交聯(lián)、硅烷交聯(lián)、過氧化物交聯(lián)和紫外線交聯(lián)這四種。四種生產(chǎn)工藝的核心原理都是首先通過物理或化學方式奪取聚乙烯(PE)分子鏈上的氫原子，形成自由基，再通過分子鏈上自由基的交聯(lián)最終形成交聯(lián)聚乙烯(XLPE)，與傳統(tǒng)的聚乙烯(PE)相比，交聯(lián)聚乙烯(XLPE)具有更好的耐熱性能、更好的機械性能和更好的化學穩(wěn)定性[2-4]。

因此本文選用XLPE制備交聯(lián)聚乙烯改性瀝青，使用動態(tài)剪切流變試驗和重復蠕變恢復試驗對交聯(lián)聚乙烯改性瀝青的高溫性能進行研究。

1 試驗材料和試驗方法

1.1 試驗材料

本試驗中使用的70號瀝青主要技術指標如表1所示。

表1 70號瀝青技術指標

所使用的交聯(lián)聚乙烯改性劑(XLPE)的主要技術指標如表2所示。

1.2 試驗方案

本試驗使用高速剪切熔融法制備摻量分別為3%，5%和7%的交聯(lián)聚乙烯改性瀝青。

對不同摻量的交聯(lián)聚乙烯改性瀝青、基質瀝青和成品SBS改性瀝青進行動態(tài)剪切流變試驗，試驗溫度為60 ℃，采用應變控制模式，取應變值為12%，選用10 rad/s的正弦振蕩荷載模式，試驗夾板直徑選用25 mm，板間距為1 mm；通過試驗得到的車轍因子G*/sinδ和改進型車轍因子G*/(sinδ)9來評價瀝青的高溫性能。

表2 交聯(lián)聚乙烯(XLPE)技術指標

對瀝青進行重復蠕變恢復試驗，采用的試驗溫度為60 ℃，加載應力分別采用30 Pa,100 Pa和300 Pa三種應力，加載模式為加載1 s卸載9 s，加載過程中每0.1 s采集一次數(shù)據(jù)，卸載過程每0.9 s采集一次數(shù)據(jù)，共進行100次重復蠕變。通過對第50，51次蠕變階段試驗數(shù)據(jù)進行Burgers模型參數(shù)擬合，計算出第50，51次重復蠕變階段蠕變勁度的粘性成分Gv平均值，對瀝青的高溫性能進行評價。

2 試驗結果分析

2.1 動態(tài)剪切流變試驗

通過對3%，5%和7%三種摻量的交聯(lián)聚乙烯改性瀝青、基質瀝青和SBS改性瀝青進行動態(tài)剪切流變試驗可以得到瀝青在60 ℃下的車轍因子G*/sinδ和改進型車轍因子G*/(sinδ)9，如圖1和圖2所示。

從圖1五種瀝青的車轍因子G*/sinδ對比結果中可以看到，在試驗溫度為60 ℃時交聯(lián)聚乙烯改性瀝青和SBS改性瀝青的車轍因子G*/sinδ都要大于基質瀝青，說明XLPE改性劑和SBS改性劑都能夠提高瀝青的車轍因子，改善瀝青的高溫性能，且隨著XLPE改性劑摻量的增加其改善效果更好。同時可以看到3%,5%和7%三種摻量的交聯(lián)聚乙烯改性瀝青的車轍因子G*/sinδ都要大于SBS改性瀝青，因此僅以車轍因子G*/sinδ為高溫評價指標時XLPE改性劑對瀝青高溫性能的改善效果要好于SBS改性劑。

從圖2中看到，SBS改性劑和XLPE改性劑的添加都能夠使得瀝青的改進型車轍因子G*/(sinδ)9增大，提高瀝青的高溫性能；同時看到SBS改性瀝青的60 ℃的改進型車轍因子G*/(sinδ)9要大于交聯(lián)聚乙烯改性瀝青，這與車轍因子G*/sinδ的試驗結果有所不同。這是由于改進型車轍因子G*/(sinδ)9充分考慮了改性瀝青的彈性性質對于瀝青抗車轍能力的影響，而相位角δ在一定程度上反映瀝青的彈性能力，因此改進型車轍因子通過提高瀝青相位角δ的敏感性進一步更明顯地表征改性瀝青的抗車轍能力[5]。

2.2 重復蠕變恢復試驗

選取應力分別為30 Pa,100 Pa和300 Pa的重復蠕變恢復試驗中，60 ℃試驗條件下第50,51次蠕變階段試驗數(shù)據(jù)，采用origin軟件進行Burgers模型參數(shù)擬合計算出第50,51次重復蠕變階段蠕變勁度的粘性成分Gv值，并求取其平均值，試驗結果見圖3。

從圖3可以看出同一種瀝青在30 Pa,100 Pa和300 Pa三個不同應力水平下時蠕變勁度的粘性成分Gv值變化不大，表明Gv值是材料的一個特性參數(shù)，不受應力因素的影響，能夠較好的表現(xiàn)出瀝青材料的高溫性能。對于五種不同瀝青，蠕變勁度的粘性成分Gv值最小的為基質瀝青，最大的為SBS改性瀝青，交聯(lián)聚乙烯改性瀝青的Gv值大于基質瀝青小于SBS改性瀝青，說明SBS改性劑和XLPE改性瀝青都能夠明顯的提高瀝青的高溫性能，且SBS改性劑的改善效果要好于XLPE改性劑，這與車轍因子G*/sinδ的試驗結果不同而與改進型車轍因子G*/(sinδ)9的試驗結果基本相同。這是由于蠕變勁度的粘性成分Gv充分考慮了瀝青的彈性恢復變形，很好的將彈性恢復變形從永久變形中分離出來，能夠更準確的反映瀝青的高溫性能。

為了更直觀的分析改性瀝青的彈性恢復能力，在重復蠕變恢復試驗中以εl表示蠕變階段結束后的瞬時應變，即恢復階段的初始應變；εp為瀝青恢復階段的未能恢復的殘余應變，也稱為永久應變，εl/εp則能反映瀝青的彈性恢復能力，瀝青在30 Pa應力下

第1次、第50次和第100次的εl/εp如圖4所示。

從圖4中看到，在第1次，50次和100次的重復蠕變試驗中，SBS改性瀝青的彈性恢復能力要好于基質瀝青和交聯(lián)聚乙烯改性瀝青；瀝青路面高溫車轍的本質是在重復荷載作用下不可恢復的永久變形，因此彈性恢復能力較好的瀝青在應力卸載階段得到充分的恢復，具有更小的累積變形，其抗車轍能力也能夠充分體現(xiàn)出來。改性劑車轍因子G*/(sinδ)9和瀝青的蠕變勁度的粘性成分Gv值充分考慮了瀝青的彈性性質對抗車轍能力的影響，能夠更好的表征改性瀝青的高溫性能，而車轍因子G*/sinδ對彈性性能較好的改性瀝青高溫性能的評價有一定的局限性[6]。

3 結語

1)XLPE改性劑和SBS改性劑都能夠改善瀝青的高溫性能，而使用不同的高溫評價指標對瀝青的高溫性能評價有著不同的結果。

2)車轍因子G*/sinδ雖能較好的評價普通瀝青的高溫性能，但對于彈性較好的改性瀝青高溫性能的評價卻存在著一定的局限性；改性劑車轍因子G*/(sinδ)9和瀝青的蠕變勁度的粘性成分Gv值能夠更好的表征改性瀝青的高溫性能。

[1] 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001:10-24.

[2] 陳樂怡，張從容.常用合成樹脂的性能和應用手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2002:45-46.

[3] 楊錫武，劉 克，楊大田.PE改性瀝青的幾個問題[J].中外公路，2008，28(6)：203-207.

[4] 陸騰飛,葉群山.基于DSR的交聯(lián)聚乙烯改性瀝青流變特性研究[J].西部交通科技,2015(12):15-18.

[5] 陳華鑫，王秉綱.SBS改性瀝青車轍因子的改進[J].同濟大學學報(自然科學版),2008,36(10):1384-1387.

[6] 張肖寧，孟勇軍，鄒桂蓮.基于重復蠕變的混合瀝青高溫指標[J].華南理工大學學報，2008，36(2)：23-28.

Analysis of high temperature performance and evaluation index of cross-linked polyethylene modified asphalt

Liang Junhui Ye Qunshan Chen Changxin

(ChangshaUniversityofScience&Technology,InstituteofTransportationEngineering,Changsha410114,China)

The high temperature performance of cross-linked polyethylene modified asphalt was evaluated by dynamic shear rheological test and repeated creep recovery test. The results indicate that the XLPE can improved high-temperature performance of asphalt. The rutting factorG*/sinδhas some limitations on evaluation of high temperature performance of modified asphalt with good elasticity. The modifier rutting factorG*/(sinδ)9and the viscous component of creep stiffnessGvcan characterize high-temperature performance of modified asphalt.

cross-linked polyethylene, modified asphalt, high-temperature performance, rutting

1009-6825(2016)32-0151-02

2016-09-02

梁俊輝(1983- )，男，在讀碩士; 葉群山(1978- )，男，副教授; 陳昌鑫(1992- )，男，在讀碩士

U416.217

A