聚丙烯蠟改性瀝青溫拌性能研究

王東升

（重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074）

0 引言

瀝青混凝土路面因優異的使用性能、良好的行車舒適性以及施工周期短、養護維修方便等特點，在我國各等級公路的鋪筑中得到廣泛的應用，鋪筑方式以熱拌瀝青混合料為主。生產熱拌瀝青混合料時，瀝青與集料的拌和溫度一般不低于160℃，這一過程不僅會消耗大量的能源，還會排放出大量的廢氣和粉塵，嚴重影響生態環境和施工人員的健康，此外，瀝青在高溫拌和時易發生老化，從而影響瀝青路面的路用性能。相比熱拌瀝青混合料，溫拌瀝青混合料的拌和壓實溫度降低了約20℃—30℃，在降低能耗、減少有害物質的排放的同時，還能降低瀝青老化程度、延長路面施工季節。顯然，熱拌技術并不符合可持續發展的方針，而保留熱拌瀝青混合料優良路用性能同時還環保節能的溫拌技術將是瀝青路面技術的發展趨勢。

溫拌技術大致分為三種：有機降黏技術、發泡降黏技術和乳化瀝青技術。有機降黏技術是往瀝青或者瀝青混合料中添加熔點較低的有機降黏劑，高溫下降黏劑熔化從而降低瀝青的黏度；發泡降黏技術是在拌和過程中向瀝青中加入親水材料，水分在高溫下形成水蒸汽，使得瀝青體積膨脹，黏度降低；乳化瀝青技術是采用高濃度乳液對瀝青發泡處理，經乳液乳化發泡后的瀝青黏度已有所降低，同時乳液中含一定比例的水，在與集料拌和過程中，這部分水變成水蒸氣排除，從而提高瀝青混合料和易性，達到溫拌效果。本研究選用聚丙烯蠟（PP 蠟）作為有機降黏劑，以不同的摻量改性70 號瀝青，并研究其對瀝青基本性能的影響規律，為其在溫拌瀝青的研究與應用中提供一定參考。

1 PP 蠟對瀝青性能的影響

PP 蠟屬于蠟類物質，熔點在100℃左右，在高于100℃時會完全熔化于瀝青中，因此，在制備PP 蠟改性瀝青時只需將基質瀝青加熱熔融至140℃后，加入一定比例的PP 蠟（外摻法，摻量為別為2%、4%、6%、8%和10%），再進行人工攪拌10—15min。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）中的相關規定，分別對70#基質瀝青瀝青和不同摻量的改性瀝青進行布氏旋轉黏度試驗、針入度試驗、軟化點試驗以及延度試驗。

1.1 布氏旋轉黏度

布氏旋轉黏度試驗選用布氏黏度計（Brookfield DV-Ⅱ+ Pro 型），試驗樣品取9.0g，試驗溫度為120℃、135℃和150℃。黏溫曲線如圖1所示。從圖1可以看出，PP 蠟對瀝青黏度有顯著的影響，根據黏溫曲線，瀝青的黏度隨著PP 蠟摻量增加而明顯降低，135℃時，摻量為2%、4%、6%、8%和10%的PP 蠟改性瀝青的黏度分別比基質瀝青降低12.1%、21.4%、30.8%、38.5%和43.4%，6%的PP 蠟能達到30%以上的降粘作用，表明PP 蠟可以有效降低基質瀝青的高溫黏度，增大其高溫流動性。

1.2 三大指標

從圖2(a)可以看出，在25℃時，瀝青針入度值隨著PP 蠟摻量的增加而減小，表明PP 蠟的摻入使得瀝青硬度增大，抗變形能力增強，同時還可看出不同摻量PP 蠟改性瀝青的針入度增量變化均勻，沒有發生突變現象，說明PP 蠟的摻入對瀝青感溫性能影響不大。從圖2(b)可以看出，摻量范圍在2%—8%時，PP 蠟改性瀝青的軟化點隨PP 蠟摻量增加而增大，摻量超過8%時，軟化點有一定的降低，但改性瀝青的軟化點都明顯高于基質瀝青，表明PP 蠟能改善瀝青的高溫穩定性，與針入度得出的結論相吻合。本研究采用15℃延度評價瀝青的低溫性能，拉伸速率為5cm/min，從圖2(b)可以看出，瀝青的低溫延度隨PP 蠟摻量的增加而降低，且增量變化率有變大的趨勢，在15℃時，摻量為2%、4%、6%、8%和10%的PP蠟改性瀝青的延度分別比基質瀝青降低了10.3%、17.5%、22.6%、29.2%和40.9%，充分說明PP 蠟的摻入使瀝青的延展性變差，對瀝青的低溫性能產生負面效果。

圖1 PP 蠟摻量對瀝青布氏旋轉黏度的影響

圖2 PP 蠟摻量對瀝青三大指標的影響

2 PP 蠟對瀝青混合料性能的影響

根據相關性能試驗以及出于對經濟效益的考慮，本研究認為6%為PP 蠟改性瀝青的最佳摻量，并用此摻量的PP 蠟改性瀝青制備改性瀝青混合料，進行相關馬歇爾試驗。瀝青混合料類型為AC-13 型，級配取《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中規定級配范圍的中值級配，油石比取4.7%。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）中的相關規定，分別對不同拌和、壓實溫度下的基質瀝青混合料和PP 蠟改性瀝青混合料的孔隙率、穩定度、流值以及浸水殘留穩定度等參數進行試驗分析。

表1 馬歇爾試驗結果

從表1可以看出，基質瀝青混合料在比熱拌瀝青混合料低20℃的溫度下拌和壓實時，其空隙率增大，穩定度降低，流值增大，浸水殘留穩定度降低，這表明低溫下壓實會導致普通瀝青混合料壓實度降低，所能承受的最大荷載隨之降低，變形增大，水穩定性變差；對比熱拌瀝青混合料和6%PP 蠟溫拌瀝青混合料時可以發現，在低于熱拌瀝青混合料20℃的溫度拌和壓實，除水穩定性能略有降低，其他的各項指標相差不大，且各項參數均滿足規范的技術要求，這說明PP 蠟溫拌瀝青混合料具有和熱拌瀝青混合料相近的路用性能。

3 結論

（1）PP 蠟能顯著降低瀝青的高溫黏度，改善瀝青的施工和易性。

（2）PP 蠟的摻入能改善瀝青的高溫性能，對瀝青的溫度敏感性無明顯影響，但對瀝青的低溫性能具有一定程度的負面影響。

（3）相同條件下，PP 蠟改性瀝青混合料與普通熱拌瀝青混合料具有相近的路用性能，但水穩定性略有下降。