不同相容劑摻量下瀝青改性效果研究

鄒媛麗 金吉海

摘 ?????要：以減三糠醛抽出油為相容劑，90# 瀝青為基質(zhì)瀝青，LG501S為改性劑，考察了相容劑的不同摻入量（占基質(zhì)瀝青質(zhì)量）0，1.0%，2.0%，3.0%，4.0%，5.0%對(duì)改性瀝青性能的影響，分析了增加相容劑摻入量瀝青相與SBS相的形態(tài)特征。結(jié)果表明，增加相容劑摻入量后，改性瀝青針入度、彈性恢復(fù)逐漸升高，軟化點(diǎn)、針入度比逐漸降低，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)薄膜烤箱（RTFOT）后，改性瀝青5 ℃延度、5 ℃老化后延度逐漸增加，提高了改性瀝青的延伸性能。隨著相容劑摻入量的增加，改性瀝青的高溫抗車轍因子能力降低，低溫抗裂性能提高;改性劑SBS在瀝青中的粒徑逐漸減小，分布律逐漸增加，使改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性得到顯著提高。

關(guān) ?鍵 ?詞：動(dòng)態(tài)剪切流變;改性瀝青;減三抽出油;熒光顯微鏡

中圖分類號(hào)：TE624 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2019）06-1197-04

Abstract： The furfural extract oil was used as the compatibilizer， the 90# asphalt was used as the matrix asphalt， and the LG501S was used as the modifier， modified asphalt was prepared. The influence of different blending amounts of compatibilizer （0，1.0%， 2.0%， 3.0% 4.0% and 5.0%） on the performance of modified asphalt was investigated. The morphological characteristics of asphalt phase and SBS phase with the addition of compatibilizer were analyzed. The results showed that after adding the compatibilizer， the penetration and elastic recovery of the modified asphalt gradually increased， and the softening point and penetration ratio gradually reduced. After the rotary film oven test （RTFOT）， the ductility of modified asphalt at 5 °C and the ductility of modified asphalt at 5 °C after the aging increased gradually， which improved the elongation performance of the modified asphalt. With the increase of the amount of compatibilizer，the high-temperature anti-rutting factor of the modified asphalt reduced， and the low-temperature crack resistance increased. The particle size of the modifier SBS gradually reduced in the asphalt， and the distribution gradually increased， which could improve the storage stability of modified asphalt.

Key words： Dynamic shear rheology; Modified asphalt; Extract oil; Fluorescence microscope

熱塑性丁苯橡膠SBS是一種常用的瀝青改性劑，通過(guò)改性劑的摻加使瀝青的高、低溫性能得到改善，由于SBS改性劑的分子質(zhì)量、極性與瀝青差別較大，改性劑在瀝青中較難溶脹分散 [1，2]，影響改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。增加相容劑可以使改性劑SBS在瀝青中的溶脹、分散狀態(tài)得到改善，利于改性瀝青的高、低溫性能以及PG路用性能的提高。

本文選取綏中減三糠醛抽出油（下文簡(jiǎn)稱相容劑），以綏中90#瀝青為基質(zhì)瀝青、LG501S為改性劑，通過(guò)增加相容劑摻量考察對(duì)改性瀝青性能的影響，并通過(guò)熒光顯微鏡觀測(cè)在相容劑摻量增加時(shí)瀝青相與SBS相的形態(tài)特征。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ??實(shí)驗(yàn)原材料

試驗(yàn)中使用的基質(zhì)瀝青為中海瀝青綏中90#瀝青;SBS改性劑為L(zhǎng)G公司線形LG501S;穩(wěn)定劑HMD-1;相容劑為綏中減三糠醛抽出油（表1）。

1.2 ?改性瀝青制備工藝

將基質(zhì)瀝青加熱至160 ℃后，加入4%的SBS進(jìn)行4 000 r/min高速剪切，待溫度升高至185 ℃時(shí)開始計(jì)時(shí)，加入占基質(zhì)瀝青質(zhì)量0.0%的相容劑，保持溫度不變并剪切2 h后加入穩(wěn)定劑，將剪切速率降到1 000 r/min進(jìn)行發(fā)育，制得改性瀝青樣品1。通過(guò)改變相容劑的摻量為1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%，從而制得樣品2、樣品3、樣品4、樣品5、樣品6。

1.3 ?改性瀝青的性能評(píng)價(jià)

軟化點(diǎn)與135 ℃運(yùn)動(dòng)黏度是改性瀝青生產(chǎn)過(guò)程中常用的檢測(cè)指標(biāo)，試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)便快速，經(jīng)常被用作在線質(zhì)量控制與調(diào)整的依據(jù)，能夠比較真實(shí)的反映改性瀝青高溫性能。

動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)，采用美國(guó)TA公司生產(chǎn)的AR2000EX瀝青動(dòng)態(tài)剪切流變儀，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行一定頻率下的動(dòng)態(tài)溫度掃描，考察復(fù)數(shù)剪切模量G*與相位角δ兩個(gè)物理量。復(fù)數(shù)剪切模量是材料抵抗變形的綜合能力的物理量，tanδ是損耗模量與彈性模量之比，G*和δ值隨溫度變化越大，瀝青對(duì)溫度越敏感，反之瀝青的溫度敏感性小，同時(shí)動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)中得到的參數(shù)G*/sinδ是SHRP（美國(guó)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃）中關(guān)于瀝青膠結(jié)料高溫性能判定的指標(biāo)。并規(guī)定在該溫度下得到的原樣瀝青G*/sinδ≥1.0 kPa，老化瀝青G*/sinδ≥2.2 kPa則認(rèn)為該瀝青可用于該溫度環(huán)境。

低溫彎曲流變?cè)囼?yàn)，采用日本cannon公司生產(chǎn)的TE-BBR-F低溫彎曲流變儀，通過(guò)對(duì)瀝青路面低溫開裂進(jìn)行預(yù)估得到瀝青材料的勁度模量，考察勁度模量S與松弛性能m兩個(gè)物理量為評(píng)價(jià)瀝青低溫性能的核心指標(biāo)。根據(jù)Superpave性能分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，低溫彎曲流變?cè)囼?yàn)（BBR）將瀝青樣品經(jīng)過(guò)TFOT和PAV老化后制備小梁試件，在環(huán)境極限低溫T以上10 ℃進(jìn)行試驗(yàn)，并規(guī)定在試驗(yàn)溫度下得到的瀝青結(jié)合料滿足勁度模量S≤300 MPa，且m≥0.3則認(rèn)為該瀝青可用于該溫度環(huán)境。

熒光顯微鏡在不同波長(zhǎng)區(qū)段的激發(fā)光，能夠使改性瀝青中的SBS材料激發(fā)出黃綠色的熒光，從而觀測(cè)到改性劑混合過(guò)程中不同階段SBS的形態(tài)變化。

2 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 ?相容劑摻量對(duì)瀝青常規(guī)指標(biāo)的影響

以減三抽出油為相容劑，進(jìn)行相容劑摻量的考察實(shí)驗(yàn)，不同相容劑摻量下改性瀝青常規(guī)性能如表2。

由圖1可知，隨相容劑摻量增加，改性瀝青針入度、彈性恢復(fù)逐漸升高，軟化點(diǎn)、針入度比逐漸降低。這是由于相容劑摻量的增加，使改性瀝青中芳烴組分含量增加，促進(jìn)了改性劑的溶脹、分散，使改性瀝青彈性恢復(fù)、軟化點(diǎn)、針入度發(fā)生變化;經(jīng)過(guò)薄膜烘箱老化瀝青中輕質(zhì)組份更易揮發(fā)或氧化成瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等大分子，使得老化后瀝青的針入度比下降。

隨著相容劑量的增加，改性瀝青的5 ℃延度逐漸增加、5 ℃老化后延度前期逐漸增大，但老化后延度增加到一定指標(biāo)后變化不明顯。分析原因如下，在相容劑摻量較低時(shí)，相容劑促進(jìn)了改性劑的溶脹、分散，利于改性劑與瀝青的相容性[3，4]。隨著相容劑摻量的繼續(xù)增加，改性瀝青硬度下降，延度提高，而在老化過(guò)程中，多余的相容劑散失，未起到提高延伸性的作用。

2.2 ?相容劑摻量對(duì)瀝青高低溫性能的影響

以減三抽出油為相容劑，進(jìn)行相容劑摻量的考察實(shí)驗(yàn)，不同相容劑摻量下改性瀝青高溫剪切流變性能及低溫彎曲梁流變性能如表3、4所示。

由高溫剪切流變性能測(cè)試結(jié)果可知，在相同相容劑摻入量下，隨著剪切溫度的升高，改性瀝青的高溫抗車轍因子性能逐漸降低[5];在相同剪切溫度下，隨著相容劑摻入量的增加，改性瀝青的高溫抗車轍因子性能逐漸降低，當(dāng)相容劑摻量由0%增加到2.0%時(shí)，改性瀝青的高溫性能由70 ℃降為64 ℃。由低溫彎曲梁流變性能測(cè)試結(jié)果可知，同等相容劑摻量下，隨著試驗(yàn)溫度的降低，改性瀝青的低溫抗裂性能逐漸降低;同等試驗(yàn)溫度下，隨著相容劑摻量的增加，改性瀝青的低溫抗裂性能逐漸提高，當(dāng)相容劑摻量由0%增加到2.0%時(shí)，低溫性能由-12℃降為-18 ℃。

2.3 ?相容劑摻量對(duì)改性瀝青微觀結(jié)構(gòu)的影響

通過(guò)不同相容劑摻量下改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的變化可知，增加相容劑摻量利于改性劑與瀝青的相容性[6]。通過(guò)熒光顯微鏡可以觀測(cè)在相容劑摻量增加時(shí)改性瀝青的微觀結(jié)構(gòu)（圖5）。

3 ?結(jié) 論

（1）隨著相容劑摻量的增加，改性瀝青的針入度、彈性恢復(fù)、5 ℃延度、5 ℃老化后延度升高;軟化點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)黏度、離析軟化點(diǎn)差、老化針入度比下降。

（2）在同等測(cè)試溫度下，隨著相容劑摻量的增加，改性瀝青高溫抗車轍性能降低、低溫抗開裂性能升高。當(dāng)相容劑摻量為2.0%時(shí)，改性瀝青的高溫性能由70 ℃降為64 ℃;改性瀝青的低溫性能由-12 ℃降為-18 ℃。

（3）隨著相容劑摻量的增加，SBS在瀝青中溶脹程度增加，分散更均勻，SBS-瀝青共混體系更穩(wěn)定。當(dāng)相容劑摻量為2.0%時(shí)，SBS在瀝青中分散狀態(tài)由團(tuán)絮狀分散到均勻分散。

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