PR PLAST S 改性瀝青高溫流變性能實驗研究

史宏江 胡江三 賀鵬宇

（1 通遼市交通工程局， 內(nèi)蒙古 通遼 028000；2 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

0 引言

我國大部分地區(qū)地形復(fù)雜，普通瀝青路面的耐高溫性能較差，無法滿足特殊路段的要求[1-2]。PR PLAST S 改性劑通過內(nèi)摻纖維增強與集料之間的連接強度，能夠提高瀝青路面高溫穩(wěn)定性[3-4]。該研究基于流變學原理，通過多因素多水平下的頻率掃描試驗與溫度掃描試驗，探究了PR PLAST S 摻量、剪切頻率與實驗溫度對PR PLAST S 改性瀝青高溫穩(wěn)定性的影響，并最終給出了特殊路段的PR PLAST S改性劑摻量。

1 材料及試驗方法

2.1 試驗材料：試驗瀝青采用70 號基質(zhì)瀝青，改性劑指標如下：

表2 PR PLAST S 性能指標

2.2 試驗設(shè)計

改性劑摻量：PR PLAST S 摻加的量為0‰、1‰、3‰、5‰、7‰和9‰；頻率掃描試驗：頻率范圍0.1rad/s～100rad/s；溫度范圍為50℃～70℃；應(yīng)變水平為12%；溫度掃描試驗：溫度范圍為46℃～82℃；頻率為10rad/s；應(yīng)變水平為12%。

2 主曲線特性分析

2.1 主曲線繪制

通過頻率掃描試驗可以得到六種PR PLAST S 摻量下的改性瀝青儲存模量G′與損失模量G″，通過Origin 軟件處理得到儲存模量G′與損失模量G″主曲線，根據(jù)主曲線，由低頻率時的曲線變化情況可得到PR PLAST S 改性瀝青的高溫時溫等效失效溫度。

圖1-圖6 為六種PR PLAST S 摻量下的改性瀝青主曲線。

圖1 1‰PR PLAST S 主曲線

圖2 3‰PR PLAST S 主曲線

圖3 5‰PR PLAST S 主曲線

圖4 7‰PR PLAST S 主曲線

圖5 9‰PR PLAST S 主曲線

圖6 0‰PR PLAST S 主曲線

2.2 粘彈性分析

觀察圖1-圖6 可知：（1）隨頻率增大，儲存模量與損失模量均增大，即瀝青路面儲存模量與損失模量對荷載的響應(yīng)受行車速度影響，行車速度越大，儲存模量與損失模量越大；（2）PR PLAST S 改性瀝青的損失模量均大于儲存模量，表明在50℃環(huán)境下PR PLAST S 改性瀝青粘性表征大于彈性表征，此溫度下的研究屬于高溫穩(wěn)定性的研究范疇。

以0.1～1Hz范圍內(nèi)儲存模量曲線斜率變化點所對應(yīng)的溫度為失效溫度可得出6中PR PLAST S 摻量下的改性瀝青的時溫等效失效溫度，如表2。

表2 改性瀝青時溫等效失效溫度

由表可知PR PLAST S 摻量在7‰時失效溫度最高，高溫穩(wěn)定性最好。因此，從失效溫度的角度考慮建議PR PLAST S 摻量為7‰。

3 黏彈性參數(shù)分析

3.1 復(fù)數(shù)模量與相位角分析

圖7 復(fù)數(shù)黏度

圖8 相位角

圖7 -8 為溫度掃描下復(fù)數(shù)黏度與相位角的數(shù)據(jù)。由圖7 可知：（1）在溫度越低的情況時，不同PR PLAST S 摻量的改性瀝青復(fù)數(shù)黏度差距越明顯，因此在中低溫的情況下采用復(fù)數(shù)黏度來評價瀝青粘彈性能更合適；（2）9‰摻量下的改性瀝青的復(fù)數(shù)黏度值最高，但其隨溫度下降的速率也明顯快于其他幾種摻量，因此不能一味通過增加PR PLAST S 摻量來提高改性瀝青的復(fù)數(shù)黏度值，本文根據(jù)復(fù)數(shù)黏度數(shù)據(jù)結(jié)果推薦PR PLAST S 摻量為7‰。

由圖8 可知：（1）同一PR PLAST S 摻量下相位角隨溫度的升高而增大，但在溫度大于65℃時，相位角隨溫度的變化規(guī)律比較雜亂，因此在較高溫度下采用相位角來評價瀝青的粘彈性可靠度較低；（2）不同PR PLAST S 摻量下的改性瀝青的相位角隨溫度的變化速率差異較小，因此采用相位角來評價其粘彈性比復(fù)數(shù)黏度更為不明顯。

3.2 三大因子分析

圖9 車轍因子

圖10 疲勞因子

圖9 為車轍因子隨溫度及PR PLAST S 摻量變化圖。由圖可知：（1）同一溫度下車轍因子隨PR PLAST S 摻量的增加而增大，但隨溫度的升高，增加的幅度減緩，表明PR PLAST S 對抗車轍作用的提高明顯，但隨著溫度的升高作用越來越不明顯；（2）同一摻量下，車轍因子隨溫度升高而降低，但降低趨勢越來越慢，因此在一定范圍內(nèi)摻入PR PLAST S 來提高其抗車轍能力時有效的。

圖10 為疲勞因子隨溫度及PR PLAST S 摻量變化圖。由圖可知，疲勞因子隨溫度與PR PLAST S 摻量的變化規(guī)律與車轍因子相似，說明在一定范圍內(nèi)摻入PR PLAST S 也可提高瀝青的抗疲勞性能。

損耗因子tanδ隨溫度及PR PLAST S 的變化趨勢與相位角相同，不再贅述。

4 結(jié)論

（1）在高溫環(huán)境下，通過主曲線分析表明PR PLAST S的添加提高了瀝青的高溫穩(wěn)定性，摻量為7‰時，其時溫等效失效溫度在試驗中最高；當頻率為0.1rad/s、PR PLAST S摻量為7‰時，復(fù)數(shù)黏度在所有試件中最大，推薦長大縱坡路段PR

PLAST S摻量為7‰。

（2）PR PLAST S 摻量與復(fù)數(shù)黏度呈正相關(guān)，與相位角的相關(guān)性較差，因此采用復(fù)數(shù)黏度評價PR PLAST S 改性瀝青粘彈性較準確。

（3）通過三大因子分析，得出PR PLAST S 的摻入可明顯提高抗車轍能力與抗疲勞能力。