利用再生塑料改良公路瀝青混合料的性能研究

郭大川

摘要 文章旨在探討多聚磷酸（PPA）對瀝青混合料性能改善的效果，通過系列試驗評定了PPA對瀝青的黏彈性、高溫穩定性、低溫抗裂性以及抗水損傷能力的影響。結果表明，引入PPA能顯著增強瀝青混合料的馬歇爾穩定性和高溫下的抗變形性，同時提升了其在低溫條件下的抗裂能力和對水損傷的抵抗力。這些發現為瀝青混合料性能的優化提供了有價值的指導，展示了PPA作為改性劑在道路建設材料中的潛在應用價值。

關鍵詞 多聚磷酸（PPA）；瀝青混合料；黏彈性能；高溫穩定性；低溫抗裂性

中圖分類號 U414文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）12-0167-04

0 引言

隨著我國經濟的持續快速發展，道路交通建設面臨著前所未有的挑戰和機遇。道路材料的性能直接影響道路的質量和使用壽命，因此，提高道路材料的性能成為當前研究的重點。在這一背景下，探索高效、經濟、環保的道路材料改良方法顯得尤為重要。瀝青作為一種廣泛應用于道路建設的材料，其性能的優化一直是研究的熱點。利用再生塑料如多聚磷酸（PPA）改良瀝青混合料，不僅可以提升瀝青的性能，還能實現資源的再利用，具有重要的環保意義和經濟價值。

1 多聚磷酸（PPA）改性瀝青的性能試驗

該試驗采用了先進的試驗技術和設備，結合精細化的試驗設計，主要目的是探究多聚磷酸（PPA）添加到瀝青中對其性能的影響，特別是在不同環境和負載條件下。試驗采用了嚴格的控制和測試方法，以確保結果的準確性和可靠性。

1.1 材料選擇與預處理

該試驗采用了基礎瀝青和多聚磷酸（PPA）作為主要材料，每種材料的基本性能如表1所示：

從表1的檢測結果可以看出，基礎瀝青具有較低的比重、適中的滲透度和軟化點，表明其在常溫下具有良好的流動性和適當的熱穩定性。與此相比，多聚磷酸（PPA）的比重較高，滲透度為0，表明其幾乎不可滲透。同時，PPA的軟化點明顯高于基礎瀝青，且具有極高的黏度，這表明PPA在瀝青中的添加可能極大地影響瀝青的溫度敏感性和流變特性[1]。

1.2 PPA與瀝青的混合比例

該試驗探究了不同比例的多聚磷酸（PPA）與基礎瀝青混合對瀝青性能的影響，這些不同比例的混合物性能如表2所示：

從表2的檢測結果可以看出，隨著PPA摻量比例的增加，瀝青混合物的滲透度逐漸降低，軟化點和黏度則逐漸升高。這表明PPA的加入對瀝青的黏彈性質產生了顯著影響，特別是在提高瀝青的高溫穩定性方面。

1.3 黏度和軟化點測試

該試驗通過黏度和軟化點的測試，評估多聚磷酸（PPA）對瀝青流動特性和熱穩定性的影響，相關數據如表3所示：

從表3的檢測結果可以看出，隨著PPA含量的增加，瀝青的黏度逐漸升高，軟化點也相應提高。這表明PPA的加入能有效提高瀝青的熱穩定性，尤其是在高溫環境下。高黏度和高軟化點的瀝青表明其在高溫條件下具有更好的抗流變和抗變形能力，從而可以提高道路的耐久性和性能。

1.4 高溫與低溫性能評估

該試驗使用了動態剪切流變儀（DSR）和彎曲梁流變儀（BBR）等專業設備，以評估改性瀝青在高溫和低溫條件下的性能表現，相關測試數據如表4所示：

從表4的檢測結果可以看出，隨著PPA含量的增加，改性瀝青在高溫條件下的彈性恢復率逐漸提高，同時在低溫條件下的疲勞抗裂性能也有所增強。這表明PPA的添加能有效提升瀝青的溫度適應性，增強其在極端氣候條件下的性能表現，進而提高道路的使用壽命和安全性[2]。

1.5 水穩定性測試

該試驗進行了水穩定性測試，以評估多聚磷酸（PPA）改性瀝青對抗水損傷能力的提升效果，相關測試數據如表5所示：

從表5的檢測結果可以看出，隨著PPA含量從0%逐漸增加到7%，拉伸強度比則從80%增加到90%，水浸透性從75%增加到89%。這反映出PPA的添加顯著增強了改性瀝青的抗水損傷能力，使其在潮濕環境下具有更高的穩定性和耐久性[3]。

2 多聚磷酸（PPA）對瀝青黏彈性能影響研究

2.1 試驗方法

多聚磷酸（PPA）對瀝青黏彈性能影響研究的試驗方法，詳細闡述了該文研究的試驗步驟和所采用的材料，旨在探究PPA對瀝青黏彈性能的影響。試驗選用了特定品質的基礎瀝青，其初始滲透度為80（0.1 mm）、軟化點為50 ℃和黏度為1 200 cSt。同時，選用了高純度的多聚磷酸（PPA），以確保試驗結果的一致性和可靠性。試驗中，PPA與基礎瀝青按不同重量比例混合，分別為0%、1%、3%、5%和7%。每種混合比例的樣品均制備了三份，以保證試驗結果的重復性。樣品制備過程中，瀝青在160 ℃下預熱1 h，以達到充分流動狀態。隨后，加入相應比例的PPA，持續攪拌30 min，以確保PPA與瀝青的充分混合。試驗采用動態剪切流變儀（DSR）對改性瀝青的黏彈性能進行測試。測試溫度范圍設置為30～70 ℃，以涵蓋瀝青在實際應用中可能遇到的各種溫度條件。加載頻率設定為1.59 Hz，模擬車輛行駛時的動態載荷。每個樣品在每一溫度下進行三次測試，以確保數據的準確性和可靠性。

在黏度測試中，不同PPA含量的改性瀝青樣品在60 ℃時的黏度分別為1 200 cSt、1 300 cSt、1 500 cSt、1 700 cSt和1 900 cSt，表明隨著PPA含量的增加，瀝青的黏度逐漸增大。在軟化點測試中，相應的軟化點為50 ℃、52 ℃、55 ℃、58 ℃和61 ℃，顯示了PPA對提高瀝青高溫穩定性的有效性。此外，采用時間掃描模式，記錄了不同溫度和PPA含量下瀝青的復數模量（G*）和相位角（δ）。G*反映了瀝青的總剛度，而相位角δ是評價瀝青彈性和黏性之間關系的重要指標。測試結果顯示，隨著PPA含量的增加，瀝青的G*值在高溫下顯著增加，表明其抗變形能力增強。同時，δ值在低溫下的降低表明瀝青的彈性增強，有助于提高其低溫下的抗裂性能[4]。

2.2 試驗結果分析

2.2.1 高溫下黏彈性能對比分析

在保證試驗條件一致性的情況下，該文對比分析了不同PPA含量的改性瀝青在高溫條件下的黏彈性能，重點關注的參數包括60 ℃時的復數模量（G*）和相位角（δ），具體結果如表6所示：

從表6可以看出，隨著PPA含量的增加，改性瀝青在60 ℃時的復數模量G*顯著提高。例如，當PPA含量為0%時，G*值為1 000 kPa，而在PPA含量提高至7%時，G*值增至1 800 kPa，這表明瀝青的剛度隨著PPA含量的增加而增加，增強了其在高溫下的抵抗變形能力。同時，相位角δ逐漸降低，從未改性瀝青的75 °降至7%PPA含量改性瀝青的65 °，表明PPA含量增加了瀝青的彈性特性，減少了其在高溫下的流變變形風險[5]。

2.2.2 低溫下黏彈性能對比分析

在保證試驗條件一致性的前提下，對PPA含量對瀝青低溫黏彈性能的影響進行了詳細分析，具體結果如表7所示：

從表7可以看出，隨著PPA含量的增加，改性瀝青的斷裂溫度降低，同時延伸率提高，這表明PPA的加入改善了瀝青的低溫性能，降低了其在低溫條件下出現裂紋的風險。具體來說，當PPA含量從0%增加到7%時，斷裂溫度從?20 ℃降至?28 ℃，延伸率從5%增至9%，顯示出改性瀝青在低溫條件下的柔韌性和抗裂性得到顯著提升。

2.2.3 動態剪切應變分析

通過動態剪切流變儀（DSR）的詳細分析，該文評估了多聚磷酸（PPA）添加對瀝青剪切模量（G'）和損耗模量（G'）的影響。試驗結果表明，隨著PPA含量從0%增加到7%，60 ℃時瀝青的剪切模量G'從1 000 kPa顯著增加到1 800 kPa，表明瀝青的剛度增強，能更有效承受交通載荷。雖然損耗模量G''也有所增加，但其增幅較小，顯示瀝青在高溫下仍保持適度黏性。在應變掃描測試中，改性瀝青表現出更強的耐久性和抗疲勞性能，特別是在較大應變條件下[6]。

3 不同含量PPA的瀝青路用性能研究

3.1 試驗配合比設計

為研究不同含量PPA對瀝青路用性能的影響，該文設置了一系列詳細的配合比設計試驗。這些配合比的設計是基于標準道路材料的要求，并考慮PPA添加量對瀝青混合料性能可能產生的影響。具體的配合比設計如表8所示：

從表8可以看出，隨著PPA含量從0%逐漸增加到7%，而基礎瀝青的比例從2.0%增加到4.0%，可以看出增加PPA含量有助于提高混合料的黏性和彈性，從而提升了道路表面的性能和持久性。骨料的比例從94.0%減少到92.0%。這是因為隨著PPA含量的增加，基礎瀝青的作用得到強化，因此需要減少骨料的量，以保持混合料的均勻性和穩定性[7]。

3.2 試驗準備

該試驗的準備階段通過精確的材料計量和混合工藝，確保了試驗的準確性和可重復性。各種材料的比例和質量按照以下公式計算得出：

骨料質量計算公式為：

瀝青質量計算公式為：

以一種改性瀝青混合料樣品為例，假設總質量為1 000 g，PPA含量為3，骨料比例為93%，填料比例為4%，基礎瀝青比例為3%[8]。根據這些比例和式（1）、式（2），計算出的各種材料質量如下：

在混合過程中，首先將基礎瀝青和PPA在160 ℃下預熱并混合均勻，以確保PPA完全溶解于瀝青中。隨后，將預熱的瀝青和PPA混合物加入預先加熱至適宜溫度的骨料和填料中，確?；旌衔锏木鶆蛐?。

3.3 試驗過程

該試驗通過一系列標準化的測試，對不同PPA含量的改性瀝青混合料進行了全面評估。首先，進行了馬歇爾穩定性測試，瀝青混合料在75 t的負荷下進行了60 s的穩定性測試，記錄了最大負荷承受能力。其次，通過流變性能測試，在60 ℃的溫度下對瀝青進行了動態剪切流變測試，以評估其高溫下的流變特性。在高溫車轍測試中，瀝青混合料在60 ℃條件下進行了10 000次重復加載，模擬實際道路條件下的車轍形成過程。最后，在?20 ℃下進行低溫裂縫抵抗測試，通過彎曲梁流變儀測定了瀝青混合料的斷裂強度和延伸率[9]。

3.4 試驗結果

試驗數據顯示了PPA改性瀝青混合料在各項性能測試中的表現。通過對試驗數據的綜合分析，按照特定的計算公式和方法得出了具體結果，如表9所示[10]。

從表9可以清晰地看到，隨著PPA含量的增加，瀝青混合料在馬歇爾穩定性測試中的表現呈現出逐漸增強的趨勢；具體來說，當PPA含量從0%增加到7%時，馬歇爾穩定性從12 kN增加到16 kN，這一數據變化明確地表明了PPA對提高瀝青混合料穩定性的積極作用。進一步分析其他測試結果，還可以觀察到流值的變化；隨著PPA含量的增加，流值也在逐漸增大，從3.5 mm增加到3.9 mm，這表明PPA的加入有助于改善瀝青混合料的流動性，使其在施工過程中更容易混合和攤鋪。此外，10 000次循環后車轍深度的數據也呈現出逐漸減小的趨勢；從最初的10 mm減少到6 mm，這表明PPA能夠提高瀝青混合料的耐久性和抗車轍性能。在?20 ℃的低溫條件下，斷裂強度的增加也驗證了PPA對提高瀝青混合料低溫穩定性的積極效果；從2.5 MPa增加到3.5 MPa，這一顯著增長證明了PPA在改善瀝青混合料低溫性能方面的有效性。

4 結論

該文通過對多聚磷酸（PPA）改性瀝青混合料的廣泛測試和分析，明確展示了PPA在提升瀝青性能方面的顯著作用。試驗結果顯示，PPA的加入顯著增強了瀝青混合料的馬歇爾穩定性，從12 kN提升至16 kN，并提高了高溫車轍測試中的抗變形能力，車轍深度從10 mm降至6 mm。同時，PPA改性瀝青在低溫斷裂強度測試中也表現出更高的抗裂能力，從2.5 MPa提升至3.5 MPa。

參考文獻

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