高模量改性瀝青及混合料性能研究

摘""要：以HL-G高模量劑為研究對象，系統(tǒng)研究高模量劑摻量對瀝青物理性能及流變性能的影響，探討不同摻量下高模量改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能。結(jié)果表明：一定范圍內(nèi)，隨著高模量劑摻量的增大，瀝青針入度、延度逐漸減小，軟化點、抗車轍因子逐漸增大，高模量劑的加入能夠顯著提升瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，綜合考慮瀝青及瀝青混合料性能測試結(jié)果，建議將高模量劑摻量控制在瀝青用量的6%～9%以內(nèi)。

關(guān)鍵詞：高模量劑""改性瀝青""改性瀝青混合料""高溫穩(wěn)定性

中圖分類號：U414

Research"on"the"Performance"of"High"Modulus"Modified"Asphalt"and"Mixtures

XIE"Yinping

Jiangsu"Zhike"Transportation"Engineering"Consulting"and"Supervision"Co.，"Ltd.，"Xuzhou，"Jiangsu"Province，"221000"China

Abstract："Taking"HL-G"high"modulus"agent"as"the"research"object，"this"article"conducted"a"systematical"research"on"the"influence"of"high"modulus"agent"dosage"on"the"physical"and"rheological"properties"of"asphalt，"and"explores"the"high-temperature"stability"performance"of"high"modulus"modified"asphalt"mixtures"under"different"dosages."The"results"indicate："Within"a"certain"range，"as"the"content"of"high"modulus"agent"increases，"the"penetration"and"elongation"of"asphalt"gradually"decrease，"and"the"softening"point"and"anti"rutting"factor"gradually"increase."The"addition"of"high"modulus"agent"can"significantly"improve"the"high-temperature"stability"performance"of"asphalt"mixture."Taking"into"account"the"performance"test"results"of"asphalt"and"asphalt"mixture，"it"is"recommended"to"control"the"content"of"high"modulus"agent"within"6%"to"9%"of"the"asphalt"content.

Key"Words："High"modulus"agent;"Modified"asphalt;"Modified"asphalt"mixture;"High-temperature"stability

高模量改性瀝青因其強度高、剛度大、穩(wěn)定性好而廣泛應(yīng)用于重載交通、高溫多雨地區(qū)及交通量大的高等級公路。自20世紀(jì)80年代以來，國外相繼開展了高模量改性瀝青及瀝青混合料性能研究，并在交通領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用效果，近年來，隨著我國物流行業(yè)和重工業(yè)的發(fā)展，公路上重載車輛越來越多，導(dǎo)致重載、超載現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，這種情況下對路面承載能力提出了更高的要求，目前常用的70#瀝青、SBS改性瀝青等在面臨高溫、重載、交通量增大等復(fù)雜工況時，常常出現(xiàn)車轍、開裂、剝落等病害，嚴(yán)重影響著道路的正常使用和服務(wù)水平，因而我國也陸續(xù)開展了高模量瀝青混合料技術(shù)研究。本文重點探討不同摻量下高模量瀝青的物理性能及流變性能，對比分析不同摻量下高模量瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，從而為高模量劑摻量的確定提供理論依據(jù)。

1""高模量瀝青改性機理

高模量瀝青是一種特殊的改性瀝青，它通過向基質(zhì)瀝青中添加特定改性劑來提升瀝青的勁度模量，從而增強其物理和力學(xué)性能。本文所用改性劑為深圳某公司生產(chǎn)的HL-G高模量劑，外觀為深色固體顆粒狀。將高模量劑與瀝青混合后，高模量劑內(nèi)部的吸油性物質(zhì)會吸附瀝青輕質(zhì)組分并發(fā)生溶脹反應(yīng)，從而形成均質(zhì)混合物，部分均質(zhì)混合物在攪拌過程中會包裹集料表面，待混合料冷卻后，集料表面的均質(zhì)混合物會形成聚合物鏈的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)狀“加筋”結(jié)構(gòu)提升了瀝青混合料的整體強度和韌性，而剩余均質(zhì)混合物在后續(xù)碾壓過程中會膠結(jié)填充集料之間的空隙，這種填充作用不僅增強了混合料的密實度，而且提高了集料之間的黏結(jié)力[1]。

2""高模量改性瀝青分析

2.1""原材料

本研究所用瀝青為70#基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青，集料類型為粗集料、細(xì)集料和礦粉等，其中粗細(xì)集料規(guī)格分為0～3"mm、3～5"mm、5～10"mm、10～20"mm四檔，礦粉為石灰?guī)r磨細(xì)而成，根據(jù)規(guī)范要求對原材料進(jìn)行抽樣檢測，所檢結(jié)果均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG"F40—2004）中相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求。

2.2""不同摻量下高模量瀝青性能分析

為探究HL-G高模量劑摻量對瀝青性能的影響，本文選取70#瀝青用量的0、3%、6%、9%、12%共計5種摻量的高模量劑，分別測定5種摻量下高模量瀝青的針入度、軟化點、延度和流變性能。

2.2.1""三大指標(biāo)

對不同摻量下高模量瀝青的針入度、軟化點和延度進(jìn)行檢測，具體檢測結(jié)果見圖1所示。

從上圖中可以看出，隨著高模量劑摻量的增大，瀝青針入度逐漸減小、軟化點逐漸增大、延度逐漸減小，表明高模量劑的加入能夠顯著提升瀝青硬度，增強其高溫穩(wěn)定性能。摻量為0%（基質(zhì)瀝青）時，瀝青針入度為70.2"mm，軟化點為48.5"℃，延度為105.0"cm，摻量為9%時，瀝青針入度為25.6"mm，軟化點為67.0"℃，延度為42.0"cm，與摻量0相比，瀝青針入度減小了44.6"mm，變化率為4.96/%，軟化點增加了18.5"℃，變化率為2.06/%，延度減小了63.0"cm，變化率為7.0/%，摻量為12%時，瀝青針入度為20.0"mm，軟化點為69.5"℃，延度為36.0"cm，與摻量9%相比，瀝青針入度減小了5.6"mm，變化率為1.86/%，軟化點增加了2.5"℃，變化率為0.83/%，延度減小了6.0"cm，變化率為2.0/%，綜合上述分析并結(jié)合圖1線形變化趨勢可以得出，當(dāng)高模量劑摻量超過9%時，瀝青針入度與延度降低幅度逐漸減小，軟化點增加速率逐漸減緩，究其原因是高模量劑中的高聚物分子與瀝青發(fā)生溶脹現(xiàn)象，不斷吸收瀝青中的輕質(zhì)油分，這種溶脹作用導(dǎo)致瀝青中的油分減少，瀝青質(zhì)的比例增加，由于瀝青質(zhì)具有較高的黏度和硬度，因此溶脹后的瀝青硬度增加、流動性減弱，同時，改性劑分子吸附在瀝青分子表面后會形成一層包裹層，這種吸附作用進(jìn)一步限制了瀝青分子的自由移動，使得瀝青在受到外力作用時更難發(fā)生形變[2]，然而，隨著高模量劑摻量的進(jìn)一步增大，瀝青分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變逐漸趨于穩(wěn)定，高模量劑在瀝青中的分散難度增大，部分高模量劑形成團(tuán)聚體，導(dǎo)致改性效果逐漸趨于穩(wěn)定[3]。

2.2.2""流變性能

為探究不同摻量下高模量改性瀝青的流變性能，本文通過DSR溫度掃描測試不同摻量下瀝青的剪切模量"G*與相位角δ，然后計算剪切模量G*與相位角δ的比值，通過兩者的比值即抗車轍因子G*/sinδ來表征瀝青的高溫穩(wěn)定性能，具體檢測結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，同一溫度下，隨著高模量劑摻量的增大，瀝青抗車轍因子也逐漸增大，例如：基質(zhì)瀝青中摻入3%、6%、9%及12%的高模量劑，在52"℃條件下的抗車轍因子較基質(zhì)瀝青分別提高了72.7%、133.3%、178.3%、187.0%，在70"℃條件下的抗車轍因子較基質(zhì)瀝青分別提高了104.9%、187.8%、248.8%、261.0%。這是由于高溫下軟化后的高模量劑能夠與瀝青充分融合并形成高黏度的混合物，黏度的提升使得瀝青在高溫下更加難以流動，從而增強了其抗車轍能力[4]，同時，高模量劑中的分子鏈通過物理或化學(xué)作用與瀝青分子相互纏結(jié)，形成復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不僅增強了瀝青的黏度，還降低了瀝青的溫度敏感性，高溫下，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠有效抵抗瀝青的流動和變形，從而提高瀝青的高溫穩(wěn)定性能[5]。此外，車轍因子隨高模量劑的增加而呈現(xiàn)出不同的增長趨勢，高模量劑摻量從0%增長至9%時，車轍因子增長速率較快，高模量劑摻量從9%增長至12%時，車轍因子增長速率逐漸趨于穩(wěn)定，結(jié)合2.2.1小節(jié)可知，隨著高模量劑摻量的增加，車轍因子與三大指標(biāo)呈現(xiàn)出相同的變化趨勢，因此，在兼顧材料成本的前提下，將高模量劑摻量控制在瀝青用量的6%～9%之間時，可使高模量瀝青具備更好的高溫穩(wěn)定性能。

3""高模量改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能研究

本文以AC-20為研究對象，采用馬歇爾設(shè)計方法進(jìn)行礦料級配組成設(shè)計，瀝青選用高模量瀝青、70#基質(zhì)瀝青及SBS改性瀝青，經(jīng)馬歇爾試驗確定的SBS改性瀝青混合料、0%摻量（70#）瀝青混合料、3%摻量高模量瀝青混合料、6%摻量高模量瀝青混合料、9%摻量高模量瀝青混合料、12%摻量高模量瀝青混合料的最佳油石比分別為4.66%、4.62%、4.46%、4.42%、4.36%、4.30%。

根據(jù)各集料比例及油石比進(jìn)行混合料拌和，然后采用輪碾法成型試件，最后對基質(zhì)瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料及不同摻量下的高模量瀝青混合料試件進(jìn)行車轍試驗，以車轍試驗結(jié)果來評估瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能[6]。

4""結(jié)論

本文通過研究HL-G高模量劑摻量對瀝青及瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能的影響，得出如下結(jié)論。

（1）隨著高模量劑摻量的增大，瀝青針入度、延度逐漸減小，軟化點、抗車轍因子逐漸增大。高模量劑摻量從0增長至9%時，瀝青性能變化趨勢較快；當(dāng)摻量超過9%后，瀝青性能變化趨勢較為緩慢。

（2）高模量劑的加入能夠顯著提升瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能。高模量劑摻量從0增長至9%時，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能顯著增強；當(dāng)摻量超過9%后，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能提升效果較慢。

（3）綜合考慮瀝青及瀝青混合料性能測試結(jié)果，建議將高模量劑摻量控制在瀝青用量的6%～9%以內(nèi)。

參考文獻(xiàn)

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