高性能瀝青混合料改性劑的制備及應用研究

馬德崇(山西省交通科學研究院,山西太原 030006)

高性能瀝青混合料改性劑的制備及應用研究

馬德崇(山西省交通科學研究院,山西太原 030006)

采取化學方法,以線性低密度聚乙烯或再生聚乙烯、增塑劑及抗老化劑為主要成分,經化學接枝,制備了高性能瀝青混合料改性劑,將自制的改性劑用于制備改性瀝青混合料,通過試驗研究分析了不同改性劑摻量下對瀝青混合料性能影響,結果表明:經改性劑改性后能夠提高混合料的高溫抗車轍能力、低溫抗裂能力和水穩定性。

自制改性劑 制備 摻量 路用性能

1 概述

隨著我國經濟和交通事業的快速發展,對高速公路的要求也越來越高,目前瀝青混合料低溫抗裂性和高溫穩定性差,路面易出現早期損壞,尤其在氣候、溫度變化范圍較廣的地區,溫縮開裂是十分普遍和嚴重的路面病害,瀝青路面面臨較大的機遇和挑戰,為提高路面綜合性能要求,在基質瀝青中添加外加劑對瀝青改性已成為改善瀝青路用性能的重要手段。本文采用自制改性劑,結合室內試驗對不同摻量的改性劑進行瀝青混合料的路用性能研究。

2 試驗用原材料

(1)聚乙烯、馬來酸酐、引發劑、鈣粉、樹脂及抗老化劑。(2)改性劑:自制(外觀為黑色顆粒;密度0.95～1.03g/cm3;軟化點120～150℃;粒徑2～4cm)。(3)瀝青:殼牌90號瀝青。(4)集料:采用石灰巖。

圖1 不同改性劑摻量下瀝青混合料的動穩定度對比

圖2 不同摻量改性劑瀝青混合料低溫彎曲破壞應變圖

3 改性劑的制備

高性能瀝青混合料改性劑是把各種高分子聚合物和其他功能性成份,通過共混接枝改性的方法,利用專門的化學工藝,在聚合物分子鏈上接枝極性官能團,實現高分子聚合物的接枝改性,發揮各自材料優勢、消弱不利性能,形成具有所需功能性質的高分子混合物新材料。

按各組份質量份配比,(1)將聚合物100份,酸酐0.1～5份,引發劑0.01～2份在高速混合機中充分混合,經雙螺桿擠出造粒制得改性聚合物;(2)將改性聚合物60～90份,填料10～30份,增韌劑10～20份,增粘劑0.5～10份,抗氧化劑0.1～5份在高速混合機中充分混合,然后將混合物加入到雙螺桿擠出機中進行熔融共混,控制溫度160℃～200℃,螺桿轉速20～40r/min,經擠出造粒制得高性能瀝青混合料改性劑。

4 路用性能分析

4.1 自制改性劑改性瀝青混合料高溫性能試驗

根據JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》,對不同摻量下自制改性劑瀝青混合料及無改性劑AC-20型瀝青混合料進行車轍試驗,其相應變形量和動穩定度如表1和圖1所示。

從試驗結果可知,改性劑對瀝青混合料改性后,顯著提高了瀝青混合料的動穩定度,提高幅度最高可達641.1%。而且隨著改性劑摻量的增加車轍深度降低,說明自制改性劑改善瀝青混合料的高溫穩定性的同時,能夠大大降低路面產生車轍的幾率,減少車轍的深度或推遲車轍的出現。

4.2 自制改性劑改性瀝青混合料低溫抗裂性能試驗

圖3 摻量與瀝青混合料凍融劈裂殘留強度比關系圖

表1 不同摻量改性劑車轍試驗結果

表2 不同摻量德路加D-2低溫小梁彎曲試驗結果

表1

根據JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》,對不同摻量下自制改性劑瀝青混合料及無改性劑AC-20型瀝青混合料進行低溫彎曲試驗,其相應結果如表2和圖2所示。

從實驗結果可以看出,摻加自制改性劑瀝青混合料的破壞應變相比無改性劑瀝青混合料有所增加,且隨著改性劑摻量的增加,其極限破壞應變增大,當摻量為0.3%時,相應破壞應變能夠滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》相應的技術要求。表明摻加自制改性劑的瀝青混合料極限破壞應變相比無改性劑瀝青混合料的極限破壞應變有所提高。

4.3 自制改性劑改性瀝青混合料水穩定性試驗

根據JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》,采用凍融劈裂試驗對不同摻量下自制改性劑瀝青混合料及無改性劑AC-20型瀝青混合料進行水穩定性試驗,其相應結果如表3和圖3所示。

從試驗結果可以看出,經改性劑改性瀝青混合料后,其凍融劈裂殘留強度比相比無改性劑的瀝青混合料有所增加,其最低值都達到了90.26%以上,遠高于(JTG F40-2004)《公路瀝青路面施工技術規范》要求的85%;同時可知,隨著摻量的增加,自制改性劑瀝青混合料的未凍融劈裂抗拉強度和凍融劈裂抗拉強度相比無改性劑瀝青混合料都有提高,可以看出,添加自制改性劑的瀝青混合料的凍融和未凍融劈裂抗拉強度都有明顯提高,且隨改性劑摻量的增加而增大,反映自制改性劑對瀝青混合料的水穩定性具有改善作用。

5 結語

室內試驗研究表明:①添加自制改性劑能夠顯著改善瀝青混合料的高溫性能。另外,自制改性劑改善瀝青混合料的高溫穩定性的同時,能夠大大降低路面產生車轍的幾率,減少車轍的深度或推遲車轍的出現。②摻加自制改性劑瀝青混合料的彎拉破壞應變相比無改性劑瀝青混合料的有明顯提高,隨著改性劑摻量的增加,其極限破壞應變增大,當摻量為0.3%時,相應破壞應變能夠滿足JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術規范》相應的技術要求,提高瀝青混合料的低溫抗裂性能明顯。③自制改性劑瀝青混合料的未凍融劈裂抗拉強度和凍融劈裂抗拉強度相比無改性劑瀝青混合料都有提高,且隨改性劑摻量的增加而增大,表明自制改性劑對瀝青混合料的水穩定性具有改善作用。

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馬德崇(1983—),男,安徽亳州人,理學博士,工程師,2012畢業于湖南大學化學專業,現從事路面材料的研究開發工作。通訊作者:馬德崇。