交聯聚乙烯改性瀝青高溫性能及評價指標分析

梁俊輝 葉群山 陳昌鑫

(長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南 長沙 410114)

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交聯聚乙烯改性瀝青高溫性能及評價指標分析

梁俊輝 葉群山 陳昌鑫

(長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南 長沙 410114)

通過動態剪切流變試驗和重復蠕變恢復試驗，對交聯聚乙烯改性瀝青的高溫性進行了評價，結果表明，XLPE改性劑能夠改善瀝青的高溫性能，而車轍因子G*/sinδ對于彈性較好的改性瀝青高溫性能的評價卻存在著一定的局限性；改性劑車轍因子G*/(sinδ)9和瀝青的蠕變勁度的粘性成分Gv值能夠更好的表征改性瀝青的高溫性能。

交聯聚乙烯，改性瀝青，高溫性能，車轍

0 引言

瀝青路面具有優越的使用性能和行車舒適性，是目前公路建設中使用最廣泛的路面材料。同時由于交通量的迅猛增加、車輛重載化趨勢和夏天持續高溫極端天氣的頻繁出現造成了瀝青路面出現高溫車轍等破壞，而聚合物改性瀝青技術是改善瀝青路面性能重要的方法之一[1]。

聚乙烯(PE)是改性瀝青中使用最廣泛的熱塑性樹脂改性劑之一，是以乙烯為基本單位通過聚合而成的線性高聚物；交聯聚乙烯(XLPE)是通過物理或化學方法把線型的聚乙烯分子通過共價鍵交聯成三維空間網狀結構的一種改性聚乙烯，交聯聚乙烯(XLPE)的交聯方式有物理交聯和化學交聯兩種；工業上生產交聯聚乙烯(XLPE)的生產方式主要有輻照交聯、硅烷交聯、過氧化物交聯和紫外線交聯這四種。四種生產工藝的核心原理都是首先通過物理或化學方式奪取聚乙烯(PE)分子鏈上的氫原子，形成自由基，再通過分子鏈上自由基的交聯最終形成交聯聚乙烯(XLPE)，與傳統的聚乙烯(PE)相比，交聯聚乙烯(XLPE)具有更好的耐熱性能、更好的機械性能和更好的化學穩定性[2-4]。

因此本文選用XLPE制備交聯聚乙烯改性瀝青，使用動態剪切流變試驗和重復蠕變恢復試驗對交聯聚乙烯改性瀝青的高溫性能進行研究。

1 試驗材料和試驗方法

1.1 試驗材料

本試驗中使用的70號瀝青主要技術指標如表1所示。

表1 70號瀝青技術指標

所使用的交聯聚乙烯改性劑(XLPE)的主要技術指標如表2所示。

1.2 試驗方案

本試驗使用高速剪切熔融法制備摻量分別為3%，5%和7%的交聯聚乙烯改性瀝青。

對不同摻量的交聯聚乙烯改性瀝青、基質瀝青和成品SBS改性瀝青進行動態剪切流變試驗，試驗溫度為60 ℃，采用應變控制模式，取應變值為12%，選用10 rad/s的正弦振蕩荷載模式，試驗夾板直徑選用25 mm，板間距為1 mm；通過試驗得到的車轍因子G*/sinδ和改進型車轍因子G*/(sinδ)9來評價瀝青的高溫性能。

表2 交聯聚乙烯(XLPE)技術指標

對瀝青進行重復蠕變恢復試驗，采用的試驗溫度為60 ℃，加載應力分別采用30 Pa,100 Pa和300 Pa三種應力，加載模式為加載1 s卸載9 s，加載過程中每0.1 s采集一次數據，卸載過程每0.9 s采集一次數據，共進行100次重復蠕變。通過對第50，51次蠕變階段試驗數據進行Burgers模型參數擬合，計算出第50，51次重復蠕變階段蠕變勁度的粘性成分Gv平均值，對瀝青的高溫性能進行評價。

2 試驗結果分析

2.1 動態剪切流變試驗

通過對3%，5%和7%三種摻量的交聯聚乙烯改性瀝青、基質瀝青和SBS改性瀝青進行動態剪切流變試驗可以得到瀝青在60 ℃下的車轍因子G*/sinδ和改進型車轍因子G*/(sinδ)9，如圖1和圖2所示。

從圖1五種瀝青的車轍因子G*/sinδ對比結果中可以看到，在試驗溫度為60 ℃時交聯聚乙烯改性瀝青和SBS改性瀝青的車轍因子G*/sinδ都要大于基質瀝青，說明XLPE改性劑和SBS改性劑都能夠提高瀝青的車轍因子，改善瀝青的高溫性能，且隨著XLPE改性劑摻量的增加其改善效果更好。同時可以看到3%,5%和7%三種摻量的交聯聚乙烯改性瀝青的車轍因子G*/sinδ都要大于SBS改性瀝青，因此僅以車轍因子G*/sinδ為高溫評價指標時XLPE改性劑對瀝青高溫性能的改善效果要好于SBS改性劑。

從圖2中看到，SBS改性劑和XLPE改性劑的添加都能夠使得瀝青的改進型車轍因子G*/(sinδ)9增大，提高瀝青的高溫性能；同時看到SBS改性瀝青的60 ℃的改進型車轍因子G*/(sinδ)9要大于交聯聚乙烯改性瀝青，這與車轍因子G*/sinδ的試驗結果有所不同。這是由于改進型車轍因子G*/(sinδ)9充分考慮了改性瀝青的彈性性質對于瀝青抗車轍能力的影響，而相位角δ在一定程度上反映瀝青的彈性能力，因此改進型車轍因子通過提高瀝青相位角δ的敏感性進一步更明顯地表征改性瀝青的抗車轍能力[5]。

2.2 重復蠕變恢復試驗

選取應力分別為30 Pa,100 Pa和300 Pa的重復蠕變恢復試驗中，60 ℃試驗條件下第50,51次蠕變階段試驗數據，采用origin軟件進行Burgers模型參數擬合計算出第50,51次重復蠕變階段蠕變勁度的粘性成分Gv值，并求取其平均值，試驗結果見圖3。

從圖3可以看出同一種瀝青在30 Pa,100 Pa和300 Pa三個不同應力水平下時蠕變勁度的粘性成分Gv值變化不大，表明Gv值是材料的一個特性參數，不受應力因素的影響，能夠較好的表現出瀝青材料的高溫性能。對于五種不同瀝青，蠕變勁度的粘性成分Gv值最小的為基質瀝青，最大的為SBS改性瀝青，交聯聚乙烯改性瀝青的Gv值大于基質瀝青小于SBS改性瀝青，說明SBS改性劑和XLPE改性瀝青都能夠明顯的提高瀝青的高溫性能，且SBS改性劑的改善效果要好于XLPE改性劑，這與車轍因子G*/sinδ的試驗結果不同而與改進型車轍因子G*/(sinδ)9的試驗結果基本相同。這是由于蠕變勁度的粘性成分Gv充分考慮了瀝青的彈性恢復變形，很好的將彈性恢復變形從永久變形中分離出來，能夠更準確的反映瀝青的高溫性能。

為了更直觀的分析改性瀝青的彈性恢復能力，在重復蠕變恢復試驗中以εl表示蠕變階段結束后的瞬時應變，即恢復階段的初始應變；εp為瀝青恢復階段的未能恢復的殘余應變，也稱為永久應變，εl/εp則能反映瀝青的彈性恢復能力，瀝青在30 Pa應力下

第1次、第50次和第100次的εl/εp如圖4所示。

從圖4中看到，在第1次，50次和100次的重復蠕變試驗中，SBS改性瀝青的彈性恢復能力要好于基質瀝青和交聯聚乙烯改性瀝青；瀝青路面高溫車轍的本質是在重復荷載作用下不可恢復的永久變形，因此彈性恢復能力較好的瀝青在應力卸載階段得到充分的恢復，具有更小的累積變形，其抗車轍能力也能夠充分體現出來。改性劑車轍因子G*/(sinδ)9和瀝青的蠕變勁度的粘性成分Gv值充分考慮了瀝青的彈性性質對抗車轍能力的影響，能夠更好的表征改性瀝青的高溫性能，而車轍因子G*/sinδ對彈性性能較好的改性瀝青高溫性能的評價有一定的局限性[6]。

3 結語

1)XLPE改性劑和SBS改性劑都能夠改善瀝青的高溫性能，而使用不同的高溫評價指標對瀝青的高溫性能評價有著不同的結果。

2)車轍因子G*/sinδ雖能較好的評價普通瀝青的高溫性能，但對于彈性較好的改性瀝青高溫性能的評價卻存在著一定的局限性；改性劑車轍因子G*/(sinδ)9和瀝青的蠕變勁度的粘性成分Gv值能夠更好的表征改性瀝青的高溫性能。

[1] 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001:10-24.

[2] 陳樂怡，張從容.常用合成樹脂的性能和應用手冊[M].北京：化學工業出版社，2002:45-46.

[3] 楊錫武，劉 克，楊大田.PE改性瀝青的幾個問題[J].中外公路，2008，28(6)：203-207.

[4] 陸騰飛,葉群山.基于DSR的交聯聚乙烯改性瀝青流變特性研究[J].西部交通科技,2015(12):15-18.

[5] 陳華鑫，王秉綱.SBS改性瀝青車轍因子的改進[J].同濟大學學報(自然科學版),2008,36(10):1384-1387.

[6] 張肖寧，孟勇軍，鄒桂蓮.基于重復蠕變的混合瀝青高溫指標[J].華南理工大學學報，2008，36(2)：23-28.

Analysis of high temperature performance and evaluation index of cross-linked polyethylene modified asphalt

Liang Junhui Ye Qunshan Chen Changxin

(ChangshaUniversityofScience&Technology,InstituteofTransportationEngineering,Changsha410114,China)

The high temperature performance of cross-linked polyethylene modified asphalt was evaluated by dynamic shear rheological test and repeated creep recovery test. The results indicate that the XLPE can improved high-temperature performance of asphalt. The rutting factorG*/sinδhas some limitations on evaluation of high temperature performance of modified asphalt with good elasticity. The modifier rutting factorG*/(sinδ)9and the viscous component of creep stiffnessGvcan characterize high-temperature performance of modified asphalt.

cross-linked polyethylene, modified asphalt, high-temperature performance, rutting

1009-6825(2016)32-0151-02

2016-09-02

梁俊輝(1983- )，男，在讀碩士; 葉群山(1978- )，男，副教授; 陳昌鑫(1992- )，男，在讀碩士

U416.217

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