RET反應型改性瀝青混合料抗永久變形研究

徐 亞

（江蘇寧宿徐高速公路有限公司，江蘇 宿遷223800）

RET反應型改性瀝青混合料抗永久變形研究

徐 亞

（江蘇寧宿徐高速公路有限公司，江蘇 宿遷223800）

RET是一種反應型三元共聚物彈性體，與其他改性劑相比，RET改性瀝青混合料具有優異的高溫性能，水穩定性能也有相應的提升，特別適用于國內高溫多雨的地區。通過UTM-25試驗系統，在不同荷載、不同溫度條件下，分別對70#道路石油瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料、膠粉改性瀝青混合料及RET反應型改性瀝青混合料等4種類型混合料進行動態蠕變試驗，繪制瀝青混合料累計永久應變（με）隨加載次數（Cycles）變化的蠕變變形曲線，對比分析其抗永久變形的能力。結果表明：RET改性瀝青混合料的抗永久變形能力較SBS改性瀝青混合料和膠粉改性瀝青混合料有較大幅度提高，尤其在高溫、重荷載條件下，其抵抗永久變形的能力越明顯。

動態蠕變；RET改性瀝青；瀝青混合料；抗永久變形

近年來隨著高等級公路使用年限的增長，瀝青路面發生不同類型病害的幾率會增大。據調查統計分析得出，其中的車轍類病害占多數。根據試驗研究發現，提高瀝青混合料的抗永久變形能力就可以相應地提高瀝青路面高溫的性能。改性瀝青混合料如SBS改性瀝青混合料和膠粉改性瀝青混合料等的出現在一定的程度上緩解了瀝青路面高溫性能不足的問題，但隨著交通荷載的增大和高溫天氣的持續，此類改性瀝青混合料不能完全適應當前道路環境。

美國杜邦（Dupont）和美國石油公司雪佛龍（Chevron）共同研發出一種反應型的瀝青改性劑——RET（reactive elastomeric terpolymer，RET）。以RET改性劑制備的瀝青混合料具有良好的和易性，施工攤鋪非常的便捷。此種瀝青混合料的最大的優勢，可以長距離運輸和存儲，可以提高攤鋪效率，在更低的溫度環境下進行攤鋪作業，從而更快地開放交通。RET改性瀝青的制備具有很高的性價比，不需要額外的高速剪切設備，只需要簡單的攪拌，就可以制備具有熱穩定性、抗油污和抗化學腐蝕等優點改性瀝青[1-2]。本文采用蠕變試驗對RET反應型改性瀝青混合料抗永久變形能力在不同溫度和荷載條件下進行研究。

1 原材料選擇與配合比設計

1.1 試驗原材料

本試驗采用的原材料為70＃道路石油瀝青、SBS改性瀝青、40目膠粉、玄武巖粗細集料、聚磷酸（PPA）、三元共聚物RET等。其中RET三元共聚物彈性體是主要由乙烯主鏈與丙烯酸丁脂和甲基丙烯酸縮水甘油酯兩種共聚物單體聚合而成的化學性彈性體。RET的主要改性原理是可以與瀝青質相結合形成穩定的化合物，大幅度提升瀝青的穩定性能。其它原材料性質均滿足規范要求，具體性能見表1～表3所示。其中RET反應型瀝青的制備方法，以基質瀝青質量的1.5%RET與0.2%的聚磷酸（PPA）配制RET改性瀝青，具體的瀝青性能指標如表4所示。

表1 40目膠粉性能指標Tab.1 40 performance index of crumb rubber powder %

表2 玄武巖粗細集料性能指標Tab.2 Performance index of basalt coarse aggregate

表3 聚磷酸（PPA）性能指標Tab.3 Polyphosphate(PPA)performance index

表4 瀝青性能指標Tab.4 Test technical index of modified asphalt

1.2 試驗配合比設計

本文根據大量的現場試驗經驗，RET改性瀝青混合料采用斷級配SMA-13進行配合比設計，4種類型混合料的馬歇爾試驗結果如表5所示，均符合規范要求。

表5 瀝青混合料馬歇爾試驗結果Tab.5 Marshall test results of asphalt mixture

2 試件制備及試驗方法

本文為了對實際的路用情況和受力狀態進行相關的模擬，參照規范中NHRP-29中的規定進行動態蠕變試驗，采用的設備是UTM-25（伺服式材料動態測試系統）。試驗中采用的試件的尺寸是Φ100 mm×150 mm（高），在試驗過程中為了減少對試驗結果精度的影響，我們通常在試件兩段中各墊一張四氟乙烯薄膜[3-4]。我國瀝青路面設計規范中設定0.7 MPa是輪胎標準接地壓力，本文試驗中為了更好的模擬交通荷載的日趨增大，動態蠕變的試驗軸向壓力分別為：0.7，0.9，1.1 MPa；同時模擬現實瀝青路面的高溫環境，本文試驗中采用試驗溫度分別為40℃，50℃和60℃。本文的動態蠕變試驗采用半正弦波加載，加載時間0.1 s，間歇時間0.9 s，從而進行試驗研究。

3 動態蠕變試驗

3.1 不同溫度下蠕變試驗結果分析

目前道路環境的高溫現象比較嚴重，本文為了更好的模擬現實的高溫環境，在標準荷載下對試件分別進行40℃，50℃和60℃三個溫度條件下進行動態蠕變試驗[5-6]。試驗的終止條件是累計加載次數達到10 000次或累計永久應變達到100 000 με。

根據試驗可以得到不同溫度條件下，加載次數與累計永久變形之間的關系，分別如圖1～圖3所示。

從圖1～圖3中可以看出，70#道路石油瀝青混合料高溫性能最差，在3個溫度下都達到蠕變破壞階段。膠粉改性瀝青混合料與SBS改性瀝青混合料在60℃下達到了蠕變破壞階段，而對比發現，RET改性瀝青混合料3個不同的溫度下均沒有發生蠕變破壞。瀝青混合料在蠕變過程中發現，在相同的作用荷載次數下，70#道路石油瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料和膠粉改性瀝青混合料累計永久應變量均大于RET改性瀝青混合料，從而說明RET瀝青混合料的抗永久變形能力有較大提高。

圖1 累計永久應變與加載次數關系圖（40℃、0.7 MPa）Fig.1 Relationship between cumulative permanent strain and loading times（40 ℃，0.7 MPa）

圖2 累計永久應變與加載次數關系圖（50℃，0.7 MPa）Fig.2 Relationship between cumulative permanent strain and loading times（50 ℃，0.7 MPa）

圖3 累計永久應變與加載次數關系圖（60℃，0.7 MPa）Fig.3 Relationship between cumulative permanent strain and loading times（60 ℃，0.7 MPa）

由圖4發現，隨著溫度的升高，瀝青混合料的流變次數都相應的減少。這是因為溫度的升高導致瀝青膠結料在混合料中逐漸的軟化，削弱了集料的嵌擠作用，減少瀝青混合料的內摩擦力，導致瀝青混合料整體強度的降低[7]。由試驗結果發現，雖然在相同溫度條件下RET改性瀝青混合料的流變次數均大于前兩者，但是可以看出溫度越高，RET改性瀝青混合料的流變次數比前兩者大的越明顯，說明RET改性瀝青混合料可以大幅度提高抗永久變形能力。

這是由于改性劑RET在瀝青中形成了空間立體網狀結構，對瀝青混合料內部瀝青分子有約束作用，可阻止有效的瀝青分子流動和滑動，并且瀝青中的低沸點物質與RET發生化學反應而被吸收，改性后瀝青結構更加致密，使得RET改性瀝青混合料的高溫性能有大幅度提升。

圖4 不同溫度下流變次數Fn變化趨勢圖Fig.4 The change trend of Fnnumber at different temperatures

3.2不同荷載下蠕變試驗結果分析

目前道路超載現象比較嚴重，設計規范要求中的標準荷載是0.7 MPa，此處主要考慮荷載對瀝青混合料動態蠕變試驗結果的影響，對不同類型的瀝青混合料在60℃時0.7 MPa，0.9 MPa，1.1 MPa 3個荷載條件下進行動態蠕變試驗。試驗的終止條件是累計加載次數達到100 00次或累計永久應變達到100 000 με。

根據試驗可以得到不同荷載條件下，加載次數與累計永久變形之間的關系，分別如圖5～圖7所示。

對不同溫度下的蠕變曲線進行分析，由圖5～圖7可以看出，瀝青混合料隨著軸向荷載的增大，均發生了蠕變破壞，從圖7中可以看出SBS改性瀝青混合的曲線斜率明顯要比RET改性瀝青混合料的曲線增大，同樣可以說明，RET改性瀝青混合料能大幅度提高混合料抗永久變形能力。

圖5 累計永久應變與加載次數關系圖（60℃，0.7 MPa）Fig.5 Relationship between cumulative permanent strain and loading times（60 ℃，0.7 MPa）

圖6 累計永久應變與加載次數關系圖（60℃，0.9 MPa）Fig.6 Relationship between cumulative permanent strain and loading times（60 ℃，0.9 MPa）

圖7 累計永久應變與加載次數關系圖（60℃，1.1 MPa）Fig.7 Relationship between cumulative permanent strain and loading times（60 ℃，1.1 MPa）

由圖8可以看出，瀝青混合料隨著軸向壓力的增大，混合料中的空隙逐漸減小。在高壓狀態下，瀝青內部的自由瀝青膨脹的空間逐漸縮小，從而造成混合料中原本聯結好的骨料受到自由瀝青的膨脹作用而被擠散，使得混合料內部進入流動狀態，降低整個瀝青混合料的強度[8]。3種荷載下RET改性瀝青混合料的流變次數分別為SBS改性瀝青混合料和膠粉改性瀝青混合料的1.43倍與 1.53倍、2.51倍與 3.14倍、7.11倍與9.22倍。相比于SBS改性瀝青混合料和膠粉改性瀝青混合料，RET改性瀝青混合料具有更強的抵抗重載交通的能力與抗永久變形能力。

圖8 不同荷載下流變次數Fn變化趨勢圖Fig.8 The change trend of Fnnumber at different temperatures

70#道路石油瀝青中加入RET改性劑形成化學交聯網絡結構后，使改性瀝青提高抗拉性能，保持內部應力存在一段時間的條件下，在拉伸后這種互穿的網絡結構增大了聚合物分子的可移動性[9]，不會導致內部的網絡骨架結構和瀝青基體發生大程度的位移，從而提高瀝青混合料的抗永久變形能力，提高瀝青混合料的高溫性能。

4 結論

1）蠕變試驗結果表明，隨著溫度（荷載）的升高（增大），RET改性瀝青混合料的流變次數均比SBS改性瀝青混合料和膠粉改性瀝青混合料有大幅度增加，說明前者高溫性能遠優于后兩者，并且溫度（荷載）越高，兩者的差距越大。此結果表明RET改性瀝青混合料的高溫性能改善顯著，溫度與荷載越大改善效果越明顯。

2）根據蠕變試驗模擬現實高溫重載環境狀況下，采用RET改性瀝青混合料可以大幅度提高瀝青路面的抗永久變形能力，尤其在高溫、重荷載條件下，其抵抗永久變形的能力越明顯，大幅度提升道路使用壽命。

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Study on Anti-permanent Deformation of RET Modified Asphalt Mixture

Xu Ya
（Jiangsu NSX Network Expressway CO.，Ltd.，Suqian 223800，China）

The RET modifier is a tri-basic copolymer.Compared with other modifier agents,RET modified asphalt mixture has high temperature performance and water stability,which is especially suitable for domestic hot and rainy areas.This paper,through the UTM-25 system，under different loads and different temperatures,carried out dynamic creep test for 4 kinds of asphalt mixture，including 70#asphalt mixture，SBS modified asphalt mixture,crumb rubber modified asphalt mixture and RET reaction-type modified asphalt mixture.It drew the creep deformation curve of cumulative permanent strain（με）with changes of load frequency （Cycles）， and compared the resistance to permanent deformation.The results showed that RET modified asphalt mixture of asphalt and crumb rubber modified asphalt mixture has greatly improved the resistance to permanent deformation compared with SBS materials,with the resistance to permanent deformation more obvious in high temperature and heavy load conditions.

dynamic creep；RET modified asphalt；asphalt mixture；anti permanent deformation

U416

A

（責任編輯 王建華）

1005-0523（2017）04-0050-06

2017－04－01

徐亞（1990—），男，碩士，主要從高速公路養護技術工作。