不同工藝的HDPE改性瀝青混合料的高溫性能比較

鄭　茂

(四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院，四川成都 610017)

聚乙烯(Polyethylene，下簡稱PE)，一種高分子聚合物，在SBS改性瀝青的大規模應用之前經常被用到。PE改性后的瀝青及其混合料具有優異的高溫穩定性，但綜合改性效果相對不足，逐漸被SBS改性劑取代[1]，不過仍保持著相對SBS的成本優勢?？紤]到此前大規模研究和應用是針對低密度PE，對于高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，以下簡稱HDPE)研究較少，本文將對其進行瀝青改性試驗研究，主要針對分濕法和干法兩種工藝。濕法是在試驗室將改性劑加入基質瀝青拌制成為改性瀝青[2]，改性劑摻量為基質瀝青質量比，瀝青加工溫度定為180 ℃，利用小型對流式拌和設備進行攪拌，拌和時間為1.5 h。干法是在基質瀝青混合料拌制時外摻投入拌合鍋拌合，改性劑摻量為混合料的質量比。

1　材料、級配與試驗設計

1.1　瀝青

為了全面地比較研究改性劑類型和摻量變化對瀝青混合料高溫穩定性的影響規律[3]，本文進行多種摻量下兩種工藝的全面設計試驗，選用70#基質瀝青。其基本指標如表1所示。

表1　基質瀝青常規指標測試結果

1.2　集料

根據JTGF 40-2004 《公路瀝青路面施工技術規范》 要求取AC-13，采用較細的級配，表2為本文選取一種AC-13的級配。

表2　選用的AC-13級配

集料為市面常用集料，產自浙江安吉。粗集料(≥2.36 mm)與細集料(0.075～1.18 mm)都采用玄武巖，礦粉是用石灰石研磨，密度與其他性能指標見表3、表4。

表3　集料密度

表4　集料性能指標

1.3　試驗設計

由于影響PE改性瀝青高溫穩定性最重要的工藝即改性瀝青混合料的制備工藝(即干法或濕法)和高分子聚合物的摻量。本文進行全面設計，2種制備工藝均涵蓋3個檔次的摻量。

試驗中瀝青的改性劑摻量及瀝青編號見表5。

2　車轍試驗過程及結果

2.1　混合料拌和與成型

采用室內瀝青混合料拌合機進行混合料拌和，拌和后放置于163 ℃的烘箱中2 h以模擬施工現場混合料在運輸、等待攤鋪及攤鋪等環節的短期老化[4]。

表5　瀝青的改性劑摻量及瀝青編號

用于漢堡車轍的試件采用旋轉壓實儀成型(SGC)，見圖1件制(62 mm)的方式成型試件，以保證試件的高度和空隙率滿足試驗要求，成型后的目標空隙率為7 %±1 %。成型完成的漢堡車轍試件如圖1所示。

圖1　部分試件車轍試驗前表觀

2.2　試驗結果

去除試驗結果變異系數大于15 %和意外破壞試件，保證同一條件下獲取2個平行試驗結果[5]。不同聚乙烯摻量下的HDPE改性瀝青混合料漢堡車轍高溫評價指標結果見表6，不同聚乙烯摻量下的混合料漢堡車轍試驗曲線圖見圖2，漢堡車轍試驗后部分試件表觀圖見圖3。

圖2　不同聚乙烯摻量下的HDPE改性瀝青混合料漢堡車轍試驗曲線

3　結果分析

3.1　蠕變速率Cr的對比

將干法和濕法兩種方法下制備的PE改性瀝青混合料在不同HDPE摻量下的蠕變速率數值匯入圖4。

(1)無論干法或濕法，在試驗選用的改性劑區間范圍內，蠕變速率均隨改性劑摻量的增加而增大，混合料蠕變階段的高溫性能隨HDPE用量的增多而增強。

(2)從趨勢線斜率看，濕法小于干法。采用濕法工藝制備混合料的Cr值隨改性劑摻量變化的敏感度相對更低。根據此次試驗，僅蠕變速率指標而言，干法生產工藝更能突出表現HDPE對混合料高溫性能的影響趨勢。

表6　不同聚乙烯摻量下的HDPE改性瀝青混合料漢堡車轍高溫評價指標

圖3　漢堡車轍試驗后部分試件表觀

圖4　干法和濕法條件下的混合料Cr值對比情況

(3)從趨勢線分布情況看，HDPE摻量小于8 %時，濕法制備的混合料蠕變階段高溫性能好于干法。HDPE摻量大于8 %時，干法制備的混合料蠕變速率數值更高。

(4)試驗選用的改性劑摻量范圍有限，上述規律有待進一步驗證。

3.2　總變形速率Dr的對比

將干法和濕法兩種方法下制備的PE改性瀝青混合料在不同HDPE摻量下的總變形速率數值匯入圖5。

圖5　干法和濕法條件下的混合料Cr值對比情況

(1)在濕法所選用的改性劑摻量范圍內，Dr出現先減小后增大的趨勢，存在一個最佳改性劑摻量值(5.2 %)使得Dr出現最小值，混合料總變形速率最小，有水條件下的高溫性能最佳；但干法條件下，Dr隨HDPE摻量的增大而減小，并未出現趨勢線的拐點，這可能和試驗選用的改性劑摻量范圍不足有關。從現有結果看，干法條件下即使存在最佳改性劑摻量值使得Dr出現最小值，該最佳改性劑摻量值也大于5.2 %。

(2)從趨勢線分布看，HDPE摻量小于7 %時，濕法制備的混合料在有水條件下高溫性能好于干法。

4　結論

本文通過漢堡車轍試驗對采用干法改性和濕法改性的HDPE改性瀝青混合料進行了高溫性能比較，研究了不同工藝對HDPE改性瀝青混合料高溫性能的影響，主要結論如下：

(1)無論干法或濕法，在試驗選用的改性劑區間范圍內，蠕變速率均隨改性劑摻量的增加而增大，混合料蠕變階段的高溫性能隨HDPE用量的增多而增強。

(2)濕法制備的混合料的Cr值隨改性劑摻量變化的敏感度相對更低；從蠕變速率指標來看，干法工藝更能突出表現HDPE對混合料高溫性能的影響趨勢。

(3)HDPE摻量小于8 %時，濕法制備的混合料蠕變階段高溫性能好于干法。HDPE摻量大于8 %時，干法制備的混合料蠕變速率數值更高。

(4)濕法工藝下，Dr先減小后增大，存在一個最佳改性劑摻量(5.2 %)使得混合料總變形速率最小，干法工藝下，Dr隨HDPE摻量的增大而減小，并未出現趨勢線的拐點，即使存在拐點，該最佳改性劑摻量值也大于5.2 %。

(5)從趨勢線分布看，HDPE摻量小于7 %時，濕法制備的混合料在有水條件下高溫性能好于干法。