多聚磷酸對瀝青混合料性能影響研究

鄭德齋 宋曉新

摘要： 文章針對多聚磷酸的特性，研究不同的多聚磷酸摻量對瀝青混合料路用性能的影響。結果表明， 隨著多聚磷酸摻量的增加，改性瀝青混合料的高溫性能有了明顯改善，而水穩定性和低溫抗裂性等路用性能有一定的劣化作用。因此，當多聚磷酸作為單一改性劑進行使用時，多聚磷酸摻量不應超過1%，或者采用多聚磷酸與其它改性劑對瀝青進行復合改性，以提高改性瀝青的綜合性能。

【關鍵詞】多聚磷酸;高溫穩定性;低溫抗裂性;水穩定性

多聚磷酸為質子酸，能溶解多種低分子及高分子有機化合物。在有機合成中用作失水劑、環化劑、酰化劑，是縮合、環化、重排、取代等反應的催化劑或溶劑。近年來，由于多聚磷酸（PPA）能夠與基質瀝青發生化學反應，采用多聚磷酸對瀝青進行改性具有熱儲存穩定性好、改性工藝簡單、價格低廉的特點，因此PPA 復合改性瀝青的研究越來越受到學術界和工程界道路工作者的重視。

本文通過室內試驗， 研究不同摻量多聚磷酸對AC-20瀝青混合料的水穩定性、高溫穩定性和低溫抗裂性等路用性能的影響規律。

1.原材料

本次研究中使用的基質瀝青是茂名石化有限公司生產的70號A級東海瀝青，其主要技術指標如表1所示。粗集料采用青島地區石灰巖碎石，細集料采用機制砂，巖性為石灰巖，礦粉采用石灰巖磨成粉加工而成，經檢測礦料的各項技術指標均滿足規范規定。多聚磷酸是一種無色透明粘稠狀液體，具有腐蝕性，屬二極無機酸性腐蝕物品。論文采用重慶川東化工（集團）有限公司生產的工業級110%的多聚磷酸。相關數據如表2所示。

2.多聚磷酸改性瀝青試驗方案

2.1多聚磷酸改性瀝青方案

論文采用不同的多聚磷酸摻量，研究瀝青及瀝青混合料的性能影響，PPA摻量（外摻）分別為0%、0.5%、1%、1.5%。通過改性瀝青的性能試驗，來綜合評價多聚磷酸改性瀝青的路用性能。

2.2多聚磷酸改性瀝青制備過程

改性瀝青加工工藝：將稱量好的基質瀝青脫水，加熱至 150℃左右將基質瀝青放人烘箱加熱至融化，再加熱至恒溫160℃，開啟剪切機進行攪拌，攪拌速度為3000r/min，攪拌的同時將稱量好的多聚磷酸緩慢加入基質瀝青中，持續攪拌20min制得多聚磷酸改性瀝青，保證多聚磷酸能均勻的分散在瀝青中，從而完成多聚磷酸改性瀝青的制備。

3.混合料配合比設計

瀝青混合料配合比設計根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004），試驗采用AC-20級配，如圖1所示。通過馬歇爾試驗方法確定級配組成，瀝青混合料的最佳油石比采用4.7%。

4.多聚磷酸對瀝青混合料性能影響分析

4.1PPA改性瀝青混合料高溫性能

瀝青混合料在一定溫度下（60℃），可抵抗車輛荷載的反復作用，并在此溫度下不發生顯著永久變形，一定程度保證路面平整性的特性，這種特性這種特性被稱為瀝青混合料的高溫穩定性。論文通過車轍試驗表征多聚磷酸對瀝青混合料高溫性能的影響。根據《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004），車轍板試模尺寸采用長300mm寬300mm厚50mm。車轍試驗是常用的工程試驗法。它可以模擬車輛輪胎在路面上滾動，而形成事實車轍，每組采用3個試件進行平行試驗。試驗溫度為高溫60℃。試驗輪以每分鐘42±1次的頻率，沿著試件表面在同一軌跡上反復行走，產生1mm車轍變形所需要的行走次數即為動穩定度，其公式為：

其中，DS為瀝青混合料的動穩定度，次/min;t1、t2分別為試驗時間，通常為45min和60min;d1、d2分別為時間t1和t2對應的試件表面的變形量，mm;42為每分鐘行走次數;c1、c2分別為試驗機或試樣修正系數。

由圖2可以看出摻加多聚磷酸的改性瀝青混合料與基質瀝青混合料的動穩定度相比有很明顯的提高，當PPA摻量達到了1.5%時動穩定度較基質瀝青提高了75.9%，說明加入多聚磷酸可以顯著的改善瀝青混合料的高溫穩定性。

4.2PPA改性瀝青混合料低溫抗裂性

瀝青路面的低溫開裂是路面破壞的主要形式之一。低溫開裂造成的裂縫給地表水創造了條件，地表水順著“水路”進入到路面內部，進而將路基軟化，路面承載能力逐步下降，從而影響行車舒適性，大大縮短路面的使用壽命。為了避免問題的發生，可以根據相關規定，采用低溫彎曲試驗的破壞應變指標阻止低溫裂縫的可能性。低溫彎曲破壞試驗也是瀝青混合料低溫變形能力的常用方法之一。在試驗溫度達到-10±0.5℃的條件下，以50mm/min的加載速率，對跨徑為200mm的瀝青混合料小梁試件（35mm×30mm×250mm）跨中施加集中荷載至斷裂破壞，并按式（2）計算最大彎拉應變，PPA改性瀝青混合料低溫抗裂性試驗研究結果如圖3所示。

由圖3可以看出隨著PPA摻量的增加，破壞應變逐漸減小，當PPA摻量為1.5%時的破壞應變為基質瀝青的94%，下降幅度比較大，說明多聚磷酸對瀝青混合料的低溫抗裂性起劣化作用，不宜使用在寒冷地區。

4.3PPA改性瀝青混合料水穩定性

水穩定性是瀝青混合料抵抗由于水侵蝕而逐漸產生瀝青模剝離、松散、坑槽等破壞的能力。水穩定性差的瀝青混合料會在有水存在的情況下，會發生瀝青與礦料顆粒表面的局部分離，并逐漸形成坑槽，導致瀝青路面產生早期病害，根據我國《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004），進行水穩定性評價的試驗方法有浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗兩種試驗方法。PPA改性瀝青混合料水穩定性試驗研究結果如圖4和圖5所示。

從以上試驗結果可以得出：隨著PPA 摻量的增加，瀝青混合料的殘留穩定度和凍融劈裂比均有不同程度的下降，表明PPA對瀝青混合料的水穩定性有一定的劣化作用，當PPA 摻量增加到1% 時殘留穩定度和凍融劈裂比均降到了80%以下。因此從水穩定性方面考慮，當PPA 作為單一改性劑進行使用時，摻量不應超過1%，或者采取與其它改性劑共同對瀝青進行復合改性。

5.結束語

（1）摻加多聚磷酸的改性瀝青混合料與基質瀝青混合料的動穩定度相比有很明顯的提高，當PPA摻量達到了1.5%時動穩定度較基質瀝青提高了75.9%，說明加入多聚磷酸可以顯著的改善瀝青混合料的高溫穩定性。（2）隨著PPA摻量的增加，破壞應變逐漸減小，當PPA摻量為1.5%時的破壞應變為基質瀝青的94%，下降幅度比較大，說明多聚磷酸對瀝青混合料的低溫抗裂性起劣化作用，不宜使用在寒冷地區。（3）隨著PPA 摻量的增加，瀝青混合料的殘留穩定度和凍融劈裂比均有不同程度的下降，表明PPA對瀝青混合料的水穩定性有一定的劣化作用，當PPA 摻量增加到1% 時殘留穩定度和凍融劈裂比均降到了80%以下。因此從水穩定性考慮，當PPA 作為單一改性劑進行使用時，摻量不應超過1%，或者與其它改性劑對瀝青進行復合改性。

【參考文獻】

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[2]郭洪欣，郭洪杰.PPA復合改性瀝青混合料抗紫外光與熱老化性能研究[J].新型建筑材料，2018，3：108-113.