聚丙烯蠟改性瀝青溫拌性能研究

王東升

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074）

0 引言

瀝青混凝土路面因優(yōu)異的使用性能、良好的行車舒適性以及施工周期短、養(yǎng)護(hù)維修方便等特點(diǎn)，在我國各等級公路的鋪筑中得到廣泛的應(yīng)用，鋪筑方式以熱拌瀝青混合料為主。生產(chǎn)熱拌瀝青混合料時(shí)，瀝青與集料的拌和溫度一般不低于160℃，這一過程不僅會(huì)消耗大量的能源，還會(huì)排放出大量的廢氣和粉塵，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境和施工人員的健康，此外，瀝青在高溫拌和時(shí)易發(fā)生老化，從而影響瀝青路面的路用性能。相比熱拌瀝青混合料，溫拌瀝青混合料的拌和壓實(shí)溫度降低了約20℃—30℃，在降低能耗、減少有害物質(zhì)的排放的同時(shí)，還能降低瀝青老化程度、延長路面施工季節(jié)。顯然，熱拌技術(shù)并不符合可持續(xù)發(fā)展的方針，而保留熱拌瀝青混合料優(yōu)良路用性能同時(shí)還環(huán)保節(jié)能的溫拌技術(shù)將是瀝青路面技術(shù)的發(fā)展趨勢。

溫拌技術(shù)大致分為三種：有機(jī)降黏技術(shù)、發(fā)泡降黏技術(shù)和乳化瀝青技術(shù)。有機(jī)降黏技術(shù)是往瀝青或者瀝青混合料中添加熔點(diǎn)較低的有機(jī)降黏劑，高溫下降黏劑熔化從而降低瀝青的黏度；發(fā)泡降黏技術(shù)是在拌和過程中向?yàn)r青中加入親水材料，水分在高溫下形成水蒸汽，使得瀝青體積膨脹，黏度降低；乳化瀝青技術(shù)是采用高濃度乳液對瀝青發(fā)泡處理，經(jīng)乳液乳化發(fā)泡后的瀝青黏度已有所降低，同時(shí)乳液中含一定比例的水，在與集料拌和過程中，這部分水變成水蒸氣排除，從而提高瀝青混合料和易性，達(dá)到溫拌效果。本研究選用聚丙烯蠟（PP 蠟）作為有機(jī)降黏劑，以不同的摻量改性70 號瀝青，并研究其對瀝青基本性能的影響規(guī)律，為其在溫拌瀝青的研究與應(yīng)用中提供一定參考。

1 PP 蠟對瀝青性能的影響

PP 蠟屬于蠟類物質(zhì)，熔點(diǎn)在100℃左右，在高于100℃時(shí)會(huì)完全熔化于瀝青中，因此，在制備PP 蠟改性瀝青時(shí)只需將基質(zhì)瀝青加熱熔融至140℃后，加入一定比例的PP 蠟（外摻法，摻量為別為2%、4%、6%、8%和10%），再進(jìn)行人工攪拌10—15min。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）中的相關(guān)規(guī)定，分別對70#基質(zhì)瀝青瀝青和不同摻量的改性瀝青進(jìn)行布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)、針入度試驗(yàn)、軟化點(diǎn)試驗(yàn)以及延度試驗(yàn)。

1.1 布氏旋轉(zhuǎn)黏度

布氏旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)選用布氏黏度計(jì)（Brookfield DV-Ⅱ+ Pro 型），試驗(yàn)樣品取9.0g，試驗(yàn)溫度為120℃、135℃和150℃。黏溫曲線如圖1所示。從圖1可以看出，PP 蠟對瀝青黏度有顯著的影響，根據(jù)黏溫曲線，瀝青的黏度隨著PP 蠟摻量增加而明顯降低，135℃時(shí)，摻量為2%、4%、6%、8%和10%的PP 蠟改性瀝青的黏度分別比基質(zhì)瀝青降低12.1%、21.4%、30.8%、38.5%和43.4%，6%的PP 蠟?zāi)苓_(dá)到30%以上的降粘作用，表明PP 蠟可以有效降低基質(zhì)瀝青的高溫黏度，增大其高溫流動(dòng)性。

1.2 三大指標(biāo)

從圖2(a)可以看出，在25℃時(shí)，瀝青針入度值隨著PP 蠟摻量的增加而減小，表明PP 蠟的摻入使得瀝青硬度增大，抗變形能力增強(qiáng)，同時(shí)還可看出不同摻量PP 蠟改性瀝青的針入度增量變化均勻，沒有發(fā)生突變現(xiàn)象，說明PP 蠟的摻入對瀝青感溫性能影響不大。從圖2(b)可以看出，摻量范圍在2%—8%時(shí)，PP 蠟改性瀝青的軟化點(diǎn)隨PP 蠟摻量增加而增大，摻量超過8%時(shí)，軟化點(diǎn)有一定的降低，但改性瀝青的軟化點(diǎn)都明顯高于基質(zhì)瀝青，表明PP 蠟?zāi)芨纳茷r青的高溫穩(wěn)定性，與針入度得出的結(jié)論相吻合。本研究采用15℃延度評價(jià)瀝青的低溫性能，拉伸速率為5cm/min，從圖2(b)可以看出，瀝青的低溫延度隨PP 蠟摻量的增加而降低，且增量變化率有變大的趨勢，在15℃時(shí)，摻量為2%、4%、6%、8%和10%的PP蠟改性瀝青的延度分別比基質(zhì)瀝青降低了10.3%、17.5%、22.6%、29.2%和40.9%，充分說明PP 蠟的摻入使瀝青的延展性變差，對瀝青的低溫性能產(chǎn)生負(fù)面效果。

圖1 PP 蠟摻量對瀝青布氏旋轉(zhuǎn)黏度的影響

圖2 PP 蠟摻量對瀝青三大指標(biāo)的影響

2 PP 蠟對瀝青混合料性能的影響

根據(jù)相關(guān)性能試驗(yàn)以及出于對經(jīng)濟(jì)效益的考慮，本研究認(rèn)為6%為PP 蠟改性瀝青的最佳摻量，并用此摻量的PP 蠟改性瀝青制備改性瀝青混合料，進(jìn)行相關(guān)馬歇爾試驗(yàn)。瀝青混合料類型為AC-13 型，級配取《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）中規(guī)定級配范圍的中值級配，油石比取4.7%。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）中的相關(guān)規(guī)定，分別對不同拌和、壓實(shí)溫度下的基質(zhì)瀝青混合料和PP 蠟改性瀝青混合料的孔隙率、穩(wěn)定度、流值以及浸水殘留穩(wěn)定度等參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)分析。

表1 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出，基質(zhì)瀝青混合料在比熱拌瀝青混合料低20℃的溫度下拌和壓實(shí)時(shí)，其空隙率增大，穩(wěn)定度降低，流值增大，浸水殘留穩(wěn)定度降低，這表明低溫下壓實(shí)會(huì)導(dǎo)致普通瀝青混合料壓實(shí)度降低，所能承受的最大荷載隨之降低，變形增大，水穩(wěn)定性變差；對比熱拌瀝青混合料和6%PP 蠟溫拌瀝青混合料時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，在低于熱拌瀝青混合料20℃的溫度拌和壓實(shí)，除水穩(wěn)定性能略有降低，其他的各項(xiàng)指標(biāo)相差不大，且各項(xiàng)參數(shù)均滿足規(guī)范的技術(shù)要求，這說明PP 蠟溫拌瀝青混合料具有和熱拌瀝青混合料相近的路用性能。

3 結(jié)論

（1）PP 蠟?zāi)茱@著降低瀝青的高溫黏度，改善瀝青的施工和易性。

（2）PP 蠟的摻入能改善瀝青的高溫性能，對瀝青的溫度敏感性無明顯影響，但對瀝青的低溫性能具有一定程度的負(fù)面影響。

（3）相同條件下，PP 蠟改性瀝青混合料與普通熱拌瀝青混合料具有相近的路用性能，但水穩(wěn)定性略有下降。