不同抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青改性作用對(duì)比

張曉燕

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

現(xiàn)階段我國高等級(jí)公路上面層和中面層普遍使用改性瀝青混合料[1]。其中抗車轍劑作為新型道路外摻改性劑，得到廣泛應(yīng)用。抗車轍劑在瀝青混合料中，主要通過與集料嵌擠、增黏、拉絲、瀝青改性、填充、彈性恢復(fù)等作用綜合提高瀝青混合料高溫抗車轍性能[2-3]。然而在應(yīng)用過程中抗車轍劑是否對(duì)基質(zhì)瀝青起到相應(yīng)改性作用，眾多廠家對(duì)產(chǎn)品的宣傳與實(shí)際作用效果不盡切實(shí)[4]。

為了解不同抗車轍劑的作用效果及機(jī)理，陳宏強(qiáng)研究了PR 和RA 兩種抗車轍劑在不同摻量下對(duì)瀝青混合料改性效果的影響，并與基質(zhì)瀝青混合料進(jìn)行比較[5]；楊益民等研究發(fā)現(xiàn)高溫拌合時(shí)抗車轍劑可以對(duì)瀝青和瀝青混合料雙重改性，達(dá)到提升高溫性能的目的[6]；鄭乃濤等通過微觀掃描電鏡對(duì)不同類型改性劑與基質(zhì)瀝青相容性進(jìn)行了研究，得到可以很好與基質(zhì)瀝青相容的改性劑[7]。國內(nèi)研究人員主要對(duì)抗車轍劑對(duì)瀝青混合料的性能提升及作用方式做了大量研究，而抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青改性作用的研究甚少。

本文按照工程應(yīng)用的添加量，稱取一定質(zhì)量的抗車轍劑加入到預(yù)熱的基質(zhì)瀝青中，在一定溫度下攪拌一段時(shí)間。過濾掉未熔抗車轍劑，進(jìn)行剩余瀝青的三大指標(biāo)試驗(yàn)，與基質(zhì)瀝青進(jìn)行性能對(duì)比，比較各抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青改性的效果，得出結(jié)論。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原材料和設(shè)備

基質(zhì)瀝青為中海鎮(zhèn)江70 號(hào)A 級(jí)石油瀝青，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求[8]。

抗車轍劑采用兩種品牌的樣品，分別為P1 和P2。抗車轍劑P1 軟化點(diǎn)168.5 ℃，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率（190 ℃，2.16 kg）為 0.69 g/10 min；抗車轍劑 P2軟化點(diǎn) 151.7 ℃，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率（190 ℃，2.16 kg）為 4.38 g/10 min。

設(shè)備采用上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司生產(chǎn)的SYD-2806I 型瀝青軟化點(diǎn)試驗(yàn)器、SYD-2801I 型全自動(dòng)瀝青針入度試驗(yàn)器、SYD-4508G 型瀝青延伸度測(cè)定儀。

1.2 試驗(yàn)方案

a）按照實(shí)體工程應(yīng)用添加量，抗車轍劑為瀝青混合料質(zhì)量的0.4%，瀝青含量為4.3%，計(jì)算得抗車轍劑占瀝青質(zhì)量的9.3%。

b）分別稱取占瀝青質(zhì)量9.3%的抗車轍劑P1 和P2，加入到預(yù)熱的基質(zhì)瀝青中，觀察溫度并調(diào)節(jié)加熱功率，分別在 160 ℃～170 ℃、170 ℃～180 ℃下持續(xù)均勻攪拌30 min。過濾掉未熔的顆粒塊狀抗車轍劑，進(jìn)行剩余瀝青的25 ℃針入度、軟化點(diǎn)、10 ℃和15 ℃延度三大指標(biāo)試驗(yàn)，與基質(zhì)瀝青進(jìn)行性能對(duì)比。

c）同時(shí)為消除基質(zhì)瀝青在高溫條件下自身的輕微老化現(xiàn)象對(duì)本試驗(yàn)的影響，進(jìn)行未摻加抗車轍劑的空白對(duì)照試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青三大指標(biāo)影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青三大指標(biāo)影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青25 ℃針入度的影響

抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青25 ℃針入度的影響見圖1。

圖1 抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青25 ℃針入度的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明：在160 ℃～180 ℃的高溫下攪拌半個(gè)小時(shí)，空白試驗(yàn)和摻入抗車轍劑基質(zhì)瀝青的25 ℃針入度均發(fā)生下降趨勢(shì)。隨著溫度的提高，下降程度越大。空白基質(zhì)瀝青在高溫下輕質(zhì)組分的揮發(fā)自身會(huì)變稠變硬，針入度下降了0.8～1.2 mm，但仍然滿足70 號(hào)瀝青25 ℃針入度大于60（0.1 mm）的技術(shù)要求[9]。

對(duì)照同等條件下空白基質(zhì)瀝青，抗車轍劑P1針入度在 160 ℃～170 ℃和 170 ℃～180 ℃下降了16.0%和17.1%，抗車轍劑P2 下降了 32.0%和37.5%。抗車轍劑P2 的改性程度更大。主要是由于抗車轍劑P2 具有較低的軟化點(diǎn)和較高的熔體質(zhì)量流動(dòng)速率，在均勻攪拌過程中，抗車轍劑P2 比P1更容易熔解或溶脹在瀝青中，對(duì)瀝青起到改性作用。

2.3 抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)的影響

瀝青的軟化點(diǎn)與瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有良好的關(guān)系。一定情況下，瀝青軟化點(diǎn)越高，其拌制的瀝青混合料高溫抗車轍能力越好。抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)的影響見圖2。試驗(yàn)結(jié)果表明：同25 ℃針入度結(jié)果相反，軟化點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)增大的趨勢(shì)。隨著溫度的增加，提高的程度越大。空白基質(zhì)瀝青高溫?cái)嚢柽^程中發(fā)生輕微的老化現(xiàn)象，軟化點(diǎn)提高了2 ℃～3 ℃。

圖2 抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青軟化點(diǎn)的影響

對(duì)照同等條件下空白基質(zhì)瀝青，抗車轍劑P1改性后的瀝青軟化點(diǎn)在160 ℃～170 ℃和170 ℃～180 ℃分別提高了5.14%和5.15%，抗車轍劑P2 提高了7.22%和8.16%。同樣說明抗車轍劑P2 的改性程度更好。分析原因主要是抗車轍劑P2 軟化點(diǎn)為151.7 ℃，在 160 ℃～180 ℃的高溫下，更容易發(fā)生軟化變形，增加與基質(zhì)瀝青接觸的表面積，更好地對(duì)基質(zhì)瀝青起到改性作用。因此，該抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青改性作用后可顯著提高瀝青的軟化點(diǎn)，進(jìn)而提升瀝青混合料高溫性能，在夏炎熱區(qū)和夏熱區(qū)可充分發(fā)揮抗車轍作用。

2.4 抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青延度的影響

圖3 抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青10 ℃延度的影響

瀝青的延度是指外力作用下其承受塑性變形的大小。一定情況下，瀝青的延度與瀝青混合料的低溫抗裂性能有關(guān)。抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青10 ℃延度影響見圖3，15 ℃延度見圖4。

圖4 抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青15 ℃延度的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明：在160 ℃～180 ℃的高溫下攪拌半個(gè)小時(shí)，空白試驗(yàn)和摻入抗車轍劑的基質(zhì)瀝青的延度均發(fā)生損失。隨著溫度的提高，下降程度基本趨于平緩。空白基質(zhì)瀝青高溫?cái)嚢韬?5 ℃延度影響不大，仍然大于 100 cm；10 ℃延度下降了 8.9～11.5 cm，但仍然滿足70 號(hào)A 級(jí)瀝青大于20.0 cm的技術(shù)要求。

摻入抗車轍劑P1 和P2 對(duì)基質(zhì)瀝青的延度影響程度幾乎一致，基本在50%以上。說明抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青的改性作用后，對(duì)瀝青混合料的低溫性能有一定程度的損害。因此，抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青改性作用延度影響較大時(shí)，該抗車轍劑不建議用于冬嚴(yán)寒區(qū)和冬寒區(qū)的面層施工中。

3 結(jié)語

a）抗車轍劑對(duì)基質(zhì)瀝青有一定的改性作用，改性后基質(zhì)瀝青的25 ℃針入度下降，軟化點(diǎn)增大，延度降低。且抗車轍劑P2 改性效果高于P1。主要是由于抗車轍劑P2 比P1 的軟化點(diǎn)低且熔體質(zhì)量流動(dòng)速率高，在均勻攪拌過程中，抗車轍劑P2 更容易熔解或溶脹在瀝青中，對(duì)基質(zhì)瀝青起到改性作用。

b）抗車轍劑對(duì)瀝青改性后，可顯著提高瀝青的軟化點(diǎn)，提升瀝青混合料的高溫抗車轍性能。

c）抗車轍劑P1 和P2 對(duì)瀝青改性后，延度損失50%以上，對(duì)瀝青混合料的低溫性能有一定程度的損害，不建議用于冬嚴(yán)寒區(qū)和冬寒區(qū)的面層施工中。