高模量改性瀝青及混合料性能研究

摘""要：以HL-G高模量劑為研究對象，系統研究高模量劑摻量對瀝青物理性能及流變性能的影響，探討不同摻量下高模量改性瀝青混合料的高溫穩定性能。結果表明：一定范圍內，隨著高模量劑摻量的增大，瀝青針入度、延度逐漸減小，軟化點、抗車轍因子逐漸增大，高模量劑的加入能夠顯著提升瀝青混合料的高溫穩定性能，綜合考慮瀝青及瀝青混合料性能測試結果，建議將高模量劑摻量控制在瀝青用量的6%～9%以內。

關鍵詞：高模量劑""改性瀝青""改性瀝青混合料""高溫穩定性

中圖分類號：U414

Research"on"the"Performance"of"High"Modulus"Modified"Asphalt"and"Mixtures

XIE"Yinping

Jiangsu"Zhike"Transportation"Engineering"Consulting"and"Supervision"Co.，"Ltd.，"Xuzhou，"Jiangsu"Province，"221000"China

Abstract："Taking"HL-G"high"modulus"agent"as"the"research"object，"this"article"conducted"a"systematical"research"on"the"influence"of"high"modulus"agent"dosage"on"the"physical"and"rheological"properties"of"asphalt，"and"explores"the"high-temperature"stability"performance"of"high"modulus"modified"asphalt"mixtures"under"different"dosages."The"results"indicate："Within"a"certain"range，"as"the"content"of"high"modulus"agent"increases，"the"penetration"and"elongation"of"asphalt"gradually"decrease，"and"the"softening"point"and"anti"rutting"factor"gradually"increase."The"addition"of"high"modulus"agent"can"significantly"improve"the"high-temperature"stability"performance"of"asphalt"mixture."Taking"into"account"the"performance"test"results"of"asphalt"and"asphalt"mixture，"it"is"recommended"to"control"the"content"of"high"modulus"agent"within"6%"to"9%"of"the"asphalt"content.

Key"Words："High"modulus"agent;"Modified"asphalt;"Modified"asphalt"mixture;"High-temperature"stability

高模量改性瀝青因其強度高、剛度大、穩定性好而廣泛應用于重載交通、高溫多雨地區及交通量大的高等級公路。自20世紀80年代以來，國外相繼開展了高模量改性瀝青及瀝青混合料性能研究，并在交通領域取得了良好的應用效果，近年來，隨著我國物流行業和重工業的發展，公路上重載車輛越來越多，導致重載、超載現象越來越嚴重，這種情況下對路面承載能力提出了更高的要求，目前常用的70#瀝青、SBS改性瀝青等在面臨高溫、重載、交通量增大等復雜工況時，常常出現車轍、開裂、剝落等病害，嚴重影響著道路的正常使用和服務水平，因而我國也陸續開展了高模量瀝青混合料技術研究。本文重點探討不同摻量下高模量瀝青的物理性能及流變性能，對比分析不同摻量下高模量瀝青混合料的高溫穩定性能，從而為高模量劑摻量的確定提供理論依據。

1""高模量瀝青改性機理

高模量瀝青是一種特殊的改性瀝青，它通過向基質瀝青中添加特定改性劑來提升瀝青的勁度模量，從而增強其物理和力學性能。本文所用改性劑為深圳某公司生產的HL-G高模量劑，外觀為深色固體顆粒狀。將高模量劑與瀝青混合后，高模量劑內部的吸油性物質會吸附瀝青輕質組分并發生溶脹反應，從而形成均質混合物，部分均質混合物在攪拌過程中會包裹集料表面，待混合料冷卻后，集料表面的均質混合物會形成聚合物鏈的網狀結構，這種網狀“加筋”結構提升了瀝青混合料的整體強度和韌性，而剩余均質混合物在后續碾壓過程中會膠結填充集料之間的空隙，這種填充作用不僅增強了混合料的密實度，而且提高了集料之間的黏結力[1]。

2""高模量改性瀝青分析

2.1""原材料

本研究所用瀝青為70#基質瀝青與SBS改性瀝青，集料類型為粗集料、細集料和礦粉等，其中粗細集料規格分為0～3"mm、3～5"mm、5～10"mm、10～20"mm四檔，礦粉為石灰巖磨細而成，根據規范要求對原材料進行抽樣檢測，所檢結果均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG"F40—2004）中相關技術指標要求。

2.2""不同摻量下高模量瀝青性能分析

為探究HL-G高模量劑摻量對瀝青性能的影響，本文選取70#瀝青用量的0、3%、6%、9%、12%共計5種摻量的高模量劑，分別測定5種摻量下高模量瀝青的針入度、軟化點、延度和流變性能。

2.2.1""三大指標

對不同摻量下高模量瀝青的針入度、軟化點和延度進行檢測，具體檢測結果見圖1所示。

從上圖中可以看出，隨著高模量劑摻量的增大，瀝青針入度逐漸減小、軟化點逐漸增大、延度逐漸減小，表明高模量劑的加入能夠顯著提升瀝青硬度，增強其高溫穩定性能。摻量為0%（基質瀝青）時，瀝青針入度為70.2"mm，軟化點為48.5"℃，延度為105.0"cm，摻量為9%時，瀝青針入度為25.6"mm，軟化點為67.0"℃，延度為42.0"cm，與摻量0相比，瀝青針入度減小了44.6"mm，變化率為4.96/%，軟化點增加了18.5"℃，變化率為2.06/%，延度減小了63.0"cm，變化率為7.0/%，摻量為12%時，瀝青針入度為20.0"mm，軟化點為69.5"℃，延度為36.0"cm，與摻量9%相比，瀝青針入度減小了5.6"mm，變化率為1.86/%，軟化點增加了2.5"℃，變化率為0.83/%，延度減小了6.0"cm，變化率為2.0/%，綜合上述分析并結合圖1線形變化趨勢可以得出，當高模量劑摻量超過9%時，瀝青針入度與延度降低幅度逐漸減小，軟化點增加速率逐漸減緩，究其原因是高模量劑中的高聚物分子與瀝青發生溶脹現象，不斷吸收瀝青中的輕質油分，這種溶脹作用導致瀝青中的油分減少，瀝青質的比例增加，由于瀝青質具有較高的黏度和硬度，因此溶脹后的瀝青硬度增加、流動性減弱，同時，改性劑分子吸附在瀝青分子表面后會形成一層包裹層，這種吸附作用進一步限制了瀝青分子的自由移動，使得瀝青在受到外力作用時更難發生形變[2]，然而，隨著高模量劑摻量的進一步增大，瀝青分子結構轉變逐漸趨于穩定，高模量劑在瀝青中的分散難度增大，部分高模量劑形成團聚體，導致改性效果逐漸趨于穩定[3]。

2.2.2""流變性能

為探究不同摻量下高模量改性瀝青的流變性能，本文通過DSR溫度掃描測試不同摻量下瀝青的剪切模量"G*與相位角δ，然后計算剪切模量G*與相位角δ的比值，通過兩者的比值即抗車轍因子G*/sinδ來表征瀝青的高溫穩定性能，具體檢測結果如表1所示。

從表1中可以看出，同一溫度下，隨著高模量劑摻量的增大，瀝青抗車轍因子也逐漸增大，例如：基質瀝青中摻入3%、6%、9%及12%的高模量劑，在52"℃條件下的抗車轍因子較基質瀝青分別提高了72.7%、133.3%、178.3%、187.0%，在70"℃條件下的抗車轍因子較基質瀝青分別提高了104.9%、187.8%、248.8%、261.0%。這是由于高溫下軟化后的高模量劑能夠與瀝青充分融合并形成高黏度的混合物，黏度的提升使得瀝青在高溫下更加難以流動，從而增強了其抗車轍能力[4]，同時，高模量劑中的分子鏈通過物理或化學作用與瀝青分子相互纏結，形成復雜的網狀結構，這種結構不僅增強了瀝青的黏度，還降低了瀝青的溫度敏感性，高溫下，這種網狀結構能夠有效抵抗瀝青的流動和變形，從而提高瀝青的高溫穩定性能[5]。此外，車轍因子隨高模量劑的增加而呈現出不同的增長趨勢，高模量劑摻量從0%增長至9%時，車轍因子增長速率較快，高模量劑摻量從9%增長至12%時，車轍因子增長速率逐漸趨于穩定，結合2.2.1小節可知，隨著高模量劑摻量的增加，車轍因子與三大指標呈現出相同的變化趨勢，因此，在兼顧材料成本的前提下，將高模量劑摻量控制在瀝青用量的6%～9%之間時，可使高模量瀝青具備更好的高溫穩定性能。

3""高模量改性瀝青混合料高溫穩定性能研究

本文以AC-20為研究對象，采用馬歇爾設計方法進行礦料級配組成設計，瀝青選用高模量瀝青、70#基質瀝青及SBS改性瀝青，經馬歇爾試驗確定的SBS改性瀝青混合料、0%摻量（70#）瀝青混合料、3%摻量高模量瀝青混合料、6%摻量高模量瀝青混合料、9%摻量高模量瀝青混合料、12%摻量高模量瀝青混合料的最佳油石比分別為4.66%、4.62%、4.46%、4.42%、4.36%、4.30%。

根據各集料比例及油石比進行混合料拌和，然后采用輪碾法成型試件，最后對基質瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料及不同摻量下的高模量瀝青混合料試件進行車轍試驗，以車轍試驗結果來評估瀝青混合料的高溫穩定性能[6]。

4""結論

本文通過研究HL-G高模量劑摻量對瀝青及瀝青混合料高溫穩定性能的影響，得出如下結論。

（1）隨著高模量劑摻量的增大，瀝青針入度、延度逐漸減小，軟化點、抗車轍因子逐漸增大。高模量劑摻量從0增長至9%時，瀝青性能變化趨勢較快；當摻量超過9%后，瀝青性能變化趨勢較為緩慢。

（2）高模量劑的加入能夠顯著提升瀝青混合料的高溫穩定性能。高模量劑摻量從0增長至9%時，瀝青混合料的高溫穩定性能顯著增強；當摻量超過9%后，瀝青混合料的高溫穩定性能提升效果較慢。

（3）綜合考慮瀝青及瀝青混合料性能測試結果，建議將高模量劑摻量控制在瀝青用量的6%～9%以內。

參考文獻

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