摘要：为了探究不同聚合物对改性沥青低温柔性的影响，选择HPT、POE及苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）对沥青进行改性。通过低温弯曲梁流变仪试验（BBR）试验分析其低温性能。结果表明：HPT、POE可显著提高SBS改性沥青的低温性能，且聚合物POE改善效果要优于HPT。
关键词：聚合物；广义Maxwell；低温流变性能
引言
随着我国道路事业的快速、稳定、长期的发展，以及目前低温条件越来越普遍，低温开裂成为现阶段沥青路面主要病害之一。多数研究发现沥青的性能对于沥青路面的低温抗开裂性能直接或者间接贡献约80%[1]。本文针对不同类型聚合物（HPT、POE）分析其对SBS改性沥青低温流变性能及抗老化性能的影响，通过低温弯曲梁流变仪（BBR）试验探究复合改性沥青的低温劲度模量主曲线分析改性剂对改性沥青宏观低温性能的影响。
一、原材料与试验方案
（一）试验材料
本文基质沥青为齐鲁70#，其技术指标见下表1.1所示，其指标满足我国现行《公路沥青路面施工技术规范》（F40—2004）[2]相关要求。改性剂为岳阳石化生产的线形SBS791-H，分子量为120kg/mol，苯乙烯与丁二烯的嵌段比为3︰7[3]。
（二）制备方法
HPT复合改性沥青制备方法如下：首先制备SBS改性沥青，将基质沥青加热到135-145℃，加入相容剂，将SBS缓慢的加入沥青中，溶胀15分钟，待温度到达175-180℃，将剪切机转速调制3500r/min，剪切30min左右，加入高分子HPT（转速调制4000r/min），再剪切30min左右，加入一定量的交联剂硫磺，低速搅拌30-40min，HPT复合改性沥青制备完成。
POE复合改性沥青制备方法如下：SBS改性沥青的制备方法同上述陈述一致，只是待SBS改性沥青制备完成时，将温度调整到180-185℃时加入一定掺量的改性剂POE，搅拌40min以上（2000r/min），加入一定量的交联剂硫磺，在175-180℃下搅拌30-40分钟，POE复合改性沥青样品制备完成。
（三）试验方法
本文采用低温弯曲梁流变仪试验（BBR），参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（T0661—2011）[4]，分别对不同的复合改性沥青低温下的流变特性，对PAV后的沥青在-12℃、-18℃和-24℃温度下，利用广义Maxwell流变模型对SBS改性沥青、HPT复合改性沥青和POE复合改性沥青低温劲度模量主曲线进行拟合，并求得低温劲度模量主曲线的面积大小来评价其低温性能。
二、结果与讨论
（一）长期老化后的不同沥青的BBR试验分析
按照SHRP试验要求，对长期老化（PAV）后的沥青胶结料进行低温弯曲梁试验，随着HPT掺量的增加，低温劲度模量S呈现出先减小后增大的趋势（掺量在1.5%时S值最小），但是在数值上呈现出减小的趋势，说明一定量HPT的掺入在一定程度上可以有效的改善沥青的低温抗裂性能即说明HPT的加入减缓了SBS改性剂的降解从而使得HPT复合改性沥青的耐老化性能较好；同时发现随着试验温度的降低，低温劲度模量逐渐增大，说明随着温度的降低，沥青的应力松弛性能降低，从而导致沥青的低温抗开裂性能下降。
随着POE的加入，SBS改性沥青的低温劲度模量逐渐减小，并且在掺量为4%时S值达到最小，说明当POE掺量为4%时，沥青的应力松弛性能最好，当POE掺量大于4%时S值就呈现增大的趋势，低温性能变差。可能是由于POE掺量过于饱和时，不能够很好的与SBS改性沥青更好的形成网络三维结构，从而使得沥青胶结料的抗裂性能降低。
（二）基于广义Maxwell模型的劲度模量主曲线
为了定量的了解不同改性沥青的低温流变性能及老化特性，通过广义Maxwell模型对不同沥青低温劲度曲线进行拟合，得出-18℃下的HPT复合改性沥青、POE复合改性沥青劲度模量主曲线图，见图1、图2。
由上图1可知，不同掺量的HPT复合改性沥青的主曲线变化趋势一致，随着缩减时间的延长，低温劲度模量呈现逐渐减小的趋势，而且减小的速率也是逐渐减小的，同时发现随着HPT掺量的增加，劲度模量S主曲线有逐渐向左平移的趋势，而且在数值上都小于SBS改性沥青，说明HPT的加入有效的改善了（PAV后）SBS改性沥青的应力松弛能力，即低温抗裂性能在一定程度上得到一定的提升。但是从图2中并不能很好的反应HPT的最佳掺量。
图1 HPT复合改性沥青劲度模量主曲线 图2 POE复合改性沥青劲度模量主曲线
由上图2可知，4种沥青的劲度模量主曲线变化趋势较为一致，都是随着缩减时间的增加逐渐的减小，但是在减小的速率上和HPT复合改性沥青的不一样，是小减小后增大，但是从图中可以很明显的发现各掺量的主曲线也是随着POE掺量的增加，逐渐向左平移，并且在数值上都小于SBS改性沥青。说明加入一定量的POE在低温条件下应力松弛性能衰减的较慢，从而表现出较好的低温性能。
三、结论
通过对不同聚合物复合改性沥青进行试验研究发现，加入HPT和POE一定程度上对低温抗开裂性能具有改善，主要是由于聚合物的耐热性、耐老化性能较强，并且发现对于不同的聚合物，存在一个最佳掺量使其聚对SBS改性沥青低温性能影响最大。
参考文献
[1]Asphalt Institute.Performance graded asphalt binder specification and testing superpave series No.1[R].Lexington:Asphalt Institute.1994:36-48.
[2]中华人民共和国交通部.F.05.JTG F40-2004 公路沥青路面施工技术规范[Z].2004.
[3]徐志荣,赵忠达,常艳婷等.改性沥青SBS含量的红外光谱分析[J].长安大学学报.2015,35(2):7-12.
[4]中华人民共和国交通运输部.JTG E20-2011公路沥青及沥青混合料试验规程[Z].2011.
论文作者:刘西胤
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/22
标签：低温论文; 改性沥青论文; 沥青论文; 性能论文; 曲线论文; 聚合物论文; 定量论文; 《基层建设》2019年第19期论文;