1.云南省公路局道桥技术工程公司 云南 昆明 651000；2.云南省公路工程监理咨询公司 云南 昆明 651000
摘要：沥青是一种温度敏感性材料，在温度较低时呈现脆性，影响了沥青路面低温抗裂性能。在温度较高时易软化，易流淌，易与混合料分离，影响路面的安全和使用年限。本文以90号A级沥青为基质沥青，分别添加云天化生产的多聚磷酸（PPA）、废橡胶粉末，树脂，岳阳石化生产的SBS作为改性剂。通过实验的形式得出在低温状态下各改性沥青的延度，针入度，软化点，粘度，为多种改性剂复配改性的研究提供数据支撑。
关键词：道路工程；沥青改性剂；复配改性沥青；路用性能
1改性沥青的主要意义
寒冷地区沥青路面的低温开裂是各国普遍存在的问题，沥青路面低温裂缝大大降低了路面的使用性能，缩短了路面的使用寿命。大量裂缝的存在使得路表水、空气及其它有害物质可通过缝隙进入路面结构内部，并沿着混合料的孔隙渗入路面基层和路基，使路面基层和路基发软，路面结构承载力下降，在行车荷载作用下产生界面层出现局部脱空，进而在路面形成局部凹陷，最终导致路面发生网裂与坑槽，严重地影响车辆的行驶质量，大大地降低了路面的使用寿命。因此，研究低温抗裂性成为沥青路面重要的研究课题之一。为了改善道路沥青的低温性能，常采用添加改性剂对基质沥青进行改性，使其低温抗裂性能得到较大改善。
改性沥青的低温性能受到改性剂结构、改性剂掺量、基质沥青标号等各种因素的共同影响。本文分别添加不同掺量的PPA、SBS、废橡胶粉、环氧树脂为改性剂通过5℃低温延度的实验，得出不同改性剂对沥青低温性能的影响，为以后沥青低温延性方向的研究，为改善道路沥青的低温抗裂性能做出贡献。
截止到目前，改性沥青的低温性能研究已有了一定的收获，但从整体需求方向考虑仍有很大的不足。一方面目前已经有了较多的各类改性剂，提高了公路工程的施工质量促进了道路事业的健康发展，但是多种改性剂复配改性方面的研究还较少 ，对各改性沥青的低温性能没有一个系统的研究，制约了我们的复配方面研究。
2 试验部分
2.1 试验材料种类及基本性能
试验材料主要有：90# A级石油沥青，PPA（多聚磷酸）、SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）、废橡胶粉、环氧树脂。
2.2 改性沥青的制备方法
2.2.1 PPA改性沥青的制备
将一定量沥青加热至150℃，加入一定比例的PPA，中速搅拌30分钟，使PPA均匀分散于沥青中并使其均匀稳定，浇模、放置至冷却。
2.2.2 SBS改性沥青的制备
将一定量沥青加热至160℃，然后向沥青中均匀加入一定比例的SBS，最低速搅拌溶胀30分钟。然后将油浴温度设定到185℃升温（升温同时最低速搅拌）。高速搅拌（搅拌器最高速度1500r/min）30分钟。在185℃下发育30分钟（最低速搅拌），取下抽真空30分钟，浇模、放置至冷却。
2.2.3 废橡胶粉改性沥青的制备
将一定量沥青加热至160℃，然后向沥青中均匀加入一定比例的废橡胶粉，最低速搅拌溶胀30分钟。然后将油浴温度设定到185℃升温（升温同时最低速搅拌）。高速搅拌（搅拌器最高速度1500r/min）30分钟。在185℃下发育30分钟（最低速搅拌），取下抽真空30分钟，浇模、放置至冷却。
2.2.4 环氧树脂改性沥青的制备
将一定量沥青加热至150℃，中低速搅拌（搅拌器最低速）5分钟，使沥青受热均匀，然后向沥青中均匀加入一定比例的树脂，中速搅拌30分钟，浇模、放置至冷却。
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3 不同改性剂改性沥青的影响分析
在研究不同改性剂的改性效果时，选用了针人度、软化点、延度、黏度等指标进行试验，各改性的掺量为沥青质量的百分比。这是因为这些指标不仅是改性沥青的基本指标，而且这些指标的测试结果有较强的可比性。
3.1 PPA对沥青性能的影响
（1）随着PPA掺量的增加，沥青软化点稳定升高，改善了沥青的高温稳定性，有利于沥青的高温环境路面使用。
（2）添加了PPA后沥青的延度会骤降，然而随着PPA的增加，沥青的低温抗裂性能改善不明显，沥青弹性增大，韧性基本为零。
（3）随着PPA掺量的增加，沥青与PPA形成凝胶结构，沥青粘稠，针入度值减小。
（4）随着PPA掺量的增加，沥青粘度逐渐升高，抗流淌能力明显改善，利于沥青路面在高温环境下正常承载。
3.2 SBS对沥青性能的影响
沥青加入SBS后，性能发生了明显的变化。在没有加入SBS时基质沥青的针入度较大，软化点和延度较低。因为SBS具有非常好的伸缩性能，少量的SBS在吸收沥青中的轻组分后，溶胀非常充分，形成稀疏的网络结构，在外力的拉伸作用下，网络很容易伸展变形，降低切向应力，使纵向拉伸可以很长，表现为延度很大[12]。SBS加入沥青后，SBS分散于沥青中，与其亲合性较强的轻质油分结合，在高温搅拌作用下使SBS相产生溶胀，SBS在基质沥青中只能溶胀而不能完全溶解，因而这种相互作用的结果不仅改变了沥青相的微观结构，而且也改变了SBS相的微观结构。沥青本身有一种胶体结构，并且存在着胶体平衡体系。当SBS加入后，沥青中的胶质和油分被析出并且吸附于SBS表面，SBS微粒充分溶胀扩散，从而提高了沥青的软化点。沥青中其他胶体平衡体系还将会影响到这一平衡状态，致使SBS微粒不能充分溶胀扩散。SBS加入沥青后形成空间网络结构，阻碍SBS和沥青的流动，造成针入度降低。
3.3 废橡胶粉对沥青性能的影响
当橡胶与沥青加热混溶时，橡胶在高温下被沥青中的低分子油分溶胀后，一来使油分粘度增加和稠度提高，二来使橡胶分子的作用力减小。橡胶的加入能吸附沥青中的某些组分，沥青中与改性剂结构相似的轻组分（主要是油蜡）经过渗透，扩散进入橡胶网络，使橡胶溶胀，从而有效地降低游离蜡含量，组分的变化使得高蜡含量的沥青从溶胶结构变为溶一凝胶型结构。橡胶类改性沥青具有良好的低温抗裂性能和较好的粘结性能；热塑性弹性体类改性沥青具有良好的温度稳定性，明显提高基质沥青的高低温性能，降低温度敏感性，增强耐老化耐疲劳性能。沥青经废橡胶粉改性后，随聚合物添加量的增加软化点变化趋势不明显但基本成上升趋势，表明沥青的高温稳定性有一定程度的提高。当废橡胶粉质量分数不超过5%时， 改性沥青性能上升明显，改性沥青延度得到显著提高。针入度值略有下降，总体趋势平缓、稳定、保持不变。可能导致这一现象的原因是，废橡胶粉和沥青混溶的过程中形成溶-凝胶型结构，沥青变粘稠，针入度下降。
3.4 树脂对沥青性能的影响
树脂类改性沥青使得沥青从热塑性转化为热固性，沥青的软化点升高，针入度下降，沥青呈硬化的趋势。粘度基本没有变化，在10%的掺量范围内，粘度温度，其压实和拌合温度不随掺量的增加而增加，这为树脂类改性沥青与其它改性剂的复配提供很好的温度支持。
4 结论
改性沥青是在普通沥青中添加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善。主要目的是改善沥青混凝土的使用性能，使其满足设计使用期间交通条件的要求，如减少高温时的永久形变，或增加低温时抗疲劳能力。此外，还可以改善结合料与矿料的粘着力和结合料的抗氧化能力。
参考文献
[1] 谭忆秋， 张肖宁. 基于低温流变特性的沥青低温性能评价方法研究[J]. 中国公路学报， 2002， 15(3):1-5.
[2] 朱艳玲. 沥青混凝土低温开裂机理研究[J]. 黑龙江交通科技， 2011(10):25-25.
论文作者:王雄1,杨文刚1,邓文军1,沙梅芳2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/15
标签：沥青论文; 低温论文; 性能论文; 改性沥青论文; 路面论文; 改性剂论文; 结构论文; 《防护工程》2018年第1期论文;