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多聚磷酸改性沥青的研究.doc

1、1多聚磷酸改性沥青的研究摘要:以沥青三大指标来确定多聚磷酸(简称 PPA)改性剂的最佳掺量。实验表明,PPA 在最佳掺量下,PPA 改性沥青混合料的高温稳定性显著提高,低温抗裂性稍有增加,水稳定性增强。 关键字:多聚磷酸 最佳掺量 路用性能 中图分类号:U414 文献标志码:A 一、 前言 PPA 作为一种沥青的化学改性剂在国外得到了一定的研究,与其它改性剂相比,PPA 对沥青具有优良的改性效果,并且不影响沥青的低温性能。国外研究人员将 PPA 与某些高聚物进行复配的改性沥青具有优良的高低温性能、抗老化性以及热稳定性。由于 PPA 是粘稠状液体,因此在制备改性沥青的时候不需要特殊的加工设备,而

2、且对制备温度也没有特别的要求,工艺简单。另一方面,PPA 改性沥青的价格也便宜,据研究,PPA改性沥青的价格仅为 SBS 改性沥青的 20%25%,但是混合料性能却可以达到 SBS 的 60%70%,由此看出,PPA 改性沥青的性价比相当高。 二、实验及结果分析 2.1 原材料 基质沥青:AH-70,中海石油公司泰州炼油厂;聚合度为 4 的 PPA;此外还有石灰岩碎石、机制砂、矿粉,其各项指标都符合公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004 要求。 22.2 PPA 改性沥青的制备工艺 PPA 易溶于有机物,而且具有熔点低的特点,所以本文采用的混合工艺为直接搅拌混合法。利用 PPA 低熔

3、点的特征,将脱水后沥青升温至130-150,将改性剂 PPA 直接加入熔融的沥青中,保持沥青温度在 130-150充分搅拌 5-10 分钟,使得 PPA 能比较均匀的分布在沥青中,也可使用高速剪切仪来搅拌沥青。 2.3 PPA 的最佳掺量 向基质沥青掺入不同掺量(0%、1%、1.5%、2%、3%、6%、9%)的PPA(此掺量为质量比) ,共 7 组试件。按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程 (JTG E20-2011) ,对这 7 组试件进行沥青三大指标测试。三大指标结果如表 1 所示。 表 1 不同掺量 PPA 改性沥青三大指标 从表 1 可以得出: 1)随着 PPA 掺量的增加,沥青的针入

4、度先减小后增大,沥青的粘度变高,是因为沥青本身相对分子质量较大,在加入 PPA 后,内部结构发生变化,沥青质含量增加,明显凝胶化所致,当 PPA 掺量等于 3%时,其针入度达到最小值。 2) 当 PPA 掺量小于 6%左右时,沥青的软化点都得到了提高,沥青的高温性能得到了改善。在试验掺量范围内,沥青的软化点先增大后减3小,在 PPA 掺量等于 2%时,达到最大值。PPA 加入能够明显提高沥青的软化点,关于机理目前还未定论,普遍认为 PPA 的加入变了沥青质在沥青中的分布状态,并且沥青中的分芳香组分在 PPA 的作用下转变为沥青质加了沥青质的含量,从而提高了软化点,但是 PPA 过多的增加会使沥

5、青过分凝胶化,从而又使得软化点下降。 3)沥青掺加 PPA 后,使得沥青质凝胶化,延度都不同程度的较小了,在掺量较小时,减小量较小而且较为平稳,当掺量较大时,延度大幅度的降低,而且下降速度很快。 综合沥青三大指标与 PPA 掺量的关系,确定 PPA 的最佳掺量为 2%,在此掺量下,沥青的针入度有所降低,软化点显著提高,延度稍有下降。三、混合料的路用性能 本文采用 AC-16 密集配混合料类型,根据 公路沥青路面施工技术规范 对 PPA 改性沥青和基质沥青混合料进行配合比设计,两者矿料级配皆为规范中所规定的级配中值,试验得出其最佳油石比分别为 4.5%与4.3%。在相同级配和各自最佳油石比下,比

6、较两种混合料的路用性能。 3.1 高温稳定性 按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程测得 PPA 改性沥青混合料及基质沥青混合料在最佳油石比下的条件下,60的稳定度和车辙试验,结果如下表 2 所示。 表 2 混合料的高温稳定性试验结果 4由表 2 可知, PPA 改性沥青混合料的高温稳定性较基质沥青混合料明显提高,动稳定度增加一倍多。 3.2 低温抗裂性 把轮辙成型的试件切成 30mm35mm250mm 的小梁进行低温弯曲试验,跨径为 200mm,试验温度为 0 、-5、-10 、-15 、-205种温度,加载速率为 50 mm/min,采用路面材料试验机。在环境保温箱中对试件进行保温至少 6h

7、。PPA 改性沥青与基质沥青混合料破坏时的抗弯拉强度、弯拉应变和弯曲劲度模量与温度的关系曲线如表 3 所示。 表 3 低温弯曲试验结果 从表 3 得出:在低温下,混合料的抗拉强度温度的升高而增大,到-5后有开始降低,弯拉应变不断增大,说明随着温度的增加,混合料的韧性增强。弯曲劲度模量随着温度的升高而变小。PPA 改性沥青混合料较基质沥青混合料的抗弯拉强度有所增加,PPA 的加入提高了混合料的低温抗裂性。 3.3 水稳定性 对改性 APP 改性沥青混合料和基质沥青混合料进行冻融劈裂试验,结果列于表 4 所示。 5表 4 冻融劈裂试验结果 从表 4 可以看出,PPA 改性沥青混合料的水稳定性要好于

8、基质沥青混合料。 四、 结语 (1)PPA 改性沥青中 PPA 掺量较低,经试验研究所得,PPA 的最佳掺量为 2%,而一般聚合物改性沥青的改性剂掺量都 5%左右,从而可以节约成本,降低造价。 (2)PPA 在最佳掺量下,沥青针入度和延度有所下降,软化点显著提高,混合料的高温稳定性显著提高,低温抗裂性有所增加,水稳定性增强。 参考论文 1 黄维蓉.沥青及沥青混合料试验指导书M,重庆:重庆交通大学出版社,2006. 2 沈金安改性沥青与 SMA 路面M.北京:人民交通出版社,1999. 3 付立强,汪子灵.PPA 改性沥青的性能研究J,公路交通科技,2008 4 JTG E20-2011,公路工程沥青及沥青混合料试验规程S.北京:人民交通出版社,2011. 65 黄维蓉.纳米层状硅酸盐改性沥青混合料路用性能研究J重庆交通大学学报,2009. 作者简介:唐亭亭(1989-) ,女,硕士研究生,研究方向为高性能筑路材料

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