马德崇(山西省交通科学研究院,山西太原 030006)

高性能沥青混合料改性剂的制备及应用研究

马德崇(山西省交通科学研究院,山西太原 030006)

采取化学方法,以线性低密度聚乙烯或再生聚乙烯、增塑剂及抗老化剂为主要成分,经化学接枝,制备了高性能沥青混合料改性剂,将自制的改性剂用于制备改性沥青混合料,通过试验研究分析了不同改性剂掺量下对沥青混合料性能影响,结果表明:经改性剂改性后能够提高混合料的高温抗车辙能力、低温抗裂能力和水稳定性。

自制改性剂 制备 掺量 路用性能

1 概述

随着我国经济和交通事业的快速发展,对高速公路的要求也越来越高,目前沥青混合料低温抗裂性和高温稳定性差,路面易出现早期损坏,尤其在气候、温度变化范围较广的地区,温缩开裂是十分普遍和严重的路面病害,沥青路面面临较大的机遇和挑战,为提高路面综合性能要求,在基质沥青中添加外加剂对沥青改性已成为改善沥青路用性能的重要手段。本文采用自制改性剂,结合室内试验对不同掺量的改性剂进行沥青混合料的路用性能研究。

2 试验用原材料

(1)聚乙烯、马来酸酐、引发剂、钙粉、树脂及抗老化剂。(2)改性剂:自制(外观为黑色颗粒;密度0.95～1.03g/cm3;软化点120～150℃;粒径2～4cm)。(3)沥青:壳牌90号沥青。(4)集料:采用石灰岩。

图1 不同改性剂掺量下沥青混合料的动稳定度对比

图2 不同掺量改性剂沥青混合料低温弯曲破坏应变图

3 改性剂的制备

高性能沥青混合料改性剂是把各种高分子聚合物和其他功能性成份,通过共混接枝改性的方法,利用专门的化学工艺,在聚合物分子链上接枝极性官能团,实现高分子聚合物的接枝改性,发挥各自材料优势、消弱不利性能,形成具有所需功能性质的高分子混合物新材料。

按各组份质量份配比,(1)将聚合物100份,酸酐0.1～5份,引发剂0.01～2份在高速混合机中充分混合,经双螺杆挤出造粒制得改性聚合物;(2)将改性聚合物60～90份,填料10～30份,增韧剂10～20份,增粘剂0.5～10份,抗氧化剂0.1～5份在高速混合机中充分混合,然后将混合物加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混,控制温度160℃～200℃,螺杆转速20～40r/min,经挤出造粒制得高性能沥青混合料改性剂。

4 路用性能分析

4.1 自制改性剂改性沥青混合料高温性能试验

根据JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》,对不同掺量下自制改性剂沥青混合料及无改性剂AC-20型沥青混合料进行车辙试验,其相应变形量和动稳定度如表1和图1所示。

从试验结果可知,改性剂对沥青混合料改性后,显著提高了沥青混合料的动稳定度,提高幅度最高可达641.1%。而且随着改性剂掺量的增加车辙深度降低,说明自制改性剂改善沥青混合料的高温稳定性的同时,能够大大降低路面产生车辙的几率,减少车辙的深度或推迟车辙的出现。

4.2 自制改性剂改性沥青混合料低温抗裂性能试验

图3 掺量与沥青混合料冻融劈裂残留强度比关系图

表1 不同掺量改性剂车辙试验结果

表2 不同掺量德路加D-2低温小梁弯曲试验结果

表1

根据JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》,对不同掺量下自制改性剂沥青混合料及无改性剂AC-20型沥青混合料进行低温弯曲试验,其相应结果如表2和图2所示。

从实验结果可以看出,掺加自制改性剂沥青混合料的破坏应变相比无改性剂沥青混合料有所增加,且随着改性剂掺量的增加,其极限破坏应变增大,当掺量为0.3%时,相应破坏应变能够满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》相应的技术要求。表明掺加自制改性剂的沥青混合料极限破坏应变相比无改性剂沥青混合料的极限破坏应变有所提高。

4.3 自制改性剂改性沥青混合料水稳定性试验

根据JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》,采用冻融劈裂试验对不同掺量下自制改性剂沥青混合料及无改性剂AC-20型沥青混合料进行水稳定性试验,其相应结果如表3和图3所示。

从试验结果可以看出,经改性剂改性沥青混合料后,其冻融劈裂残留强度比相比无改性剂的沥青混合料有所增加,其最低值都达到了90.26%以上,远高于(JTG F40-2004)《公路沥青路面施工技术规范》要求的85%;同时可知,随着掺量的增加,自制改性剂沥青混合料的未冻融劈裂抗拉强度和冻融劈裂抗拉强度相比无改性剂沥青混合料都有提高,可以看出,添加自制改性剂的沥青混合料的冻融和未冻融劈裂抗拉强度都有明显提高,且随改性剂掺量的增加而增大,反映自制改性剂对沥青混合料的水稳定性具有改善作用。

5 结语

室内试验研究表明:①添加自制改性剂能够显著改善沥青混合料的高温性能。另外,自制改性剂改善沥青混合料的高温稳定性的同时,能够大大降低路面产生车辙的几率,减少车辙的深度或推迟车辙的出现。②掺加自制改性剂沥青混合料的弯拉破坏应变相比无改性剂沥青混合料的有明显提高,随着改性剂掺量的增加,其极限破坏应变增大,当掺量为0.3%时,相应破坏应变能够满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》相应的技术要求,提高沥青混合料的低温抗裂性能明显。③自制改性剂沥青混合料的未冻融劈裂抗拉强度和冻融劈裂抗拉强度相比无改性剂沥青混合料都有提高,且随改性剂掺量的增加而增大,表明自制改性剂对沥青混合料的水稳定性具有改善作用。

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马德崇(1983—),男,安徽亳州人,理学博士,工程师,2012毕业于湖南大学化学专业,现从事路面材料的研究开发工作。通讯作者:马德崇。