鄧家喜 鄒前 陳杰 歐冬 黎柱強(qiáng)

【摘要：】為研究高黏改性劑種類及摻量對(duì)高黏瀝青性能的影響，文章選取市場(chǎng)常用的四種高黏改性劑及四種摻量對(duì)泰普克70#瀝青進(jìn)行改性，分別測(cè)試改性后的高黏瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、5 ℃延度、布氏旋轉(zhuǎn)黏度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，分析高黏改性劑種類及摻量對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)性能的影響規(guī)律，從而優(yōu)選高黏改性劑產(chǎn)品，確定最佳摻量。結(jié)果表明：四種高黏改性劑對(duì)泰普克70#瀝青的高溫性能及低溫性能均有大幅的提升作用，不同種類的高黏改性劑對(duì)基質(zhì)瀝青的改性效果不同;四種高黏改性劑中C改性效果最佳，根據(jù)不同摻量下各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)變化規(guī)律，推薦最佳摻量為12%。

【關(guān)鍵詞：】超薄罩面;高黏瀝青;高黏改性劑;最佳摻量;預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

U416.03A020043

0 引言

我國(guó)高速公路建設(shè)逐漸由建設(shè)為主轉(zhuǎn)向建養(yǎng)并重發(fā)展階段，瀝青路面的養(yǎng)護(hù)工作必將迎來新的高潮?？够p是當(dāng)前高速公路瀝青路面存在的普遍問題，一些高速公路通車不到三年路面抗滑系數(shù)就急劇下降，最大降幅達(dá)到73%，嚴(yán)重影響了公路的使用性能和服務(wù)水平?！豆窞r青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5142-01-2021）對(duì)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)提出了明確的技術(shù)措施，超薄罩面是解決瀝青路面抗滑衰減的重要措施之一，瀝青膠結(jié)料性能的優(yōu)劣對(duì)超薄罩面的使用性能及耐久性具有重要影響。

添加高黏改性劑是提升瀝青膠結(jié)料性能及其混合料路用性能的主要途徑。陳加干等[1]采用SBS改性劑及高黏改性劑TS-1并輔以穩(wěn)定劑、相容劑對(duì)雙龍70#瀝青進(jìn)行改性，改性后的高黏瀝青60 ℃動(dòng)力黏度是普通改性瀝青的13倍，復(fù)數(shù)模量是普通改性瀝青的1.6倍，路用性能大幅提升。不同高黏改性劑與基質(zhì)瀝青的配伍性不同，對(duì)瀝青性能提高的貢獻(xiàn)程度不同，其高黏改性劑最佳摻量也有差異。周沛延等[2]對(duì)比了兩種高黏改性劑在8%摻量下對(duì)瀝青使用性能的影響，發(fā)現(xiàn)兩種高黏改性劑均能不同程度地提升瀝青的高溫性能。劉學(xué)亮等[3]采用自主開發(fā)的HVB改性劑與日本TPS改性劑對(duì)SK-90基質(zhì)瀝青的改性效果進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)HVB改性劑摻量為11.5%時(shí)與TPS改性劑摻量為16.5%時(shí)的性能相當(dāng)，均具有良好的路用性能。梁若翔等[4]通過對(duì)四種摻量下某高黏改性劑與SBS改性瀝青復(fù)配后的針入度、延度、軟化點(diǎn)、60 ℃動(dòng)力黏度等指標(biāo)變化規(guī)律進(jìn)行分析，確定高黏改性劑最佳摻量為8%，并驗(yàn)證了該摻量下得到的高黏瀝青具有良好的流變性能。而相同的改性組分改性不同品質(zhì)的瀝青，改性效果也不相同，楊三強(qiáng)等[5]研究了SBS、TPS等改性劑與兩種基質(zhì)瀝青的配伍性，發(fā)現(xiàn)基質(zhì)瀝青品質(zhì)不同，改性瀝青指標(biāo)差異較大。

如何選取與基質(zhì)瀝青具有良好配伍性的高黏改性劑產(chǎn)品以及確定最佳摻量，是影響超薄罩面路面性能和經(jīng)濟(jì)性的重要因素。本文通過選取市場(chǎng)上常用的4種高黏改性劑對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，研究改性后高黏瀝青關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)隨摻量的變化規(guī)律，并結(jié)合高黏瀝青路用性能要求，優(yōu)選高黏改性劑產(chǎn)品，優(yōu)化最佳摻量，為預(yù)防性養(yǎng)護(hù)超薄罩面建設(shè)用原材料的選擇及高黏瀝青性能質(zhì)量控制提供參考。

1 原材料

本文高黏改性劑樣品來自國(guó)內(nèi)三家公司自主研發(fā)并生產(chǎn)的高黏改性劑A、B、C，以及日本生產(chǎn)的高黏改性劑D。試驗(yàn)用基質(zhì)瀝青為泰普克70#瀝青，性能指標(biāo)如表1所示。

2 試驗(yàn)方案

2.1 高黏瀝青制備工藝

高黏瀝青制備工藝通常分為混溶階段、高速剪切階段和發(fā)育階段，加工溫度、剪切速率及發(fā)育時(shí)間等參數(shù)對(duì)高黏瀝青性能有重要影響。本文參考已有文獻(xiàn)[6]采用的高黏瀝青制備工藝關(guān)鍵參數(shù)為：剪切溫度170 ℃、剪切時(shí)間50 min、發(fā)育時(shí)間120 min。

試驗(yàn)室制備高黏瀝青工藝：

（1）先將基質(zhì)瀝青加熱至170 ℃，然后用燒杯稱取所需的基質(zhì)瀝青放入電熱套中保溫，保持基質(zhì)瀝青溫度在170 ℃±5 ℃。

（2）稱取所需的高黏改性劑，邊添加高黏改性劑邊用玻璃棒攪拌，添加過程應(yīng)在2 min內(nèi)完成。

（3）將攪拌均勻的瀝青與高黏改性劑混合物放置在170 ℃溫控箱中溶脹40～60 min。

（4）將溶脹后的瀝青與高黏改性劑混合物取出放入電熱套中，采用高速剪切機(jī)對(duì)基質(zhì)瀝青和高黏改性劑進(jìn)行高速剪切，促進(jìn)瀝青組分與高黏改性劑充分融合。高速剪切時(shí)間為50 min，剪切速率為4 000 r/min。

（5）將高速剪切后的高黏瀝青放置在170 ℃溫控箱中繼續(xù)發(fā)育120 min，即得到本試驗(yàn)用的高黏瀝青樣品。

2.2 性能試驗(yàn)方案

本文先通過A、B、C、D四種高黏改性劑分別在8%、10%、12%、14%四種摻量下與泰普克70#瀝青加工制備高黏瀝青A、B、C、D，然后對(duì)各種高黏瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、5 ℃延度及布氏旋轉(zhuǎn)黏度等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)而分析高黏改性劑種類及摻量對(duì)高黏瀝青各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的影響規(guī)律。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

四種高黏瀝青A、B、C、D性能指標(biāo)如表2所示，其針入度、軟化點(diǎn)、5 ℃延度、165 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)隨高黏改性劑摻量的變化規(guī)律如圖1～4所示。

從圖1可以看出，四種高黏改性劑均對(duì)針入度有顯著影響，隨著高黏改性劑摻量的增加，針入度指標(biāo)呈減小趨勢(shì)。從高黏改性劑種類對(duì)高黏瀝青針入度指標(biāo)的影響來看，當(dāng)摻量<10%時(shí)，相同摻量下四種高黏改性劑改性得到的高黏瀝青針入度指標(biāo)大小排序?yàn)锽>D>A>C。高黏瀝青B針入度降低幅度相對(duì)較小，高黏瀝青C降低幅度最大。當(dāng)摻量>10%時(shí)，隨著高黏改性劑摻量的增加，高黏瀝青B和C針入度指標(biāo)均快速衰減，高黏瀝青A和D針入度指標(biāo)衰減幅度較小。這表明高黏瀝青針入度對(duì)A和D兩種高黏改性劑的敏感性相對(duì)較低，對(duì)B和C兩種高黏改性劑的敏感性相對(duì)較高，四種高黏改性劑對(duì)高黏瀝青針入度指標(biāo)影響敏感性排序?yàn)锽>C>A>D。

從圖2可以看出，四種高黏改性劑均對(duì)高黏瀝青軟化點(diǎn)有顯著影響，隨著高黏改性劑摻量的增加，軟化點(diǎn)指標(biāo)均逐漸增大。在高黏改性劑摻量<12%時(shí)，軟化點(diǎn)增加幅度較大;當(dāng)高黏改性劑摻量>12%時(shí)，軟化點(diǎn)指標(biāo)增加幅度逐漸減小，并趨于穩(wěn)定。從高黏改性劑種類對(duì)高黏瀝青軟化點(diǎn)的指標(biāo)影響來看，相同摻量下高黏改性劑C對(duì)瀝青的軟化點(diǎn)指標(biāo)提升幅度最大，高黏改性劑D對(duì)瀝青軟化點(diǎn)提升幅度最小。四種高黏改性劑對(duì)高黏瀝青軟化點(diǎn)提升幅度大小排序?yàn)镃>A>B>D。

從下頁圖3可以看出，四種高黏改性劑均對(duì)5 ℃延度指標(biāo)有顯著影響，隨著高黏改性劑摻量的增加，5 ℃延度指標(biāo)整體上呈增大趨勢(shì)。從高黏改性劑摻量對(duì)高黏瀝青5 ℃延度指標(biāo)影響來看，A和C兩種高黏瀝青5 ℃延度指標(biāo)隨高黏改性劑摻量的增加先增大后減小，當(dāng)摻量達(dá)到12%時(shí)，5 ℃延度達(dá)到最大值;而B和D兩種高黏瀝青5 ℃延度指標(biāo)隨高黏改性劑摻量的增加逐漸增大。從高黏改性劑種類對(duì)高黏瀝青5 ℃延度指標(biāo)影響來看，A、B、C三種高黏改性劑對(duì)5 ℃延度指標(biāo)提升幅度明顯大于高黏改性劑D，對(duì)瀝青的改性效果更優(yōu)。四種高黏改性劑對(duì)5 ℃延度提升幅度大小排序?yàn)镃>A>B>D。

從圖4可以看出，四種高黏改性劑均對(duì)165 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度有顯著影響，隨著高黏改性劑摻量的增加，165 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)均逐漸增大。在高黏改性劑摻量<12%時(shí)，四種高黏瀝青165 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度增加較緩慢;當(dāng)高黏改性劑摻量>12%時(shí)，165 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度增加較快，表明四種高黏劑摻量>12%時(shí)，165 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)對(duì)高黏改性劑摻量比較敏感。從高黏改性劑種類對(duì)165 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)影響來看，高黏改性劑C對(duì)165 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度提升幅度最大，高黏改性劑D對(duì)165 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度提升幅度最小，四種高黏改性劑對(duì)165 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度影響程度大小排序?yàn)镃>A>B>D。

針入度、延度、軟化點(diǎn)、布氏旋轉(zhuǎn)黏度等指標(biāo)是評(píng)價(jià)瀝青膠結(jié)料性能的重要指標(biāo)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均反映瀝青膠結(jié)料某一方面的性能，部分指標(biāo)之間也存在著相互制約的關(guān)系。如圖1～4所示，隨著高黏改性劑摻量的增加，高黏瀝青的5 ℃延度、軟化點(diǎn)、布氏旋轉(zhuǎn)黏度均大幅提升，針入度明顯下降。雖然高黏改性劑的加入顯著提升了高黏瀝青的低溫性能及高溫性能，但當(dāng)高黏改性劑摻量超過一定范圍時(shí)，高黏瀝青的布氏旋轉(zhuǎn)黏度明顯增大，影響瀝青混合料的施工性能。根據(jù)《公路瀝青路面預(yù)防養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 5142-01-2021），針入度指標(biāo)≥40～70（0.1 mm）、5 ℃延度指標(biāo)≥40 cm、軟化點(diǎn)≥90 ℃、165 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度≤3 Pa·s。綜合上述分析可知，當(dāng)高黏改性劑C摻量達(dá)到12%時(shí)，制備的高黏瀝青性能指標(biāo)均滿足路用性能要求;高黏改性劑A摻量為12%時(shí)，其軟化點(diǎn)和延度均較接近規(guī)范值，但繼續(xù)增加摻量，其軟化點(diǎn)略有提升，延度出現(xiàn)一定的下降，同時(shí)布氏旋轉(zhuǎn)黏度超過了3 Pa·s;高黏改性劑B摻量為12%時(shí)，軟化點(diǎn)指標(biāo)相對(duì)較低，僅為78.5 ℃，繼續(xù)增加摻量雖然可以提升軟化點(diǎn)指標(biāo)，但布氏旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)持續(xù)增大，超過3 Pa·s，會(huì)對(duì)瀝青混合料施工性能產(chǎn)生不利影響;而高黏改性劑D摻量增加至14%時(shí)，軟化點(diǎn)及5 ℃延度指標(biāo)仍然相對(duì)較低，雖然繼續(xù)增加摻量可以進(jìn)一步提升軟化點(diǎn)及5 ℃延度，但布氏旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)可能會(huì)超過3 Pa·s，且高黏改性劑摻量越高材料成本越高。因此，高黏改性劑C對(duì)泰普克70#瀝青具有較好的改性效果，建議最佳摻量為12%。

4 結(jié)語

（1）A、B、C、D四種高黏改性劑對(duì)泰普克70#瀝青路用性能均有顯著的改善作用，但不同種類的高黏改性劑改性效果差異較大。高黏改性劑C整體改性效果最佳，根據(jù)不同摻量下各技術(shù)指標(biāo)變化規(guī)律，推薦最佳摻量為12%。

（2）四種高黏改性劑對(duì)泰普克70#瀝青各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的影響規(guī)律基本一致，即隨著高黏改性劑增加，5 ℃延度、軟化點(diǎn)及布氏旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)整體上均呈增大趨勢(shì)，針入度指標(biāo)呈減小趨勢(shì)。

（3）四種高黏改性劑對(duì)泰普克70#瀝青各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的敏感性存在明顯差異，高黏改性劑B對(duì)針入度指標(biāo)更為敏感，高黏改性劑C對(duì)軟化點(diǎn)、5 ℃延度及165 ℃布氏旋轉(zhuǎn)黏度指標(biāo)更為敏感?？筛鶕?jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合針對(duì)瀝青膠結(jié)料性能需求優(yōu)選相應(yīng)高黏改性劑及最佳摻量。

[1]陳加干，周國(guó)寶，靳衛(wèi)華.高黏改性瀝青的制備及性能研究[J].石油瀝青，2016，30（2）：14-16.

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