高模量树脂改性沥青混合料的性能研究-辽宁化工2024年08期

摘      要：将高模量树脂添加到沥青混合料中，制备高模量树脂改性沥青，通过对试样的车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔以及疲劳试验的研究，讨论2种不同掺量的高模量树脂对沥青混合料性能的影响。结果表明：随着高模量剂掺量的增加，当高模量剂的掺量为0.6%时，沥青混合料的车辙性能和抗水损害能力表现出更优越的效果。这是因为高模量树脂的加入使沥青混合料的整体结构更加紧凑，矿粉、集料与沥青间的胶结更紧密，增强了路面的弹性模量和抗剪切性能，防止路面受到水分侵蚀而产生龟裂、脱落等损害，从而增强了路面的耐水性能和抗车辙性能。

关  键  词：高模量树脂添加剂；沥青混合料；高温稳定性；水稳定性

中图分类号：TQ276.7     文献标识志码： A     文章编号： 1004-0935（204）08-1195-05

随着城市化不断发展，道路的建设和维护也成了城市管理的重要问题。在此背景下，高模量沥青混合料应运而生[1-6]。高模量沥青混合料作为一种新型道路材料，具有许多优异的特性，如高强度、高耐久性、卓越的抗裂性能和较高的承载能力等。这种材料的出现不仅能够提高道路的使用寿命，还能够降低维护成本和交通事故的发生率[7-10]。

在过去的几十年中，高模量沥青混合料在欧洲、美国、日本等发达国家得到广泛应用，并取得了很好的效果。随着我国交通运输事业的发展，越来越多的城市也开始使用高模量沥青混合料来修建道路。因此，对于这种新型道路材料的研究和探讨具有重要的现实意义[11-16]。

本文旨在对高模量沥青混合料的组成、制备方法、性能测试等方面进行系统的介绍和分析，探讨2种高模量剂对沥青混合料路用性能的影响，希望通过介绍和分析，能够让更多的城市和道路建设者了解和掌握这种新型道路材料的优点和应用方法，从而更好地推广和应用。

1  原材料及制备

1.1  基质沥青

3WM7ccLUARDC8+4Gq9jtFWwgwmLPABUhGtM99CCMD0E=

本研究采用的基质沥青为辽宁宝来90号道路基质沥青，沥青的基本性能指标如表1所示。

本试验选用强度高且棱角分明的优质石灰岩作为粗集料，细集料为北镇市5TZWEwsvP6APHBfD1p8pwI6PhtpizN//JYfQvGzcFdA=石灰岩加工而成的机制砂。根据《公路工程集料试验规程》（JTG E42—2005）中的试验方法对粗集料和细集料各项技术指标进行试验，结果如表2和表3所示。

1.3  矿粉和级配

1.3.1  矿粉

采用石灰岩磨制的细矿粉作为填料，其技术指标如表4所示。

1.3.2  级配

试件采用AC-20型沥青混合料，通过马歇尔配合比设计方法得出AC-20沥青混合料的油石比为4.36%，如表6所示。

1.4  高模量树脂的制备

本试验高模量树脂是将520 g的PP、264 g的PE和16 g的再生PP经过高混机混合，挤出机造粒，制备成粒径小于5 mm的白色固体颗粒。

1.5  高模量沥青混合料的制备

首先将集料放进恒温箱进行加热，再将搅拌锅先预热10 ℃左右，先将集料放进搅拌锅均匀搅拌15 s，高模量树脂沥青混合料的制备步骤如下：首先将集料放进恒温箱中进行加热，加热至170 ℃左右；再将集料放进10 ℃的搅拌锅中均匀搅拌15 s；然后将基质沥青的温度加热到170 ℃左右，放入搅拌锅中，再搅拌25 s；最后放入高模量添加剂，利用高速剪切机进行剪切改性，使高模量剂能够均匀分散在沥青中。剪切30 s后，即可得到高模量沥青混合料。

2  试验设备

本试验用到的主要仪器如表6所示。

3  结果与分析

3.1  高温稳定性

通过车辙试验以及动稳定度指标来评价沥青混合料的高温稳定性，动稳定度越高表明混合料的抗高温能力越强。依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）设计试件制备和试验方法，试验结果如表7所示。

结果表明，在沥青混合料中加入2种高模量树脂添加剂后，混合料试件的抗车辙性能得到提高。由表7可知，基质沥青动稳定度为1 890次·mm-1，相对变形率为11.22%。当掺入0.2%的G1和G2沥青混合料的动稳定度分别为基质沥青混合料的1.6倍和1.9倍；掺入0.4%的G1和G2沥青混合料的动稳定度是基质沥青混合料的2.9倍和2.7倍；掺入0.6%的G1和G2沥青混合料的动稳定度是基质沥青混合料的3.2倍和3.5倍。总体来看，加入高模量树脂添加剂之后，沥青混合料的抗高温性能得到提升；随着高模量剂掺量的增加，沥青混合料的动稳定度也表现为不断增长。从相对变形率来看，高模量沥青混合料的变形率远小于基质沥青混合料。这是因为高模量添加剂掺量越大，能够与轻质组分发生反应的基数就越大，从而改变矿料之间的相互作用力，提高沥青混合料的模量，使混合料整体性增强，且在高温下混合料的质地也更加坚硬[17]。

3.2  低温抗裂性

低温开裂也是影响沥青混凝土路面寿命的主要因素之一。温度突然下降时，沥青混合料路面会产生不均匀受力。当局部收缩应力超过沥青混合料的抗拉强度时，沥青路面就会开裂[16-18]。沥青混合料低温抗裂性能通常采用低温-10 ℃小梁弯曲试验进行评价。具体试件制备和试样方法见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），试验结果如表8所示。

试验结果表明，基质沥青混合料的弯拉强度为8.42 MPa，沥青混合料的弯拉强度随着高模量剂掺量的增加而稍有减弱， 说明掺入高模量剂对沥青混合料的低温开裂性能影响不大。弯拉劲度模量出现先增大后减小的趋势，最大弯拉应变随着高模量剂的加入而减小。加入高模量剂对沥青混合料的低温开裂性能的影响因材料和加入量的不同而有所差异。一般来说，适量的高模量剂可降低沥青混合料的低温脆性，提高其弯曲和拉伸能力。但是在实际应用中，如果加入量过多或者材料本身抗裂性能已经很好，加入高模量剂带来的低温开裂性能变化可能不会很大。此外，沥青混合料的低温开裂性能受到多种因素影响，如沥青质量、骨料形状、含水率等，因此加入高模量剂仅仅是其中一种影响因素，不能完全决定混合料的低温开裂性能变化。

3.3  水温定性

水稳定性是指沥青混合料在受到水的侵蚀和冲刷时，能够保持其稳定性的能力。水稳定性好坏直接影响着沥青混合料的使用寿命和抗车辙性能。水稳定性也是评价沥青混合料耐久性的重要指标之一，主要采用冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验来评价水稳定性。

3.3.1  冻融劈裂试验

冻融劈裂试验是通过模拟气候条件的变化，来研究材料抗冻融劈裂功的试验方法。它主要用于评价沥青路面材料在寒冷地区或冷季节的抗压裂性能和耐久性。用冻融劈裂比来评价沥青混合料的Re8u7nurIHwXd8l3vuGEKO9rcbzQEA9D1a3R4l/z0vw=水稳定性，其比值越大，则表示沥青混合料的水稳定性越好。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中所述的具体方法进行试验，结果见表9。

试验结果表明，基质沥青混合料的劈裂强度比为84.9%，掺入0.2%的2种添加剂的劈裂强度比是基质沥青混合料的1.02倍和0.97倍，掺入0.4%的2种添加剂的劈裂强度比是基质沥青混合料的1.04倍和1.03倍，掺入0.6%的2种添加剂的劈裂强度比是基质沥青混合料的1.13倍和1.08倍。这说明在沥青混合料中加入高模量树脂添加剂可以提高路面的抗水损害能力。在沥青混合料中，高模量剂主要起到增加混合料整体弹性模量的作用。弹性模量是指材料在受力后能够产生弹性变形的抵抗能力，因此增加弹性模量可以提高混合料的抗剪切性和抗反应性。当沥青混合料遭受冻融循环时，混合料内部水分会在温度变化时迅速膨胀或收缩，这会导致混合料内部产生应力，引起混合料的劈裂破坏。而加入高模量剂可以增加混合料的整体强度和韧性，使其更能够抵抗冻融循环带来的应力和变形，从而提高混合料的冻融劈裂强度[18]。

3.3.2  浸水马歇尔试验

沥青混合料的浸水马歇尔试验是用来评估沥青混合料在高温高湿环境下的稳定性，常用于路面材料、建筑材料等领域的研究和生产中。具体试件制备和试验方法见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011），结果见表10。

试验结果表明，基质沥青混合料的残留稳定度为81.1%，混合料的浸水马歇尔残留稳定度随着高模量树脂掺量的增加而提高。当高模量剂的掺量为0.6%时，G2沥青混合料的残留稳定度是基质沥青的1.14倍，G1沥青混合料的残留稳定度是基质沥青混合料的1.18倍，G1表现出更好的抗水损害能力。当高模量剂与沥青分子结合时，会形成互相交叉的分子链，使得沥青分子之间的相互作用更加紧密，从而使沥青混合料的强度和稳定性得到提高。此外，高模量剂还可以填充沥青混合料中的微孔和裂隙，强化混合料的骨架结构，增加混合料水稳定性[19]。

4  结 论

制备出一种高模量树脂改性沥青，采用常用的 AC-20级配，通过车辙试验、小梁弯曲试验、冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验以及疲劳试验，证明高模量树脂添加剂可以有效提高沥青路面的车辙性能。试验结果表明，随着高模量树脂的增加，抗车辙能力、抗水损害性均能逐渐提高，且G2掺入量为0.6%时，高模量沥青混合料的动稳定度为基质沥青混合料的1.9%，表现出更好的抗车辙性能。加入高模量剂可以在沥青混合料中提高沥青的黏性和弹性模量，从而使该混合料的高温性能、疲劳性能和水稳定性得到提高。高模量剂通常是高分子化合物或其他特殊化合物，它们能够在沥青中形成强有力的结构，从而提高混合料的强度和稳定性。此外，高模量剂还能够降低沥青的渗透性和老化速度，从而延长混合料的使用寿命。综上所述，加入高模量剂可以提高沥青混合料的性能，使其更加适合高负荷和高强度应用。

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