多聚磷酸改性瀝青的試驗研究

1、252中 外 公 路第30卷 第3期2010年6月文章編號:1671-2579(2010)03-0252-03多聚磷酸改性瀝青的試驗研究曹衛(wèi)東,劉樂民,劉兆平,趙軍233(1.山東大學土建與水利學院,山東濟南 250061;2.德州市公路勘察設計院;3.日照市公路管理局)摘 要:采用4種摻量的國產(chǎn)多聚磷酸(分別占瀝青質(zhì)量的0.6%、1.0%、1.5%、2.0%)改性70號瀝青。通過針入度試驗、軟化點試驗、彎曲梁蠕變試驗、粘度試驗及四組分試驗研究了多聚磷酸改性瀝青的性能及可能的改性機理。結果表明:經(jīng)多聚磷酸改性后,瀝青的高溫性能得到明顯改善,溫度敏感性降低,粘度提高,但低溫性能略有下降。方差分析

2、表明:多聚磷酸摻量對改性瀝青的高溫性能有顯著影響,而對低溫性能的影響不顯著。四組分試驗揭示了PPA的改性機理主要在于改性瀝青化學組分的變化。關鍵詞:多聚磷酸;改性瀝青;性能;機理采用改性瀝青可適應于嚴重交通條件的需要,全面提高瀝青路面的使用性能,降低養(yǎng)護維修費用,減少維修養(yǎng)護對交通的影響,延長路面的使用壽命。改性瀝青的品種很多,就目前而言,國內(nèi)外使用取得成效并形成規(guī)模的主要是各種聚合物改性瀝青,如SBS、SIS、PE、EVA、SBR等聚合物,此外還有廢橡膠粉、碳黑、硫磺等礦物填料類改性劑。其中,SBS改性瀝青在中國的應用最為廣泛。由于SBS改性瀝青的價格較高和生產(chǎn)工藝較為復雜,美國等歐美國家已

3、開始研究和應用酸(如多聚磷酸)改性瀝青。根據(jù)美國改性瀝青生產(chǎn)委員會(AMAP)2005)2006年的調(diào)查,酸改性瀝青的使用比例已占所有改性瀝青的16%。國外的研究表明:摻加少量的多聚磷酸可以顯著地改善瀝青及瀝青混合料的性能,尤其是提高瀝青的高溫性能。而且酸改性瀝青的價格較低,加工工藝簡單。中國對多聚磷酸改性瀝青的研究甚少,付力強等(文獻3)采用美國的一種多聚磷酸,研究了多聚磷酸改性瀝青的性能。筆者通過室內(nèi)試驗研究了國產(chǎn)多聚磷酸對瀝青的改性效果,并考察了多聚磷酸摻量對改性瀝青性能的影響,為中國新型改性瀝青的研究與開發(fā)提供技術參考。標見表1。表1 70#瀝青的技術指標相對項目測試值規(guī)范值密度(15

4、e)1.037-針入度(25e)/0.1mm71.46080軟化點/e51.843延度(15e)/cm>140100針入度指數(shù)-2.21-多聚磷酸是由五氧化二磷(P2O5)和磷酸(H3PO4)通過熱聚合作用產(chǎn)生的無機聚合物,分子代表式為H6P4O13。常溫下多聚磷酸是一種無色透明粘稠狀液體,不含自由水。此次試驗采用上海國藥集團化學試劑有限公司生產(chǎn)的多聚磷酸,P2O5含量為80%(以P2O5/H3PO4質(zhì)量比計)。1.2 PPA改性瀝青的配制與試驗方案PPA改性瀝青生產(chǎn)的工藝參數(shù)主要取決于溫度、攪拌速度與反應時間。此次試驗采用的配制工藝為:首先將基質(zhì)瀝青加熱至150e,然后邊攪拌邊逐漸加入

5、預稱量好的多聚磷酸,攪拌速度約700轉/min,攪拌設備采用上海產(chǎn)電動調(diào)速攪拌機。然后加熱升溫至150160e,并持續(xù)攪拌30min后制得PPA改性瀝青。依據(jù)國外的研究經(jīng)驗,選用4種摻量的多聚磷酸(分別占基質(zhì)瀝青質(zhì)量數(shù)的0.6%、1.0%、1.5%、2.0%)改性基質(zhì)瀝青。對不同摻量的多聚磷酸改性瀝青膠結料和基質(zhì)瀝青進行性能試驗,采用軟化點試驗、1 試驗材料與試驗方案1.1 原材料與性能基質(zhì)瀝青采用韓國仁川精油70#瀝青,其技術指收稿日期:2009-09-08作者簡介:曹衛(wèi)東,男,博士,副教授.E-mail:cwd20012010年第3期 曹衛(wèi)東,等:多聚磷酸改性瀝青的試驗研究253針入度試驗

6、、布氏粘度試驗、低溫彎曲梁蠕變試驗評價多聚磷酸改性瀝青的高溫性能、低溫性能及施工性能等。30e的針入度,并根據(jù)針入度測試值計算針入度指數(shù)(PI),結果見表4。表4 針入度與針入度指數(shù)結果PPA摻量/%00.61.01.52.0不同溫度(e)時的針入度/0.1mm1521.219.718.918.117.32571.459.856.751.249.230156.3118.6112.495.990.3PI-2.22-1.60-1.56-1.15-1.112 試驗與分析2.1 軟化點試驗軟化點試驗(環(huán)球法)的測試指標為軟化點,采用SYD-2806E全自動軟化點試驗儀,試驗參照JTJ052-2000,

7、T0606-2000進行。試驗結果見表2。表2 軟化點試驗結果PPA摻量/%00.61.01.52.051.953.054.458.262.8軟化點/e52.053.455.258.662.551.452.854.857.863.0采用針入度指數(shù)PI可以評價瀝青的溫度敏感性。針入度指數(shù)越大,瀝青的溫度敏感性越低,即感溫性能越好。由表4可見,加入多聚磷酸改性后,改性瀝青的針入度變小,且隨著多聚磷酸摻量的增加,針入度呈下降趨勢,而針入度指數(shù)逐漸增大,說明多聚磷酸可以降低瀝青的溫度敏感性,改善瀝青的感溫性能。2.3 布氏旋轉粘度試驗粘度試驗采用美國BROOKFIELD旋轉粘度計測試,按照JTJ052

8、-2000,T0625-2000執(zhí)行。瀝青60e的粘度影響瀝青路面的高溫性能,粘度越大,則瀝青路面具有較好的高溫抗車轍及抵抗路面泛油的能力。當然,為了保證結合料的施工性能,瀝青在施工溫度(超過100e)時的粘度不能太大,美國Superpave膠結料規(guī)范與中國的施工規(guī)范均規(guī)定瀝青135e的粘度不大于3Pa#s。瀝青粘度試驗(60、135e)結果見表5。表5 PPA改性瀝青的粘度試驗結果由表2可以看出:PPA改性瀝青與基質(zhì)瀝青(PPA摻量為0%)相比,軟化點都有不同程度的提高,且隨著PPA摻量的增加軟化點測試值呈增大趨勢,表明PPA的加入改善了瀝青的高溫性能。為了考察PPA摻量對改性瀝青高溫性能的

9、影響水平,對表2中的試驗數(shù)據(jù)進行方差分析。以/軟化點0為相應變量,以/PPA摻量0作為影響因素。由數(shù)理統(tǒng)計知識可知,這是一個等重復數(shù)單因素方差分析問題。預設顯著性水平A=0.05,方差分析結果見表3。表3 軟化點方差分析結果項目偏差平自由均方差MS58.8910.116統(tǒng)計量FFA顯著性是PPA摻量/%00.61.01.52.0粘度測試值/(mPa#s)60e3105004205004730007200001570000135e4966206358071150方和SS度df41014因素A235.564誤差e總和1.160236.724507.6813.47805比較表3中的F值與F臨界值(F

10、A)的大小,即F=507.681>FA=3.47805,由此判斷:PPA摻量對改性瀝青的軟化點有顯著性影響。這表明PPA的加入可以明顯改善瀝青的高溫性能。2.2 針入度試驗針入度試驗采用P734全自動針入度儀,按照JTJ-,由表5可以看出,加入多聚磷酸后,改性瀝青的粘度(60、135e)變大。隨著多聚磷酸摻量的增加,粘度逐漸增大,并且60e的粘度提高幅度較大,而135e的粘度提高幅度較小。如PPA摻量在2.0%時,改性瀝青60e的粘度超過基質(zhì)瀝青的4倍,而135e的粘e的粘254 中 外 公 路 第30卷 度滿足規(guī)范要求。表明多聚磷酸可以明顯改善瀝青的高溫性能,同時可以保持適當?shù)氖┕ば阅?/p>

11、。2.4 彎曲梁蠕變試驗低溫彎曲梁蠕變試驗的測試指標主要是勁度模量S,用于評價瀝青的低溫性能。一般地,瀝青的低溫勁度模量越小,其低溫抗裂性能越好。試驗儀器為美國CANNON公司生產(chǎn)的彎曲梁流變儀(BBR),依據(jù)美國ASTMD6648-01規(guī)定的試驗方法進行。試驗的測試溫度為-18e,結果如表6所示。表6 低溫彎曲梁蠕變試驗結果PPA摻量/%0.00.61.01.52.01312323318320330低溫勁度模量/MPa23143153283253323320321318334324均值315.3319.7321.3326.3328.7瀝青種類PG70瀝青PPA改性瀝青As6.2213.62(

12、R)、芳香分(Ar)和飽和分(S)?？紤]到四組分試驗的復雜性,該試驗僅對比了PPA摻量為1.5%的改性瀝青與基質(zhì)瀝青的化學組分,結果見表8。表8 瀝青四組分試驗結果化學組分/%R26.9225.16Ar56.3654.89S10.56.31瀝青的化學組成對瀝青的性能有決定性的影響。一般地,瀝青質(zhì)含量越高,則瀝青的勁度較大,針入度較低,軟化點和粘度較高。由表8可以看出,PPA改性瀝青的瀝青質(zhì)含量由基質(zhì)瀝青的6.22%增加到13.62%,而飽和分含量由10.5%減小到6.31%,說明多聚磷酸對瀝青的改性作用可能使部分飽和分轉化為瀝青質(zhì)。這可能也是多聚磷酸改性瀝青高溫性能及溫度敏感性改善的機理所在。

13、由表6可以得出,隨著多聚磷酸摻量的增加,低溫勁度模量略有增加,表明多聚磷酸對瀝青的低溫性能影響極小。以/勁度模量0為相應變量,以/PPA摻量0作為影響因素對低溫彎曲梁蠕變試驗結果進行方差分析,結果見表7。表7 低溫彎曲蠕變試驗方差分析結果(A=0.05)項目因素A誤差e總和偏差平自由均方差MS84.927.1統(tǒng)計量F3.129FA顯著性否3 經(jīng)濟分析從材料成本上對多聚磷酸改性瀝青與目前常用的SBS改性瀝青進行簡單的經(jīng)濟比較。目前70瀝青的價格為3400元/t,國產(chǎn)多聚磷酸的市場價為13000元/t,SBS的價格為17000元/t。加工1t多聚磷酸改性瀝青約需0.02t多聚磷酸,材料費用約260

14、元。而加工1tSBS改性瀝青約需0.05tSBS改性劑,材料費用約850元,二者相差590元/t。因而,僅從經(jīng)濟上比較,多聚磷酸改性瀝青具有顯著的經(jīng)濟效益。當然,多聚磷酸改性瀝青的性能與SBS改性瀝青相比還有一些差距,可用于部分地區(qū)的高等級瀝青路面。從技術經(jīng)濟綜合考慮,今后可進一步開展多聚磷酸與聚合物(如SBS)復合改性瀝青的研究工作。#方和SS度df339.6271.3610.9410143.47805比較表7中的F值與F臨界值(FA)的大小,即F=3.129<FA=3.47805,由此判斷:PPA摻量對改性瀝青的低溫勁度模量(低溫性能)影響不顯著。根據(jù)上述性能試驗結果,依據(jù)針入度、軟

15、化點等主要技術指標,初步建議多聚磷酸的摻量為2%,PPA改性瀝青的技術等級達到JTGF40-20045公路瀝青路面施工技術規(guī)范6中聚合物改性瀝青SBS類D級要求。2.5 瀝青四組分試驗為了推斷多聚磷酸改性瀝青的作用機理,進行了PPA改性瀝青和基質(zhì)瀝青的四組分試驗。四組分分4 結論(1)多聚磷酸可以提高瀝青的高溫性能,降低溫度敏感性,而對瀝青的低溫性能影響極小。(2)方差分析結果表明:多聚磷酸摻量對改性瀝青的軟化點(高溫性能)有顯著影響,而對低溫勁度模量(低溫性能)影響不顯著。(3)多聚磷酸改性瀝青的可能改性機理在于PPA引起瀝青內(nèi)部化學組分的轉變,即由部分飽和分轉化,第30卷 第3期2010年

16、6月文章編號:1671-2579(2010)03-0255-04中 外 公 路255密實型廢舊橡膠顆粒瀝青混合料的降噪特性研究高明星,方淑艷,朱守林,王國忠1211(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學能源與交通工程學院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010018;2.內(nèi)蒙古公路工程局)摘 要:通過室內(nèi)試驗研究了連續(xù)型密級配橡膠顆粒瀝青混合料AC-20的3種典型級配類型。研究結果表明:將廢舊橡膠顆粒應用于連續(xù)密級配路面具有可行性?；旌狭系募壟淝€由下限偏向上限時,其構造深度、回彈率和動態(tài)模量減小,回彈值、豎向振動加速度及相位角增大,均表明橡膠顆粒瀝青混合料降噪性能隨著級配曲線上偏而逐漸降低。且3種典型級配的2.36mm篩的通

17、過率與其構造深度、回彈率和回彈值之間存在非常顯著的線性關系。此外,不同加載頻率的動態(tài)試驗還表明車速越高,路面/輪胎間的能量衰減越慢,振動噪聲也越大。關鍵詞:密級配;橡膠顆粒;振動;降噪交通噪聲是環(huán)境噪聲污染的主要來源之一,嚴重影響著自然和社會環(huán)境,干擾著人們的學習和工作。研究資料表明,小汽車速度大于30km/h,卡車速度大于50km/h時,輪胎/路面噪聲將成為交通噪聲的主要部分,并且隨著汽車科技含量和技術水平的提高,這一分界速度在逐步下降。與此同時,每年產(chǎn)生的廢舊輪胎正以12%的速度在攀升,如果處理不當,將形成嚴重的/黑色污染0。將廢舊輪胎粉碎成橡膠粉加入到瀝青混合料中,其工藝簡單,既可以消耗

18、大量的廢舊輪胎,還可以有效改善瀝青混合料的路用性能和使用性能。同時,由于橡膠的高阻尼、大彈性,它對輪胎的振動具有較大的衰減作用,能夠大幅度降低輪胎與路面之間的振動噪聲。因此,廢舊橡膠瀝青混合料的研究已成為國內(nèi)外相關領域的一個熱點問題,也取得了許多有意義的成果。以往的研究主要集中在橡膠粉瀝青混合料上,所采用的主要是間斷級配,而對橡膠顆粒瀝青混合料的路用性能及其降噪特性的研究非常少見。對于橡膠粉或橡膠顆粒瀝青混合料,僅僅從理論分析認為其不適合于連續(xù)密級配,但還未見到深入實際的研究報道。基于此,筆者對連續(xù)密級配橡膠顆粒瀝青混合料AC-20的3種典型級配的路用性能進行了初步試驗,在此基礎上,重點分析在不同級配下混合料降噪性能的變化趨勢,為今后該類路面的進一步研究作一些基礎(4)多聚磷酸的最佳摻量與多聚磷酸改性瀝青混合料的性能尚需進一步研究。參考文獻:1 沈金安.發(fā)展改性瀝青提高路面質(zhì)量J.中外公路,2002(2).2 呂偉民.瀝青混合料設計原理與方法M.上海:同濟大學出版社,2001.3 付力強,王子靈,黃曉明,等.多聚磷酸改性瀝青的性能