多聚磷酸改性瀝青的試驗(yàn)研究

1、252中 外 公 路第30卷 第3期2010年6月文章編號(hào):1671-2579(2010)03-0252-03多聚磷酸改性瀝青的試驗(yàn)研究曹衛(wèi)東,劉樂(lè)民,劉兆平,趙軍233(1.山東大學(xué)土建與水利學(xué)院,山東濟(jì)南 250061;2.德州市公路勘察設(shè)計(jì)院;3.日照市公路管理局)摘 要:采用4種摻量的國(guó)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(hào)瀝青。通過(guò)針入度試驗(yàn)、軟化點(diǎn)試驗(yàn)、彎曲梁蠕變?cè)囼?yàn)、粘度試驗(yàn)及四組分試驗(yàn)研究了多聚磷酸改性瀝青的性能及可能的改性機(jī)理。結(jié)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(duì)改性瀝青的高溫性能有顯著影響,而對(duì)低溫性能的影響不顯著。四組分試驗(yàn)揭示了PPA的改性機(jī)理主要在于改性瀝青化學(xué)組分的變化。關(guān)鍵詞:多聚磷酸;改性瀝青;性能;機(jī)理采用改性瀝青可適應(yīng)于嚴(yán)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(hù)維修費(fèi)用,減少維修養(yǎng)護(hù)對(duì)交通的影響,延長(zhǎng)路面的使用壽命。改性瀝青的品種很多,就目前而言,國(guó)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(guó)的應(yīng)用最為廣泛。由于SBS改性瀝青的價(jià)格較高和生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜,美國(guó)等歐美國(guó)家已

3、開(kāi)始研究和應(yīng)用酸(如多聚磷酸)改性瀝青。根據(jù)美國(guó)改性瀝青生產(chǎn)委員會(huì)(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(guó)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(jià)格較低,加工工藝簡(jiǎn)單。中國(guó)對(duì)多聚磷酸改性瀝青的研究甚少,付力強(qiáng)等(文獻(xiàn)3)采用美國(guó)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(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了國(guó)產(chǎn)多聚磷酸對(duì)瀝青的改性效果,并考察了多聚磷酸摻量對(duì)改性瀝青性能的影響,為中國(guó)新型改性瀝青的研究與開(kāi)發(fā)提供技術(shù)參考。標(biāo)見(jiàn)表1。表1 70#瀝青的技術(shù)指標(biāo)相對(duì)項(xiàng)目測(cè)試值規(guī)范值密度(15

4、e)1.037-針入度(25e)/0.1mm71.46080軟化點(diǎn)/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(guò)熱聚合作用產(chǎn)生的無(wú)機(jī)聚合物,分子代表式為H6P4O13。常溫下多聚磷酸是一種無(wú)色透明粘稠狀液體,不含自由水。此次試驗(yàn)采用上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)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(jì))。1.2 PPA改性瀝青的配制與試驗(yàn)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(yīng)時(shí)間。此次試驗(yàn)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(yù)稱量好的多聚磷酸,攪拌速度約700轉(zhuǎn)/min,攪拌設(shè)備采用上海產(chǎn)電動(dòng)調(diào)速攪拌機(jī)。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(guó)外的研究經(jīng)驗(yàn),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(duì)不同摻量的多聚磷酸改性瀝青膠結(jié)料和基質(zhì)瀝青進(jìn)行性能試驗(yàn),采用軟化點(diǎn)試驗(yàn)、1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方案1.1 原材料與性能基質(zhì)瀝青采用韓國(guó)仁川精油70#瀝青,其技術(shù)指收稿日期:2009-09-08作者簡(jiǎn)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(yàn)研究253針入度試驗(yàn)

6、、布氏粘度試驗(yàn)、低溫彎曲梁蠕變?cè)囼?yàn)評(píng)價(jià)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(cè)試值計(jì)算針入度指數(shù)(PI),結(jié)果見(jiàn)表4。表4 針入度與針入度指數(shù)結(jié)果PPA摻量/%00.61.01.52.0不同溫度(e)時(shí)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(yàn)與分析2.1 軟化點(diǎn)試驗(yàn)軟化點(diǎn)試驗(yàn)(環(huán)球法)的測(cè)試指標(biāo)為軟化點(diǎn),采用SYD-2806E全自動(dòng)軟化點(diǎn)試驗(yàn)儀,試驗(yàn)參照J(rèn)TJ052-2000,

7、T0606-2000進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。表2 軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果PPA摻量/%00.61.01.52.051.953.054.458.262.8軟化點(diǎn)/e52.053.455.258.662.551.452.854.857.863.0采用針入度指數(shù)PI可以評(píng)價(jià)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(jiàn),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(shì),而針入度指數(shù)逐漸增大,說(shuō)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(zhuǎn)粘度試驗(yàn)粘度試驗(yàn)采用美國(guó)BROOKFIELD旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)試,按照J(rèn)TJ052

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(dāng)然,為了保證結(jié)合料的施工性能,瀝青在施工溫度(超過(guò)100e)時(shí)的粘度不能太大,美國(guó)Superpave膠結(jié)料規(guī)范與中國(guó)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(yàn)(60、135e)結(jié)果見(jiàn)表5。表5 PPA改性瀝青的粘度試驗(yàn)結(jié)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(diǎn)都有不同程度的提高,且隨著PPA摻量的增加軟化點(diǎn)測(cè)試值呈增大趨勢(shì),表明PPA的加入改善了瀝青的高溫性能。為了考察PPA摻量對(duì)改性瀝青高溫性能的

9、影響水平,對(duì)表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。以/軟化點(diǎn)0為相應(yīng)變量,以/PPA摻量0作為影響因素。由數(shù)理統(tǒng)計(jì)知識(shí)可知,這是一個(gè)等重復(fù)數(shù)單因素方差分析問(wèn)題。預(yù)設(shè)顯著性水平A=0.05,方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。表3 軟化點(diǎn)方差分析結(jié)果項(xiàng)目偏差平自由均方差MS58.8910.116統(tǒng)計(jì)量FFA顯著性是PPA摻量/%00.61.01.52.0粘度測(cè)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(duì)改性瀝青的軟化點(diǎn)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(yàn)針入度試驗(yàn)采用P734全自動(dòng)針入度儀,按照J(rèn)TJ-,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(shí),改性瀝青60e的粘度超過(guò)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(shí)可以保持適當(dāng)?shù)氖┕ば阅?/p>

11、。2.4 彎曲梁蠕變?cè)囼?yàn)低溫彎曲梁蠕變?cè)囼?yàn)的測(cè)試指標(biāo)主要是勁度模量S,用于評(píng)價(jià)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(yàn)儀器為美國(guó)CANNON公司生產(chǎn)的彎曲梁流變儀(BBR),依據(jù)美國(guó)ASTMD6648-01規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行。試驗(yàn)的測(cè)試溫度為-18e,結(jié)果如表6所示。表6 低溫彎曲梁蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)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)。考慮到四組分試驗(yàn)的復(fù)雜性,該試驗(yàn)僅對(duì)比了PPA摻量為1.5%的改性瀝青與基質(zhì)瀝青的化學(xué)組分,結(jié)果見(jiàn)表8。表8 瀝青四組分試驗(yàn)結(jié)果化學(xué)組分/%R26.9225.16Ar56.3654.89S10.56.31瀝青的化學(xué)組成對(duì)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(diǎn)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(shuō)明多聚磷酸對(duì)瀝青的改性作用可能使部分飽和分轉(zhuǎn)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(jī)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(duì)瀝青的低溫性能影響極小。以/勁度模量0為相應(yīng)變量,以/PPA摻量0作為影響因素對(duì)低溫彎曲梁蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析,結(jié)果見(jiàn)表7。表7 低溫彎曲蠕變?cè)囼?yàn)方差分析結(jié)果(A=0.05)項(xiàng)目因素A誤差e總和偏差平自由均方差MS84.927.1統(tǒng)計(jì)量F3.129FA顯著性否3 經(jīng)濟(jì)分析從材料成本上對(duì)多聚磷酸改性瀝青與目前常用的SBS改性瀝青進(jìn)行簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)比較。目前70瀝青的價(jià)格為3400元/t,國(guó)產(chǎn)多聚磷酸的市場(chǎng)價(jià)為13000元/t,SBS的價(jià)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(fèi)用約260

14、元。而加工1tSBS改性瀝青約需0.05tSBS改性劑,材料費(fèi)用約850元,二者相差590元/t。因而,僅從經(jīng)濟(jì)上比較,多聚磷酸改性瀝青具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)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(jí)瀝青路面。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合考慮,今后可進(jìn)一步開(kāi)展多聚磷酸與聚合物(如SBS)復(fù)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(duì)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(yàn)結(jié)果,依據(jù)針入度、軟

15、化點(diǎn)等主要技術(shù)指標(biāo),初步建議多聚磷酸的摻量為2%,PPA改性瀝青的技術(shù)等級(jí)達(dá)到JTGF40-20045公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范6中聚合物改性瀝青SBS類D級(jí)要求。2.5 瀝青四組分試驗(yàn)為了推斷多聚磷酸改性瀝青的作用機(jī)理,進(jìn)行了PPA改性瀝青和基質(zhì)瀝青的四組分試驗(yàn)。四組分分4 結(jié)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(duì)瀝青的低溫性能影響極小。(2)方差分析結(jié)果表明:多聚磷酸摻量對(duì)改性瀝青的軟化點(diǎn)(高溫性能)有顯著影響,而對(duì)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(jī)理在于PPA引起瀝青內(nèi)部化學(xué)組分的轉(zhuǎn)變,即由部分飽和分轉(zhuǎn)化,第30卷 第3期2010年

16、6月文章編號(hào):1671-2579(2010)03-0255-04中 外 公 路255密實(shí)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(guó)忠1211(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)能源與交通工程學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010018;2.內(nèi)蒙古公路工程局)摘 要:通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了連續(xù)型密級(jí)配橡膠顆粒瀝青混合料AC-20的3種典型級(jí)配類型。研究結(jié)果表明:將廢舊橡膠顆粒應(yīng)用于連續(xù)密級(jí)配路面具有可行性?；旌狭系募?jí)配曲線由下限偏向上限時(shí),其構(gòu)造深度、回彈率和動(dòng)態(tài)模量減小,回彈值、豎向振動(dòng)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(jí)配曲線上偏而逐漸降低。且3種典型級(jí)配的2.36mm篩的通

17、過(guò)率與其構(gòu)造深度、回彈率和回彈值之間存在非常顯著的線性關(guān)系。此外,不同加載頻率的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)還表明車速越高,路面/輪胎間的能量衰減越慢,振動(dòng)噪聲也越大。關(guān)鍵詞:密級(jí)配;橡膠顆粒;振動(dòng);降噪交通噪聲是環(huán)境噪聲污染的主要來(lái)源之一,嚴(yán)重影響著自然和社會(huì)環(huán)境,干擾著人們的學(xué)習(xí)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(shí),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(shù)水平的提高,這一分界速度在逐步下降。與此同時(shí),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(dāng),將形成嚴(yán)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(jiǎn)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(shí),由于橡膠的高阻尼、大彈性,它對(duì)輪胎的振動(dòng)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(dòng)噪聲。因此,廢舊橡膠瀝青混合料的研究已成為國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)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(jí)配,而對(duì)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(jiàn)。對(duì)于橡膠粉或橡膠顆粒瀝青混合料,僅僅從理論分析認(rèn)為其不適合于連續(xù)密級(jí)配,但還未見(jiàn)到深入實(shí)際的研究報(bào)道。基于此,筆者對(duì)連續(xù)密級(jí)配橡膠顆粒瀝青混合料AC-20的3種典型級(jí)配的路用性能進(jìn)行了初步試驗(yàn),在此基礎(chǔ)上,重點(diǎn)分析在不同級(jí)配下混合料降噪性能的變化趨勢(shì),為今后該類路面的進(jìn)一步研究作一些基礎(chǔ)(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(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn):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(shè)計(jì)原理與方法M.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2001.3 付力強(qiáng),王子靈,黃曉明,等.多聚磷酸改性瀝青的性能