新型反應(yīng)性瀝青改性劑技術(shù)性能研究

曹曉娟

摘 要：RET是美國杜邦公司研發(fā)的一種新型瀝青化學(xué)改性劑，通過與瀝青中的分子和官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到改善瀝青使用性能的效果。通過分析研究不同種類改性瀝青的Superpave性能試驗(yàn)結(jié)果及老化前后的低溫PG分級溫度及質(zhì)量損失，表明RET改性劑能夠明顯改善瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。

關(guān) 鍵 詞：RET;技術(shù)性能;高溫穩(wěn)定性;低溫抗裂性

中圖分類號：TE 624 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）06-1350-03

Research on the Performance of New Reactive Asphalt Modifier

CAO Xiao-juan

（Xi'an International University，？ Shaanxi Xi'an 710000，China）

Abstract： RET（Reactive Elastomeric Terpolymer） is a kind of chemical modifier that was developed by Dupont， it can react with asphalt molecules and functional groups to improve the functional performance of the asphalt. In this paper， Superpave performance test results， low temperature PG grading temperature and mass loss before and after aging of different types of modified asphalt were analyzed and researched. The results show that RET modifier can significantly improve asphalt high temperature stability and low temperature crack resistance.

Key words： reactive elastomeric terpolymer; technical performance; high temperature stability; low temperature crack resistance

1 概 述

為明顯改善目前我國瀝青混凝土路面存在的車轍、開裂、擁抱等早期病害，延長瀝青混凝土路面的使用壽命，改性瀝青技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于公路瀝青路面建設(shè)中 [1]。然而，隨著瀝青聚合物改性瀝青熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性差、價(jià)格昂貴、改性工藝復(fù)雜等弊端越來越突出，許多國家已開始對瀝青化學(xué)改性劑展開大量的探索研究 [2]。對瀝青進(jìn)行化學(xué)改性是指在高溫條件下使得改性劑與瀝青分子結(jié)構(gòu)中的部分活性官能團(tuán)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)或直接接枝于瀝青分子鏈上通過改變?yōu)r青的活性、分子鏈形式（大?。┘捌浞肿恿康龋瑥亩_(dá)到改變?yōu)r青使用性能的效果 [3]。

反應(yīng)性彈性體乙烯三元共聚物（RET）是由美國杜邦公司推出的一種不同于SBS、SBR、PE的瀝青化學(xué)改性劑。其特點(diǎn)是能夠在高溫加熱的情況下完全溶解在瀝青中，并與瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對瀝青的化學(xué)改性。國外常年的應(yīng)用實(shí)踐表明，RET能夠增長瀝青的疲勞壽命，改善瀝青高溫抗車轍能力、抗剝離能力及其低溫防開裂能力等 [4]。與SBS改性瀝青相比，RET改性瀝青制備工藝簡單，不需要剪切，僅需拌合即可與瀝青充分混合。其次，RET改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性良好，有利于改性瀝青的大批量生產(chǎn)和重復(fù)加熱使用。RET改性劑單價(jià)為

41 000元/t，但其摻量較少，通常摻量約為0.8%～

1.8%，而SBS改性劑摻量約為3%～5%。目前，我國對瀝青化學(xué)改性劑的研究尚淺，處于起步階段。它與聚合物改性劑SBS相比，特征如表1所示。

表1 RET與SBS改性劑性能對照表

Table 1 RET and SBS modifier performance comparison

RET是一種三元聚合物顆粒，其外觀形態(tài)如圖1所示。

2 多聚磷酸改性瀝青的性能研究

RET是一種熱塑性聚合物材料，高溫加熱條件下能完全溶解于瀝青中，但要使得RET完全溶解到瀝青中并與之完全發(fā)生反應(yīng)，理論上需2 h以上。目前，國外通常采用摻量為0.1%～1%的多聚磷酸作為催化劑加速其與瀝青反應(yīng) [5]。

圖1 RET改性劑顆粒

Fig.1 RET modifier particles

RET改性瀝青的制備工藝為：

a）充分加熱溶解基質(zhì)瀝青，使其溫度達(dá)到175～185 ℃左右，將RET改性劑以10 g/min的速度加入到基質(zhì)瀝青中;

b）持續(xù)勻速攪拌約40～60 min，確保RET在瀝青中完全溶解;

c）待RET全部溶解于瀝青中，且瀝青溫度達(dá)到160～165 ℃左右，加入催化劑多聚磷酸攪拌30 min即可。

3 改性瀝青技術(shù)性能研究

為分析研究不同種類改性瀝青混合料的路用性能，加拿大交通運(yùn)輸部在安大略省蒂明思地區(qū)的655號高速公路部分路段鋪設(shè)試驗(yàn)段[6]。分別采用車轍因子、臨界溫度、粘度、針入度及老化前后瀝青混合料的殘留值和質(zhì)量損失等技術(shù)摻量分別對RET改性瀝青、SBS改性瀝青、氧化后的SBS改性瀝青、SBS復(fù)配多聚磷酸改性瀝青、多聚磷酸改性瀝青等不同種類改性瀝青混合料的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能及抗老化性能進(jìn)行了評價(jià)分析。

3.1 高溫穩(wěn)定性

加拿大皇后大學(xué)交通運(yùn)輸系對不同種類改性瀝青膠漿分別進(jìn)行了室內(nèi)Superpave性能分析試驗(yàn)和瀝青粘度試驗(yàn)，試驗(yàn)采用PG分級為64-36型瀝青作為基質(zhì)瀝青，其試驗(yàn)結(jié)果如表2、3所示。

從表2的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，不同種類改性瀝青的Superpave性能指標(biāo)存在明顯差異，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：①對比表2中試驗(yàn)2、3的結(jié)果可以看出：通過加氧氧化的方法能夠使得SBS改性瀝青車轍因子、臨界溫度提高1.3倍，這是因?yàn)檠趸疭BS改性瀝青能夠使其軟化點(diǎn)提高，溫度敏感性降低，從而提高其高溫抗車轍能力;②加入少量的PPA對瀝青高溫性能改善效果不顯著，可以通過PPA與SBS復(fù)配改性的方法提高瀝青的車轍因子和臨界溫度。

表2 不同種類改性瀝青膠漿Superpave性能分析試驗(yàn)結(jié)果

Table 2 Superpave performance analysis results of different types of asphalt

對比表2中試驗(yàn)2、4的結(jié)果可以看出：對瀝青進(jìn)行復(fù)配改性的改善效果明顯，其高溫性能明顯優(yōu)于通常摻量下的SBS改性瀝青;③對比表2中試驗(yàn)1、2的結(jié)果可以看出：較SBS改性瀝青而言，采用PPA催化改性RET改性瀝青的方法使其車轍因子提高了1.2倍，臨界溫度提高了1.3倍。由此可見，RET改性劑對瀝青的高溫性能有明顯的改善效果，能夠顯著提高瀝青的車轍因子和臨界溫度值。

表3 不同種類改性瀝青粘度分析試驗(yàn)結(jié)果表

Table 3 Viscosity analysis test results of different types of modified asphalt

從表3的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，不同種類改性瀝青的粘度和針入度值存在明顯差異，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

①PPA復(fù)配SBS得到的復(fù)配改性瀝青，其粘度值最大，針入度值最小。這是因?yàn)镻PA本身就是一種白色粘稠狀液體，作為常用的瀝青化學(xué)改性劑，它能夠與瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變?yōu)r青的分子形式，使得瀝青稠度和硬度增加，粘度增大。通常情況下，瀝青粘度反映了瀝青的高溫穩(wěn)定性，一定范圍內(nèi)粘度越高，瀝青的高溫穩(wěn)定性能越好。然而粘度過大并不利于改性瀝青的生產(chǎn)、運(yùn)輸、攪拌。同時(shí)，通過PPA復(fù)配改性SBS的方法增加了瀝青的硬度，使其針入度值減小;

②PPA改性瀝青的粘度值最小，針入度值最大?？梢姄搅枯^少的PPA對基質(zhì)瀝青粘度和硬度的改善效果并不明顯，不足以大范圍改變?yōu)r青的分子結(jié)構(gòu)或官能團(tuán);

③PPA催化改性RET改性瀝青的粘度值和針入度值均介于加氧氧化的SBS改性瀝青和未加氧氧化的SBS改性瀝青之間。由此可見，雖然RET改性劑能夠與瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變?yōu)r青的分子結(jié)構(gòu)，但是RET對瀝青的粘度影響并不顯著。

因此，RET是一種既能改善瀝青高溫性能，又能便于投入實(shí)際生產(chǎn)的一種性能良好的瀝青化學(xué)改性劑。

3.2 低溫抗裂性

該試驗(yàn)運(yùn)用SHRP試驗(yàn)方法中的彎曲梁流變儀（BBR）分別對以上幾種改性瀝青的RTOF/PAV殘留物的PG分級和質(zhì)量損失進(jìn)行了對比研究，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 不同種類改性瀝青BBR試驗(yàn)結(jié)果表

Table 4 Different types of modified asphalt BBR test results

從表4的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，不同種類改性瀝青在經(jīng)過RTOF老化、PAV老化后低溫性能指標(biāo)存在明顯差異，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

①加氧氧化的SBS改性瀝青，其老化前后的低溫PG分級溫度最低，低溫性能最好，但其老化后質(zhì)量損失相對于其他幾種改性瀝青最大;

②PPA復(fù)配SBS改性瀝青的老化前后低溫PG分級溫度變化最小，其老化后質(zhì)量損失相對于其他幾種改性瀝青也最小，這是因?yàn)镻PA能夠改善瀝青的抗老化能力，從而提高瀝青老化前后的、性能質(zhì)量保留率 [7];

③單摻PPA改性劑對基質(zhì)瀝青的低溫性能改善效果并不明顯，但由于PPA對抗老化性能的作用，其老化前后的低溫PG分級溫度變化不大，質(zhì)量損失率也相對較小。通過對比表4中試驗(yàn)4、5的結(jié)果可以看出， 可以采用PPA復(fù)配SBS的改性方法彌補(bǔ)多聚磷酸對瀝青低溫性能所產(chǎn)生的負(fù)面影響;

④通過對比表4中試驗(yàn)1、2的結(jié)果可以看出：PPA催化改性的RET改性瀝青與通常摻量下的SBS改性瀝青老化前后的低溫PG分級溫度基本相當(dāng)，老化前后的質(zhì)量損失也基本相同。

這說明，采用PPA催化改性RET改性瀝青的低溫抗裂性能夠達(dá)到SBS改性瀝青的要求，RET化學(xué)改性劑對瀝青的低溫性能改善效果與聚合物改性劑SBS基本一致。

4 結(jié) 論

瀝青化學(xué)改性劑的大量推廣應(yīng)用能夠彌補(bǔ)聚合物改性劑的各種缺陷，是改性瀝青發(fā)展的必然趨勢。RET作為一種新型的瀝青化學(xué)改性劑，能夠明顯改善瀝青的高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性，同時(shí)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。RET改性劑雖然在美國、秘魯、烏克蘭、墨西哥等國家的不同路段、不同路面形式中，如重載超載路面、機(jī)場道路及橋面鋪裝路面等，都得到了廣泛應(yīng)用并取得了良好的使用效果。但是，RET改性劑在國內(nèi)還鮮有使用，我國對RET改性劑的研究還處于初級階段。因此，對RET改性劑技術(shù)性能的研究和探索不僅能改善我國瀝青混凝土路面的路用性能，延長瀝青路面的使用壽命，還能夠拓寬國內(nèi)的改性瀝青市場，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

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