聚乙二醇/膨脹石墨改性瀝青感溫性研究

張峻豪

(重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074)

1 引言

瀝青的性能與溫度和荷載作用時間有著密切的關(guān)系，在保證荷載及荷載作用時間一定的情況下，溫度因素成為最主要制約因素。通常南方夏天的氣溫達到30℃以上，非常容易產(chǎn)生變形，長時間的累積之后，就會使路面產(chǎn)生車轍、泛油、裂縫等，縮短瀝青路面的使用壽命，并降低其使用性能。相變材料是指溫度的升高降低而使其通過相的轉(zhuǎn)變特性而達到潛熱效果的物質(zhì)。物相轉(zhuǎn)變的過程稱為相變過程，相變材料可以吸收或放出大量的熱。根據(jù)相變吸熱的理論，利用相變材料在物相轉(zhuǎn)變吸熱的特性，在瀝青中摻入相變材料對瀝青進行改性從而對瀝青的溫度進行調(diào)節(jié)，進而達到改善瀝青性能的目的。

2 研究現(xiàn)狀

自20世紀90年代以來，應(yīng)用于道路路面施工的改性瀝青開始飛速發(fā)展壯大，使用量逐年增加，2008年為2.47Mt，2009年為2.75Mt，2010年達到4.60Mt，其后也一直呈現(xiàn)遞增狀態(tài)。根據(jù)材料的方面來，改性瀝青就是使其本來的性質(zhì)保持原樣的情況下，使用化學、物理方法，加入一些具有不同功效的材料，這些不同功效的材料使得瀝青在保持其原有分子結(jié)構(gòu)不使其產(chǎn)生化學反應(yīng)，以改善瀝青性能和增加一些新的作用。縱觀國內(nèi)改性瀝青的研究與應(yīng)用情況，改性瀝青通常具有如下幾個特點：高溫穩(wěn)定性較好、彈性、韌性好，抗車轍能力好、改善水穩(wěn)定性、使用壽命長。近幾年來的研究也表明，將熱塑性彈性體、樹脂、環(huán)氧樹脂、玻璃纖維、納米材料等改性劑通過物理、化學的方法加入到瀝青中，可以顯著改善瀝青混合料的低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性、抗老化等性能。

3 材料制備

本次試驗將聚乙二醇與膨脹石墨體積比1：3、1：6、1：9三組配比(膨脹石墨密度太小不易稱量)，配制出聚乙二醇/膨脹石墨相變材料。

先用電子天平準確稱取5.08g聚乙二醇(4ml)，將其加熱到熔融狀態(tài)，然后用量筒稱取12ml膨脹石墨倒入熔融狀態(tài)的聚乙二醇中，維持溫度在80℃，攪拌20min，使其充分混合，制備出體積比為1：3的聚乙二醇/膨脹石墨相變材料。

再用量筒稱取24ml、36ml膨脹石墨和5.08g聚乙二醇(4ml)以同樣的方法制備出體積比為1：6、1：9的聚乙二醇/膨脹石墨相變材料。

將基質(zhì)瀝青加熱并控制到160℃，將制備好的體積比為1：9的聚乙二醇/膨脹石墨相變材料按比例多次投入到已經(jīng)加熱好的基質(zhì)瀝青中，維持溫度在155℃到165℃，低速攪拌20min，制得濃度為1%、2%、3%的聚乙二醇/膨脹石墨改性瀝青。

4 降溫性能研究

將基質(zhì)瀝青與制備好的聚乙二醇/膨脹石墨摻量為1%、2%、3%的改性瀝青分別澆注到紙杯里，高度均為5cm，紙杯底標上序號以便識別，然后傳感器的接頭插入試樣高度的一半。

室外試驗要求天氣晴朗并氣溫達到30℃以上，將基質(zhì)瀝青及摻加不同比例的聚乙二醇/膨脹石墨改性瀝青置于能充分與陽光接觸的某處(樓頂為益)，打開溫度記錄儀傳感器開關(guān)，放置于此保持時間從上午12點到下午7點，試驗結(jié)束，記錄溫度傳感儀數(shù)據(jù)。

室內(nèi)采用500W的碘鎢燈作為光源模擬太陽輻射的方法測出聚乙二醇/膨脹石墨相變?yōu)r青的溫度敏感性。試驗中，試樣放置的位置要保證各個試樣受到的光照是一致的且放置在碘鎢燈下方50cm的位置，打開碘鎢燈照射2h，然后關(guān)閉并使試件自然冷卻，記錄此過程的溫度記錄儀數(shù)據(jù)。

5 結(jié)果分析

對改性瀝青進行室外降溫試驗，發(fā)現(xiàn)基質(zhì)瀝青及各摻量改性瀝青在16點30左右達到最高溫度且基質(zhì)瀝青>2%>1%>3%，升溫階段比較各摻量的升溫速率基質(zhì)瀝青>1%>2%>3%，可知聚乙二醇/膨脹石墨相變材料的添加可以降低瀝青的升溫速率；降溫階段比較各摻量的降溫速率，1%>基質(zhì)瀝青>2%>3%，知相變材料的摻加對其降溫也有一定的效果。摻量為3%的改性瀝青降溫效果最好，與基質(zhì)瀝青相比最大溫差達到8.8度，降溫效果明顯。

對改性瀝青進行室內(nèi)試驗，發(fā)現(xiàn)基質(zhì)瀝青及各摻量改性瀝青在升溫過程中，比較升溫速率基質(zhì)瀝青>1%>2%>3%，且能達到的最高溫度為基質(zhì)瀝青>1%>2%>3%，且基質(zhì)瀝青與摻入相變材料達到的最高溫度差值很明顯，這說明相變材料的摻加達到改善瀝青溫度敏感性的目的。3%摻量的改性瀝青降溫效果最好，相比于基質(zhì)瀝青下降7.2度，下降得比較明顯。

6 結(jié)語

通過對樣品進行室外降溫試驗，得出瀝青在升溫和降溫的過程中，因為摻入聚乙二醇/膨脹石墨復(fù)合相變材料，達到了改善瀝青溫度敏感性的目的。摻量為2%的改性瀝青降溫效果最好，與基質(zhì)瀝青相比最大溫差達到8.8度，降溫效果明顯。通過對樣品進行室內(nèi)試驗，說明相變材料的摻加達到改善瀝青溫度敏感性的目的，降低升溫速率和溫度最大值。3%摻量的改性瀝青降溫效果最好，相比于基質(zhì)瀝青下降7.2度，下降得比較明顯。