多聚磷酸改性沥青的研究

摘要：以沥青三大指标来确定多聚磷酸（简称PPA）改性剂的最佳掺量。实验表明，PPA在最佳掺量下，PPA改性沥青混合料的高温稳定性显著提高，低温抗裂性稍有增加，水稳定性增强。

关键字：多聚磷酸 最佳掺量 路用性能

中图分类号：U414文献标志码：A

一、 前言

PPA作为一种沥青的化学改性剂在国外得到了一定的研究，与其它改性剂相比，PPA对沥青具有优良的改性效果，并且不影响沥青的低温性能。国外研究人员将PPA与某些高聚物进行复配的改性沥青具有优良的高低温性能、抗老化性以及热稳定性。由于PPA是粘稠状液体，因此在制备改性沥青的时候不需要特殊的加工设备，而且对制备温度也没有特别的要求，工艺简单。另一方面，PPA改性沥青的价格也便宜，据研究，PPA改性沥青的价格仅为SBS改性沥青的20%～25%，但是混合料性能却可以达到SBS的60%～70%，由此看出，PPA改性沥青的性价比相当高。

二、实验及结果分析

2.1 原材料

基质沥青：AH-70，中海石油公司泰州炼油厂；聚合度为4的PPA；此外还有石灰岩碎石、机制砂、矿粉，其各项指标都符合《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004要求。

2.2 PPA改性沥青的制备工艺

PPA易溶于有机物，而且具有熔点低的特点，所以本文采用的混合工艺为直接搅拌混合法。利用PPA低熔点的特征，将脱水后沥青升温至130-150℃，将改性剂PPA直接加入熔融的沥青中，保持沥青温度在130-150℃充分搅拌5-10分钟，使得PPA能比较均匀的分布在沥青中，也可使用高速剪切仪来搅拌沥青。

2.3 PPA的最佳掺量

向基质沥青掺入不同掺量（0%、1%、1.5%、2%、3%、6%、9%）的PPA（此掺量为质量比），共7组试件。按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011），对这7组试件进行沥青三大指标测试。三大指标结果如表1所示。

表1 不同掺量PPA改性沥青三大指标

从表1可以得出：

1）随着PPA掺量的增加，沥青的针入度先减小后增大，沥青的粘度变高，是因为沥青本身相对分子质量较大，在加入PPA后，内部结构发生变化，沥青质含量增加，明显凝胶化所致，当PPA掺量等于3%时，其针入度达到最小值。

2） 当PPA掺量小于6%左右时，沥青的软化点都得到了提高，沥青的高温性能得到了改善。在试验掺量范围内，沥青的软化点先增大后减小，在PPA掺量等于2%时，达到最大值。PPA加入能够明显提高沥青的软化点，关于机理目前还未定论，普遍认为PPA的加入变了沥青质在沥青中的分布状态，并且沥青中的分芳香组分在PPA的作用下转变为沥青质加了沥青质的含量，从而提高了软化点，但是PPA过多的增加会使沥青过分凝胶化，从而又使得软化点下降。

3）沥青掺加PPA后，使得沥青质凝胶化，延度都不同程度的较小了，在掺量较小时，减小量较小而且较为平稳，当掺量较大时，延度大幅度的降低，而且下降速度很快。

综合沥青三大指标与PPA掺量的关系，确定PPA的最佳掺量为2%，在此掺量下，沥青的针入度有所降低，软化点显著提高，延度稍有下降。

三、混合料的路用性能

本文采用AC-16密集配混合料类型，根据 《公路沥青路面施工技术规范》 对PPA改性沥青和基质沥青混合料进行配合比设计，两者矿料级配皆为规范中所规定的级配中值，试验得出其最佳油石比分别为4.5%与4.3%。在相同级配和各自最佳油石比下，比较两种混合料的路用性能。

3.1高温稳定性

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》测得PPA改性沥青混合料及基质沥青混合料在最佳油石比下的条件下，60℃的稳定度和车辙试验，结果如下表2所示。

表2 混合料的高温稳定性试验结果

由表2可知， PPA改性沥青混合料的高温稳定性较基质沥青混合料明显提高，动稳定度增加一倍多。

3.2低温抗裂性

把轮辙成型的试件切成30mm×35mm×250mm的小梁进行低温弯曲试验，跨径为200mm，试验温度为0℃ 、-5℃、-10℃ 、-15℃ 、-20℃5种温度，加载速率为50 mm/min，采用路面材料试验机。在环境保温箱中对试件进行保温至少6h。PPA改性沥青与基质沥青混合料破坏时的抗弯拉强度、弯拉应变和弯曲劲度模量与温度的关系曲线如表3所示。

表3 低温弯曲试验结果

从表3得出：在低温下，混合料的抗拉强度温度的升高而增大，到-5℃后有开始降低，弯拉应变不断增大，说明随着温度的增加，混合料的韧性增强。弯曲劲度模量随着温度的升高而变小。PPA改性沥青混合料较基质沥青混合料的抗弯拉强度有所增加，PPA的加入提高了混合料的低温抗裂性。

3.3水稳定性

对改性APP改性沥青混合料和基质沥青混合料进行冻融劈裂试验，结果列于表4所示。

表4 冻融劈裂试验结果

从表4可以看出，PPA改性沥青混合料的水稳定性要好于基质沥青混合料。

四、 结语

（1）PPA改性沥青中PPA掺量较低，经试验研究所得，PPA的最佳掺量为2%，而一般聚合物改性沥青的改性剂掺量都5%左右，从而可以节约成本，降低造价。

（2）PPA在最佳掺量下，沥青针入度和延度有所下降，软化点显著提高，混合料的高温稳定性显著提高，低温抗裂性有所增加，水稳定性增强。

参考论文

[1] 黄维蓉.沥青及沥青混合料试验指导书[M]，重庆：重庆交通大学出版社，2006.

[2] 沈金安．改性沥青与SMA路面[M].北京：人民交通出版社，1999.

[3] 付立强，汪子灵.PPA改性沥青的性能研究[J]，公路交通科技,2008

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[5] 黄维蓉.纳米层状硅酸盐改性沥青混合料路用性能研究[J]．重庆交通大学学报，2009.

作者简介：唐亭亭（1989-），女，硕士研究生，研究方向为高性能筑路材料