多聚磷酸改性沥青性能研究

来源：核心期刊咨询网时间：2022-01-26 14:2112

摘要：摘要：文章为了研究多聚磷酸(PPA)对基质沥青性能的影响，制备了不同掺量(沥青质量百分比分别0、0.4%、0.8%、1.2%)的PPA改性沥青，通过针入度、延度、软化点、黏度、针入度指数以及DSR流变试验、热重试验等分析，研究了不同掺量下PPA改性沥青性能的变化。结果表明：添加

　　摘要：文章为了研究多聚磷酸(PPA)对基质沥青性能的影响，制备了不同掺量(沥青质量百分比分别0、0.4%、0.8%、1.2%)的PPA改性沥青，通过针入度、延度、软化点、黏度、针入度指数以及DSR流变试验、热重试验等分析，研究了不同掺量下PPA改性沥青性能的变化。结果表明：添加PPA后，沥青的针入度降低，软化点增大，黏度增大，G增大，δ降低，说明PPA的加入使沥青变硬，提高了耐高温性能，且沥青的流变特性显著提高。同时，针入度指数PI随掺量增大而增大，说明PPA改性沥青的温度敏感性减弱。TG分析进一步表明，加入PPA后，沥青的热稳定性得到了提高，但10 ℃延度降低，说明过量的PPA对低温抗裂性能不利。

　　关键词：道路工程;多聚磷酸;沥青;性能;流变性;热分析

　　0 引言

　　沥青作为目前公路尤其是高等级公路使用最广泛的结合料，其使用性能一直受到广泛关注。但在高交通荷载与恶劣天气条件下，沥青路面会出现严重的功能损伤。如路面在寒冷季节由于温度下降而收缩，引起沥青刚度(模量)增大并伴随开裂;高温条件下沥青流变性能降低，则会导致车辙病害产生。为了预防或减轻沥青混合料在路面上的病害，道路工作者采用了多种方法来改善沥青结合料和沥青混合料的性能，不同类型的聚合物改性剂在改善沥青混合料路用性能方面得到了广泛应用，其中，多聚磷酸(PPA)逐渐引起了研究者的关注[1-2]。

　　相关研究显示，PPA具有成本低、合成工艺简单等优势，且对沥青相关性能具有的一定改善作用，如可改善基质沥青温度敏感性、高温稳定性、抗老化性能等[3-5]：Baldino等通过动态剪切流变(DSR)试验发现PPA可以提高沥青的高温性能[6];Liu等研究了四种基质沥青和PPA改性沥青的短期抗老化性能，结果表明改性沥青具有较高的失效温度、相位角、G/sinδ和零剪切黏度，表明改性沥青具有较好的抗老化性能[7]。然而，也有研究对PPA改性沥青的低温性能和具体作用机理存在不同的看法：Baldino等研究发现，在沥青中掺入PPA后，玻璃化转变温度降低，沥青的刚度增大从而改善了低温性能[8];而曹晓娟等得出了与之相矛盾的结论，认为掺入PPA会降低其低温性能[9]。

　　综合上述研究可知，虽然PPA在经济性方面具有优势，但在具体性能改性及改性机理方面仍有待深入研究，因此有必要进行更详细的研究和分析。本研究拟制备不同PPA掺量(0、0.4%、0.8%、1.2%)的PPA改性沥青，通过对制备工艺、掺量等进行优化，确保PPA改性沥青性能稳定，从而更准确地分析PPA对沥青改性的机理。多聚磷酸改性沥青性能研究/李建煜[=JP2]1 原材料和方法

　　1.1 原材料

　　采用中石化东海90#基质沥青为原材料，其基本性能指标如表1所示。PPA采用某化工公司产品，并利用其对基质沥青进行改性。

　　1.2 PPA改性沥青制备

　　采用四种不同掺量PPA对基质沥青进行改性，以占沥青质量百分比计，掺量分别为0、0.4%、0.8%、1.2%。制备工艺为：加热基质沥青至150 ℃左右以确保沥青处于流动状态，慢速加入PPA后，采用高剪切搅拌机以1 000 r/min转速并保持在160 ℃条件下搅拌40 min。

　　1.3 测试指标

　　分别测定基质沥青和PPA改性沥青的针入度、软化点、延度和黏度。采用动态剪切流变(DSR)测试沥青流变特性，测试样品以10 rad/s的频率从46 ℃到76 ℃进行扫描测试。为了解PPA改性沥青老化性能变化，采用沥青薄膜烘箱试验(TFOT)模拟沥青短期老化。为分析PPA对沥青热性能的影响，采用同步热分析仪测定沥青热重(TG)曲线。沥青试样约为10 mg，采用空气气氛，测量样品随温度变化的质量损失曲线。

　　2 常规指标分析

　　2.1 针入度

　　采用针入度试验评价改性后沥青的稠度，沥青针入度越大，表明沥青稠度越小。图1显示了不同PPA摻量下改性沥青的针入度。针入度随PPA掺量的增加呈线性降低，表明沥青的刚度和稠度增加。

　　软化点表示沥青抵抗高温变形的能力，不同PPA掺量下沥青的软化点如图2所示。从图2可以看出，PPA改性沥青的软化点随着PPA掺量的增加而增大。当添加1.2%PPA时，软化点从46.3 ℃提高到58.0 ℃，说明PPA对沥青具有硬化作用。这可能是由于沥青结构由溶胶结构向凝胶结构转变有关，这与前述针入度减小的结果相一致，表明PPA的加入提高了沥青的高温稳定性。

　　2.3 延度

　　延度试验可反映沥青在不断裂情况下的拉伸能力，不同PPA掺量下沥青的延度试验结果如图3所示。从图3可知，添加0.4%PPA后，沥青在10 ℃时的延度从113.6 cm急剧下降到22.2 cm，表明PPA不利于沥青的低温抗裂性能。结果表明，沥青中PPA添加量越大，其低温变形能力越差。但PPA掺量从0.4%增大到1.2%时延度下降幅度较小，表明可能存在PPA阈值，当PPA小于此阈值时对沥青延度影响显著，而当超过此阈值后对沥青延度的影响较小。

　　2.5 针入度指数(PI)

　　PI被广泛用于描述沥青的温度敏感性，针入度指数PI越大，沥青的温度敏感性越小。对PPA改性沥青进行不同温度(15 ℃、25 ℃、30 ℃)针入度测试。根据测试结果，绘制lgP(针入度)与温度(T)的关系曲线，得到线性回归方程，结合规范公式计算针入度指数PI值。沥青的PI值随PPA掺量变化趋势如图5所示。

　　由图5可知，改性沥青的PI值随着PPA掺量的增加而增加，说明PPA降低了沥青的温度敏感性，也表明PPA改性沥青随PPA掺量增加，胶体结构掺量由溶胶型向凝胶型转变。

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