PPA、SBR--多聚磷酸与丁苯橡胶复配改性沥青的性能
多聚磷酸对不同沥青的改性及改性机理研究
Ｍｏ ｄ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｉ ｔ ｓ Ｍ ｅ ｃ ｈａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ Ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ Ａｓ ｐｈ ａ ｌ ｔ ｓ ｂ ｙ Ｐ０ ｌ ｙ ｐｈ Ｏ ｓ ｐ ｈ ｏ ｒ ｉ ｃ Ａｃ ｉ ｄ
ＺＨＡＮＧ Ｈｅ ｎ ｇ — ｌ ｏ ｎ ｇ ， ＳＨＩ Ｃ ａ ｉ － ｊ ｕ ｎ ， ｙＵ Ｊ ｉ ａ ｎ — ｙ ｉ ｎ ｇ ， ＳＨＥＮ Ｊｕ — ｎ ａ ｎ 。
数模 量增 大 ， 相 位 角减 小 ， 车 辙 因 子 明显 增 加 ． 与 ＴＺ 一 ７ ０相 比 ， Ｐ ＰＡ 对 Ｓ Ｋ一 ９ ０物 理 性 能 和 流 变 性 能
的 改善 更为 明显． Ｐ Ｐ Ａ 的加 入提 高 了沥 青 的热 稳 定性 ． 与 Ｓ Ｋ 一 ９ Ｏ相 比 ， Ｐ Ｐ Ａ对 Ｔ Ｚ 一 ７ Ｏ热 稳 定 性 的 改善 更 为明显 ． Ｐ Ｐ Ａ 的加入 促进 了沥青 胶 质 向 沥青 质 的转 化 ， 使 得 沥 青 中 的 分 散 相 出现 明 显 的 缔
合， 从 而提 高 了沥青 的 刚性 ， 改善 了沥青 的物 理性 能和 流 变性 能． 关 键 词 ：道路 工程 ；多聚磷 酸 ；沥青 ；改性机 理 ； 流 变性 能 ；原 子力 显微镜
中图 分类 号 ： Ｕ４ １ ４ ． ０ １ 文献标 志码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７ — ９ ６ ２ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ １ ３
多 聚 磷 酸 对 不 同 沥 青 的 改 性 及 改 性 机 理 研 究
张 恒 龙 ， 史才 军 ， 余 剑 英 ， 沈 菊 男。
（ １ ． 湖南 大学 土木 ｉ程 学 院 ，湖南 长 沙 ４ １ ０ ０ ８ ２ ；
PPA掺量对多聚磷酸改性沥青性能的影响
性沥青进行红外光谱试验ꎬ对得到的红外光谱图进
( Ｓ ＝ Ｏ) 附近生成新的特征峰ꎬ表明当基质沥青加
采用 Ｔｈｅｒｍｏ Ｎｉｃｏｌｅｔ 红外光谱仪对多聚磷酸改
行定性分析ꎬ探讨 ＰＰＡ 掺量对多聚磷酸改性沥青
特征峰以及官能团的影响.ＰＰＡ 掺量多聚磷酸改性
沥青宏观技术性能的影响结果如图 １ 所示. 由图 １
可知:随着 ＰＰＡ 掺量的增加ꎬ多聚磷酸改性沥青针
入度逐渐降低ꎻ多聚磷酸改性沥青软化点明显升
扫描次数 ３２ 次ꎬ最小分辨率 ０.０１９ ｃｍ .具体操作
高ꎬ多聚磷酸掺量越大ꎬ软化点提高越明显ꎻ多聚磷
设定的试 验 参 数 进 行 红 外 光 谱 扫 描ꎬ 操 作 简 单ꎬ
性能( 针入度、软化点、延度、黏度) 的影响ꎬ并采用
红外光谱技术揭示多聚磷酸改性沥青改性机理.
１ 原材料及试验方法
１.１ 基质沥青
本文主要选用镇海 ９０＃基质沥青作为原材料
收稿日期: ２０２０￣０３￣２５
基金项目: 长江学者和创新团队发展计划滚动资助( ＩＲＴ＿１５Ｒ２９)
作者简介: 窦谦培(１９９８￣) ꎬ男ꎬ陕西西安人ꎬ本科生.
青的改性已逐渐引起国内外学者的关注ꎬ大多认为
文献标志码:Ａ
制备多聚磷酸改性沥青ꎬ其主要技术指标见表 １.
表 １ 基质沥青技术指标
多聚磷酸在进行改性的过程中与沥青中的活性基
分类
测试项目
结果
团发生了化学反应ꎬ打破了沥青中的沥青质ꎬ增强
基本技术指标
针入度(２５ ℃ ꎬ１００ ｇꎬ５ ｓ) / ０.１ ｍｍ
备多聚磷酸改性沥青的原材料ꎬ其主要技术指标见
对于多聚磷酸与基质沥青改性过程中的反应类型
表 ２.
丁苯胶乳改性沥青性能分析
表 2 丁苯胶乳改性胜利道路沥青质量检测结果
利用直接混溶法即：搅拌机生产改性沥青。20 世纪 80 年代后期沥
青混和磨成功的应用于改性沥青生产，目前已经成为利用高剪切力
制造改性沥青的主要设备。其方法是：基础沥青 + 粉胶 - 混合罐 -
高剪切混炼器 - 成品罐；如果没有剪切设备，橡胶类改性沥青的制
造比较困难。采用高速剪切法生产改性沥青，一般需要经过聚合物
在发育过程中继续搅拌。剪切很细的改性剂颗粒增加与沥青的接触
T1.2 与未改性的普通胜利沥青相比，丁苯胶乳改性胜利沥青的
面促进沥青与聚合物的溶解。这种生产改性沥青的方法是目前较为 T1.2 明显降低，而且随 SBR 胶乳剂量的增加，T1.2 不断降低，说明
先进的生产方法，也是生产 SBR 改性沥青的一种节能高效的方 丁苯胶乳改性胜利沥青能使沥青的低温抗裂性能得到明显的改善。
法。
对不同胶乳含量的改性沥青进行了其他品质试验，结果见表 2。
1.3 母料法
2.4 胶乳含量与延度的关系
母料的制作方法有两种：一是直接混溶法；二是溶剂法。具有工
由表 2 中可见，当 25℃延度时，延伸度随着胶乳含量的增加而
业使用价值的改性沥青母料有两类即 SBR 改性沥青和 SBS 改性沥 加长。特别是低温时的延度结果，4%的胶乳含量延度是 3%胶乳含
除乳液法外其他上述三种改性沥青生产方法中sbr改性沥青生产一艺流程中均存在橡胶的压片切粒等造粒环节而使用粉末丁苯橡胶psbr不但满足上述三种改性沥青生产也避免了橡胶造粒环节更加适宜改性沥青生产
·244·
工程科技
丁苯胶乳改性沥青性能分析
杜光涛
（黑龙江省龙建路桥第二工程有限公司，黑龙江 安达 151400） 摘 要：就我国现行的改性沥青混合料技术来看，存在的问题比较多，即改性掺配工艺上的困难，设备上的不完备，施工工艺上复杂 性，或者改性剂价格的昂贵，性能评定上的不完善或者推广方面的问题以及没有施工技术标准，使这一技术未能形成工业化生产能力。用 丁苯胶乳改性胜利 100 号沥青，其目的是解决上述问题。 关键词：丁苯胶乳；改性沥青；性能分析
PPA 对聚合物改性沥青及其混合料技术性能的影响
PPA 对聚合物改性沥青及其混合料技术性能的影响侯晓晶【摘要】研究了 PPA 对聚合物改性沥青（SBR、SBS）储存稳定性的影响，并基于车辙试验、低温弯曲试验、冻融劈裂试验、APA 疲劳试验研究了 PPA 对聚合物改性沥青混合料综合路用性能的影响。
试验结果表明，在不影响聚合物改性沥青混合料低温抗裂性、水稳定性和疲劳性能的同时，加入0．75％～1％PPA 可以提升聚合物改性沥青的高温稳定性，减少 SBS 改性剂的掺量，PPA 对聚合物改性沥青混合料的疲劳性能有较大的改善作用。
%This article studied the effects of PPA on polymer modified bitumen (SBR,SBS)stor-age stability,and based on the rutting test,low temperature bending test,freeze-thaw splitting test,APA fatigue test to study the Comprehensive road performance of Polymer modified asphalt mixture.The results showed that:to join the 0.5% ~0.75% PPA ,without affecting the polymer modified asphalt mixture at low temperature cracking resistance,water stability and fatigue performance,while adding 0.75% ~1 %PPA can improve the high temperature stability of the polymer modified asphalt,reduce dosage SBS mod-ifier,PPA on the fatigue properties of the polymer modified asphalt mixture has a greater improvement.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2016(041)001【总页数】5页(P221-224,250)【关键词】多聚磷酸;复合改性沥青混合料;储存稳定性;路用性能【作者】侯晓晶【作者单位】西安铁路职业技术学院，陕西西安 710600【正文语种】中文【中图分类】U414.1对于目前聚合物改性沥青存在的种种问题，各国的研究人员都在寻求更好的改性剂，研究人员希望化学改性剂能与沥青之间发生化学反应，而不是简单的物理共混，这样沥青与改性剂之间能形成稳定的化学键、化学集团联接，改变沥青胶体结构，从而可以全面提升沥青的化学稳定性和抗老化性能。
多聚磷酸与SBR复合改性沥青混合料性能及改性机理
［摘 要 ］通 过 对 多 聚 磷 酸 与 ＳＢＲ 复合 改 性 沥 青 混 合 料 性 能 的 系 统 研 究 ，基 于 宽 温 域 沥 青 混 合 料 的 高 低 温 和
抗 老 化 性 能 特 殊 要 求 ，确 定 了多 聚磷 酸 与 ＳＢＲ适 宜 的 掺 配 比例 ，系 统评 价 了 复合 改 性 沥青 混合 料 的 路 用 性 能 ，揭示
Ｚ Ｈ ＡＮ Ｇ Ｔａｏ ， ＬＩ Ｄ ｏｎｇｘｉｎｇ
（１．Ｈｅｂｅｉ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｔｒａｃｋ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ，Ｈｅｂｅｉ ０５００９ １，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｚｈｏｎｇｔｉａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ Ｃｏ．Ｌｔｄ．Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ，Ｈｅｂｅｉ ０５００９１，Ｃｈｉｎａ）
差 等恶劣 环境 条件 下沥青 路 面 的耐久 性一 直是 道路 工作 者研 究 的热点 问题 。．国内外 大量 研究 和实 践表 明 ，ＳＢＲ改性 剂在 改善 沥青 混合 料 的低 温抗裂 性 、抗 疲 劳性 能等 表现 出巨 大的优 势 ，但其 高温 性能 稍差 ， 考 虑到 我 国高速公 路 的 主要 破 坏 形 式 为 车辙 ，工 程 实 践 中多采 用 ＳＢＳ改 性 剂 。 ＰＰＡ 是 一 种 优 良 的化 学 改性 剂 ，其 能够 与 沥 青 发 生化 学 反 应 生 成 稳 定 的
了 多 聚 磷 酸 与 ＳＢＲ复 合 改 性 沥 青 的 机 理 。研 究 结 果 表 明 ：用 于 宽 温 域 沥 青 混合 料 的 多 聚 磷 酸 与 ＳＢＲ 复 合 改 性 沥
青 中 ，ＳＢＲ 的推 荐 掺 量 为 ３％ ～３．５％ ，多 聚磷 酸 的 推 荐 掺 量 为 １％ 一１．＿ ５％ ；ＳＢＲ与 多 聚 磷 酸 复 合 改 性 沥 青 可 大 幅
多聚磷酸改性沥青的路用性能研究
多聚磷酸改性沥青的路用性能研究摘要：将实验室自制的多聚磷酸加入基质沥青中制备多聚磷酸改性沥青，研究其路用性能。
最终确定多聚磷酸掺量为2.5%时，ppa 能有效降低沥青的温度敏感性，提高沥青的高温稳定性，并且由此得到的改性沥青具有较好的热储存稳定性。
少掺量（低于2.0 %）的多聚磷酸对沥青低温性能基本不产生影响，但掺量达2.5%时，ppa 使沥青在低温下变脆。
关键词：多聚磷酸；沥青；性能；掺量abstract: put the self-made polyphosphoric acid into asphalt preparation polyphosphoric acid modified asphalt, study on the performance of the road. the final determination of polyphosphoric acid content is 2.5%, the temperature sensitivity of ppa can effectively reduce the high temperature stability of asphalt, improve asphalt, and the resulting modified asphalt has good heat storage stability. small volume ( less than 2% ) of poly phosphoric acid on the low temperature performance of asphalt has little effect, but the content of 2.5%, ppa asphalt become brittle at low temperatures.key words: poly phosphoric acid; asphalt; performance; content中图分类号：u414 文献标识码：文章编号：0引言在道路路面的发展历程中，聚合物类改性沥青一直占据着主导地位，如热塑性橡胶类sbs、热塑性树脂类pe、热塑性树脂类pe和eva等改性沥青，而这些常用的改性沥青的改性剂多属于石油化工产品。
PPA复合改性沥青混合料抗紫外光与热老化性能研究
PPA复合改性沥青混合料抗紫外光与热老化性能研究郭洪欣;郭洪杰【摘要】为了提高SBS、SBR聚合物改性沥青混合料的抗热老化和紫外光老化性能,按照室内与高寒高海拔区热、紫外光辐射总量相等的原则进行室内多聚磷酸改性沥青及其混合料模拟老化试验,研究了多聚磷酸(PPA)及多聚磷酸与低剂量聚合物改性沥青抗热老化和紫外光老化性能.结果表明,PPA复合改性沥青的5℃延度随热老化和紫外光老化时间延长而减小,热老化5 h后延度趋于稳定,紫外光老化12 h 后延度趋于稳定;抗车辙因子和软化点随紫外光老化时间延长而增大.随着紫外光老化时间延长,改性沥青混合料的高温性能先提高后降低,低温抗裂、疲劳性能呈下降趋势,PPA对基质沥青和低剂量SBS、SBR改性沥青混合料的抗紫外光老化作用改善效果显著,PPA可作为高紫外光辐射区沥青路面抗老化剂使用.%In order to improve the thermal aging resistance and UV aging properties of SBS and SBR polymer modified asphalt mixture,polyphosphoric acid-modified asphalt and its mixture were mixed according to the principle of equal heat and ultraviolet radiation in indoor and alpine high altitude area. Aging simulation test was conducted to study the thermal aging resistance and UV aging properties of polyphosphoric acid(PPA),polyphosphoric acid and low dose polymer modified asphalt. The results show that the 5 ℃ ductility of PPA composite modified asphalt decreases with the increase of heat aging and UV aging time,and the rutting factor and softening point increase with UV aging time. The ductility of PPA composite modified asphalt In stability,after 12 h UV aging ductility tends to be stable. With the aging of UV light,the high temperature properties of modified asphaltmixture firstly increased and then decreased,and the cracking resistance and fatigue properties at low temperature showed a decreasing trend. PPA had a significant effect on the anti-ultraviolet aging of matrix asphalt and low dose SBS and SBR modified asphalt mixture. PPA can be used as anti-aging agent for asphalt pavement in high ultraviolet radiation area.【期刊名称】《新型建筑材料》【年(卷),期】2018(045)003【总页数】6页(P108-113)【关键词】道路工程;多聚磷酸;多聚磷酸复合改性沥青混合料;热老化;紫外光老化【作者】郭洪欣;郭洪杰【作者单位】呼伦贝尔市公路管理局,内蒙古呼伦贝尔021008;内蒙古呼伦贝尔市公路勘测规划设计有限公司,内蒙古呼伦贝尔021008【正文语种】中文【中图分类】TU5350 引言近年来，以多聚磷酸（PPA）为代表的化学改性剂由于其能够与基质沥青、低剂量聚合物改性沥青、橡胶改性沥青等发生化学反应，具有热储存稳定性好、改性工艺简单、价格低廉，可显著改善沥青混合料的温度敏感性、提高沥青路面对重载交通的适应能力、抗车辙和抗疲劳破坏性能优良等技术优势，化学改性剂PPA及PPA 复合改性沥青混合料越来越受到学术界和工程界道路工作者的重视，PPA改性技术已逐渐被大众所接受[1-3]。
多聚磷酸与SBR复配改性国产90号沥青的研究
项 软化点 / 针入度 ( 25 5 PI 粘韧性 / N 韧性 / N R T FO T 5 延度 / cm 7 84. 3 0. 03 m m 延度 / cm ) / mm 目 项 软化点 / 粘韧性 / N 韧性 / N
采用工艺 2 制备沥青的实验结果
SBR 4% S BR 5% S BR 6% S 0. 03% S 0. 04% 75. 5 8. 6 2. 9 75. 7 9. 1 3. 3
表7
项 目 m m 粘韧性 / N 韧性 / N
针入度比 , % 质量损失 , %
表 5 不同 SBR 和交联剂的量对实验结果的影响
项 软化点 / 粘韧性 / N 韧性 / N m m 目 SBR 4% S BR 5% SBR 6%
其它增韧效果对比
SBR 3% + SIS 1. 5% 7. 7 1. 5
由表4可以看出即使使用少量的硫磺作交联剂沥青的粘韧性和韧性也得到明显提高但低温延度损失很大增塑剂的抗老化作用已无法体现若增加增塑剂的用量势必又会降低沥青的粘韧性韧性软化点而且由于较多量的sbr被交联剂所交联在很大程度上限制了sbr分子之间的滑动即使增大增塑剂的用量低温延度并不能得到明显改善因此综合考虑沥青的高低温性能粘韧性和韧性增塑剂与交联剂不宜同时使用
表 1 不同多聚 磷酸加入量的实验结果
项 软化点 / 针入度 ( 25 PI 5 延度 / cm ) / mm 目 0 48 80 - 0. 05 6. 4 多聚磷酸加入量 , % 1 61 43 1. 80 4. 3 2 76 33 3. 30 6. 7 3 91 29 3. 60 1. 4
性的要求 ( 2. 5 N 3. 3
表 3 增塑剂对沥青性能的影 响
项 目 数 73 )/mm 41. 3 2. 2 延度 / cm m m 200 5. 6 0. 7 据 软化点 / 针入度 ( 25 PI 5
多聚磷酸改性沥青低温性能研究
多聚磷酸改性沥青低温性能研究王慧峰【摘要】为研究多聚磷酸(PPA)改性沥青的低温性能,通过沥青弯曲蠕变劲度(BBR)试验,采用低温临界温度、蠕变劲度S和蠕变速率M评价了不同PPA掺量对PPA 改性沥青低温性能的影响,并同SBS改性沥青进行了对比.研究表明:PPA能够提高基质沥青的低温性能;PPA掺量越大,改性沥青的低温性能越好;低温临界温度反映的PPA掺量对PPA改性沥青性能的影响与蠕变劲度S和蠕变速率M所反映的规律相同;低温临界温度能弥补AASHTO分级区分度较低的问题,能更好地反应沥青的低温性能.【期刊名称】《山西交通科技》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】3页(P31-33)【关键词】PPA;改性沥青;低温性能;BBR;临界温度【作者】王慧峰【作者单位】山西省交通规划勘察设计院有限公司,山西太原 030012【正文语种】中文【中图分类】U414.75研究表明，PPA 能够有效地改善沥青的高温性能，并且PPA 改性沥青的制备工艺简单，存储稳定性良好，价格低廉，因此该改性沥青受到了研究者们越来越多的重视[1]。
然而，目前关于PPA 对沥青低温性能的影响众说纷纭，难以得出统一的结论[2]。
本文通过BBR 试验，采用低温临界温度、蠕变劲度S 及蠕变速率M 来评价PPA 掺量对PPA 改性沥青低温性能的影响，并同基质沥青、SBS 改性沥青进行性能对比。
1 原材料与试验方法1.1 原材料该研究所采用的PPA 为上海某化工有限公司生产的分析纯AR 级别PPA，其技术指标见表1 所示。
PPA 为无机质子酸，有腐蚀性，常温时无色透明，呈糖浆状，50 ℃～60 ℃时具备流动性，低温时则凝固成玻璃状。
PPA 能溶解多种有机物，在有机合成中常被用作失水剂、环化剂、酸化剂等，是缩合、环化、重排、取代等反应的催化剂或溶剂[3]。
其分子式为Hn+2PnO3n+1。
表1 PPA 技术指标技术指标P2O5 含量/%H3PO4 含量/%相对密度/g·cm-3黏度/Pa·s检测值技术指标检测值大于等于80 比热容/J·（g·℃）-1 1.5大于等于110 沸点/℃ 300 2.08 表面张力/N·cm-1 80.5×10-5 34 25 ℃蒸汽压/Pa2.6×10-6该试验所选用的沥青为市场广泛使用的SK70号沥青，技术指标见表2 所示。
多聚磷酸改性沥青混合料低温断裂性能研究
多聚磷酸改性沥青混合料低温断裂性能研究作者：吕东滨胡隆邵鹏坤来源：《西部交通科技》2023年第07期作者简介：吕东滨（1984—），高级工程师，主要从事高速公路项目建设管理工作。
摘要：文章针对多聚磷酸（PPA）对沥青材料低温断裂性能的影响进行研究，并深入揭示PPA与沥青分子的相互作用。
将不同掺量（0、0.5%、1.0%、1.5%）的PPA添加到基质沥青中，制备了不同掺量的PPA改性沥青，分别基于弯曲梁流变仪（BBR）试验和半圆弯曲（SCB）试验来评价PPA对沥青及其混合料的低温抗裂性。
结果表明：当PPA掺量从0.5%增加到1.5%时，沥青的低温临界开裂温度增加，这说明过量的PPA对沥青的低温抗裂性能有负面影响。
而沥青混合料试件的断裂能、裂缝扩展速率和SCB开裂指数显示，PPA能改善沥青混合料裂纹扩展过程中的延滞行为，1.0%的PPA可明显改善沥青混合料的低温抗裂性能，过量的PPA则会提高其低温断裂的可能性。
关键词：多聚磷酸（PPA）；沥青；沥青混合料；断裂性能中图分类号：U4140 引言低温开裂是沥青混凝土路面最常见的病害之一。
沥青的低温断裂性能受其组分（沥青和集料）的影响，一旦沥青混合料出现低温开裂，裂缝路径通常会在沥青基体中形成，说明沥青的影响作用非常明显。
因此，沥青的力学性能直接关系到裂缝的产生和扩展过程。
由于多聚磷酸（PPA）与沥青的组分具有良好的相容性，即在长期储存过程中不易离析，且易于加工，成本较低。
因此，PPA一直是沥青工业中较为常用的改性剂。
PPA的添加使得沥青组分之一的沥青质含量增加，而芳香分和饱和分的含量降低，因此改善了沥青的耐高温性能和热稳定性，而会使沥青的延度降低[1-2]。
马峰等[3]基于低温小梁弯曲试验发现，PPA的添加会降低沥青混合料的低温抗裂性能。
曹晓娟等[4]采用半圆弯曲（SCB）试验发现，PPA对沥青混合料的低温开裂有不利影响。
然而，赵奇峰[5]发现PPA能同时显著改善生物沥青混合料的高低温性能。
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加工・应用 合成橡胶工业,2009-01-15,32(1):62～66CH I N A SY NTHETI C RUBBER I N DUST RY多聚磷酸与丁苯橡胶复配改性沥青的性能张 峰,王云普(西北师范大学高分子研究所甘肃省高分子材料重点实验室,甘肃兰州730070) 摘要:研究了多聚磷酸与丁苯橡胶复配改性剂对沥青的热稳定性、动态力学性能、黏度及低温抗裂性能的影响。
结果表明,多聚磷酸的加入能够提高沥青的黏度,改善沥青的高温抗车辙性能;丁苯橡胶的加入提高了沥青的黏度和低温抗裂性能,但对沥青的高温抗车辙能力有一定的负面影响;使用少量交联剂可提高沥青的高温抗车辙性能,降低其黏度。
综合考虑沥青的高低温性能,宜以添加2份(质量,下同)多聚磷酸、6份丁苯橡胶及0104份硫黄为最佳改性剂配方。
关键词:多聚磷酸;丁苯橡胶;沥青;改性剂;动态力学性能;黏度 中图分类号:T Q33311 文献标识码:B 文章编号:1000-1255(2009)01-0062-05 用多聚磷酸(PP A)改性的沥青具有良好的高温稳定性和耐老化性[1],若再与适当的高聚物复配,所得改性沥青的性能会更好。
国外研究人员多侧重于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物及聚乙烯等与PP A的复配[2-4],而对于与丁苯橡胶(S BR)复配改性沥青的研究较少。
本工作即对PP A与S BR复配改性沥青的性能进行探讨。
1 实验部分111 主要原材料沥青,牌号AH-90,中国石油兰州炼油化工总厂生产;PP A,国药集团化学试剂有限公司生产;S BR,粉末状,中国石油兰州石化公司石化研究院生产;交联剂为通用沉淀硫黄粉。
112 改性沥青的制备基本配方 试样1:AH-90100份(质量,下同),S BR6份;试样2:AH-90100份,PP A2份;试样3:AH-90100份,PP A2份,S BR6份;试样4: AH-90100份,PP A2份,S BR6份,硫黄0104份。
制备方法 先将S BR和硫黄加入到熔融的沥青中,用高速剪切机在120～130℃下以3000r/m in的转速剪切溶胀40～50m in,然后加入PP A,再于160～170℃下以5000r/m in的转速剪切搅拌40m in即可。
113 分析与测试动态力学性能 用英国Bohlin公司生产的CVO100型动态剪切流变仪测试。
首先将少量沥青试样放在平板夹具(直径25mm)的下平板上,将上平板移至板间距1mm处接触到沥青试样。
用热刀将平板周围的沥青刮去,先对基质沥青和试样2在频率0105～500rad/s、60℃下进行测试,然后对所有试样在10rad/s、58～100℃条件下测试。
测试采用应变控制模式,均在线形黏弹性的范围内进行。
热稳定性 将熔融的沥青倒入内壁涂有隔离剂的玻璃试管内,试管直径25mm,长200mm,一端开口,带有软木塞。
用软木塞封紧开口,直立放入163℃的烘箱中保存48h,再放入冰箱冷冻4～5h后取出,恢复至室温后敲碎试管并除去玻璃屑,将沥青试样洗净擦干均分为3段,分别测定上下2段沥青的软化点,比较它们的软化点之差。
软化点之差不超过215℃说明S BR改性沥青具有良好的热稳定性。
物理性能 沥青的软化点用上海昌吉地质仪器有限公司生产的SY D-2806G型软化点测试①收稿日期:2007-07-09;修订日期:2008-11-15。
作者简介:张峰(1977—),男,硕士。
基金项目:西北师范大学科技创新工程资助项目(NWNU-KJ2CYGC-03)。
仪测定;延度(10℃)用江苏无锡华南实验仪器有限公司生产的SY -2型延度仪测定,拉伸速率为5c m /m in;当量脆点(T 1,2)通过先测定15,25,30℃下沥青的针入度(用上海昌吉地质仪器有限公司生产的SY D -2801A 型针入度仪测试,载荷为100g,时间为5s ),然后进行线性回归并计算得出。
老化试验 用无锡石油仪器厂生产的XH -85A 型旋转薄膜烘箱,在163℃下将试样受热85m in 后,按照AST M D 2872—2004进行模拟施工热拌和过程中沥青的短期老化试验。
黏 度 分别在135,140,150,160,170,180℃下用美国B r ookfield 公司生产的DV -Ⅱ+Pr o 旋转黏度仪测试试样的黏度。
相态结构 将约5mg 试样置于载玻片上,加热至80℃左右,加盖玻片成薄样,用日本N ikkon 公司生产的光学显微镜,在放大400倍后进行显微观察。
2 结果与讨论211 热稳定性聚合物改性沥青的热稳定性既与聚合物同沥青密度及黏度的差异有关,也与沥青的相对分子质量和结构有关[5]。
从图1沥青的Cole -Cole 曲线(频率0105～500rad /s,60℃)可以看出,加入PP A 后曲线由基质沥青的半圆形变成线形,表明沥青的弹性增强;试验过程中沥青的能量损失减少,说明沥青的内部结构发生了变化,由基质沥青的溶胶型转变为凝胶型,增加了沥青质的含量且改变了其分布形态。
这种结构的转变对沥青的热稳定性产生了积极的影响。
●—AH 290;○—sa mp le 2Fig 1 Effect of PP A on the Cole 2Cole curves of as phalts从表1可以看出,含有2份PP A 的试样上下二段软化点的差异很小,表明所得改性沥青具有良好的热稳定性。
Table 1 Effect of PPA on ther ma l st ab ility of a spha lts Sa mp le Softing point/℃Top Bott om Sa mp le 179106210Sa mp le 383108210Sa mp le 483158310 Sa mp le 1:matrix as phalt 100phr,S BR 6phr;samp le 3:matrixas phalt 100phr,PP A 2phr,S BR 6phr;sa mp le 4:matrix as phalt 100phr,PP A 2phr,S BR 6phr,sulfur 0104phr 1212 动态力学性能21211 改性剂的影响从图2可以看出,基质沥青在高温下有较低的复数模量(G 3)和较高的损耗因子(tan δ);加入用2份PP A 后改性沥青的G 3明显升高,tan δ却明显下降。
这是因为PP A 的加入改变了沥青的结构,使沥青凝胶化所致。
但在继续加入6份S BR 后改性沥青的G 3下降较多,而且tan δ增大,这主要是与S BR 自身较高的柔软性及S BR 的改性工艺有关。
由于S BR 在较低温度(120～130℃)下的剪切溶胀用时较长,其分子间距增大,内聚力降低,分子流动性增强,所以弹性和黏性均下降,故tan δ增大。
加入少量的硫黄后,改性沥青的G 3又得到一定程度的提高,tan δ相应下降,这是因为硫黄使S BR形成交联化学网络结○—AH 290;△—samp le 1; —sa mp le 3;●—samp le 4Fig 2 Effect of PP A,S BR and sulfur on G 3,tan δand G 3/sin δof as phalts・36・ 第1期 张 峰等1多聚磷酸与丁苯橡胶复配改性沥青的性能构所致。
从图2还可看出,沥青的车辙因子(G 3/sin δ)呈现相同的变化趋势,加入PP A 能够明显提高沥青的高温抗车辙性能,而与S BR 复配后该性能有所下降,少量交联剂的使用又会使其提高。
21212 老化的影响从图3可以看出,老化后沥青的G 3和G 3/sin δ比老化前(参见图2)增大,tan δ则明显降低,这是由于老化过程会使沥青氧化,沥青质含量增加,相对分子质量增大,黏性成分减少而弹性成分增加,从而使其抗高温车辙能力增强。
比较老化前后的情形可以看出,各种沥青的G 3,tan δ和G 3/sin δ大小对比关系没有发生变化,只是数量上有所增减。
对于单纯的PP A 改性沥青而言,其G 3和G 3/sin δ与又添加了S BR 和硫黄的改性沥青相比升高得更加明显,tan δ也更低。
○—AH 290;△—sa mp le 2; —sa mp le 3;●—sa mp le 4Aging te mperature 163℃,aging ti m e 85m in Fig 3 Effect of PP A,S BR and sulfur on G 3,tan δandG 3/sin δof as phalts after aging从表2可见,当沥青试样老化前后的G 3/sin δTable 2 Effect of PPA,SBR and sulfur on perfor mancegrade of a spha ltSa mp le Temperature /℃AH 29064Sa mp le 294Sa mp le 388Sa mp le 494 G 3/sin δis 110kPa bef ore aging,G 3/sin δis 212kPa afteraging 1分别达到110kPa 和212kPa 时,将PP A 与S BR和硫黄复配后所得改性沥青与单纯使用PP A 改性沥青同样具有最高的路面设计温度;与使用PP A 与S BR 相比,硫黄的加入进一步提高了沥青的抗高温车辙能力。
213 黏 度由于测定黏度时的温度均在135℃以上,此时处于高温段的沥青符合牛顿流体的特征,因此其黏度特性对于温度的依赖性可用Andrade 方程描述。
由于该方程认为当温度超过一定值后(如玻璃化转变温度)活化能不再变化[6],因此测试温度在135℃以上沥青的活化能均不再变化。
从图4和表3可以看出,加入PPA 后沥青的黏度和活化能明显增大,是因为沥青的相对分子质量增大,内部结构发生变化,沥青质含量增加,明显凝胶化所致。
S BR 的加入使沥青的活化能降低,但黏度增大,说明活化能只是影响黏度的一个充分而非必要条件。
S BR 的加入会填充沥青中的小空穴,使沥青中自由体积的大小和数量下降,在外力的作用下即使分子获得能量,也没有更多的空穴使其发生振动或移动,宏观流动性较差,所以黏度增大。
再加入少量硫黄后沥青的黏度反而有所下降,活化能略有上升,可能是由于部分S BR 被硫黄交联,从而在一定程度上改变了S BR 在沥青中的分布所致。
从图4还可以看出,单纯PP A 改性沥青的黏度对温度的敏感程度较复配S BR 后大,这主要是因为随着温度升高,沥青中的油分会促使沥青质周围的胶团结构破解,而添加S BR 后沥青中的轻组分进入其网状结构中,分子结构变得相对稳定,热稳定性得以增强。