傅珍;林萌蕾;邢海鹏;侯仁辉
【摘 要】为了提高沥青混合料的低温性能,借鉴耐寒增塑剂在塑料工业中的成功应用,选用双(2-乙基己基)己二酸酯(DOA)增塑剂,研究其对沥青混合料路用性能的影响规律.通过低温小梁弯曲试验、高温车辙试验和冻融劈裂试验对DOA增塑剂改性沥青混合料低温抗裂性、高温稳定性以及水稳定性能进行评价研究.结果表明,增塑剂对沥青混合料低温柔韧性改善效果显著,对其水稳定性能也有所提高,但高温性能却有所下降.为了同时兼顾沥青混合料的高低温性能,加入抗车辙剂,制备增塑剂/抗车辙剂复合改性沥青混合料,并采用同样的试验方法研究其高温性能与低温性能,试验结果表明,抗车辙剂可以克服增塑剂对沥青混合料高温抗车辙能力不足的影响,且同时保证低温抗裂特性.
【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2018(043)004
【总页数】7页(P1625-1631)
【关键词】道路工程;增塑剂;沥青混合料;路用性能
【作 者】傅珍;林萌蕾;邢海鹏;侯仁辉
【作者单位】长安大学 材料科学与工程学院,陕西 西安 710064;长安大学 材料科学与工程学院,陕西 西安 710064;长安大学 公路学院,陕西 西安 710064;长安大学 公路学院,陕西 西安 710064
【正文语种】中 文
【中图分类】U414
0 引 言
沥青改性是在沥青中掺入外掺剂，从而使沥青某些方面的性能得到明显改善，进而使沥青混合料获得更高的路用性能[1]。目前，国内外应用较多较成熟的外掺剂主要是高聚物类。其中，SBS外掺剂对沥青的高低温性能、对温度的敏感程度以及弹性恢复能力等方面均有一定程度的改善效果[2]。SBR对沥青的改性作用主要表现在低温抗裂性能方面，而对高温
稳定性的改善效果则不明显[3]，PE和EVA反之[4]。此外，在沥青改性方面的一些新型的外掺剂(硅藻土[5]、纳米材料[6])以及改性技术等也是研究的热点。
沥青路面温缩裂缝作为路面主要病害之一，尤其在我国北方低温气候地区，会引发一系列问题(麻面、坑槽、沉陷和翻浆)，对道路的使用功能造成严重的影响[7]。因此，改善沥青混合料在较低温度环境下抵抗裂缝产生的能力，对减缓沥青路面裂纹的产生以及延长道路的使用寿命尤为重要。耐寒增塑剂作为一种具有特殊功能的助剂，在降低塑料成品的软化温度、提高其低温柔韧性等方面有非常显著地作用，增塑剂的使用极大地提高了寒冷区域塑料的使用效率[8]。借鉴增塑剂的这一特点，将其应用在沥青改性方面，以期可以提高沥青的低温柔韧性，进而改善路面性能。
长安大学杨希旺[9]、孔志峰[10]、申万青[11-12]等人将增塑剂作为改性剂添加到沥青中研究得到其对沥青结合料低温性能的改善作用，但却降低了高温性能，且未提出解决高温性能的有效方法。另外，刘其城等[13]将DOP增塑剂与有机蒙脱土复合，并对其复合改性沥青结合料进行了研究。为了进一步多方面提高增塑剂对沥青的改善效果，探究增塑剂在道路中的应用，研究选用增塑剂双(2-乙基己基)己二酸酯(DOA)对沥青进行改性，主要从高低温方面研究其对沥青混合料路用性能的影响，以期延长沥青路面的使用寿命。
1 原材料及试验方案
1.1 原材料
研究中选用双(2-乙基己基)己二酸酯(DOA)增塑剂，其基本物理指标见表1；沥青采用中海70#基质沥青，主要技术指标如表2所示；粗细集料选用汉中石场生产的玄武岩，矿粉为工厂磨细石灰岩矿粉，细度(0.075 mm筛通过量)>90%；抗车辙剂为北京天成垦特莱科技有限公司生产，其主要成分为聚乙烯、聚丙烯等高分子聚合物，其他特征见表3。
表1 DOA增塑剂基本物理指标Tab.1 Basic physical indexes of DOA plasticizer外观相对密度(20 ℃)凝固点/℃闪点/℃(闭口)溶解性沸点/℃黏度/(mPa·s)20 ℃微具特殊气味的油状液体 0.930 0-67196不溶于水,溶于多数有机溶液 175(666.7pa条件下)14
表2 基质沥青主要技术指标Tab.2 Main technical indexes of base asphalt沥青型号针入度(25 ℃)/(0.1 mm)15 ℃延度/cm软化点/℃针入度指数当量软化点T800/℃当量脆点T1.2/℃中海70#沥青61.2102.448.4-1.2447.7-10.5
表3 抗车辙剂基本特征Tab.3 Basic characteristics of anti-rutting agent外观密度/(g·cm-3)
熔点/ ℃粒径/mm水分/%褐黑颗粒物0.98150～1553～4<3跛行回家
1.2 试验方案
改性沥青的制备：首先，将基质沥青置于135 ℃的烘箱中1.5 h，至熔融流动状态，称取500 g熔融流动状态的沥青于规格为800 ml的试验缸中，将搅拌机浆叶置于沥青内，转速设定为1 000 r/min，拌制10 min，并在搅拌的过程中称取相应质量的改性剂(DOA增塑剂)加入试验缸内，充分搅拌。沥青温度在整个搅拌过程中保持在130 ℃左右。研究中分别依次将对应沥青质量的0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%添加量的DOA增塑剂添加到沥青中，制备得到增塑剂添加量不同的五种改性沥青。
沥青混合料油石比的确定：研究中，沥青混合料采取AC-13I设计粗细集料及矿粉的配合比，中海70号沥青与矿料的掺配比例即最佳油石比采用击实马歇尔试验方法最终确定为4.3%。基于高低温及抗水损害三个方面，分别通过高温车辙试验、低温小梁弯曲试验和冻融劈裂试验，试验计算所得油石比符合规范要求。
混合料拌制：首先，向拌合锅中同时倒入提前在170 ℃的烘箱中预热好的粗细集料(在制备
抗车辙剂/增塑剂双掺改性沥青混合料时，在该拌制过程中还需分别添入对应添加量为沥青质量的0‰、3‰、4‰和5‰的抗车辙剂，搅拌1.5 min)；其次，将制备好的改性沥青沥青，加入拌锅(沥青为流体态，温度与粗细集料相对应)，搅拌1.5 min；再次，添加称量好、预热过的矿粉于拌合设备中，拌制1.5 min；最后，把拌制均匀的DOA增塑剂改性沥青混合料分别置于相应试验的试验模具中，制备试件。整个制备流程应快速，精准，尽可能降低混合料温度的流失。
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扁平足鞋垫最后，对不同DOA增塑剂添加量的改性沥青混合料试件进行低温小梁弯曲试验、高温车辙试验以及冻融劈裂试验，并根据试验结果基于沥青混合料低温柔韧性、高温稳定性和水稳定性能分析DOA增塑剂对其路用性能的影响规律。
2 试验结果与分析
2.1 低温性能
采用低温小梁弯曲试验，并根据试验结果中的最大弯拉破坏应变指标对添加DOA增塑剂的改性沥青混合料在较低温度环境下的性能表现作出分析评价。低温小梁弯曲试验结果如图1。
研究表明，沥青混合料的低温抗裂性能以其收缩性和低温柔曲性两大特性来反映最为合理，其较高的抵抗低温开裂的潜能表现为大的低温柔韧性和小的收缩性[14]。通过模拟在负温环境下，对混合料试件施加轴向荷载获得的极限弯拉应变，可以在一定水平上反应出沥青及其混合料的低温柔韧性以及在应力存在状态下的松弛特性。从图1可以看出，与不掺加增塑剂的70号基质沥青的低温破坏应变相比，随着增塑剂添加量的逐渐提升，破坏应变值呈现提高趋势，当增塑剂添加量增加到3.0%时，破坏应变值在基质沥青的基础上提高了近66%，低温性能改善效果显著。沥青混合料路用低温性能的优良90%取决于其结构中沥青结合料的自身特性[15]，即其在较低温度环境下性能的表现情况绝大程度上由沥青结合料的低温性能决定。同时，沥青的微观组成与化学结构决定了其宏观路用性能[16]。增塑剂DOA可以归为饱和分一类，将其作为改性剂掺加到沥青中使轻质组分比例提升，从而促进了沥青结合料低温抗裂性的提高，反映在沥青混合料上，表现为其最大弯拉破坏应变数值提高。
2.2 高温性能
高温性能采用车辙试验评价。不同增塑剂添加量的改性沥青混合料的动稳定度(DS)试验结果如图2。
图1 不同掺量增塑剂改性沥青混合料破坏应变Fig.1 Failure strain of modified asphalt mixture with differentdosage plasticizer
图2 不同掺量增塑剂改性沥青混合料动稳定度Fig.2 Dynamic stability of modified asphalt mixture with different dosage plasticizer
从图2显示的试验结果可以看出：(1)较基质沥青混合料而言，当增塑剂添加量依次增加时，增塑剂改性沥青混合料的累计变形量呈现逐渐增大趋势，DS数值降低，表明沥青混合料的高温抗车辙变形能力在增塑剂的掺入后显著降低。结合料作为沥青混凝土路面结构的重要组成部分之一，其高温抗形变能力也严重影响着混合料整体抵抗车辙形变的能力。增塑剂是类似油状的液体，作为一种油分加入到沥青中，使沥青的流变性质和四组分的比例都发生变化(沥青质和胶质的比例下降)，导致软化点降低，粘度降低，同一温度下抗车辙因子变小，高温抗变形能力下降，反映在沥青混合料车辙试验中，表现为动稳定度下降。(2)在所选几个增塑剂添加量中，添加量逐渐增大，发现动稳定度结果下降幅度在呈减少趋势，但添加量为2.5%和3.0%时的DS值非常接近，说明增塑剂沥青混合料车辙试验结果DS随增塑剂掺量的增加先呈降低趋势后逐渐趋于稳定。
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2.3 水稳定性能
图3 不同掺量增塑剂改性沥青混合料冻融劈裂比Fig.3 TSR of modified asphalt mixture with different dosage plasticizer
研究中通过冻融劈裂试验，采用试验结果中的冻融劈裂比(TSR)指标作为DOA增塑剂改性沥青混合料水稳定性的评价方式。冻融劈裂试验结果如图3。
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从图3显示的试验结果可以看出，基质沥青混合料的TSR在80%以下，而经过增塑剂DOA改性后的沥青混合料的TSR值均高于80%。说明增塑剂DOA对沥青混合料抗水损害能力的提升有一定的效果，但是五个增塑剂DOA添加量不同的沥青混合料的TSR试验结果却相差不大，而且并没有与增塑剂掺量呈线性相关关系。
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