RET反应型改性沥青混合料抗永久变形研究

徐 亚

（江苏宁宿徐高速公路有限公司，江苏 宿迁223800）

RET反应型改性沥青混合料抗永久变形研究

徐 亚

（江苏宁宿徐高速公路有限公司，江苏 宿迁223800）

RET是一种反应型三元共聚物弹性体，与其他改性剂相比，RET改性沥青混合料具有优异的高温性能，水稳定性能也有相应的提升，特别适用于国内高温多雨的地区。通过UTM-25试验系统，在不同荷载、不同温度条件下，分别对70#道路石油沥青混合料、SBS改性沥青混合料、胶粉改性沥青混合料及RET反应型改性沥青混合料等4种类型混合料进行动态蠕变试验，绘制沥青混合料累计永久应变（με）随加载次数（Cycles）变化的蠕变变形曲线，对比分析其抗永久变形的能力。结果表明：RET改性沥青混合料的抗永久变形能力较SBS改性沥青混合料和胶粉改性沥青混合料有较大幅度提高，尤其在高温、重荷载条件下，其抵抗永久变形的能力越明显。

动态蠕变；RET改性沥青；沥青混合料；抗永久变形

近年来随着高等级公路使用年限的增长，沥青路面发生不同类型病害的几率会增大。据调查统计分析得出，其中的车辙类病害占多数。根据试验研究发现，提高沥青混合料的抗永久变形能力就可以相应地提高沥青路面高温的性能。改性沥青混合料如SBS改性沥青混合料和胶粉改性沥青混合料等的出现在一定的程度上缓解了沥青路面高温性能不足的问题，但随着交通荷载的增大和高温天气的持续，此类改性沥青混合料不能完全适应当前道路环境。

美国杜邦（Dupont）和美国石油公司雪佛龙（Chevron）共同研发出一种反应型的沥青改性剂——RET（reactive elastomeric terpolymer，RET）。以RET改性剂制备的沥青混合料具有良好的和易性，施工摊铺非常的便捷。此种沥青混合料的最大的优势，可以长距离运输和存储，可以提高摊铺效率，在更低的温度环境下进行摊铺作业，从而更快地开放交通。RET改性沥青的制备具有很高的性价比，不需要额外的高速剪切设备，只需要简单的搅拌，就可以制备具有热稳定性、抗油污和抗化学腐蚀等优点改性沥青[1-2]。本文采用蠕变试验对RET反应型改性沥青混合料抗永久变形能力在不同温度和荷载条件下进行研究。

1 原材料选择与配合比设计

1.1 试验原材料

本试验采用的原材料为70＃道路石油沥青、SBS改性沥青、40目胶粉、玄武岩粗细集料、聚磷酸（PPA）、三元共聚物RET等。其中RET三元共聚物弹性体是主要由乙烯主链与丙烯酸丁脂和甲基丙烯酸缩水甘油酯两种共聚物单体聚合而成的化学性弹性体。RET的主要改性原理是可以与沥青质相结合形成稳定的化合物，大幅度提升沥青的稳定性能。其它原材料性质均满足规范要求，具体性能见表1～表3所示。其中RET反应型沥青的制备方法，以基质沥青质量的1.5%RET与0.2%的聚磷酸（PPA）配制RET改性沥青，具体的沥青性能指标如表4所示。

表1 40目胶粉性能指标Tab.1 40 performance index of crumb rubber powder %

表2 玄武岩粗细集料性能指标Tab.2 Performance index of basalt coarse aggregate

表3 聚磷酸（PPA）性能指标Tab.3 Polyphosphate(PPA)performance index

表4 沥青性能指标Tab.4 Test technical index of modified asphalt

1.2 试验配合比设计

本文根据大量的现场试验经验，RET改性沥青混合料采用断级配SMA-13进行配合比设计，4种类型混合料的马歇尔试验结果如表5所示，均符合规范要求。

表5 沥青混合料马歇尔试验结果Tab.5 Marshall test results of asphalt mixture

2 试件制备及试验方法

本文为了对实际的路用情况和受力状态进行相关的模拟，参照规范中NHRP-29中的规定进行动态蠕变试验，采用的设备是UTM-25（伺服式材料动态测试系统）。试验中采用的试件的尺寸是Φ100 mm×150 mm（高），在试验过程中为了减少对试验结果精度的影响，我们通常在试件两段中各垫一张四氟乙烯薄膜[3-4]。我国沥青路面设计规范中设定0.7 MPa是轮胎标准接地压力，本文试验中为了更好的模拟交通荷载的日趋增大，动态蠕变的试验轴向压力分别为：0.7，0.9，1.1 MPa；同时模拟现实沥青路面的高温环境，本文试验中采用试验温度分别为40℃，50℃和60℃。本文的动态蠕变试验采用半正弦波加载，加载时间0.1 s，间歇时间0.9 s，从而进行试验研究。

3 动态蠕变试验

3.1 不同温度下蠕变试验结果分析

目前道路环境的高温现象比较严重，本文为了更好的模拟现实的高温环境，在标准荷载下对试件分别进行40℃，50℃和60℃三个温度条件下进行动态蠕变试验[5-6]。试验的终止条件是累计加载次数达到10 000次或累计永久应变达到100 000 με。

根据试验可以得到不同温度条件下，加载次数与累计永久变形之间的关系，分别如图1～图3所示。

从图1～图3中可以看出，70#道路石油沥青混合料高温性能最差，在3个温度下都达到蠕变破坏阶段。胶粉改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料在60℃下达到了蠕变破坏阶段，而对比发现，RET改性沥青混合料3个不同的温度下均没有发生蠕变破坏。沥青混合料在蠕变过程中发现，在相同的作用荷载次数下，70#道路石油沥青混合料、SBS改性沥青混合料和胶粉改性沥青混合料累计永久应变量均大于RET改性沥青混合料，从而说明RET沥青混合料的抗永久变形能力有较大提高。

图1 累计永久应变与加载次数关系图（40℃、0.7 MPa）Fig.1 Relationship between cumulative permanent strain and loading times（40 ℃，0.7 MPa）

图2 累计永久应变与加载次数关系图（50℃，0.7 MPa）Fig.2 Relationship between cumulative permanent strain and loading times（50 ℃，0.7 MPa）

图3 累计永久应变与加载次数关系图（60℃，0.7 MPa）Fig.3 Relationship between cumulative permanent strain and loading times（60 ℃，0.7 MPa）

由图4发现，随着温度的升高，沥青混合料的流变次数都相应的减少。这是因为温度的升高导致沥青胶结料在混合料中逐渐的软化，削弱了集料的嵌挤作用，减少沥青混合料的内摩擦力，导致沥青混合料整体强度的降低[7]。由试验结果发现，虽然在相同温度条件下RET改性沥青混合料的流变次数均大于前两者，但是可以看出温度越高，RET改性沥青混合料的流变次数比前两者大的越明显，说明RET改性沥青混合料可以大幅度提高抗永久变形能力。

这是由于改性剂RET在沥青中形成了空间立体网状结构，对沥青混合料内部沥青分子有约束作用，可阻止有效的沥青分子流动和滑动，并且沥青中的低沸点物质与RET发生化学反应而被吸收，改性后沥青结构更加致密，使得RET改性沥青混合料的高温性能有大幅度提升。

图4 不同温度下流变次数Fn变化趋势图Fig.4 The change trend of Fnnumber at different temperatures

3.2不同荷载下蠕变试验结果分析

目前道路超载现象比较严重，设计规范要求中的标准荷载是0.7 MPa，此处主要考虑荷载对沥青混合料动态蠕变试验结果的影响，对不同类型的沥青混合料在60℃时0.7 MPa，0.9 MPa，1.1 MPa 3个荷载条件下进行动态蠕变试验。试验的终止条件是累计加载次数达到100 00次或累计永久应变达到100 000 με。

根据试验可以得到不同荷载条件下，加载次数与累计永久变形之间的关系，分别如图5～图7所示。

对不同温度下的蠕变曲线进行分析，由图5～图7可以看出，沥青混合料随着轴向荷载的增大，均发生了蠕变破坏，从图7中可以看出SBS改性沥青混合的曲线斜率明显要比RET改性沥青混合料的曲线增大，同样可以说明，RET改性沥青混合料能大幅度提高混合料抗永久变形能力。

图5 累计永久应变与加载次数关系图（60℃，0.7 MPa）Fig.5 Relationship between cumulative permanent strain and loading times（60 ℃，0.7 MPa）

图6 累计永久应变与加载次数关系图（60℃，0.9 MPa）Fig.6 Relationship between cumulative permanent strain and loading times（60 ℃，0.9 MPa）

图7 累计永久应变与加载次数关系图（60℃，1.1 MPa）Fig.7 Relationship between cumulative permanent strain and loading times（60 ℃，1.1 MPa）

由图8可以看出，沥青混合料随着轴向压力的增大，混合料中的空隙逐渐减小。在高压状态下，沥青内部的自由沥青膨胀的空间逐渐缩小，从而造成混合料中原本联结好的骨料受到自由沥青的膨胀作用而被挤散，使得混合料内部进入流动状态，降低整个沥青混合料的强度[8]。3种荷载下RET改性沥青混合料的流变次数分别为SBS改性沥青混合料和胶粉改性沥青混合料的1.43倍与 1.53倍、2.51倍与 3.14倍、7.11倍与9.22倍。相比于SBS改性沥青混合料和胶粉改性沥青混合料，RET改性沥青混合料具有更强的抵抗重载交通的能力与抗永久变形能力。

图8 不同荷载下流变次数Fn变化趋势图Fig.8 The change trend of Fnnumber at different temperatures

70#道路石油沥青中加入RET改性剂形成化学交联网络结构后，使改性沥青提高抗拉性能，保持内部应力存在一段时间的条件下，在拉伸后这种互穿的网络结构增大了聚合物分子的可移动性[9]，不会导致内部的网络骨架结构和沥青基体发生大程度的位移，从而提高沥青混合料的抗永久变形能力，提高沥青混合料的高温性能。

4 结论

1）蠕变试验结果表明，随着温度（荷载）的升高（增大），RET改性沥青混合料的流变次数均比SBS改性沥青混合料和胶粉改性沥青混合料有大幅度增加，说明前者高温性能远优于后两者，并且温度（荷载）越高，两者的差距越大。此结果表明RET改性沥青混合料的高温性能改善显著，温度与荷载越大改善效果越明显。

2）根据蠕变试验模拟现实高温重载环境状况下，采用RET改性沥青混合料可以大幅度提高沥青路面的抗永久变形能力，尤其在高温、重荷载条件下，其抵抗永久变形的能力越明显，大幅度提升道路使用寿命。

[1]陈娟.反应型沥青混合料路用性能的评价研究[J].公路，2015（6）：1-5.

[2]李辉，张久鹏，黄晓明.沥青混合料高温稳定性的单轴静载蠕变试验[J].河南科技大学学报：自然科学版，2006，27（3）：48-51.

[3]YUANHANG WEI，SHANGFEI QIAO，FENGGUI LU，et al.Failure transition mechanism in creep rupture of modified casting 9Cr-1.5Mo-1Co welded joint[J].Materials&；Design，2016，97：30-33.

[4]祁峰.采用蠕变试验评价沥青混合料的高温稳定性研究[D].西安：长安大学，2009：15-20.

[5]MEOR O H，RAMADHANSYAH P J.Effects of temperature and binder type on the dynamic creep of asphaltic concrete[J].Modern Applied Science，2009，37：10-12.

[6]魏密，周进川.旋转压实试件的高温蠕变特性研究[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2004，23（5）：55-58.

[7]SHU WEI GOH，ZHANPING YOU.A simple stepwise method to determine and evaluate the initiation of tertiary flow for asphalt mixtures under dynamic creep test[J].Construction and Building Materials，2009，2311：30-40.

[8]NUHA SALIM MASHAAN，MOHAMED REHAN KARIM，D.Evaluation of permanent deformation of CRM-reinforced SMA and its correlation with dynamic stiffness and dynamic creep[J].The Scientific World Journal，2013：40-42.

[9]李雪连，陈宇亮，周志刚.基于动态蠕变试验的沥青混合料永久变形研究[J].长沙交通学院学报，2011，27（1）：37-40，63.

Study on Anti-permanent Deformation of RET Modified Asphalt Mixture

Xu Ya
（Jiangsu NSX Network Expressway CO.，Ltd.，Suqian 223800，China）

The RET modifier is a tri-basic copolymer.Compared with other modifier agents,RET modified asphalt mixture has high temperature performance and water stability,which is especially suitable for domestic hot and rainy areas.This paper,through the UTM-25 system，under different loads and different temperatures,carried out dynamic creep test for 4 kinds of asphalt mixture，including 70#asphalt mixture，SBS modified asphalt mixture,crumb rubber modified asphalt mixture and RET reaction-type modified asphalt mixture.It drew the creep deformation curve of cumulative permanent strain（με）with changes of load frequency （Cycles）， and compared the resistance to permanent deformation.The results showed that RET modified asphalt mixture of asphalt and crumb rubber modified asphalt mixture has greatly improved the resistance to permanent deformation compared with SBS materials,with the resistance to permanent deformation more obvious in high temperature and heavy load conditions.

dynamic creep；RET modified asphalt；asphalt mixture；anti permanent deformation

U416

A

（责任编辑 王建华）

1005-0523（2017）04-0050-06

2017－04－01

徐亚（1990—），男，硕士，主要从高速公路养护技术工作。