PR PLAST S 改性沥青高温流变性能实验研究

2020-05-13史宏江胡江三贺鹏宇

四川水泥 2020年2期

史宏江胡江三贺鹏宇

（1 通辽市交通工程局，内蒙古通辽 028000；2 内蒙古农业大学，内蒙古呼和浩特 010018）

0 引言

我国大部分地区地形复杂，普通沥青路面的耐高温性能较差，无法满足特殊路段的要求[1-2]。PR PLAST S 改性剂通过内掺纤维增强与集料之间的连接强度，能够提高沥青路面高温稳定性[3-4]。该研究基于流变学原理，通过多因素多水平下的频率扫描试验与温度扫描试验，探究了PR PLAST S 掺量、剪切频率与实验温度对PR PLAST S 改性沥青高温稳定性的影响，并最终给出了特殊路段的PR PLAST S改性剂掺量。

1 材料及试验方法

2.1 试验材料：试验沥青采用70 号基质沥青，改性剂指标如下：

表2 PR PLAST S 性能指标

2.2 试验设计

改性剂掺量：PR PLAST S 掺加的量为0‰、1‰、3‰、5‰、7‰和9‰；频率扫描试验：频率范围0.1rad/s～100rad/s；温度范围为50℃～70℃；应变水平为12%；温度扫描试验：温度范围为46℃～82℃；频率为10rad/s；应变水平为12%。

2 主曲线特性分析

2.1 主曲线绘制

通过频率扫描试验可以得到六种PR PLAST S 掺量下的改性沥青储存模量G′与损失模量G″，通过Origin 软件处理得到储存模量G′与损失模量G″主曲线，根据主曲线，由低频率时的曲线变化情况可得到PR PLAST S 改性沥青的高温时温等效失效温度。

图1-图6 为六种PR PLAST S 掺量下的改性沥青主曲线。

图1 1‰PR PLAST S 主曲线

图2 3‰PR PLAST S 主曲线

图3 5‰PR PLAST S 主曲线

图4 7‰PR PLAST S 主曲线

图5 9‰PR PLAST S 主曲线

图6 0‰PR PLAST S 主曲线

2.2 粘弹性分析

观察图1-图6 可知：（1）随频率增大，储存模量与损失模量均增大，即沥青路面储存模量与损失模量对荷载的响应受行车速度影响，行车速度越大，储存模量与损失模量越大；（2）PR PLAST S 改性沥青的损失模量均大于储存模量，表明在50℃环境下PR PLAST S 改性沥青粘性表征大于弹性表征，此温度下的研究属于高温稳定性的研究范畴。

以0.1～1Hz范围内储存模量曲线斜率变化点所对应的温度为失效温度可得出6中PR PLAST S 掺量下的改性沥青的时温等效失效温度，如表2。

表2 改性沥青时温等效失效温度

由表可知PR PLAST S 掺量在7‰时失效温度最高，高温稳定性最好。因此，从失效温度的角度考虑建议PR PLAST S 掺量为7‰。

3 黏弹性参数分析

3.1 复数模量与相位角分析

图7 复数黏度

图8 相位角

图7 -8 为温度扫描下复数黏度与相位角的数据。由图7 可知：（1）在温度越低的情况时，不同PR PLAST S 掺量的改性沥青复数黏度差距越明显，因此在中低温的情况下采用复数黏度来评价沥青粘弹性能更合适；（2）9‰掺量下的改性沥青的复数黏度值最高，但其随温度下降的速率也明显快于其他几种掺量，因此不能一味通过增加PR PLAST S 掺量来提高改性沥青的复数黏度值，本文根据复数黏度数据结果推荐PR PLAST S 掺量为7‰。

由图8 可知：（1）同一PR PLAST S 掺量下相位角随温度的升高而增大，但在温度大于65℃时，相位角随温度的变化规律比较杂乱，因此在较高温度下采用相位角来评价沥青的粘弹性可靠度较低；（2）不同PR PLAST S 掺量下的改性沥青的相位角随温度的变化速率差异较小，因此采用相位角来评价其粘弹性比复数黏度更为不明显。

3.2 三大因子分析

图9 车辙因子

图10 疲劳因子

图9 为车辙因子随温度及PR PLAST S 掺量变化图。由图可知：（1）同一温度下车辙因子随PR PLAST S 掺量的增加而增大，但随温度的升高，增加的幅度减缓，表明PR PLAST S 对抗车辙作用的提高明显，但随着温度的升高作用越来越不明显；（2）同一掺量下，车辙因子随温度升高而降低，但降低趋势越来越慢，因此在一定范围内掺入PR PLAST S 来提高其抗车辙能力时有效的。

图10 为疲劳因子随温度及PR PLAST S 掺量变化图。由图可知，疲劳因子随温度与PR PLAST S 掺量的变化规律与车辙因子相似，说明在一定范围内掺入PR PLAST S 也可提高沥青的抗疲劳性能。

损耗因子tanδ随温度及PR PLAST S 的变化趋势与相位角相同，不再赘述。