紫外-热-氧老化条件下醋酸纤维改性沥青流变特性研究

陈永胜

(中交四航局第一工程有限公司，广东 广州 510420)

1 引 言

为了改善沥青混合料的路用性能，保证沥青混凝土路面具备优异的高温抗车辙、低温抗裂、抗疲劳及抗水损害性能，需要掺加高性能的纤维材料，例如矿物纤维、聚酯纤维、木质素纤维等[1-3]，掺加的纤维可在沥青混合料中起到加筋、阻裂等作用。

鉴于玄武岩纤维具有高强度、低吸水率、耐酸碱、耐高温、绿色环保等优点，并作为一种新型环保高性能无机纤维材料已逐步推广应用于高等级沥青路面中[4，5]。此外，木质素具有与沥青相似的分子结构，大分子通过交联形成网状的分子结构，从而可提高沥青混合料的高低温、抗老化性能，而聚酯纤维作为有机合成纤维，提升了沥青混合料抵抗高温变形和低温开裂的能力。为了实现保护生态环境、废物再利用，徐晟淮等对污染环境的过滤嘴进行再处理，破碎制备醋酸纤维，并加入基质沥青中制备改性沥青，研究醋酸纤维改性沥青的性能[6-8]。醋酸纤维过滤嘴用于沥青混凝土，已开展了初步探索，利用固体石蜡封装过滤嘴，并把封装后的过滤嘴掺加至沥青混凝土中研究其相关路用性能[9]。

综合分析文献，目前的研究尚未涉及醋酸纤维改性沥青经受紫外光、热-氧气耦合作用下的流变特性。利用回收源自过滤嘴的醋酸纤维制备改性沥青，在测试基本性能的基础上，借助耐黄变试验机对醋酸纤维改性沥青进行紫外光、热-氧气耦合老化，并采用动态剪切流变仪开展温度扫描试验，比较不同掺量醋酸纤维制备的改性沥青的流变特性。

2 原材料性质及醋酸纤维改性沥青的制备、老化

2.1 基质沥青

使用的基质沥青为SK90#，其基本性能指标的测试结果见表1。

表1 SK90#基质沥青的基本性能测试结果

2.2 醋酸纤维改性沥青的制备、老化

本文所使用的醋酸纤维为回收过滤嘴，为了保证所使用醋酸纤维的洁净度和干燥性，回收的过滤嘴需经烘箱烘干，烘干后，去除过滤嘴的包裹纸，利用小型破碎机把过滤嘴破碎成絮状，制备醋酸纤维。

由于醋酸纤维在高温下容易老化、纤维的加入基质沥青后容易出现团聚，因此，在掺加醋酸纤维时需控制掺加速度和单次的掺入量，掺加醋酸纤维的同时，需利用搅拌器进行匀速搅拌。首先将SK90#基质沥青加热至150 ℃，掺加醋酸纤维，其掺量分别为1%、2%、3%、4%，搅拌器的转速设置为500转/min，缓慢匀速搅拌，每种掺量的醋酸纤维掺加结束后，继续以500转/min的搅拌速率搅拌5 min即可制备醋酸纤维改性沥青。

利用耐黄变试验机可设置紫外老化时间和老化温度，并通过试验机顶部的通风孔连通外部环境，以便氧气进入试验机内部。为了保证老化的均匀性，把150 ℃的醋酸纤维改性沥青倒入老化盘中，每个老化盘中倒入的醋酸纤维改性沥青质量为50 g，设置紫外老化时间和老化温度分别为24 h和100 ℃，开启耐黄变试验机中的转盘，控制5 r/min的转速。

3 醋酸纤维改性沥青的基本性能

不同醋酸纤维掺量会引起醋酸纤维改性沥青基本性能的变化，本文以表征沥青黏稠程度的针入度和高温性能的软化点作为评价指标，比较分析掺量对于醋酸纤维改性沥青性能的影响，试验结果见图1和图2。

图1 不同掺量醋酸纤维改性沥青的针入度

图2 不同掺量醋酸纤维改性沥青的软化点

由图1可以看出，随着醋酸纤维掺量的增加，醋酸纤维改性沥青的针入度逐渐减小，并且掺量为1%后的针入度明显大于其他掺量，2%、3%、4%掺量的针入度差异较小，最大仅相差0.11 mm，说明掺加醋酸纤维后，使得改性沥青黏稠增加。由图2可知，随着醋酸纤维掺量的增加，改性沥青的软化点逐渐增大，与1%掺量相比，2%、3%、4%掺量的软化点分别增加了2.43%、7.87%、8.80%，软化点的增加，使得改性沥青的高温性能得到提升，3%和4%掺量的软化点相差不大，说明3%和4%掺量的醋酸纤维对于改性沥青性能的影响相当。

4 醋酸纤维改性沥青的流变特性

为了比较分析不同掺量、紫外-热-氧耦合老化条件下醋酸纤维改性沥青流变性能的变化，利用动态剪切流变仪开展温度扫描试验，温度扫描的范围为20～80 ℃，以复数剪切模量评价醋酸纤维改性沥青的流变特性，并计算车辙因子作为评价醋酸纤维改性沥青高温性能的指标，复数剪切模量和车辙因子随温度的变化见图3、图4。

图3 复数剪切模量随温度的变化

图4 车辙因子随温度的变化

由图3可以看出，随着温度的升高，四种掺量醋酸纤维改性沥青的复数剪切模量均呈减小的趋势，在低于40 ℃时，温度对于复数剪切模量的影响较大，温度升高使得复数剪切模量急剧降低，高于40 ℃后，均趋于平稳。掺量为3%的醋酸纤维改性沥青，温度高于28 ℃的复数剪切模量大于其他掺量的改性沥青。由图4可以看出，随着温度的升高，四种掺量醋酸纤维改性沥青的车辙因子均呈减小的趋势，46～64 ℃的温度范围内，车辙因子随温度的升高快速减小，掺量为3%的车辙因子均大于其他掺量。上述结论表明温度对醋酸纤维改性沥青性能影响显著，掺量为3%的醋酸纤维改性沥青具有最优的高温性能。

5 结 论

(1)醋酸纤维掺量的增加，其改性沥青的针入度减小、软化点升高。

(2)紫外-热-氧耦合老化后，醋酸纤维改性沥青的复数剪切模量和车辙因子随温度的升高均呈减小的趋势。

(3)综合比较各掺量醋酸纤维改性沥青的流变性能，掺量为3%的醋酸纤维改性沥青性能最优。