多聚磷酸改性瀝青流變特性及改性機理

劉紅瑛， 張振興， 常 睿， 郝培文

(長安大學 道路結(jié)構(gòu)與材料交通行業(yè)重點實驗室，陜西 西安 710064)

多聚磷酸改性瀝青流變特性及改性機理

劉紅瑛， 張振興， 常 睿， 郝培文

(長安大學 道路結(jié)構(gòu)與材料交通行業(yè)重點實驗室，陜西 西安 710064)

采用動態(tài)剪切流變、重復蠕變和彎曲梁流變等試驗分別對多聚磷酸改性瀝青、聚合物改性瀝青以及聚合物復配多聚磷酸改性瀝青在高、低溫狀態(tài)下的流變特性進行了系統(tǒng)研究.結(jié)果表明，多聚磷酸能夠改善基質(zhì)瀝青和聚合物改性瀝青的高低溫性能；多聚磷酸與苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性劑在改善瀝青高溫性能機制上存在明顯不同，多聚磷酸的摻入顯著增加了瀝青的黏度，而對瀝青的彈性變形恢復能力貢獻較小，而SBS改性劑可大幅度提高瀝青的彈性變形恢復能力.采用核磁共振(NMR)試驗對多聚磷酸改性瀝青的改性機理進行了初步分析，發(fā)現(xiàn)多聚磷酸與瀝青發(fā)生了接枝、磷酸酯化和環(huán)化反應，從而改變了瀝青的碳鏈結(jié)構(gòu)和化學結(jié)構(gòu)，宏觀上使瀝青變得更加黏稠.

道路工程； 多聚磷酸； 改性瀝青； 流變特性； 改性機理

與傳統(tǒng)的聚合物改性瀝青相比，多聚磷酸(PPA)改性瀝青具有成本低、工藝簡單以及良好的路用性能等優(yōu)勢，其推廣應用意義顯著[1-4].但是國內(nèi)外PPA改性瀝青研究時間相對較短，應用也不廣泛[5-8].

近年來相關學者相繼開展了關于PPA改性瀝青的研究.王云普等[9]對PPA復配丁苯橡膠(SBR)改性瀝青進行了研究，分析了交聯(lián)劑、增塑劑、制備工藝對瀝青高溫性能的影響；余文科[10]自制了PPA改性劑，對PPA改性瀝青的路用性能、微觀形態(tài)和改性機理進行了研究，結(jié)果表明，PPA改善了瀝青混合料的高溫性能，對水穩(wěn)定性和低溫性能無顯著影響；張恒龍等[11]采用動態(tài)剪切流變試驗研究了PPA改性瀝青的流變性能，結(jié)果表明PPA改性瀝青復數(shù)模量增大，相位角減小，同時改善了瀝青的熱穩(wěn)定性；文獻[12-15]通過PPA復配SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)改性瀝青高低溫性能的研究表明，PPA對SBS改性瀝青的抗老化性能以及高溫性能改善顯著，但對其低溫性能有一定的負面影響；目前對PPA改性瀝青、聚合物改性瀝青以及聚合物復配PPA改性瀝青的高、低溫狀態(tài)下的流變特性缺乏系統(tǒng)的研究，對PPA改性瀝青改性機理研究不深入，這些關鍵問題嚴重制約了PPA改性瀝青在我國的應用和發(fā)展.

本文針對不同PPA復配SBS及SBR改性瀝青等進行動態(tài)剪切試驗(DSR)、重復蠕變恢復試驗(RCRT)以及彎曲梁流變試驗(BBR)，分析不同改性瀝青流變特性的差別，并與SBS以及SBR單一改性瀝青進行對比研究.采用核磁共振(NMR)試驗對基質(zhì)瀝青、PPA改性瀝青進行化學結(jié)構(gòu)組成分析，探索PPA改性瀝青的改性機理，為PPA改性瀝青路面的長期性能研究與施工控制提供參考.

1 試驗材料與試驗方案

1.1 原材料

采用110%工業(yè)級PPA，基質(zhì)瀝青為東明70號道路石油A級瀝青，其技術指標如表1和表2所示，表2中，薄膜加熱試驗條件為163 ℃, 5 h.

表1 PPA技術指標Tab.1 Technical indexs of polyphosphoric acid

表2 東明70號瀝青技術指標Tab.2 Technical indexs of Dong Ming 70# asphalt

1.2 PPA改性瀝青方案

PPA的摻入質(zhì)量分數(shù)一般都在0～2%[16].在PPA改性試驗中，取中間值1%.在PPA復配聚合物改性中，SBS摻入質(zhì)量分數(shù)定為4.5%，SBR摻入質(zhì)量分數(shù)定為2.5%.考慮到聚合物的加入對基質(zhì)瀝青的高低溫性能有較好的改善，所以在復配改性中，PPA的摻入質(zhì)量分數(shù)降低為0.75%.最終確定6種研究方案為基質(zhì)瀝青、基質(zhì)瀝青摻入質(zhì)量分數(shù)為1.0%的PPA、基質(zhì)瀝青摻入質(zhì)量分數(shù)為4.5%的SBS、基質(zhì)瀝青摻入質(zhì)量分數(shù)為3%的SBS以及質(zhì)量分數(shù)為0.75%的PPA、基質(zhì)瀝青摻入質(zhì)量分數(shù)為2.5%的SBR、基質(zhì)瀝青摻入質(zhì)量分數(shù)為2.5%的SBR以及質(zhì)量分數(shù)為0.75%的PPA，分別編號為A，B，C，D，E，F(xiàn).

1.3 PPA改性瀝青制備工藝

瀝青B：將基質(zhì)瀝青加熱至150 ℃～160 ℃，然后加入PPA，保持溫度繼續(xù)攪拌約30 min，攪拌過程中會產(chǎn)生大量氣泡，攪拌至氣泡基本消失為止.

瀝青C和瀝青E：基質(zhì)瀝青加熱至160～170 ℃，加入SBS或SBR，溶脹10 min，保持溫度不變，在高速剪切機下以4 000 r·min-1的速率剪切60 min.

瀝青D和瀝青F：將基質(zhì)瀝青加熱至160～170 ℃，加入SBS或SBR，溶脹10 min，保持溫度不變，在高速剪切機下以4 000 r·min-1的速率剪切30 min，然后加入PPA攪拌10 min后，繼續(xù)剪切30 min.

1.4 試驗方法

采用不同的試驗方法研究6種瀝青在高、低溫下的流變性質(zhì).高溫流變性質(zhì)研究采用了DSR和RCRT，低溫流變性質(zhì)研究采用BBR.并通過核磁共振(NMR)試驗，從化學結(jié)構(gòu)組成角度對PPA改性瀝青的改性機理進行研究.

2 流變試驗結(jié)果與分析

2.1 動態(tài)剪切流變試驗結(jié)果及分析

原樣瀝青和短期老化(RTFOT)后瀝青的復數(shù)剪切模量G*和相位角δ隨溫度的變化趨勢如圖1和圖2.

由圖1和2可以看出，隨著溫度升高，6種原樣瀝青和RTFOT后瀝青的G*逐漸減小，宏觀上瀝青的黏度逐漸變小.G*的減小趨勢隨著溫度升高而逐漸變緩，表明溫度對G*的影響逐漸變小.基質(zhì)瀝青、PPA改性瀝青、SBR改性瀝青和SBR復配PPA改性瀝青的δ隨著溫度升高逐漸增大，表明總阻力中的彈性分量越來越小，黏性分量越來越大，瀝青的黏性越來越大，而SBS改性瀝青和SBS復配PPA改性瀝青的δ明顯小于其他2組，且變化較為復雜.

G*，δ與溫度的關系符合式(1)和式(2).

a 原樣瀝青

b RTFOT瀝青圖1 瀝青復數(shù)剪切模量隨溫度變化趨勢Fig.1 The change trend of complex shear modulus of asphalt with temperature

a 原樣瀝青

b RTFOT瀝青圖2 瀝青相位角隨溫度變化趨勢Fig.2 The change trend of phase angle of asphalt with temperature

(1)

(2)

式中：a,c為參數(shù)，表征了G*和δ隨溫度變化的敏感程度;b,d為回歸系數(shù).式(1)及式(2)的回歸系數(shù)及相關性如表3所示，其中R1為式(1)的回歸相關性，R2為式(2)的回歸相關性.

由表3可知，基質(zhì)瀝青、SBS和SBR改性瀝青的|c|值明顯小于PPA改性瀝青、SBS復配PPA改性瀝青和SBR復配PPA改性瀝青，表明PPA能夠顯著增大瀝青δ對溫度的敏感性.而5種改性瀝青的|a|值無明顯變化，說明不同瀝青G*的溫度的敏感性之間的差異較小.

表3 線性回歸系數(shù)和相關性Tab.3 Linear regression coefficient and correlation

按照Strategic Highway Research Program(SHRP)規(guī)范要求對瀝青的高溫等級進行分級，結(jié)果如表4.

表4 不同瀝青短期老化前后高溫性能分級

Tab.4 PG high temperature classification of different asphalt around RTFOT

℃

由表4可知，摻入質(zhì)量分數(shù)1%PPA可以將基質(zhì)瀝青以及RTFOT后的基質(zhì)瀝青性能等級(PG)由64 ℃提高至76 ℃和70 ℃，RTFOT前后，SBS和SBS復配PPA改性瀝青性能等級(PG)均為82 ℃，而SBR和SBR復配PPA改性瀝青性能等級(PG)為70 ℃，說明SBS對瀝青的高溫性能改善效果最好，而PPA對瀝青的高溫改善效果優(yōu)于SBR.

2.2 重復蠕變恢復試驗

2.2.1 試驗原理

試驗在DSR上進行，采用直徑為25 mm的平板，板間隙1 mm.加卸載組合模式為加載1 s、卸載9 s、重復100次循環(huán).試驗溫度為60 ℃，應力水平為3 200 Pa.

2.2.2 加載次數(shù)對試驗結(jié)果的影響分析

根據(jù)SHRP新的PG高溫分級方法，選取第1，25，50，75，100次循環(huán)瀝青的總應變γL和殘留應變γP進行研究，如表5所示.

由表5可以看出，在不同加載次數(shù)下，基質(zhì)瀝青γL和γP明顯大于PPA改性瀝青，表明PPA能增大瀝青的高溫抗變形能力.SBS改性瀝青的γL是SBS復配PPA改性瀝青的2倍左右，說明在受力狀態(tài)下，SBS復配PPA改性瀝青的高溫抗變形性能優(yōu)于SBS改性瀝青，但SBS改性瀝青的γP小于SBS復配PPA改性瀝青(除第1次)，這主要是SBS獨特的延遲彈性變形特性的表現(xiàn).SBR改性瀝青的變形較基質(zhì)瀝青又稍稍減小，但并不明顯，而復配PPA后，則有了顯著減小，這說明PPA的確能夠增強瀝青的高溫抗變形能力.

表5 不同加載次數(shù)下的總應變和殘留應變

Tab.5 Total strain and residual strain under different loading times

%

2.2.3 不同瀝青蠕變恢復特性分析

根據(jù)加載次數(shù)與γP/γL的關系，選擇第50次循環(huán)的試驗數(shù)據(jù)進行分析.圖3是3組瀝青的應變比-時間關系圖.圖4為不同瀝青的變形恢復.

由圖3a可知，PPA改性瀝青變形量明顯小于基質(zhì)瀝青.從圖4可知，基質(zhì)瀝青變形恢復率只有0.73%，而PPA改性瀝青則為9.80%，比基質(zhì)瀝青提高了十幾倍，這表明PPA能夠增強瀝青的變形恢復能力.

由圖3b可知，SBS改性瀝青和SBS復配PPA改性瀝青的變形恢復能力明顯優(yōu)于其他2組瀝青，且SBS改性瀝青的變形恢復速度大于SBS復配PPA改性瀝青.在第1 s卸載瞬時，SBS改性瀝青的變形量幾乎是SBS復配PPA改性瀝青的2倍.但是在恢復階段，大約在7.5 s時，2種瀝青變形量達到同一水平，之后SBS改性瀝青的變形恢復繼續(xù)發(fā)展，而SBS復配PPA改性瀝青的變形恢復速度變慢.在1個加載循環(huán)結(jié)束后，SBS改性瀝青的變形恢復率高達78.97%，SBS復配PPA改性瀝青的變形恢復率為45.65%.由此可見，PPA對于瀝青高溫抗變形能力的改善主要體現(xiàn)在增大了瀝青的黏度，而SBS是自身強大的彈性變形恢復能力在發(fā)揮作用.

由圖3c可知，SBR復配PPA改性瀝青的變形量明顯小于SBR改性瀝青，表明PPA能夠增強SBR改性瀝青的高溫抗變形能力.由圖4可知，卸載9 s后，SBR改性瀝青的變形恢復率只有2.46%，SBR復配PPA改性瀝青變形恢復率為5.60%，表明與SBS相比，SBR的高溫改性效果并不顯著.

a 瀝青A與瀝青B

b 瀝青C與瀝青D

c 瀝青E與瀝青F圖3 不同瀝青蠕變應變比-時間關系Fig.3 The relationship of strain-ratio and time of creep of recovery of different asphalt

2.3 彎曲梁流變試驗

通過對6種原樣瀝青進行BBR試驗，試驗得到不同時間的蠕變勁度模量S(t)，對S(t)與t取對數(shù)并進行擬合，如圖5所示.由圖5可以看出，瀝青的勁度模量隨著時間的增大而逐漸減小.基質(zhì)瀝青與PPA改性瀝青、SBS改性瀝青與SBS復配PPA改性瀝青在變形前期勁度模量大小區(qū)別比較明顯，而后曲線逐漸重疊，勁度達到同一水平，而SBR改性瀝青與SBR復配PPA改性瀝青曲線始終保持平行.綜合來看，PPA改性瀝青小于基質(zhì)瀝青，SBS復配PPA改性瀝青小于SBS改性瀝青，SBR復配PPA改性瀝青小于SBR改性瀝青.由此可知，PPA加入能夠減小瀝青的低溫勁度模量，從而改善瀝青的低溫抗變形能力.

圖4 不同瀝青的變形恢復率Fig.4 Deformation recovery rate of different asphalt

荷載作用時瀝青的勁度變化率(m)與時間對數(shù)的關系如圖6所示.由圖6可以看出，m值隨著時間的增大而逐漸增大.基質(zhì)瀝青和PPA改性瀝青的m值在前期大于SBS改性瀝青和SBS復配PPA改性瀝青，而小于SBR改性瀝青和SBR復配PPA改性瀝青，但是基質(zhì)瀝青和PPA改性瀝青的m值對時間的敏感性很強，在后期m值比其他4種瀝青大很多.由此可知，化學改性瀝青與聚合物改性瀝青的m值之間差異非常顯著，m值可以視為瀝青低溫狀態(tài)下勁度模量對變形的響應能力，PPA改性瀝青的響應能力強于聚合物改性，在聚合物改性瀝青中，SBR的

a 瀝青A與瀝青B

b 瀝青C與瀝青D

c 瀝青E與瀝青F圖5 不同瀝青勁度與時間的對數(shù)關系Fig.5 Logarithmic relation of stiffness and time of different asphalt

圖6 勁度變化率與時間對數(shù)的關系Fig.6 The relation of stiffness change rate and logarithmic of time

響應能力強于SBS.所以，PPA有助于改善瀝青的低溫變形能力，SBR的低溫改性效果優(yōu)于SBS.

按照SHRP規(guī)范要求對壓力老化(PAV)后的瀝青進行BBR試驗，結(jié)果如表6所示，根據(jù)表6中不同瀝青勁度模量和m值對瀝青的低溫等級進行分級，得到不同瀝青的PG分級結(jié)果.

由表6可知，基質(zhì)瀝青、PPA改性瀝青和SBS類改性瀝青低溫等級都為-22 ℃，SBR類改性瀝青低溫等級為-28 ℃，表明SBR對瀝青的低溫性能有良好的改善作用，但其對瀝青的高溫性能的改善不如PPA和SBS，在高溫方面，PPA的改善作用優(yōu)于SBR而不如SBS.

表6 不同瀝青BBR試驗結(jié)果及PG分級

Tab.6 Test results of BBR and PG classification of different asphalt

瀝青類型-12℃-18℃勁度模量/MPam勁度模量/MPam低溫等級/℃PG等級/℃A1910．4264090．264-2264～22B1820．3874200．251-2276～22C1680．3743920．243-2282～22D1750．3823990．251-2282～22E1370．3652820．302-2870～28F1550．3712910．321-2870～28

3 PPA改性瀝青核磁共振試驗分析

3.1 試驗簡介

Bruker400M核磁共振儀.瀝青溶劑為氘代氯仿(CDCl3)，PPA溶劑為氘代水(D2O).標準參照物為四甲基硅烷(TMS).專業(yè)NMR數(shù)據(jù)處理軟件MestReNova9.0[17].

3.2 試樣制備方法

選用液體核磁測試方法.試驗采用瀝青核磁共振專用玻璃試管，其長18 cm、直徑6 cm.首先將瀝青和改性劑溶于普通氯仿或氘代水配成飽和溶液，然后用滴定管將飽和溶液滴進試管中，約占試管的1/3左右.用電吹風將溶劑揮發(fā)，管中僅剩下粉末狀溶質(zhì).再向試管中滴入氖代氯仿或氘代水，將溶質(zhì)完全溶解，用電吹風烘干，得到瀝青試樣.

3.3 試驗結(jié)果分析

3.3.1 氫譜

圖8b為PPA的1H譜.譜圖中只有1個吸收峰，說明PPA中H原子的化學環(huán)境與D2O完全相同，化學相對位移為4.862，可知PPA的H原子所處基團為—OH.由此可斷定，—OH和瀝青中的某些官能團發(fā)生了化學反應.

圖8c是改性前后瀝青的1H譜對比圖.圖中“5%PPA”表示在基質(zhì)瀝青中摻入質(zhì)量分數(shù)為5%的PPA,其他以此類推.由圖可知，PPA摻量由5%增大到20%，而1H譜上并沒有出現(xiàn)新的吸收峰，在4.862處也沒有出現(xiàn)PPA1H譜中的—OH吸收峰.如果PPA和瀝青沒有發(fā)生化學反應，而僅僅是一個物理共混過程，那么大劑量PPA摻入后，在4.862處應該有吸收峰出現(xiàn).因此，PPA中的—OH一定參與了化學反應.

圖7 不同類型基團H原子的化學相對位移Fig.7 The relative chemical shifts of H atoms with different types of groups

3.3.2 碳譜

不同類型基團C原子的化學相對位移如圖9，基質(zhì)瀝青13C譜如圖10.按照不同C原子的類型，瀝青13C譜可以分為低場芳香碳區(qū)(180×10-6～90×10-6)和高場脂肪碳區(qū)(70×10-6～4×10-6)[18].由圖8a可知，低場化學位移沒有出現(xiàn)明顯的吸收峰，結(jié)合基質(zhì)瀝青1H譜可知，東明70號瀝青的芳香族化合物含量很少.化學相對位移77.35，77.04和76.72處的3個吸收峰是溶劑CDCl3典型的三重裂解峰.低場化學位移出現(xiàn)4個飽和族C原子吸收峰：31.96處為脂環(huán)烴上的碳；29.74處的強吸收峰為長鏈上的亞甲基碳(—(CH2)n—)的吸收峰；22.73處為飽和烷基鏈上靠近鏈終端的亞甲基碳(—CH2—)吸收峰；14.15處為甲基(—CH3)吸收峰.

由以上分析可知，基質(zhì)瀝青的化學成分主要是以脂肪族和鏈狀結(jié)構(gòu)化合物組成，按照瀝青組分劃分則屬于飽和分成分，而瀝青質(zhì)等大分子芳香族化合物的含量相對很少.這也可能是瀝青大分子結(jié)構(gòu)物無法被CDCl3完全溶解有關.

圖11a是基質(zhì)和10%PPA改性瀝青的低場脂肪碳區(qū)13C譜對比圖，圖11b是高場芳香碳區(qū)13C譜對比圖.由圖11a可知，PPA改性瀝青13C譜出現(xiàn)了28.04，27.15和19.80三處微弱的吸收峰，表明瀝青中的輕組分碳鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，使瀝青的官能團更加豐富.3個吸收峰出現(xiàn)的位置對應著烷基側(cè)鏈上的C原子以及醚類(C—O—C)、酯類(—COO—)化合物.圖11b可知，PPA改性瀝青高場(150×10-6～100×10-6)處出現(xiàn)一個寬大的峰包，說明瀝青中的大分子結(jié)構(gòu)增多.由此可知：PPA的官能團—OH可能與瀝青中的醇類或酸類官能團發(fā)生了化學反應，生成了醚類和酯類化合物，碳鏈發(fā)生了環(huán)化和接枝現(xiàn)象，使得瀝青的化學結(jié)構(gòu)更加復雜，大分子物質(zhì)增多.瀝青中的輕組分減少、重組分增多，宏觀上瀝青變得更加黏稠，物理性能發(fā)生顯著變化.綜合31P譜，確定P原子的類型，可以進一步研究PPA的改性機理.

a 基質(zhì)瀝青

b PPA

c 不同摻量PPA改性瀝青圖8 不同瀝青1H譜Fig.8 1H spectra of different asphalt

圖9 不同類型基團C原子的化學相對位移Fig.9 Chemical shifts of C atoms with different types of groups

圖10 基質(zhì)瀝青13C譜Fig.10 13C spectra of matrix asphalt

3.3.3 磷譜

31P的自旋量子數(shù)I=1/2，且天然豐度為100%，核磁信號是1H的6.7%，是13C的377倍.圖12是基質(zhì)和PPA改性瀝青的31P譜對比圖.基質(zhì)瀝青31P譜沒有發(fā)現(xiàn)吸收峰，說明基質(zhì)瀝青中沒有P原子的存在.PPA改性瀝青31P譜只出現(xiàn)了一個吸收峰，說明P原子的存在類型只有1種.根據(jù)化學相對位移-0.07判斷，P原子在PPA和PPA改性瀝青中的存在形式相同，都是以正磷酸基的形式存在.由此可知，PPA的官能團—OH參與了化學反應.

a 脂肪碳區(qū)

b 芳香碳區(qū)圖11 基質(zhì)和PPA改性瀝青不同區(qū)13C譜

Fig.1113C spectra of different zones of matrix and PPA modified asphalt

圖12 基質(zhì)和PPA改性瀝青31P譜Fig.12 31P spectra of matrix and PPA modified asphalt

3.4 化學改性機理分析

PPA改性機理包括：①PPA的摻入促使瀝青發(fā)生了長鏈或者長鏈側(cè)鏈上的官能團接枝，使得碳鏈的長度加長，結(jié)構(gòu)更加復雜，相應的分子量增大.②在PPA的催化作用下，瀝青中的官能基團與PPA中的弱酸基團—OH發(fā)生了磷酸酯化反應，使得瀝青分子結(jié)構(gòu)復雜化.③PPA與瀝青中的烴類衍生物發(fā)生了環(huán)化反應，瀝青中以P原子為主的雜環(huán)結(jié)構(gòu)化合物增多，瀝青中的化學成分變得更加復雜.

上述3種可能的化學反應并不是單獨發(fā)生的，而是兩兩結(jié)合或3種反應同時交錯進行.在接枝、磷酸酯化和環(huán)化反應的作用下，瀝青的化學結(jié)構(gòu)組成改變，重組分增大，而輕組分相應減少，宏觀上表現(xiàn)為瀝青的黏稠性增大，抗車轍因子(G*/sinδ)增大，從而PPA改善了基質(zhì)瀝青的高溫抗剪切變形能力.對于PPA復配SBS改性瀝青，PPA主要通過增大瀝青中黏性成分而起到改性作用.

4 結(jié)語

(1)PPA能夠改善基質(zhì)瀝青的高溫抗剪切變形能力，通過SBS復配PPA的改性方法能夠取得比高摻量SBS改性瀝青更好的高溫性能，SBR復配PPA改性瀝青的高溫性能比SBR單一改性瀝青更優(yōu).短期老化后瀝青G*增大，δ變小，瀝青高溫抗變形能力增強.SBS改性瀝青老化前后的相位角δ隨溫度的變化趨勢與其他瀝青表現(xiàn)不同.

(2)PPA的改性作用主要在于增大了瀝青黏性的黏度，從而使瀝青高溫性能得到改善；而SBS改性主要是聚合物特有的彈性變形恢復能力改善了瀝青的高溫性能.

(3)在低溫狀態(tài)下，PPA減小了基質(zhì)瀝青低溫勁度模量，聚合物復配PPA改性瀝青低溫勁度模量小于聚合物單一改性，表明PPA在一定程度上可增強瀝青的低溫抗變形能力.

(4)NMR試驗表明，PPA改性劑的—OH基團與瀝青發(fā)生了化學反應，改變了瀝青的碳鏈結(jié)構(gòu)，使得瀝青中的大分子化學物成分增多.通過1H譜、13C譜和31P譜的綜合分析，PPA與瀝青的化學反應主要是接枝、磷酸酯化和環(huán)化反應.

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Study on the Rheological Properties and Mechanism of Polyphosphoric Acid Modified Asphalt

LIUHongying,ZHANGZhenxing,CHANGRui,HAOPeiwen

(Key Laboratory for Road Structure and Material of MOC, Chang’an University, Xi’an 710064, China)

Through dynamic shear rheological (DSR), repeated creep and recovery teat(RCRT) and bending beam rheological(BBR) test, the rheological behavior of polyphosphoric acid (PPA)modified asphalt, polymer modified asphalt and polymer mixed PPA modified asphalt at different temperature were comprehensively studied. The results show that the PPA additive can improve performances of matrix asphalt and polymer modified asphalt at the high and low temperature. The modification mechanism had more different performance between PPA and SBS modified asphalt at high temperature, and PPA using can significantly increase the viscosity of asphalt, and PPA has less influence on the elastic deformation recovery ability of asphalt, but SBS can greatly improve the elastic recovery of asphalt. The modification mechanism of PPA modified asphalt was analyzed by nuclear magnetic resonance (NMR) test, and the results show grafting, phosphating and cyclization reactions are happened between asphalt and PPA, which changes the carbon chain structure and chemical structure of asphalt, and asphalt become more viscosity.

road engineering; poly phosphoric acid; modified asphalt; rheological properties; modified mechanism

2016-03-15

國家自然科學基金(51278060)

劉紅瑛(1971—)，女，副教授，碩士生導師，工學博士，主要研究方向為路面結(jié)構(gòu)與材料. E-mail:gli71@gl.chd.edu.cn

郝培文(1967—)，男，教授，博士生導師，工學博士，主要研究方向為路面結(jié)構(gòu)與材料. E-mail: gl02@chd.edu.cn

U414

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