Irganox 1010對(duì)玻璃纖維瀝青混合料低溫性能影響研究

邱恒禹

摘? 要：通過在基質(zhì)瀝青中添加不同摻量Irganox 1010制備AC-16改性纖維瀝青混合料，進(jìn)行低溫間接拉伸試驗(yàn)，分析Irganox 1010對(duì)玻璃纖維瀝青混合料低溫性能的影響。結(jié)果表明：Irganox 1010對(duì)玻璃纖維瀝青混合料破壞應(yīng)變和模量的影響相較于劈裂抗拉強(qiáng)度更為顯著。其中，破壞勁度模量隨Irganox 1010摻量提高呈線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，當(dāng)摻量為1%時(shí)破壞拉伸應(yīng)變最大，而劈裂抗拉強(qiáng)度指標(biāo)隨Irganox 1010摻量變化不明顯。綜合分析玻璃纖維瀝青混合料低溫性能指標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)其良好的低溫路用性能，建議工程實(shí)際應(yīng)用中Irganox 1010摻量為1%為宜。

關(guān)鍵詞：低溫性能;間接拉伸試驗(yàn);玻璃纖維瀝青混合料;Irganox 1010

中圖分類號(hào)：U416.217? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）16-0010-04

Abstract： Ac-16 modified fiber asphalt concrete was prepared by adding different amounts of Irganox 1010 to the matrix asphalt. The indirect tensile test at low temperature was conducted to analyze the influence of antioxidant on the low temperature performance of glassfiber asphalt concrete. The results showed that the effect of Irganox 1010 on the failure strain and modulus of glass fiber asphalt concrete was more significant than that on the splitting tensile strength. Among them， the failure stiffness modulus increased linearly with the increase of Irganox 1010 content. When the content was 1%， the failure tensile strain reached its maximum， while the splitting tensile strength index did not change significantly with the content of antioxidant. Based on the comprehensive analysis of the low temperature performance index of glassfiber asphalt concrete， it is recommended that the content of Irganox 1010 should be 1% in the practical application of the project in order to achieve its good low temperature road performance.

Keywords： low temperature performance; indirect tensile test; glassfiber asphalt concrete; Irganox 1010

1概述

瀝青混合料路面因具有良好的行車舒適性、穩(wěn)定性和噪聲小等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于道路工程中[1]。但瀝青作為一種膠黏劑在道路服役過程中易受熱、氧、紫外光等環(huán)境因素影響，發(fā)生老化現(xiàn)象導(dǎo)致其性能下降，宏觀上表現(xiàn)為瀝青混合料路用性能降低。研究人員大多通過在瀝青中添加外摻劑制備改性瀝青來達(dá)到提高瀝青抗老化性能的目的。Irganox 1010作為一種受阻酚抗氧劑，因其與瀝青相容性好、揮發(fā)性低、熔融溫度接近[2]，被廣泛應(yīng)用于瀝青抗老化研究。Marcato[3]，Morandim-Giannetti[4]研究表明Irganox 1010可有效延緩橡膠等聚合物材料的熱氧反應(yīng)速率，從而達(dá)到延長(zhǎng)使用年限的目的。Feng[5]研究了不同抗氧劑對(duì)基質(zhì)瀝青老化性能影響，發(fā)現(xiàn)Irganox 1010能一定程度提高瀝青抗熱氧老化能力。吳偉飛[6]通過在SK-70#瀝青中添加不同摻量Irganox 1010制備抗氧劑改性瀝青，進(jìn)行長(zhǎng)短期熱氧老化試驗(yàn)以及紫外加速老化試驗(yàn)，分析瀝青老化前后物理指標(biāo)變化并且使用軟化點(diǎn)增量和粘度老化指數(shù)評(píng)價(jià)抗氧劑對(duì)瀝青老化性能的影響，確定了Irganox 1010的最佳摻量為0.6%。Apeagyei[2]通過旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)（RTFOT）和壓力老化試驗(yàn)（PAV）研究不同抗氧劑對(duì)瀝青長(zhǎng)短期老化性能影響，發(fā)現(xiàn)Irganox 1010能提高瀝青低溫抗裂性能，但并未具體研究Irganox 1010對(duì)瀝青混合料低溫路用性能影響。目前，研究人員大多停留在Irganox 1010與瀝青作用效果研究，對(duì)其與瀝青混合料作用影響研究甚少?；诖?，本文通過在基質(zhì)瀝青中添加不同摻量的Irganox 1010制備改性瀝青，制作標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件進(jìn)行低溫間接拉伸試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了Irganox 1010對(duì)玻璃纖維瀝青混合料低溫性能的影響，并確定Irganox 1010最佳摻量，為今后工程實(shí)際應(yīng)用提供參考依據(jù)。

2 原材料與工藝方法

2.1 原材料

試驗(yàn)所用改性瀝青通過在AH-70#基質(zhì)瀝青中分別加入1%，5%，10%的Irganox 1010剪切制得，其中基質(zhì)瀝青主要技術(shù)指標(biāo)見表1，Irganox 1010如圖1所示。纖維根據(jù)朱春鳳、黃珊[7-8]等人的研究成果選取摻量為0.2%的短切12mm玻璃纖維。混合料級(jí)配類型為AC-16密級(jí)配瀝青混合料，級(jí)配曲線如圖2所示，通過馬歇爾試驗(yàn)綜合考慮混合料空隙率、穩(wěn)定度、流值等指標(biāo)確定其最佳油石比為4.6%，將其作為玻璃纖維瀝青混合料最佳油石比。

2.2 改性瀝青制備工藝

Irganox 1010改性瀝青采用濕法工藝制備，將基質(zhì)瀝青加熱到流動(dòng)狀態(tài)，然后將其倒入已保溫至130℃的反應(yīng)釜中，啟動(dòng)剪切機(jī)，轉(zhuǎn)速控制在4000～4500rad/min，攪拌1分鐘后緩慢添加Irganox 1010，摻量分別為1%，5%，10%，同時(shí)轉(zhuǎn)速提高到5000rad，直至瀝青與抗氧劑溶合充分，為減少剪切過程中瀝青老化，總的攪拌時(shí)間應(yīng)控制在15分鐘左右。另外，對(duì)基質(zhì)瀝青做相同處理，作為對(duì)照組。改性瀝青制備完成后貼上標(biāo)簽，留存?zhèn)溆茫瑘D3為摻加Irganox 1010剪切完成后改性瀝青。

3 試驗(yàn)方法

采用間接拉伸試驗(yàn)評(píng)價(jià)玻璃纖維瀝青混合料的低溫性能，按Irganox 1010摻量0%，1%，5%，10%共分為4組，由最佳油石比4.6%以及玻璃纖維摻量0.2%制作標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，每組4個(gè)，溫度選取-10℃，加載速率1mm/min，按下式計(jì)算劈裂抗拉強(qiáng)度，破壞拉伸應(yīng)變：

式中：RT為劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa;PT為試驗(yàn)荷載的最大值，N;h為試件高度，mm;εT為破壞拉伸應(yīng)變;XT為最大破壞荷載時(shí)試件水平方向的總變形;YT為最大破壞荷載時(shí)試件垂直方向的總變形;μ為泊松比，按規(guī)范取0.25。圖4為間接拉伸試驗(yàn)過程。

4 間接拉伸試驗(yàn)結(jié)果分析

不同Irganox 1010摻量條件下，玻璃纖維瀝青混合料的低溫間接拉伸試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

由圖5（a）看出，隨Irganox 1010摻量增加，玻璃纖維瀝青混合料的破壞拉伸應(yīng)變表現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)。同基質(zhì)瀝青混合料相比，Irganox 1010摻量為1%時(shí)，破壞應(yīng)變提高6.7%，而摻量為5%和10%時(shí)，其破壞應(yīng)變反而下降10.7%和14.4%。表明玻璃纖維瀝青混合料中Irganox 1010摻量并非越大越好，而是存在一個(gè)性能最佳摻量，因此考慮破壞拉伸應(yīng)變指標(biāo)，推薦Irganox 1010摻量為1%為宜。

由圖5（b）看出，摻加Irganox 1010后，玻璃纖維瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度都有一定程度的提高，但變化幅度不明顯。相較于基質(zhì)瀝青混合料，摻加1%Irganox 1010，劈裂抗拉強(qiáng)度由2.94MPa提高到2.99MPa，提升幅度僅為1.7%，而摻加5%和10%Irganox 1010后，劈裂抗拉強(qiáng)度分別提高5.8%和2.7%。說明Irganox 1010對(duì)玻璃纖維瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度指標(biāo)改善作用并不明顯。

由圖5（c）看出，玻璃纖維瀝青混合料低溫破壞勁度模量與Irganox 1010摻量呈良好的線性關(guān)系，二者擬合公式為：y=31.29x+985.09，R2=0.98。隨著Irganox 1010摻量增加，玻璃纖維混合料破壞勁度模量不斷提高，說明Irganox 1010加入會(huì)使纖維瀝青混合料在低溫條件下變硬變脆，這不利于其低溫性能發(fā)揮。因此，玻璃纖維瀝青混合料中Irganox 1010摻量不宜過大，且應(yīng)該綜合考慮玻璃纖維瀝青混合料低溫性能指標(biāo)選取Irganox 1010劑最佳摻量。

通過綜合分析不同摻量Irganox 1010對(duì)玻璃纖維瀝青混合料低溫性能指標(biāo)的影響，當(dāng)玻璃纖維混合料摻有1%Irganox 1010時(shí)，其低溫破壞拉伸應(yīng)變最大，甚至較摻有10%Irganox 1010的破壞應(yīng)變提高24.7%。另外，摻有1%Irganox 1010的玻璃纖維瀝青混合料低溫破壞模量與基質(zhì)瀝青混合料相近且遠(yuǎn)小于摻有5%和10%Irganox 1010的玻璃纖維瀝青混合料，并且其劈裂抗拉強(qiáng)度較基質(zhì)瀝青混合料有一定程度提升。因此，綜合分析玻璃纖維瀝青混合料低溫性能指標(biāo)，選取Irganox 1010的最優(yōu)摻量為1%。

5 結(jié)束語

本文通過低溫間接拉伸試驗(yàn)，評(píng)價(jià)0%，1%，5%，10%不同摻量Irganox 1010對(duì)玻璃纖維瀝青混合料低溫性能的影響，結(jié)論如下：

（1）玻璃纖維瀝青混合料破壞勁度模量與Irganox 1010摻量呈良好的正相關(guān)線性關(guān)系，二者擬合公式為：y=31.29x+985.09，R2=0.98。相較于基質(zhì)瀝青混合料，摻加1% Irganox 1010的玻璃纖維瀝青混合料破壞拉伸應(yīng)變提高了6.7%，而摻加5%和10% Irganox 1010的破壞應(yīng)變分別降低10.7%，14.4%。另外，Irganox 1010對(duì)玻璃纖維瀝青混合料劈裂抗拉強(qiáng)度影響并不顯著。

（2）綜合考慮玻璃纖維瀝青混合料低溫性能指標(biāo)，建議選取Irganox 1010摻量為1%為宜。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱春鳳.硅藻土-玄武巖纖維復(fù)合改性瀝青混合料路用性能及力學(xué)特性研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2018.

[2]Apeagyei A K. Laboratory evaluation of antioxidants for asphalt binders[J]. Construction and Building Materials， 2011， 25（1）：47-53.

[3]Marcato B， Guerra S， Vianello M， et al. Migration of antioxidant additives from various polyolefinic plastics into oleaginous vehicles[J]. International Journal of Pharmaceutics （Kidlington）， 2003， 257（1-2）：217-225.

[4]Andréia A. Morandim-Giannetti， José Augusto M. Agnelli， Bruno Z. Lancas， et al. Lignin as additive in polypropylene/coir composites： Thermal， mechanical and morphological properties[J]. Carbohydrate Polymers， 2012 （87）：2563-2568.

[5]Feng Z G， Yu J Y， Zhang H L， et al. Preparation and Properties of Ageing Resistant Asphalt Binder with Various Anti-Ageing Additives[J]. Applied Mechanics and Materials， 2011， 71-78：1062-1067.

[6]吳偉飛.層狀雙金屬氫氧化物/受阻酚抗氧劑改性瀝青的制備與性能研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)， 2016.

[7]朱春鳳.玻璃纖維改善瀝青混合料性能的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2007.

[8]黃珊.玻璃纖維增強(qiáng)瀝青混合料效果分析與試驗(yàn)研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2009.