多聚磷酸添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青性能的影響

莊嫦萍

(漳州新立基瀝青有限公司，漳州 363107)

SBS 改性瀝青是以基質(zhì)瀝青為原料， 加入一定比例的SBS 改性劑，通過剪切、研磨、攪拌等方法使SBS 均勻地分散于瀝青中，同時加入一定比例的專屬穩(wěn)定劑，形成瀝青、SBS 共混材料，利用SBS 良好的物理性能對瀝青做改性處理[1～2]。 多聚磷酸(Polyphosphoric Acid，縮寫PPA)，又稱多磷酸、聚磷酸?；瘜W(xué)式(近似)H6P4O13。多聚磷酸作為一種瀝青的化學(xué)改性劑在國內(nèi)外均得到了一定程度的研究和應(yīng)用， 研究方向主要著重于多聚磷酸改性瀝青的物理性能、改性機(jī)理的研究，而對PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青性能影響還未見系統(tǒng)研究[3～6]。 本論文將從改變多聚磷酸在SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青制備過程中的添加時間點而導(dǎo)致的復(fù)合改性瀝青性能變化情況分析，得到較優(yōu)的復(fù)合改性瀝青制備工藝。

1 試驗部分

1.1 原材料

基質(zhì)瀝青FREP-70#，源自福建聯(lián)合石化，其主要技術(shù)指標(biāo)列于表1；多聚磷酸PPA，工業(yè)級，市售；SBS791H，岳陽石化生產(chǎn)；穩(wěn)定劑XLWD-I，佛山市順德區(qū)鑫路材料技術(shù)有限公司生產(chǎn)。

表1 基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)

1.2 分析測試

表2 列出了試驗所用分析儀器及其測試項目。

表2 實驗用分析儀器及其測試項目

1.3 樣品制備

改性工藝：將96.2 份基質(zhì)瀝青加熱到140℃，加入3.6份SBS791H， 在轉(zhuǎn)速為400 轉(zhuǎn)/min 下攪拌升溫至185℃，攪拌溶脹30 min， 加入0.2 份穩(wěn)定劑XLWD-I 后剪切30 min，停止剪切；保持溫度為185℃，在轉(zhuǎn)速為600 轉(zhuǎn)/min下攪拌熟化2 h 制得樣品， 其中在不同的時間點分別添加PPA 而得到不同的樣品：

①140℃時在基質(zhì)瀝青中添加制得樣品1；

②SBS 溶脹完成后添加時制得樣品2；

③剪切完成后添加時制得樣品3；

④熟化1h 后添加時制得樣品4。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同PPA 添加工藝對SBS 改性瀝青原樣瀝青性能的影響

2.1.1 延度

延度是評定瀝青塑性的重要指標(biāo)。延度越大，表明瀝青的塑性越好。 圖1 是PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青原樣瀝青延度的影響的變化圖。 圖1 顯示PPA 添加工藝對延度影響較大，在剪切工藝前添加，不管是加在基質(zhì)瀝青里面或是加在SBS 瀝青混合物里面， 對最終復(fù)合改性瀝青原樣瀝青延度影響較??； 剪切后添加和熟化完成前1 h 添加對延度影響均較大， 延度降低了5cm 以上。5℃延度是我國SBS 改性瀝青技術(shù)要求中表征瀝青低溫性能的重要指標(biāo)，延度越大，瀝青的低溫性能越好；圖1 表明，在SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青制備過程中，越早加入PPA，復(fù)合改性瀝青的延度越好。

圖1 PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青原樣瀝青延度的影響

2.1.2 軟化點

軟化點表示在一定外力存在下， 瀝青受熱從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢鲃幽芰r的溫度。 軟化點實質(zhì)上是一種等粘溫度， 它表征道路瀝青在較高溫度下和有車輛行駛的條件下抵抗路面變形的能力。 圖2 是PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青原樣瀝青軟化點的影響關(guān)系圖，從圖中可以看出，PPA 在SBS 溶脹完成后添加時數(shù)值最高，在熟化完成前1 h 添加數(shù)值最低。 軟化點的高低常用于評價瀝青的高溫穩(wěn)定性。軟化點越高，瀝青結(jié)合料抗高溫軟化能力越強(qiáng)。圖2 表明，在SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青制備過程中，在SBS 溶脹完成后加入PPA，復(fù)合改性瀝青的軟化點數(shù)值最好。

2.1.3 針入度

圖2 PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青原樣瀝青軟化點的影響

圖3 是PPA 不同添加工藝下，SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青原樣瀝青分別在15℃、25℃和30℃下針入度的變化圖。圖3 顯示，15℃下，PPA 在溶脹完成后添加的針入度值最大，在基質(zhì)瀝青和剪切完成后添加值相近，偏??；25℃下，PPA 在溶脹完成后添加的針入度值最大， 在剪切完成后和熟化完成前1 h 添加針入度值相近， 偏??；30℃下，越早添加，數(shù)值越高。由于針入度是表征SBS 改性瀝青稠度的技術(shù)指標(biāo)， 特別是我國以25℃的針入度數(shù)值作為瀝青分級的標(biāo)志性指標(biāo)，因此如果要降低復(fù)合改性瀝青標(biāo)號，在剪切完成后添加，效果較佳。

圖3 PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青原樣瀝青針入度的影響

2.1.4 針入度指數(shù)、當(dāng)量軟化點、當(dāng)量脆點

圖4 PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青原樣瀝青針入度指數(shù)PI 的影響

針入度指數(shù)(PI)是SBS 改性瀝青技術(shù)指標(biāo)體系中表征瀝青溫度敏感性的一個技術(shù)指標(biāo)， 反應(yīng)針入度隨溫度而變化的程度， 由不同溫度的針入度按規(guī)定方法計算得到。圖4 是PPA 不同添加工藝下，SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青原樣瀝青針入度指數(shù)的變化圖。 圖中顯示PPA 在溶脹完成后及熟化完成前1 h 添加， 復(fù)合改性瀝青的針入度指數(shù)較高，在基質(zhì)瀝青中添加時針入度指數(shù)最低。因此從總體上看，要降低復(fù)合改性瀝青的溫度敏感性，PPA 應(yīng)在溶脹完成后添加和熟化完成前1 h 添加。

當(dāng)量軟化點是相當(dāng)于瀝青針入度為800 時的溫度，用以評價瀝青的高溫穩(wěn)定性；當(dāng)量脆點是相當(dāng)于瀝青針入度為1.2 時的溫度，用以評價瀝青的低溫抗裂性能；塑性溫度范圍是當(dāng)量軟化點與當(dāng)量脆點的差值。當(dāng)量軟化點和當(dāng)量脆點均是按照規(guī)定的方法，計算而得。 圖5 是PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青原樣瀝青當(dāng)量軟化點、當(dāng)量脆點和塑性溫度范圍的影響關(guān)系圖。 圖中顯示PPA 在溶脹完成后及熟化完成前1 h 添加，復(fù)合改性瀝青的當(dāng)量軟化點較高，當(dāng)量脆點較低，塑性溫度范圍較大；相反，在基質(zhì)瀝青中添加時，復(fù)合改性瀝青的上述三項指標(biāo)最差。

圖5 PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青原樣瀝青當(dāng)量軟化點、當(dāng)量脆點和塑性溫度范圍的影響

2.1.5 車轍因子

在SHARP 規(guī)范中，瀝青的高溫穩(wěn)定性指標(biāo)用平均最高路面設(shè)計溫度時的原樣瀝青及薄膜加熱后殘留瀝青的G*/sinδ 作為指標(biāo)。 G* 是動態(tài)剪切復(fù)數(shù)勁度模量。 G* 越大表示瀝青的勁度越大， 抗流動變形能力越強(qiáng)。 G*/sinδ是損失剪切柔量的倒數(shù)， 它反映瀝青材料的永久變形性能。 即瀝青性質(zhì)的粘性成分G*/sinδ 越大，表示損失剪切柔量越小，即高溫時的流動變形越小，抗車轍能力越強(qiáng)。圖6 是PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青原樣瀝青車轍因子的影響圖。圖6 顯示在82℃下，PPA 在溶脹完成后添加，復(fù)合瀝青原樣瀝青的車轍因子最大，PPA 在熟化完成前1 h 添加，車轍因子最小。

2.2 PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青抗老化性能的影響

2.2.1 RTFOT 老化影響

2.2.1.1 針入度及針入度比

圖6 PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青原樣瀝青車轍因子的影響

圖7 PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青RTFOT老化后針入度及針入度比的影響

圖7 是PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青RTFOT 老化后針入度及針入度比的影響圖。 圖中顯示，PPA 在溶脹完成后添加，復(fù)合改性瀝青的RTFOT 老化殘留物25℃針入度和針入度比均最低；PPA 在基質(zhì)瀝青中添加和在剪切完成后添加，前述兩項指標(biāo)值較高。

2.2.1.2 5℃延度

圖8 是PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青RTFOT 老化后5℃延度的影響圖。 圖中顯示，PPA 在溶脹完成后添加，復(fù)合改性瀝青的RTFOT 老化殘留物的延度最高；PPA 在熟化完成前1 h 添加的延度最低。 總體上看，PPA 在改性瀝青制備過程中越往后加，成品老化延度越低。

圖8 PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青RTFOT 老化后延度的影響

2.2.1.3 車轍因子

圖9 是PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青RTFOT 老化后車轍因子的影響圖。 圖9 顯示在76℃下測試時，PPA 在基質(zhì)瀝青中和溶脹完成后添加，復(fù)合改性瀝青的車轍因子較高，熟化完成后添加最低；在82℃下測試時，PPA 在剪切完成后添加時，復(fù)合改性瀝青的車轍因子最低，其它三種情況添加，測試值接近。

圖9 PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青RTFOT老化殘留物車轍因子的影響

2.2.2 靜置高溫?zé)醿Υ鏁r三大指標(biāo)性能衰減情況

表3 是PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青在163℃下靜置熱儲存24 h 前后三大指標(biāo)對比表。 表中顯示，PPA 與瀝青的反應(yīng)需要一定的時間， 熱儲存過程中，PPA 與瀝青繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)。對軟化點指標(biāo)，PPA 在基質(zhì)瀝青中和溶脹完成后添加，軟化點有所降低；PPA 在剪切完成后添加與熟化完成前1 h 添加， 復(fù)合改性瀝青的軟化點會有所提高；特別是PPA 在熟化前1 h 添加的樣品，軟化點提高了17.3℃。 對針入度指標(biāo)，PPA 在基質(zhì)瀝青中和溶脹完成后添加， 針入度降低， 特別是在基質(zhì)瀝青中添加， 針入度降低了6.1，PPA 在剪切完成后添加與熟化完成前1 h 添加，復(fù)合改性瀝青的針入度有較大幅度提高；分別提高了6.9 和6.7。 對5℃延度指標(biāo)，PPA 的各種添加工藝均導(dǎo)致了復(fù)合改性瀝青的延度值降低，但PPA 在基質(zhì)瀝青中添加時降低該項指標(biāo)降低最明顯，達(dá)9.5cm，其他工藝降幅較少，在1.8cm～3.9cm 之間。

表3 PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青高溫?zé)醿Υ媲昂笕笾笜?biāo)對比表

3 結(jié)論

通過對PPA 在SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青制備過程中添加工藝的不同引起的復(fù)合改性瀝青性能變化的研究，可以得出以下幾個主要結(jié)論：

(1) 對復(fù)合改性瀝青原樣瀝青，PPA 在基質(zhì)瀝青中和溶脹完成后添加時，SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青的軟化點、針入度、延度和車轍因子較高；PPA 在溶脹完成后及熟化完成前1 h 添加，復(fù)合改性瀝青的針入度指數(shù)、塑性溫度范圍、當(dāng)量軟化點較大，在基質(zhì)瀝青中添加時針入度指數(shù)和塑性溫度范圍最低。

(2)對復(fù)合改性瀝青RTFOT 老化殘留物，PPA 在溶脹完成后添加，25℃針入度和針入度比均最低；PPA 在基質(zhì)瀝青中添加和在剪切完成后添加，前述兩項指標(biāo)值較高，PPA 在溶脹完成后添加，5℃延度最高，PPA 在熟化完成前1 h 添加的5℃延度最低。 隨PPA 添加時間越靠后，76℃下測試的車轍因子越低； PPA 在剪切完成后添加時，82℃下測試的車轍因子最低， 其它三種情況添加，測試值較高且數(shù)值相近。

(3)對復(fù)合改性瀝青高溫?zé)醿Υ婧髿埩粑锏娜笾笜?biāo)檢測分析表明：PPA 添加時間越早， 軟化點變化越小，越在后面時間點添加， 復(fù)合改性瀝青的軟化點提高幅度越大； 對針入度指標(biāo)，PPA 在基質(zhì)瀝青中和溶脹完成后添加， 針入度降低；PPA 在剪切完成后添加與熟化完成前1h 添加，復(fù)合改性瀝青的針入度有較大幅度提高；對5℃延度指標(biāo)，PPA 的各種添加工藝均導(dǎo)致了復(fù)合改性瀝青的延度值降低，但PPA 在基質(zhì)瀝青中添加時降低該項指標(biāo)降低最明顯，其他工藝降幅較小。

總之，PPA 添加工藝對SBS/PPA 復(fù)合改性瀝青的性能指標(biāo)影響不一，各項技術(shù)指標(biāo)呈不規(guī)律變化，因此究竟在什么時間點進(jìn)行PPA 改性，還得根據(jù)實際情況和具體項目的技術(shù)要求有所側(cè)重，通過試驗最終確定。