紫外-熱-氧老化條件下醋酸纖維改性瀝青流變特性研究

陳永勝

(中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510420)

1 引 言

為了改善瀝青混合料的路用性能，保證瀝青混凝土路面具備優(yōu)異的高溫抗車轍、低溫抗裂、抗疲勞及抗水損害性能，需要摻加高性能的纖維材料，例如礦物纖維、聚酯纖維、木質(zhì)素纖維等[1-3]，摻加的纖維可在瀝青混合料中起到加筋、阻裂等作用。

鑒于玄武巖纖維具有高強度、低吸水率、耐酸堿、耐高溫、綠色環(huán)保等優(yōu)點，并作為一種新型環(huán)保高性能無機纖維材料已逐步推廣應(yīng)用于高等級瀝青路面中[4，5]。此外，木質(zhì)素具有與瀝青相似的分子結(jié)構(gòu)，大分子通過交聯(lián)形成網(wǎng)狀的分子結(jié)構(gòu)，從而可提高瀝青混合料的高低溫、抗老化性能，而聚酯纖維作為有機合成纖維，提升了瀝青混合料抵抗高溫變形和低溫開裂的能力。為了實現(xiàn)保護生態(tài)環(huán)境、廢物再利用，徐晟淮等對污染環(huán)境的過濾嘴進行再處理，破碎制備醋酸纖維，并加入基質(zhì)瀝青中制備改性瀝青，研究醋酸纖維改性瀝青的性能[6-8]。醋酸纖維過濾嘴用于瀝青混凝土，已開展了初步探索，利用固體石蠟封裝過濾嘴，并把封裝后的過濾嘴摻加至瀝青混凝土中研究其相關(guān)路用性能[9]。

綜合分析文獻，目前的研究尚未涉及醋酸纖維改性瀝青經(jīng)受紫外光、熱-氧氣耦合作用下的流變特性。利用回收源自過濾嘴的醋酸纖維制備改性瀝青，在測試基本性能的基礎(chǔ)上，借助耐黃變試驗機對醋酸纖維改性瀝青進行紫外光、熱-氧氣耦合老化，并采用動態(tài)剪切流變儀開展溫度掃描試驗，比較不同摻量醋酸纖維制備的改性瀝青的流變特性。

2 原材料性質(zhì)及醋酸纖維改性瀝青的制備、老化

2.1 基質(zhì)瀝青

使用的基質(zhì)瀝青為SK90#，其基本性能指標(biāo)的測試結(jié)果見表1。

表1 SK90#基質(zhì)瀝青的基本性能測試結(jié)果

2.2 醋酸纖維改性瀝青的制備、老化

本文所使用的醋酸纖維為回收過濾嘴，為了保證所使用醋酸纖維的潔凈度和干燥性，回收的過濾嘴需經(jīng)烘箱烘干，烘干后，去除過濾嘴的包裹紙，利用小型破碎機把過濾嘴破碎成絮狀，制備醋酸纖維。

由于醋酸纖維在高溫下容易老化、纖維的加入基質(zhì)瀝青后容易出現(xiàn)團聚，因此，在摻加醋酸纖維時需控制摻加速度和單次的摻入量，摻加醋酸纖維的同時，需利用攪拌器進行勻速攪拌。首先將SK90#基質(zhì)瀝青加熱至150 ℃，摻加醋酸纖維，其摻量分別為1%、2%、3%、4%，攪拌器的轉(zhuǎn)速設(shè)置為500轉(zhuǎn)/min，緩慢勻速攪拌，每種摻量的醋酸纖維摻加結(jié)束后，繼續(xù)以500轉(zhuǎn)/min的攪拌速率攪拌5 min即可制備醋酸纖維改性瀝青。

利用耐黃變試驗機可設(shè)置紫外老化時間和老化溫度，并通過試驗機頂部的通風(fēng)孔連通外部環(huán)境，以便氧氣進入試驗機內(nèi)部。為了保證老化的均勻性，把150 ℃的醋酸纖維改性瀝青倒入老化盤中，每個老化盤中倒入的醋酸纖維改性瀝青質(zhì)量為50 g，設(shè)置紫外老化時間和老化溫度分別為24 h和100 ℃，開啟耐黃變試驗機中的轉(zhuǎn)盤，控制5 r/min的轉(zhuǎn)速。

3 醋酸纖維改性瀝青的基本性能

不同醋酸纖維摻量會引起醋酸纖維改性瀝青基本性能的變化，本文以表征瀝青黏稠程度的針入度和高溫性能的軟化點作為評價指標(biāo)，比較分析摻量對于醋酸纖維改性瀝青性能的影響，試驗結(jié)果見圖1和圖2。

圖1 不同摻量醋酸纖維改性瀝青的針入度

圖2 不同摻量醋酸纖維改性瀝青的軟化點

由圖1可以看出，隨著醋酸纖維摻量的增加，醋酸纖維改性瀝青的針入度逐漸減小，并且摻量為1%后的針入度明顯大于其他摻量，2%、3%、4%摻量的針入度差異較小，最大僅相差0.11 mm，說明摻加醋酸纖維后，使得改性瀝青黏稠增加。由圖2可知，隨著醋酸纖維摻量的增加，改性瀝青的軟化點逐漸增大，與1%摻量相比，2%、3%、4%摻量的軟化點分別增加了2.43%、7.87%、8.80%，軟化點的增加，使得改性瀝青的高溫性能得到提升，3%和4%摻量的軟化點相差不大，說明3%和4%摻量的醋酸纖維對于改性瀝青性能的影響相當(dāng)。

4 醋酸纖維改性瀝青的流變特性

為了比較分析不同摻量、紫外-熱-氧耦合老化條件下醋酸纖維改性瀝青流變性能的變化，利用動態(tài)剪切流變儀開展溫度掃描試驗，溫度掃描的范圍為20～80 ℃，以復(fù)數(shù)剪切模量評價醋酸纖維改性瀝青的流變特性，并計算車轍因子作為評價醋酸纖維改性瀝青高溫性能的指標(biāo)，復(fù)數(shù)剪切模量和車轍因子隨溫度的變化見圖3、圖4。

圖3 復(fù)數(shù)剪切模量隨溫度的變化

圖4 車轍因子隨溫度的變化

由圖3可以看出，隨著溫度的升高，四種摻量醋酸纖維改性瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量均呈減小的趨勢，在低于40 ℃時，溫度對于復(fù)數(shù)剪切模量的影響較大，溫度升高使得復(fù)數(shù)剪切模量急劇降低，高于40 ℃后，均趨于平穩(wěn)。摻量為3%的醋酸纖維改性瀝青，溫度高于28 ℃的復(fù)數(shù)剪切模量大于其他摻量的改性瀝青。由圖4可以看出，隨著溫度的升高，四種摻量醋酸纖維改性瀝青的車轍因子均呈減小的趨勢，46～64 ℃的溫度范圍內(nèi)，車轍因子隨溫度的升高快速減小，摻量為3%的車轍因子均大于其他摻量。上述結(jié)論表明溫度對醋酸纖維改性瀝青性能影響顯著，摻量為3%的醋酸纖維改性瀝青具有最優(yōu)的高溫性能。

5 結(jié) 論

(1)醋酸纖維摻量的增加，其改性瀝青的針入度減小、軟化點升高。

(2)紫外-熱-氧耦合老化后，醋酸纖維改性瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量和車轍因子隨溫度的升高均呈減小的趨勢。

(3)綜合比較各摻量醋酸纖維改性瀝青的流變性能，摻量為3%的醋酸纖維改性瀝青性能最優(yōu)。