多聚磷酸改性瀝青技術(shù)研究進展及展望

劉宇，龐守德，馬前程

（1.中鐵投資集團中鐵京西（北京）高速公路發(fā)展有限公司，北京 100166；2.內(nèi)蒙古交科路橋建設(shè)有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；3.交通運輸部科學研究院，北京 100029）

0 引言

多聚磷酸（Polyphosphoric Acid,PPA）是一種由磷酸通過分子間脫水交聯(lián)形成的不同聚合度的無機酸，可作為瀝青改性劑，在石油瀝青中摻量僅為0.5%～1.0%即可顯著提高其高溫性能[1-6]，具有較高性價比。尤其是PPA 能提高聚合物類改性劑在瀝青中的存儲穩(wěn)定性[7-9]，且添加方式簡便，只需簡單機械攪拌即可，其改性瀝青具有較高的推廣價值及應用前景。但結(jié)合當前研究和工程經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，PPA 改性瀝青仍存在一些制約其進一步發(fā)展的問題，例如PPA 會導致瀝青低溫性能下降[10-12]，限制了其在寒冷地區(qū)的推廣應用。對PPA 改性瀝青及其混合料耐久性能的進一步改善是當前PPA 改性瀝青相關(guān)技術(shù)的重點研究方向，也是其大范圍推廣應用的關(guān)鍵。

近年來，國內(nèi)外學者利用道路工程領(lǐng)域現(xiàn)有試驗設(shè)備并結(jié)合材料領(lǐng)域分析測試技術(shù)，對PPA改性瀝青技術(shù)展開了研究，取得了許多有價值的研究結(jié)果。在PPA 對瀝青的改性機理方面，重點關(guān)注PPA 改性前后瀝青四組分變化情況及PPA 與瀝青組分間的化學反應。PPA的摻入使得瀝青中的瀝青質(zhì)含量升高、膠質(zhì)含量降低，從而推測PPA會與瀝青中的膠質(zhì)發(fā)生相互作用[13-17]。Baumgardner[18]也認為PPA 促進了烷基芳烴酸解，從而使小分子量瀝青質(zhì)產(chǎn)生。在高溫性能方面[19-20]，PPA 能提高瀝青的軟化點、彈性恢復率等指標，即增強了瀝青在高溫下的抗變形能力。但PPA 改性瀝青及其混合料的低溫性能、水穩(wěn)定性方面尚存在爭議。低溫性能方面，普遍認為PPA 會降低瀝青的低溫性能，但也有少數(shù)研究表明PPA 能改善瀝青的低溫性能[21]，這可能與試驗方案有關(guān)。此外，PPA 改性瀝青的水穩(wěn)定性與集料種類、瀝青與集料間的黏附性能密切相關(guān)。Orange等[22]以傳統(tǒng)的車轍試驗及凍融劈裂試驗證明了PPA 提高了瀝青混合料的水穩(wěn)定性；但Hossain等[23]研究卻發(fā)現(xiàn)PPA 自身的水解增加了PPA 改性瀝青對水的敏感性，會對瀝青混合料帶來不利影響。在疲勞性能方面，線性振幅掃描（LAS）試驗[4]、小梁彎曲疲勞試驗[24]和路面分析儀檢測[25]等均表明PPA 提高了瀝青及其混合料的疲勞特性。國內(nèi)外學者對PPA 改性瀝青技術(shù)的研究已經(jīng)趨于成熟，為瀝青路面的高質(zhì)量發(fā)展提供了一種新的材料方案?？偨Y(jié)當前研究發(fā)現(xiàn)，PPA 改性瀝青的研究雖已取得一定成效，但多數(shù)研究缺少綜合考慮，只關(guān)注其中一兩個指標，科研價值較高但對工程應用價值重視不夠。此外，對PPA 改性瀝青的改性機理、低溫性能及水穩(wěn)定性能的研究因瀝青來源及試驗方法的不同，尚未得到一致的結(jié)果[21-22,26-29]，限制了其大規(guī)模推廣應用。

綜上，為促進PPA 改性瀝青技術(shù)在我國道路工程領(lǐng)域的應用與發(fā)展，本文從化學改性角度出發(fā)，分析了PPA 改性瀝青的改性機理；綜述了PPA 改性瀝青及其混合料的低溫性能、高溫性能、抗老化性能、抗水損害性能、疲勞特性等路用性能，最后對現(xiàn)有PPA 改性瀝青技術(shù)做了總結(jié)和展望，以期為PPA 改性瀝青的進一步發(fā)展和應用提供參考借鑒。

1 PPA改性瀝青微觀機理

PPA 在常溫下呈黏稠狀，無色透明，是由正磷酸和各種聚合態(tài)的聚磷酸，以及少部分偏磷酸和偏聚磷酸組成的混合酸，也稱聚合磷酸或多磷酸[1-3]。根據(jù)PPA 中磷酸的百分比，可劃分多聚磷酸的等級[3]，例如，正磷酸（H3PO4）中磷酸含量為100%，則其等級為100%。其他種類的多聚磷酸等級計算方法如下：正磷酸（H3PO4）中五氧化二磷（P2O5）含量為72.4%（以P2O5/H3PO4質(zhì)量比計算而得），三聚磷酸（H5P3O10）中五氧化二磷（P2O5）含量為82.6%（以P2O5/H5P3O10質(zhì)量比計算而得），則三聚磷酸的等級為82.6%/72.4%=114%。目前常采用105%,110%,115% 等級的PPA對瀝青進行改性[2]。

國內(nèi)外專家對PPA 的改性機理已有較多研究，主要體現(xiàn)在PPA 改性瀝青的四組分、化學反應、微觀形貌等方面。

1.1 瀝青四組分

Corbett 依據(jù)瀝青中各分子的極性差異將其分為四組分，即瀝青質(zhì)、膠質(zhì)、芳香分以及飽和分[30]。瀝青的宏觀性能會受其微觀組分的性質(zhì)、比例等的影響[31]，因而分析摻入PPA 后瀝青中各組分的變化情況，對PPA 改性瀝青的研究具有實際意義。表1 為添加PPA 后，瀝青中各組分的變化量，其中PPA 摻入后瀝青各組分比例A2，添加前瀝青各組分比例A1，則變化情況計算公式為[(A2-A1)/A1]×100%。

從計算結(jié)果來看，PPA 對不同來源瀝青的四組分會產(chǎn)生不同程度的影響。PPA 摻入后瀝青中瀝青質(zhì)、膠質(zhì)變化較大而芳香分及飽和分的變化較小。其中瀝青質(zhì)含量明顯增加，且隨著PPA 摻量的增加瀝青質(zhì)含量的變化程度更明顯，對于瀝青質(zhì)含量較少的瀝青（如仁川70#、SK 90#、東海70#等），其增加量尤為顯著；膠質(zhì)含量總體上呈現(xiàn)降低的趨勢。陳守明等[32]認為：PPA 在瀝青中起到催化作用，并與膠質(zhì)發(fā)生偶聯(lián)反應，使膠質(zhì)的分子量和極性增加，從而轉(zhuǎn)化為瀝青質(zhì)，因而膠質(zhì)含量有所下降。從化學角度解釋，PPA 使得膠質(zhì)中的烷基芳香烴發(fā)生裂解，生成芳香族化合物，作為瀝青質(zhì)析出[1]。

利用PPA 與SBS、SBR 等聚合物改性劑復配，可改善單一PPA 改性瀝青低溫性能較差的問題。通常情況下，瀝青質(zhì)并不會與聚合物相容或發(fā)生化學反應，而芳香分會與聚合物發(fā)生溶脹[33]。從結(jié)果來看，與聚合物復配的PPA 改性瀝青仍然保持著瀝青質(zhì)含量升高這一特點，此外，無論PPA與聚合物改性劑是否復配，瀝青中的輕組分均整體呈現(xiàn)降低的趨勢。添加PPA 及聚合物后瀝青中各組分的變化情況見表2。

1.2 多聚磷酸化學改性機理

SBS、膠粉等聚合物改性瀝青多為物理共混改性，外摻的聚合物改性劑基本不與瀝青發(fā)生反應，因而其儲存穩(wěn)定性較差，而PPA 能與瀝青組分發(fā)生化學反應，在改性瀝青儲存穩(wěn)定性方面具有較大優(yōu)勢。目前，國內(nèi)外對PPA 改性瀝青的化學改性機理研究已取得一定成果，但仍缺乏系統(tǒng)的研究，主要原因可概括如下[26]：首先，瀝青來源廣，不同產(chǎn)地的瀝青化學組成差異較大，導致不同研究成果之間缺乏統(tǒng)一性，很難通過一種或幾種化學反應機理來解釋PPA 與瀝青的相互作用情況，研究結(jié)果普適性較差。其次，PPA 通過與特定官能團發(fā)生化學反應，而瀝青是一種組成復雜的有機混合物，很難將PPA 在分子角度發(fā)生的化學反應與瀝青宏觀性質(zhì)的變化規(guī)律建立明晰的聯(lián)系。即便如此，研究人員仍對PPA 的化學改性機理給出了較為合理的解釋，能用來說明PPA 改性瀝青現(xiàn)有的理化性質(zhì)變化情況。

首先從PPA 與瀝青組分作用角度來看[35-36]：PPA 能與具有高介電常數(shù)的官能團相互作用。PPA 在瀝青中分解產(chǎn)生大量和H+，能與瀝青質(zhì)中的-OH、-N-和-S-等基團發(fā)生反應，從而打斷連接瀝青質(zhì)的氫鍵，促進瀝青質(zhì)團簇的分解，形成的小分子瀝青質(zhì)分布在由輕組分組成的連續(xù)相中[37]，如圖1所示。

瀝青來源差異較大，不同瀝青的分子組成存在較大差異，因而PPA 與瀝青的反應機理存在差異[35]。一些專家認為[36,38-39]，PPA 取代弱酸（如苯酚類），與弱堿基（吡啶、兩性喹諾酮類）形成離子對，瀝青質(zhì)團簇結(jié)構(gòu)中氫鍵的斷裂和大的芳香結(jié)構(gòu)中烷基化苯酚的生成，導致瀝青質(zhì)分子量減小。瀝青質(zhì)發(fā)生解聚，形成帶有極性的小團簇瀝青質(zhì)。小團簇瀝青質(zhì)與PPA 交聯(lián)形成“瀝青質(zhì)-PPA-瀝青質(zhì)”的共價化合物。

Baumgardner等[18]從化學反應角度解釋了瀝青質(zhì)分子量的減少以及小分子量瀝青質(zhì)的分散。瀝青質(zhì)是芳香基縮合環(huán)狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)，PPA 的摻加使得瀝青中烷基芳烴酸解，如圖2所示。

PPA 不僅會與瀝青質(zhì)反應，同時和輕組分也會有所反應，導致輕組分減少，這解釋了PPA 改性瀝青針入度下降的問題。首先，輕組分中反應段的交聯(lián)形成了共價交聯(lián)的物質(zhì)；然后，PPA 催化烷基芳烴環(huán)化，從而生成更硬的萘芳烴，如圖3所示。

此外，PPA 與瀝青中的化學組分發(fā)生酯化以及酸堿中和反應形成的磷化物同樣導致了瀝青硬度的提升[18,37,40]。

1.3 多聚磷酸改性瀝青的微觀結(jié)構(gòu)

利用熒光顯微鏡、掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡等表征手段進行觀察，可較為直觀地分析改性瀝青的微觀結(jié)構(gòu)，從而分析PPA 對瀝青宏觀性能的影響。王嵐等[41]對0.5%,1.5%摻量的PPA改性瀝青以及3%SBS分別復配0.5%,1%,1.5%PPA的改性瀝青進行了熒光分析，結(jié)果表明，PPA 在改性瀝青中分布較為均勻，且隨著PPA 在3%SBS改性瀝青中摻量的增加，SBS 顆粒在瀝青中的數(shù)量增加，平均粒徑變小。PPA 能提高SBS 聚合物與瀝青的相容性。張峰等[42]利用掃描電鏡研究了PPA 復配SBR改性瀝青。加入PPA 后，SBR 改性劑顆粒尺寸減小，同時顆粒邊緣模糊，這意味著PPA 促進了SBR 與基質(zhì)瀝青的相容。余文科[3]研究了摻量為0.5%,1.0%,1.5%,2.0%的PPA 改性瀝青，改性瀝青熒光顯微照片中幾乎分辨不出PPA的存在，PPA 與瀝青相容性極好。原子力顯微鏡相對于熒光電鏡以及掃描電鏡具有更高的分辨率。通過原子力顯微鏡對瀝青表面進行微觀分析在瀝青材料的研究中較為常見，尤其是其能直觀地展現(xiàn)瀝青中的“蜂狀”結(jié)構(gòu)[43]。尉燕斌[44]利用原子力顯微鏡觀測了1%及2%摻量的PPA 改性瀝青表面形貌，在添加了PPA 后，瀝青的表面變得更為粗糙。王永寧[45]觀測了SK90#、鎮(zhèn)海90#、西太90#三種基質(zhì)瀝青在摻入PPA 后的表面形貌。在添加PPA 后，瀝青出現(xiàn)“蜂狀”結(jié)構(gòu)，且隨著PPA 摻量的增加，“蜂狀”結(jié)構(gòu)尺寸減小同時變得分散，這表明PPA 與基質(zhì)瀝青發(fā)生了化學反應。

通過對PPA 改性瀝青的微觀分析可知：PPA與基質(zhì)瀝青的相容性極好，同時促進了聚合物與基質(zhì)瀝青的相容，證明了PPA 可以提高聚合物改性瀝青的存儲穩(wěn)定性。

2 PPA改性瀝青及其混合料路用性能

2.1 低溫性能

根據(jù)當前研究成果，PPA 對瀝青低溫性能的影響規(guī)律尚存在爭議，但普遍認為PPA 的摻入會損害瀝青的低溫性能。例如，Ho等[10]利用直接拉伸試驗（DDT）研究了1.0%及2.0%摻量的PPA改性瀝青，結(jié)果顯示PPA 改性瀝青的直接拉伸破壞應力相同或略低于基質(zhì)瀝青，即PPA 對瀝青的低溫性能有不利影響。然而也有學者認為PPA 可以改善瀝青的低溫性能，Baldino等[21]、丁海波等[46]利用動態(tài)力學分析儀（DMA）研究了PPA 的低溫流變性質(zhì)，得到了相似的結(jié)論，即：PPA 能增加瀝青勁度，改善瀝青低溫性能，且PPA 改性瀝青的低溫性能與瀝青中的蠟及瀝青質(zhì)含量有關(guān)。Edwards等[27-28]研究認為PPA 對瀝青流變性能的影響程度與瀝青的組分有密切關(guān)系，這意味著PPA 對低溫性能的影響情況與瀝青的來源密切相關(guān)。Sarnowski[37]利用PPA 分別改性了基質(zhì)瀝青及SBS 改性瀝青，基質(zhì)瀝青與SBS 改性瀝青在改性前后的低溫性能并無明顯差異。曹衛(wèi)東等[47]通過改變PPA 摻量，對瀝青低溫彎曲梁蠕變結(jié)果進行方差分析，發(fā)現(xiàn)PPA 摻量對改性瀝青低溫性能影響不顯著。

目前，PPA 改性瀝青的低溫性能研究有兩個特點：

（1）普遍采用聚合物與PPA 復配改性的方式，來降低PPA 可能對瀝青低溫性能帶來的不利影響。其中，SBS,SBR 兩種低溫性能優(yōu)良的聚合物是常用的添加物[48-50]。也有人嘗試采用有機溫拌劑Sasobit[51]、鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）、偏苯三甲酸三辛酯（TOTM）[52]、玄武巖纖維[53]等材料復合改性，均取得了較好的復配效果。

（2）不同研究人員采用瀝青低溫延度、低溫小梁彎曲蠕變、動態(tài)力學分析儀、測力延度等試驗方法，評價了PPA 改性瀝青的低溫性能，但得到的試驗結(jié)果不統(tǒng)一，在后續(xù)的研究中，有必要對PPA 改性瀝青的低溫評價方法和指標進行系統(tǒng)研究，以更深入了解PPA 對瀝青低溫性能的作用效果，指導實際工程。

2.2 高溫性能

PPA 摻入后使得瀝青中的瀝青質(zhì)含量升高，促進其由溶膠結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槿?凝膠結(jié)構(gòu)，有助于基質(zhì)瀝青高溫性能的提升。對于SK 70#瀝青，1%摻量的PPA 可將其軟化點從49.5℃提高至54.7℃，當PPA 摻量在2%時，軟化點可上升至61.5℃[19]。董剛[38]采用多應力蠕變恢復試驗（MSCR），分析了摻量為0.5%,1.0%,1.5%,2.0%的PPA 改性瀝青蠕變恢復率以及恢復率差值。恢復率越高，瀝青彈性變形能力越好；恢復率差值越小，恢復率對應力的敏感度越小。研究結(jié)果表明，PPA 的加入有效提高了基質(zhì)瀝青的恢復率，且恢復率隨著PPA 摻量的增加而升高，意味著PPA 改性瀝青抵抗車轍變形能力提高；而恢復率差值隨著PPA 摻量的升高顯著下降，有利于延緩瀝青路面永久變形的出現(xiàn)。Nu?ez等[6]、Domingos等[20]同樣發(fā)現(xiàn)PPA 可提高瀝青的彈性恢復率。因此，PPA 可以提高瀝青的高溫性能是目前認可度較高且較為統(tǒng)一的結(jié)論。

2.3 抗老化性能

瀝青的抗老化能力影響路面的使用性能以及服役耐久性。國內(nèi)外研究表明，PPA 的摻入有助于增強基質(zhì)瀝青的抗老化能力[6,12,38]。目前關(guān)于PPA 改性瀝青的老化相關(guān)研究中，主要包括PPA改性瀝青在紫外線、熱氧等老化條件下性能變化，PPA 改性瀝青的老化動力學及其抗老化機理。

徐南等[54]通過分析不同紫外線及熱老化時長下PPA 及PPA 復配聚合物改性瀝青的5℃延度、軟化點、車轍因子等性能指標變化情況，發(fā)現(xiàn)PPA 能有效提高基質(zhì)瀝青以及聚合物改性瀝青老化后的低溫延度，PPA 可作為一種抗老化劑使用，有效增強路面服役過程中的抗紫外線老化能力。陳釗等[55]利用DSR 及BBR 試驗分析了PPA 復合SBS 改性瀝青老化前后的高低溫流變性能，PPA 復配SBS 改性瀝青可改善單一PPA 或SBS 改性瀝青的高溫抗老化能力，但是其低溫抗老化能力卻低于單一PPA 或SBS 改性瀝青，這也反映了PPA 改性瀝青在低溫下的各項性能需進一步提升。通過紅外光譜分析，PPA 復配SBS 改性瀝青在老化前后的亞砜基指數(shù)變化很小，其抗老化能力較好[56]。

從老化動力學角度，Zhang等[9]對摻量為1%PPA 的SK 70#瀝青進行了老化動力學分析。研究表明，PPA 改性瀝青的老化反應遵循一級反應，PPA 改性瀝青的老化反應率低于原基質(zhì)瀝青，PPA 改性瀝青的活化能高于基質(zhì)瀝青，因此PPA 改性瀝青的抗老化性能也優(yōu)于原基質(zhì)瀝青。通常瀝青的物化性質(zhì)與長期老化氧化存在線性關(guān)系，然而Huang等[40]對1.5%PPA 摻量的改性瀝青的研究發(fā)現(xiàn)，PPA 干擾了基質(zhì)瀝青物化性質(zhì)與長期氧化老化的線性關(guān)系。

綜上所述，關(guān)于PPA 能有效增加瀝青抗紫外線老化及熱氧老化能力已是共識，未來研究還應集中于老化動力學及老化機理方面的深入探究。

2.4 水穩(wěn)定性能

通常來講，由于水的參與而導致瀝青路面發(fā)生的損害被稱作水損害。水穩(wěn)定性能與高溫抗變形能力、低溫抗裂性能、抗老化性能以及抗疲勞性能等路用性能同樣重要[57]。研究表明，瀝青混合料自身水穩(wěn)定性的降低是導致瀝青路面出現(xiàn)水損害的內(nèi)因[58]。因此，對PPA 改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性研究極為重要。PPA 改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性涉及PPA 改性瀝青自身、集料類型、瀝青與集料的黏附性等多個方面，較為復雜。

周璐等[59]利用肯塔堡飛散試驗和浸水漢堡車轍試驗對不同改性瀝青混合料的抗水損害性能進行對比分析。結(jié)果表明，0.4%PPA 摻量的改性瀝青混合料優(yōu)于15%膠粉摻量的改性瀝青混合料、20%TB 膠粉摻量的改性瀝青混合料、基質(zhì)瀝青混合料，但低于20%巖瀝青摻量的改性瀝青混合料以及4.5%SBS 摻量的改性瀝青混合料。Orange等[22]通過凍融劈裂抗拉強度比（TSR）以及漢堡車轍試驗（HWTD）研究了PPA 改性瀝青的水穩(wěn)定性能。添加PPA 后，TSR 值由60% 上升到70%，同時HWTD 車轍試驗表明，加入PPA 后，車轍試樣不存在明顯的剝落點，這兩項試驗均表明PPA 有助于增加瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

瀝青與礦料之間的黏附性能也是評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的另一有效方法。由于PPA 的摻入使得基質(zhì)瀝青中瀝青質(zhì)含量升高，瀝青的吸附極性增強，因而與集料間的黏附性能得到改善[59]。Huang等[60]通過黏結(jié)強度試驗證明PPA 提高了瀝青與花崗巖集料的黏附性。黏附性的變化不僅取決于瀝青，與集料種類也有關(guān)系，Ali等[61]測算了1.5%PPA 摻量的基質(zhì)瀝青與石灰石骨料的黏附功，發(fā)現(xiàn)PPA 的加入導致了黏附功降低。董剛[38]研究發(fā)現(xiàn)PPA 改性瀝青的黏附性與復配聚合物的種類也有關(guān)系，PPA 能提高SBS 改性瀝青的黏附性，但對SBR 改性瀝青的黏附性卻無明顯影響。

Moraes等[62]借助PATTI 拉伸測試儀評價了PPA 改性瀝青的黏附性能。PPA 的摻入提高了瀝青與集料之間的拉伸強度，即增強了黏附性能，效果與骨料種類以及基質(zhì)瀝青有關(guān)。Mousavi等[29]以密度泛函理論為基礎(chǔ)，對PPA 改性瀝青的水穩(wěn)定性能變化進行了解釋，環(huán)境中的水分誘導PPA分子鏈的縮短，減弱了PPA 在基質(zhì)瀝青中的網(wǎng)格效應，從而降低了改性瀝青的彈性。與此同時，PPA 自身的水解性也導致了PPA 改性瀝青對水的敏感性。隨著PPA 摻量的增加，PPA 改性瀝青對水的敏感性增強[23]。

在實際應用中，可以嘗試采用抗剝落劑進一步提高PPA 改性瀝青的水穩(wěn)定性[19]。在新疆阿勒泰地區(qū)鋪筑的試驗路段中，在瀝青中添加0.3%的PA-1 型瀝青抗剝落劑，該路段殘留穩(wěn)定度可達84.5%、凍融劈裂抗拉強度比達85.0%，效果較好[63]。

2.5 疲勞特性

線性振幅掃描（LAS）試驗是目前快速評價瀝青膠結(jié)料疲勞性能的有效手段。Jafari等[4]基于LAS 試驗分析了摻加不同PPA 的瀝青膠結(jié)料疲勞特性。PPA 改性瀝青比基質(zhì)瀝青具有更好的抗疲勞性。隨著PPA 含量的增加，疲勞性能顯著提高，在較高的PPA 摻加量下，瀝青膠結(jié)料會擁有更高的疲勞壽命。Liu等[64]得到了相同的試驗結(jié)果，并且認為PPA 會使瀝青結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。Babagoli[24]發(fā)現(xiàn)PPA 與SBR 復合可提高基質(zhì)瀝青的彈性，從而增加膠結(jié)料的疲勞壽命。同時四點小梁彎曲疲勞試驗（FPBF）也證明PPA復配SBR提高了瀝青混合料的疲勞性能。馬峰等[65]對PPA/SBS、PPA/橡膠粉以及SBS 改性瀝青混合料的疲勞特性進行了研究，認為疲勞特性與初始勁度模量有關(guān)，SBS 改性瀝青混合料擁有最大的勁度模量，相對硬度最大，因而其疲勞壽命最短，而PPA/SBS 勁度模量最低，其疲勞壽命最長，抗疲勞性能最好。侯曉晶[25]利用路面分析儀（APA）進行疲勞試驗，發(fā)現(xiàn)隨著PPA 摻量增加，混合料的疲勞壽命顯著上升。多數(shù)研究均表明PPA 可有效提高瀝青混合料的疲勞特性[66-68]，而且李超等[68]指出，以PPA 取代部分SBS 制備的PPA/SBS 改性瀝青混合料抗疲勞性能優(yōu)異，可以減少SBS 用量，降低工程成本。

3 工程應用

在20 世紀70 年代美國已對PPA 用于瀝青改性展開了研究，且逐漸應用到實際工程中。據(jù)統(tǒng)計，2005 年P(guān)PA 改性瀝青的使用量在美國僅占道路瀝青總用量的3.5%，而到2010 年即上升至14%。2009 年，美國召開了“PPA 改性瀝青研討會”，會議對PPA 改性瀝青的高低溫性能、水穩(wěn)定性能以及疲勞性能等進行了研討，指出：PPA能單獨或以復配聚合物的方式用于瀝青改性[1,69,70]。美國的阿肯色州、阿拉巴馬州、明尼蘇達州等地均對PPA 改性瀝青路面進行了長期觀測，證明了PPA改性瀝青路面無質(zhì)量問題[71]。

我國對PPA 改性瀝青技術(shù)的研究起步較晚，與SBS、常溫改性瀝青等技術(shù)在我國有大面積推廣應用不同，PPA 改性瀝青僅在河北西柏坡[72]、遼寧昌圖[67]、內(nèi)蒙古阿拉善[45]、新疆阿勒泰[63]等地有試驗路段的鋪筑記載。考慮PPA 單一改性瀝青性能的不足，這些示范工程多采用PPA 復配聚合物改性劑的方式實現(xiàn)其高性能化，例如王永寧[45]先在基質(zhì)瀝青中加入抽出油及鄰苯二甲酸二丁酯，升溫至160℃后，加入PPA 及SBS 改性劑，在175～180℃下剪切30min，剪切完成后在175℃下發(fā)育3h，完成PPA復配SBS改性瀝青的制備。

我國幅員遼闊，不同地區(qū)氣候差異大，因此對PPA 改性瀝青應用時首先要考慮分區(qū)使用，例如通過老化試驗研究，陳釗等[55]建議高溫地區(qū)采用PPA 復合SBS 改性，寒區(qū)則盡量避免復配改性。徐南等[54]推薦PPA 改性瀝青在高溫差、高紫外線輻射地區(qū)應用，但也需在寒冷、多雨的地區(qū)對PPA改性瀝青的使用做出限制。

綜合來看，雖然PPA 改性瀝青路面在我國已有鋪筑，但沒有相關(guān)文獻顯示其野外觀測結(jié)果，應加強對其后期路用性能的觀測，尤其是低溫裂縫和水損害問題。用長期觀測的數(shù)據(jù)驗證PPA 改性瀝青技術(shù)在我國大面積推廣應用的可行性。

4 結(jié)語

目前，PPA 改性瀝青技術(shù)受到美國交通部門的認可，并在美國鋪筑了大量試驗路段。而我國雖然也展開了豐富的相關(guān)研究，但由于其存在的部分技術(shù)缺陷而未得到大規(guī)模的推廣應用。本文系統(tǒng)梳理了PPA 改性瀝青的研究進展，總結(jié)了當前研究中存在的問題，希望能積極促進PPA 改性瀝青技術(shù)在我國的進一步發(fā)展，早日實現(xiàn)大面積推廣應用。

首先，目前對PPA 改性機理的研究不充分，PPA 改性效果與瀝青的來源有一定關(guān)系，尚不明晰是何種原因?qū)е翽PA 對不同瀝青改性效果存在差異，應集合道路、化工、材料等多個領(lǐng)域?qū)W者共同協(xié)作，在瀝青四組分的基礎(chǔ)上，進一步從分子層面探明PPA 在瀝青中的改性機制。此外，瀝青混合料由瀝青、集料、礦粉等拌和而成，集料種類、礦粉類別也均會對PPA 改性瀝青混合料最終的性能產(chǎn)生影響，在最終應用時，應根據(jù)PPA改性瀝青的機理選擇合適的集料和礦粉類型。

其次，PPA 改性瀝青技術(shù)目前沒有明確的應用規(guī)范，仍參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20—2011）、《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004），有必要形成關(guān)于PPA 改性瀝青技術(shù)的特色應用指南，對其在實際應用過程中可能存在的儲存問題、環(huán)保問題、生產(chǎn)安全問題進行規(guī)范。同時，可與PPA 相復配的聚合物類別較多，需梳理其中性能較為穩(wěn)定的聚合物類別，研究其配伍性，作為PPA 改性瀝青指南中的建議項。另外可加強規(guī)范PPA 改性瀝青混合料設(shè)計驗證流程，同時增加水穩(wěn)定性以及低溫性能指標，以規(guī)避PPA 改性瀝青低溫性能及水穩(wěn)定性能研究成果不統(tǒng)一的問題。編制PPA 改性瀝青的應用指南將有助于PPA 改性瀝青的大面積推廣應用。

PPA 改性瀝青的高溫性能和抗疲勞能力較為突出，能以較低的成本提高基質(zhì)瀝青的高溫抗車轍能力，在重載交通路段和高溫環(huán)境下具有應用優(yōu)勢，具有研究價值和應用推廣潛力。