功能性沥青混凝土，用于沥青改性的材料主要有哪些

通过沥青混合料动态模量、疲劳寿命、车辙试验、冷梁弯曲试验等对比分析，研究不同功能沥青改性剂对沥青混合料高低温性能的影响。采用DSC分析了影响改性剂改性沥青性能的主要成分。结果表明，高弹性模量改性剂（EMEs）具有较好的高温模量和抗车辙性能，而低温改性剂（TLMs）在低温下的小梁弯曲和拉伸应变较大，且作用不同。对改善是有效的。沥青的高温性能减弱低温性能，反之亦然。结合DSC分析可知，改性剂中存在SBS、PS等弹性体可以改善沥青混合料的低温性能，PE、PP的存在可以改善沥青混合料的高温性能。沥青混合料的高低温性能是各组分作用的综合体现。

关键词

沥青混合料|改性剂|动弹性模量|疲劳寿命|高低温性能当前，随着交通运输的快速发展，对沥青路面的要求越来越高，其功能也越来越多。改性沥青广泛应用于道路建设中[1]，沥青改性剂通常采用干法直接装入料仓。沥青改性剂一般为聚合物，聚合物改性沥青可以有效提高沥青的高低温性能和耐久性能[2]。由于聚合物的种类较多，聚合物改性剂的重点是改善沥青的性能，具体取决于沥青路面的实际问题[3]。常用的包括高模量改性剂（EME）、高粘度改性剂（TPS）、防车辙添加剂（MB）、低温改性剂（TLM）、全性能改性剂（AP）等在内。然而，由于聚合物与沥青的相容性，不同的聚合物组成会影响改性剂与沥青之间的相互作用效果[4]。目前，关于各种功能改性剂对沥青的改性效果及原因的研究较少。本文研究了五种不同功能沥青改性剂EME、TPS、MB、TLM和AP对沥青及混合料高低温性能的影响，包括动态模量、疲劳寿命、车辙试验，并通过低温。小梁弯曲试验分析测试不同改性剂的改性效果，利用DSC从材料角度分析不同改性剂的主要成分特征，从而判断改性剂是否为沥青，得到影响性能的关键因素。

1. 测试

原材料（1）基础沥青：SK-70#石油沥青，性能指标符合JTGF40-2004 《公路沥青路面施工技术规范》的要求。 （2）矿物材料：玄武岩骨料、石灰石矿粉由南京天银工程材料有限公司提供。基本性能按JTGE42-2005 《公路工程集料试验规程》进行测试，骨料基本性能符合JTGF40-2004的要求。 (3)改性剂：EME、TPS、MB、TLM、AP，五种改性剂均市售。其中，TPS为深黄色扁圆固体颗粒，直径约23毫米，厚度约1毫米，其余四种改性剂为黑色短柱状颗粒，长度约35毫米。固体颗粒。

沥青混合料制备方法(1) AC-13C 改性剂EME、MB、TLM、AP 4 种混合级配类型为AC-13C，砂轮比5.0%，级配见表1。骨料加热温度175，沥青加热温度160，混合料搅拌温度175，改性剂采用直喷方式加入搅拌锅中。

（2）OGFC-13 TPS的主要作用是增加沥青的粘度，改善沥青与集料之间的粘结，用于大空隙透水沥青混合料。所用沥青混合料型号为OGFC-13，沥青掺合比为4.8%，级配见表2。骨料的加热温度和改性剂的添加方法与其他四种改性剂相同。

试验方法（1）动态模量试验：根据AASHTOTP62-03试验规范的要求，采用IPCUTM-30试验机，使用意大利Controls旋转压实机制备D150mm x H170mm的圆柱形试件，成型，取出芯材。并将其切割成尺寸为D100 x H150mm 的圆柱形实验件。测试温度为45，测试频率分别为25、20、10、5、1、0.5和0.1Hz。 (2)四点弯曲疲劳寿命试验：按照JTGE20-2011 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，采用IPCUTM-30试验机成型400mm300mm75mm的大车辙板和380mm50mm的小梁。切割成x63.5mm 的测试件。试验温度为15，加载频率为10Hz，目标拉应变为600。采用连续正弦加载模式和恒应变控制，终止条件为加载循环次数对应的初始弯曲刚度的50%。 (3)车辙试验：按照JTGE20-2011 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的要求，形成尺寸为300mm300mm50mm的车辙板。采用全自动车辙测试仪QCZ-2测试动力稳定性和最大车辙深度。试验温度为60，轮压为0.7MPa，橡胶轮转速为（421）次/min。 (4)小梁弯曲试验：采用IPCUTM-30试验机通过低温弯曲试验来测定沥青混合料的低温性能。按照JTGE20-2011的规定，用切割机将轮碾车辙板切割成250mm30mm35mm的棱形块，形成沥青混合料梁试件。试验温度为-10，加载速度为50mm/min。 (5)DSC分析：采用德国NETZSCH DSC214差示扫描量热仪测试改性剂的能量变化状态。试验温度为20200，升温速率为10/min。保护气体为氮气，流量20mL/min，样品量5~10mg，粒径0.5mm左右。

2 改性剂对沥青混合料性能的影响

对动态模量的影响沥青混合料的动态模量是指在周期性或非周期性动态荷载作用下材料应力与应变的比值[5]。沥青混合料是粘弹性材料，其机械响应与温度和加载频率密切相关[6]。本次试验中，EME、MB、TLM、AP的含量均为沥青混合料质量的0.3%，TPS的含量为沥青混合料质量的0.6%（下同）。不同加载频率下沥青混合料的动态模量如图1所示。

图1 不同改性沥青混合料的45动态模量由图1可见： (1) 5种改性沥青混合料在相同温度和频率条件下的动态模量顺序为：EME>TPS>MB> AP>LTM，在0.1Hz低频动荷载下，EME动模量大于2000MPa，其他四种改性沥青混合料动模量较小且相似。 (2)随着频率的增加，不同改性沥青混合料的动态模量差异增大。其中，掺杂EME、TPS的弹性模量优势明显，掺杂EME、TPS、MB的弹性模量在0.1 Hz时弹性模量超过500 MPa，10 Hz时弹性模量超过2000 MPa，高，满足弹性模量要求。

对疲劳寿命的影响沥青混合料因反复荷载而强度衰减是沥青混合料本身疲劳损伤的表现，当疲劳损失和耗散能积累到一定程度时就会发生疲劳损伤[7]。路面层良好的疲劳性能保证了路面的耐久性[8]。表3显示了对五种改性沥青混合料进行的四点弯曲疲劳试验的结果。

从表3可以看出，5种改性沥青混合料的疲劳寿命顺序为EME>AP>TPS>LTM>MB。高改性剂掺加的EME沥青混合料的疲劳寿命具有明显的优势，其波动较小，即在动应力作用下，其应变的衰减发生得更慢，其结构稳定性更强；疲劳寿命掺加全高效改性剂AP的沥青混合料的用量次之。 AP对沥青混合料的高低温有积极作用，其性能有所改善，使得全效改性剂AP成为比防车辙剂MB更耐用、耐低温的复合改性剂，是必须有的。性能改性剂LTM具有单一改性性能，高粘度改性剂TPS混合结构为OGFC型，孔隙率较大，因此改性剂粘度高但疲劳寿命中等，因此混合结构也是重要因素之一影响疲劳寿命。

抗车辙性能的影响沥青混合料车辙试验是测试试验轮在规定的温度和载荷条件下来回行走所形成的车辙的变形率，评价行走次数的动稳定性。作为它更好地体现了沥青路面在高温时期抑制车辙形成的能力。 5种不同改性沥青混合料的试验结果如表4所示。

从表4可以看出，5种不同改性沥青混合料的动力稳定性大小顺序为MB>EME>TPS>AP>LTM。抗车辙性能方面，抗车辙剂MB较好，说明改性剂中含有增加沥青高温稳定性的成分，高弹性改性剂EME较好，排名第二，说明改性剂在沥青的高温稳定性方面有所提高。沥青的弹性模量。可以改善沥青混合料，同时抗车辙性能也可以得到改善，且掺入AP和LTM的沥青混合料动态稳定性无明显差异，且改性剂提高了高温性能。表明这是不可能的。考虑低温性能的沥青混合料性能水平；掺入高粘度改性剂的TPS性能处于中等水平，但OGFC具有骨料插入结构，沥青粘度较高，因此沥青变形较小。高温条件少，结构高温稳定性强。

低温梁弯曲的影响在沥青混合料弯曲试验中，对梁试件施加集中载荷直至跨中断裂，试件的弯曲强度和拉伸强度由最大断裂载荷计算。弯曲和拉伸强度越大，断裂的可能性就越小。沥青混合料的最大弯曲应变和拉伸应变由断裂中挠度计算得出，它代表了承受最大拉应力时的抗变形能力，两者之比即为断裂弯曲刚度系数。 5种不同改性沥青混合料的试验结果如表5所示。

从表5可以看出，在-10的低温条件下，5种不同的改性沥青混合料表现出不同的抗弯、抗拉性能。最大弯曲应变和拉伸应变的顺序为LTM>AP>EME>MB>TPS，其中与低温性能改性剂混合的LTM的最大弯曲应变和拉伸应变最大，且改性剂低温脆性，增加沥青混合料的柔韧性并表现出良好的变形能力，但其强度仅为EME改性沥青混合料的79%；EME改性沥青混合料的抗折强度和低温拉伸强度较低，具有较好的强度。 EME改性沥青混合料具有较大的弯曲模量，并具有硬、硬脆特性。使用高粘度改性剂TPS 改性的沥青混合料具有最高的弯曲应变和拉伸应变，这是由于OGFC 的孔隙率较大。其强度比其他类型低，更容易受到弯曲和拉伸破坏，因此在低温性能方面不具备防车辙剂MB或高改性剂EME的优势。这表明，改性剂虽然提高了沥青混合料的高温稳定性和耐久性，但通常抑制了低温性能的改善效果，反之亦然。

DSC 分析DSC 测试是测量不同温度下样品和参考材料之间的热流差关系。这种热流差异可以表征温度变化时样品内发生的焓变化。当样品吸收能量时，热函发生吸热变化，当样品释放能量时，热函发生放热变化。在DSC曲线中，热量对熔化、结晶、固相转变和化学反应的影响显示出峰形[9]。为了从材料本身的角度区分这五种改性剂，测试了改性剂在20~200之间的能量变化，结果如图2所示。

从图2可以看出，TPS在20~200的熔化曲线中没有明显的吸热峰，呈现接近直线的曲线，表明它是一种非晶态材料。其他四种改性剂均具有明显的吸热峰并含有结晶物质。 LTM的吸热峰在55左右，其主要聚合物基体可能是EVA。但EVA不能改善沥青混合料的低温性能。因此，LTM只能采用EVA等弹性体作为主要基体。聚合物材料改善低温性能。 AP、MB、EME均在125左右有吸热峰，被认为对应于PE物质，但吸热峰面积不同，表明PE的结晶度不同。其中，MB在160附近也有吸热峰，MB中可能存在熔点更高的PP成分。 AP在80和110左右有阶梯状吸热峰，这可能是PS或PMMA的玻璃化转变温度。 PS通常与SBS结合来改性沥青[10]，改善沥青和混合料的性能。低温性能。结合混合性能实验可以看出，改性剂中存在SBS等弹性体[11]，可以通过在沥青内部形成网络结构来改善沥青混合料的低温性能[12]。尽管现有的PE和PP对沥青有负面影响，但它提高了混合物的高温性能[13]。

3、结论（1）高弹性模量（EME）改性沥青混合料具有动态模量高、抗车辙性能好、疲劳寿命达86099次循环、耐久性好等特点。它在低温条件下表现出较高的弯曲和拉伸强度，并表现出硬、刚、脆的特性。抗车辙剂（MB）改性沥青混合料动稳定性达到9186次/mm，具有良好的抗车辙性能。 (2)全效改性剂(AP)和低温性能改性剂(LTM)对改性沥青混合料的低温性能带来显着的好处，最大弯曲应变和拉伸应变分别达到2824和3684。表现并不突出。高粘度改性剂(TPS) 可以增加沥青的粘度，与OGFC 混合物的结构特性相结合，可提供更高的动态模量和耐久性。 (3)改性剂一般会提高沥青混合料的高温稳定性和耐久性能，而抑制低温性能的提高，反之亦然。改性剂中可以存在的SBS和PS可以改善沥青混合料的低温性能，改性剂中可以存在的PE和PP可以改善沥青混合料的高温性能。 (4)DSC试验中的熔融温度不能准确反映聚合物组成，且由于沥青和改性剂组分复杂，DSC试验不能准确表征改性沥青的作用机理，需要进行试验。请研究一下。

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