PE胶粉复合改性沥青及沥青混合料性能研究

　文章编号：１６７３－６０５２（２０１８）１１－００６８－０３　　　　　　ＤＯＩ：１０．１５９９６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｂｆｊｔ．２０１８．１１．０１９

ＰＥ胶粉复合改性沥青及沥青混合料性能研究

李铁成

（新疆交建公路规划勘察设计有限公司　乌鲁木齐市　８３００００）

　　摘　要：为了研究ＰＥ胶粉复合改性剂对沥青及沥青混合料性能产生的影响，以室内试验为基础，对比分析了ＳＢＳ改性剂、胶粉改性剂和ＰＥ胶粉复合改性剂对基质沥青及ＡＣ－２０型沥青混合料性能的影响。试验结果表明，ＰＥ胶粉复合改性沥青混合料高温性能及水稳性能优越，低温性能也较好，既环保又经济，建议在新疆地区推广应用。

　　关键词：道路工程；ＰＥ胶粉复合改性沥青；沥青混合料

中图分类号：Ｕ４１４．０１　　　　　　文献标识码：Ａ

０　引言

新疆地区昼夜温差大，夏季炎热、冬季寒冷，加之其重要的交通枢纽功能，通行的重载车辆多，这对路面的使用性能提出了严峻的考验。工业的迅速发展产生了大量的废旧轮胎及废旧塑料制品，已经造成了严重的环境负担，如果可以将废旧轮胎及废旧塑料制品应用于道路建设，制作成沥青改性剂，改善沥青及沥青混合料的使用性能，延长路面的使用寿命，不但可以产生一定的经济效益，还可以起到保护环境的作用。

现有研究表明：废旧塑料制品制作的ＰＥ改性剂，可以较大程度地提高沥青及混合料的高温性能，但对低温性能提升不大；废旧轮胎制作的胶粉改性剂，可以有效提高沥青及混合料的低温性能，而对高ＳＢＳ改性剂可以提高沥青温性能的提升作用有限；

及混合料高温、低温性能，是目前应用最为广泛的改性剂，但其成本相对较高，且对高温、低温性能的单一提升效果不及ＰＥ及胶粉改性剂。因此可考虑将ＰＥ改性剂与胶粉改性剂按照一定比例混合使用，同时提升沥青及混合料的高温、低温及水稳性能。

１　原材料技术参数１．１　沥青

试验沥青采用克拉玛依９０号道路沥青，各项指标如表１所示，均满足规范要求。

密度

３）

／（ｇ／ｃｍ１．２１结构类型线型表１　克拉玛依９０号沥青指标测试结果

密度（１５℃）３

／（ｇ／ｃｍ）０．９９３针入度（２５℃，１００ｇ，５ｓ）延度（５ｃｍ／ｍｉｎ，１５℃）软化点（环球法）／０．１ｍｍ／ｃｍ／℃８８＞１００４６．５１．２　改性剂

（１）ＳＢＳ改性剂

ＳＢＳ改性剂选自乌鲁木齐厂家，外观为白色颗粒状，其主要技术参数如表２所示，均满足要求。

表２　ＳＢＳ改性剂技术参数

嵌段比Ｓ／Ｂ灰分／％挥发拉伸强度断裂拉／％／ＭＰａ伸率／％００≥７断裂永久变形／％０≤４邵氏强度（Ａ）６３３０／７０≤０．１６≤０．６２０．３　　（２）胶粉改性剂

胶粉改性剂选自乌鲁木齐厂家，颗粒大小为６０目，其主要技术参数如表３所示，均满足要求。

表３　胶粉改性剂主要技术参数

水分

／％０．３５

金属含

量／％０．０２６

纤维含

量／％０．５８

灰分

／％３．９

炭黑含

量／％４３

丙酮提

取物／％１３

　　（３）ＰＥ改性剂

ＰＥ改性剂柔韧度好、抗变形能力强，ＰＥ改性沥青高温性能及耐久性能得到提升。试验选取的ＰＥ改性剂由新疆乌鲁木齐生产，外观为圆柱颗粒，密度

３

为０．９１ｇ／ｃｍ，熔点为１１０℃，直径４ｍｍ，长度为６ｍｍ。

２　ＰＥ胶粉复合改性沥青性能评价

根据室内试验结果及厂家提供的技术资料，确

２０１８年　第１１期　　　　　　　　　　李铁成：ＰＥ胶粉复合改性沥青及沥青混合料性能研究—６９—

定ＳＢＳ改性剂的最佳掺量为５％，胶粉最佳掺量为２０％，ＰＥ胶粉复合改性剂最佳掺量为２０％，其中ＰＥ改性剂与胶粉改性剂比例为２∶８。

按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的要求，分别测定基质沥青及三种改性沥青的针入度、低温延度及软化点，试验结果如表４所示。

表４　沥青指标试验测试结果

沥青种类２５℃，１００ｇ，５ｓ）延度（５ｃｍ／ｍｉｎ，５℃）针入度（／０．１ｍｍ／ｃｍ软化点／℃指标来评价沥青混合料性能可能存在偏差，为了研Ｃ－究改性剂对沥青混合料性能的影响，试验选取Ａ２０型沥青混合料，对比研究基质沥青及３种改性沥青混合料的路用性能，混合料级配如表５中所示，通过马歇尔设计方法，确定沥青混合料的最佳油石比为４．６％。

表５　ＡＣ－２０型沥青混合料级配组成

通过下列筛孔（ｍｍ）的质量百分率（％）

２６．５１９１６１３．２９．５４．７５２．３６１．１８０．６０．３０．１５０．０７５基质沥青８８８．２４６．５ＳＢＳ改性沥青６５２５．５６１．４胶粉改性沥青７２１６．８５７．６ＰＥ胶粉复合改性沥青５４７．４５６．３　　从试验结果可以看出，与基质沥青相比，三种改性沥青的针入度变小，软化点提高，除ＰＥ胶粉复合改性沥青外，低温延度变大。根据针入度分级体系评价标准，针入度表征沥青的软硬程度，软化点反映沥青的高温性能，延度反映沥青的低温性能，从这个角度来看：改性剂增加了沥青的硬度，ＳＢＳ、胶粉改性剂提高了沥青的高温及低温性能，ＰＥ胶粉复合改性剂提高了沥青的高温性能，但低温性能有所降低。

基质沥青中掺入改性剂，由于ＳＢＳ、胶粉及ＰＥ胶粉复合改性强度均高于沥青胶结料，使得沥青变硬，三种改性沥青的针入度均呈现出下降趋势，从针入度试验结果来看，ＰＥ胶粉复合改性剂针入度降低值最大，胶粉改性剂降低值最小。

ＰＥ胶粉复合改性剂降低了沥青的延度，但有研究表明，采用低温延度来评价改性沥青的低温性能并不合理，如单独采用ＰＥ改性剂进行改性，沥青延度下降较多，但从现已铺筑的ＰＥ改性沥青路面通车情况来看，低温性能并未降低，反而有所改善。

利用环球法测定沥青的软化点，是以钢球接触到下层底板时的温度为准，但在试验过程中的变化规律不同：对于ＳＢＳ改性沥青及胶粉改性沥青，在相对较低温度下沥青就开始发生变形，经过较长的变形时间后钢球才与下层底板接触，而对于ＰＥ胶粉复合改性沥青，沥青软化温度较高，但发生变形时间较短，钢球很快与下层底板接触，这表明相对于ＳＢＳ改性沥青及胶粉改性沥青，ＰＥ胶粉复合改性沥青硬度更大，这与针入度规律相吻合。３　ＰＥ胶粉复合改性沥青混合料性能评价

现有研究成果与室内试验结果表明，利用沥青

１００９５８５７１６１４１３０２３１６１１

９

５

３．１　高温性能评价

采用车辙试验评价沥青混合料的高温性能，试验结果如表６所示。

表６　改性剂对沥青混合料高温性能的影响

混合料类型动稳定度

车辙深度

／（次／ｍｍ）／ｍｍ基质沥青混合料８６９３．１５４ＳＢＳ改性沥青混合料３８６９１．２１３胶粉改性沥青混合料３５３４１．３５１ＰＥ胶粉复合改性沥青混合料

４１６９

１．１８４

　　从表６中可以看出，改性剂提高了沥青混合料的高温性能；三类改性沥青混合料中，ＰＥ胶粉复合改性沥青混合料高温性能最好，其次是ＳＢＳ改性沥青混合料，胶粉改性沥青混合料高温性能最低。

３．２　低温性能评价

采用低温小梁试验评价沥青混合料的低温性能，试验结果如表７所示。

表７　改性剂对沥青混合料低温性能的影响

混合料类型抗弯拉强度

弯拉应变

／ＭＰａ／με基质沥青混合料７．１４２７３６．９２ＳＢＳ改性沥青混合料１０．２９３３１５．３４胶粉改性沥青混合料９．８１３５３６．６８ＰＥ胶粉复合改性沥青混合料

１１．３８

３４６２．９４

　　从表７中可以看出，改性剂提高了沥青混合料的低温性能，混合料抗弯拉强度和弯拉应变均变大；变形能力不足导致的开裂是沥青混合料低温破坏的主要形式，因此评价沥青混合料低温性能应以低温变形能力，即破坏时的弯拉应变指标为主，由此可知三类改性沥青混合料中，胶粉改性沥青混合料低温性能最好，ＰＥ胶粉复合改性沥青混合料次之，ＳＢＳ改性沥青混合料最低。

—７０—北方交通　　　　　　　　　　　　　　　２０１８年　第１１期

３．３　水稳性能评价

采用浸水马歇尔试验评价沥青混合料的水稳性能，试验结果见表８，其中ＭＳ为６０℃水浴０．５ｈ稳定１度，ＭＳ为６０℃水浴２４ｈ稳定度，ＭＳ表示残留稳定度。２０

表８　改性剂对沥青混合料水稳性能的影响

混合料类型基质沥青混合料ＳＢＳ改性沥青混合料胶粉改性沥青混合料ＰＥ胶粉复合改性沥青混合料

ＭＳｋＮ１／９．６１２．６１１．３１２．９

ＭＳｋＮ２／７．７１１．４１０．２１１．８

ＭＳ％０／８０．２９０．５９０．３９１．５

高了沥青软化点；

（２）ＰＥ胶粉复合改性沥青混合料的高温性能和水稳性能较好，低温性能低于胶粉改性沥青混合料，但高于ＳＢＳ改性沥青混合料；

（３）新疆地区温差较大，在进行沥青混合料设计的过程中应兼顾高温及低温性能，ＰＥ胶粉复合改性沥青混合料高温性能及水稳性能优越，低温性能也较好，且具有环保、经济等优点，因此建议在新疆地区进行应用及推广。

参考文献

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　　从表８中可以看出，改性剂提高了沥青混合料ＰＥ胶粉复合的水稳性能；三类改性沥青混合料中，ＢＳ改性沥青混合改性沥青混合料水稳性能最好，Ｓ料和胶粉改性沥青混合料性能相差不大。

从高温、低温及水稳性能试验可以看出，改性剂ＰＥ胶粉复可以较大程度地提升沥青混合料的性能，

合改性沥青混合料的高温性能和水稳性能较好，胶粉改性沥青混合料的低温性能较好。４　结论

（１）ＳＢＳ和胶粉改性剂减小了沥青的针入度，增大了沥青的延度，提高了沥青软化点，ＰＥ胶粉复合改性减小了沥青的针入度，减小了沥青的延度，提

ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣｏｍｐｏｕｎｄＭｏｄｉｆｉｅｄＡｓｐｈａｌｔｏｆ

ＰＥＲｕｂｂｅｒＰｏｗｄｅｒａｎｄＡｓｐｈａｌｔＭｉｘｔｕｒｅ

ＬＩＴｉｅｃｈｅｎｇ

（ＳｉｎｋｉａｎｇＴｒａｆｆｉｃＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＨｉｇｈｗａｙＰｌａｎｎｉｎｇａｎｄＳｕｒｖｅｙａｎｄＤｅｓｉｇｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｕｒｍｕｑｉ８３００００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ　ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｏｍｐｏｕｎｄｍｏｄｉｆｉｅｒｏｆＰＥｒｕｂｂｅｒｐｏｗｄｅｒｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｓｐｈａｌｔａｎｄａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅ，ｔａｋｉｎｇｔｈｅｌａｂｏｒａｔｏｒｙｔｅｓｔａｓｔｈｅｂａｓｉｓ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＳＢＳｍｏｄｉｆｉｅｒ，ｍｏｄｉｆｉｅｒｏｆｒｕｂｂｅｒｐｏｗｄｅｒａｎｄｃｏｍｐｏｕｎｄｍｏｄｉｆｉｅｒｏｆＰＥｒｕｂｂｅｒｐｏｗｅｒｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｍａｔｒｉｘａｓｐｈａｌｔａｎｄＡＣ－２０ａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｉｓｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｗａｔｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｏｍｐｏｕｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅｏｆＰＥｒｕｂｂｅｒｐｏｗｄｅｒａｒｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔ，ｔｈｅｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｎｏｔｏｎｌｙｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｆｒｉｅｎｄｌｙｂｕｔａｌｓｏｅｃｏｎｏｍｉｃ．ＩｔｉｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｏｐｏｐｕｌａｒｉｚｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓａｌｓｏｂｅｔｔｅｒａｎｄａｐｐｌｙｉｎＸｉｎｊｉａｎｇａｒｅａ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｒｏａｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ＣｏｍｐｏｕｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｏｆＰＥｒｕｂｂｅｒｐｏｗｄｅｒ；Ａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅ