易璀琳

（洛陽璟信公路工程科技發(fā)展有限公司，河南洛陽471000）

瀝青路面是我國高速公路使用的主要結構形式，其具有行車舒適性好、建養(yǎng)方便和可回收利用等優(yōu)點。隨著交通量的增加及氣候環(huán)境的日益惡劣，目前對瀝青路面的性能要求愈發(fā)提高，其中使用高品質瀝青一直是提高瀝青路面性能的主要手段之一。我國一般通過使用瀝青改性方式提高其性能，如目前普遍采用的SBS、SBR、RUBBER 和PE 等聚合物改性瀝青，其對基質瀝青某方面性能均有一定改善作用[1-5]，以及目前在研究的無機材料改性瀝青，如硅藻土及納米材料等[6-8]，也在提高瀝青性能方面取得了一定成果。但上述改性材料特性和分子結構等與基質瀝青存有明顯差別，使兩者相容性較差，造成制備的改性瀝青存在離析問題，嚴重影響改性瀝青性能[9]。

為解決改性劑與基質瀝青相容性不足問題，相關學者提出采用微觀結構與基質瀝青類似，硬度高、瀝青質含量大的天然瀝青對基質瀝青進行改性，研究已表明天然瀝青改性瀝青的高溫性能、抗老化性能和抗疲勞性能均較好，但低溫性能往往較差[10-12]。

為改善天然瀝青改性瀝青及其混合料低溫性能，借鑒增塑劑在改善塑料柔韌性應用中取得的良好效果，本文采用增塑劑制備天然瀝青改性瀝青及瀝青混合料，對其高溫和低溫性能進行試驗評價，為天然瀝青改性瀝青研究提供一定參考。

1 試驗概況

1.1 原材料

（1）基質瀝青

選用殼牌70# 基質瀝青進行試驗研究，主要技術指標見表1。

表1 殼牌70#基質瀝青主要技術指標Table 1 Main technical indexes of shell 70# base asphalt

（2）天然瀝青

選用特立尼達湖瀝青（TLA）和布敦巖瀝青（BRA）兩種天然瀝青進行試驗研究，兩者主要技術指標見表2。

表2 TLA 和BRA 天然瀝青主要技術指標Table 2 Main technical indexes of TLA and BRA natural asphalt

（3）增塑劑

采用廣州市銀環(huán)化工有限公司產鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）和廣東化工科技有限公司產偏苯三酸三辛酯（TOTM）兩種增塑劑進行試驗研究，兩者主要技術指標見表3。

表3 DBP 和TOTM 增塑劑主要技術指標Table 3 Main technical indexes of DBP and TOTM plasticizers

（4）集料級配

粗集料選用玄武巖，細集料選用石灰?guī)r，礦粉由石灰?guī)r磨細而得，級配類型為SMA-13，級配中各篩孔通過率見表4。

表4 集料級配Table 4 Aggregate grading

1.2 改性瀝青制備

將基質瀝青和天然瀝青置于150℃烘箱中保溫直至融化，進而稱取基質瀝青和天然瀝青于搪瓷缸混合并加熱至175℃（天然瀝青為基質瀝青量的25%），采用高速剪切機以1500r/min 速率攪拌120min 即可制得天然瀝青改性瀝青，再摻入增塑劑繼續(xù)攪拌30min 即可制得增塑劑改性天然瀝青改性瀝青。

2 增塑劑對天然瀝青改性瀝青高低溫性能影響

2.1 高溫性能

為研究增塑劑對天然瀝青改性瀝青高溫性能的影響，分別制備DBP 和TOTM 摻量為0%、2%、4%和6%（質量分數(shù)）的TLA 和BRA 改性瀝青進行DSR 試驗分析。試驗可獲取表征瀝青抗變形能力大小的指標復數(shù)模量G*和表征瀝青粘彈比例的指標相位角δ，其中G* 越大瀝青抗變形能力越強，δ越大表征瀝青中粘性成分比例越大，高溫變形恢復能力越差。試驗采用應力控制模式，溫度64℃，頻率10rad/s。

（1）復數(shù)模量

不同增塑劑對天然瀝青改性瀝青復數(shù)模量的影響結果如圖1 所示。

圖1 增塑劑對天然瀝青改性瀝青復數(shù)模量的影響Fig. 1 Effect of plasticizer on complex modulus of natural asphalt modified asphalt

由圖1 可知：未摻入增塑劑時，TLA 和BRA 改性瀝青復數(shù)模量分別為3.92kPa 和3.26kPa，表明TLA 對瀝青高溫抗變形能力的改善作用優(yōu)于BRA，這是由于TLA 中瀝青質含量較高的緣故；增塑劑會造成天然瀝青改性瀝青復數(shù)模量降低，且隨著摻量的提高降低幅度逐漸增大，表明摻入增塑劑對天然瀝青改性瀝青高溫抗變形能力有不利影響。對TLA 改性瀝青，DBP 和TOTM摻量每增加1%，其平均復數(shù)模量分別下降0.28kPa 和0.12kPa，對BRA 改性瀝青則是分別下降0.19kPa 和0.07kPa，顯然兩種天然瀝青改性瀝青復數(shù)模量隨DBP增加而降低的速率高于TOTM，表明DBP 增塑劑對天然改性瀝青高溫抗變形能力的不利影響程度較TOTM 高。同時，TLA 改性瀝青復數(shù)模量隨兩種增塑劑摻量增加而降低的速率高于BRA 改性瀝青，表明增塑劑對TLA 改性瀝青高溫抗變形能力造成的不利影響程度高于BRA 改性瀝青。

（2）相位角

不同增塑劑對天然瀝青改性瀝青相位角的影響結果如圖2 所示。

圖2 增塑劑對天然瀝青改性瀝青相位角的影響Fig. 2 Effect of plasticizer on phase angle of natural asphalt modified asphalt

由圖2 可知：未摻入增塑劑時，TLA 和BRA 改性瀝青相位角分別為83.32°和84.15°，表明TLA 改性瀝青中彈性成分比例高于BRA 改性瀝青，高溫下變形恢復能力更強；增塑劑會造成天然瀝青改性瀝青相位角增加，且隨摻量的提高增加幅度逐漸增大，表明摻入增塑劑會使瀝青中粘性成分比例增加，對天然瀝青改性瀝青高溫變形恢復能力有不利影響，這是由于增塑劑為油性材料，摻入瀝青后充當油分的緣故。對TLA 改性瀝青，摻入6% DBP 和TOTM 后，其相位角分別增加0.79°和0.8°，對BRA 改性瀝青則是分別增加0.60°和0.63°，整體上DBP 和TOTM 對天然瀝青改性瀝青中的粘彈比例影響程度相當，即兩種增塑劑對瀝青高溫變形恢復能力的不利影響程度基本一致，但兩種增塑劑對TLA 改性瀝青粘彈比例的影響程度略高于BRA 改性瀝青，表明增塑劑對TLA 改性瀝青高溫變形恢復能力的不利影響程度高于BRA 改性瀝青。

2.2 低溫性能

為研究增塑劑對天然瀝青改性瀝青低溫性能的影響，分別制備DBP 和TOTM 摻量為0%、2%、4% 和6% 的TLA 和BRA 改性瀝青進行BBR 試驗分析。試驗可獲取表征瀝青低溫變形能力的指標勁度模量S和表征瀝青低溫應力松弛能力的指標蠕變速率m，其中S越大瀝青低溫下變形能力越差，越容易產生低溫開裂，m越大表征瀝青低溫下應力松弛能力越強，低溫抗裂性越好。取加載時間為60s 的結果為試驗結果，溫度-12℃。

（1）勁度模量

不同增塑劑對天然瀝青改性瀝青勁度模量的影響結果如圖3 所示。

圖3 增塑劑對天然瀝青改性瀝青勁度模量的影響Fig. 3 Effect of plasticizer on stiffness modulus of natural asphalt modified asphalt

由圖3 可知：未摻入增塑劑時，TLA 和BRA 改性瀝青勁度模量分別為253MPa 和231MPa，表明TLA 改性瀝青低溫變形能力較BRA 改性瀝青低，更容易產生低溫開裂；摻入增塑劑可降低天然瀝青改性瀝青勁度模量，提高低溫變形能力，改善低溫抗裂性，且隨摻量的增加改善效果逐漸變好。對TLA 改性瀝青，DBP 和TOTM 摻量每增加1%，其平均勁度模量分別下降8MPa和6.2MPa，對BRA 改性瀝青則是分別下降11.3MPa 和8.0MPa，顯然兩種天然瀝青改性瀝青勁度模量隨DBP摻量增加而降低的速率高于TOTM，表明DBP 增塑劑對天然改性瀝青低溫變形能力的改善效果較TOTM 更好。同時，將兩種增塑劑摻入TLA 改性瀝青時其勁度模量隨增塑劑摻量增加而降低的速率低于BRA 改性瀝青，表明增塑劑對TLA 改性瀝青低溫變形能力的改善效果優(yōu)于BRA 改性瀝青。

（2）蠕變速率

不同增塑劑對天然瀝青改性瀝青蠕變速率的影響結果如圖4 所示。

圖4 增塑劑對天然瀝青改性瀝青蠕變速率的影響Fig. 4 Effect of plasticizer on creep rate of natural asphalt modified asphalt

由圖4 可知：未摻入增塑劑時，TLA 和BRA 改性瀝青蠕變速率分別為0.302 和0.338，表明TLA 改性瀝青低溫應力松弛能力較BRA 改性瀝青低，更容易產生低溫開裂；摻入增塑劑可提高天然瀝青改性瀝青蠕變速率，加快低溫應力釋放速率，改善低溫抗裂性，且隨摻量的增加改善效果逐漸變好。對TLA 改性瀝青，摻入6%DBP 和TOTM 后，其蠕變速率分別增加0.07 和0.067，對BRA 改性瀝青則是分別增加0.05 和0.048，整體上DBP 和TOTM 對天然瀝青改性瀝青蠕變速率提高程度相當，即兩種增塑劑對天然瀝青低溫應力松弛能力改善效果基本一致，但兩種增塑劑對TLA 改性瀝青蠕變速率的提高程度略高于BRA 改性瀝青，表明增塑劑對TLA 改性瀝青低溫應力松弛能力的改善效果優(yōu)于BRA 改性瀝青。

3 增塑劑對天然瀝青改性瀝青混合料高低溫性能影響

3.1 高溫穩(wěn)定性

為研究增塑劑對天然瀝青改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響，分別拌制DBP 和TOTM 摻量為0%、2%、4% 和6% 的TLA 和BRA 改性瀝青混合料，采用輪碾法成型300mm×300mm×50mm 試件進行車轍試驗，溫度60℃，輪壓0.7MPa，結果如圖5 所示。

圖5 增塑劑對天然瀝青改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響Fig. 5 Effect of plasticizer on high temperature stability of natural asphalt modified asphalt mixture

由圖5 可知：未摻入增塑劑時，TLA 和BRA 改性瀝青混合料動穩(wěn)定度分別為3921 次/mm 和3621 次/mm，表明TLA 改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性優(yōu)于BRA瀝青混合料；隨著增塑劑摻量的增加，天然瀝青改性瀝青混合料動穩(wěn)定度呈明顯的線性降低趨勢，表明增塑劑對天然瀝青改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性有不利影響。對TLA 改性瀝青混合料，DBP 和TOTM 摻量每增加1%，其動穩(wěn)定度分別下降169 次/mm 和139 次/mm，對BRA 改性瀝青混合料則是分別下降67 次/mm 和49次/mm，顯然兩種天然瀝青改性瀝青混合料動穩(wěn)定度隨DBP 摻量增加而降低的速率高于TOTM，表明DBP 增塑劑對天然改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的不利影響程度高于TOTM。同時，TLA 改性瀝青混合料動穩(wěn)定度隨兩種增塑劑摻量增加而降低的速率高于BRA 改性瀝青混合料，表明增塑劑對TLA 改性瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的不利影響程度高于BRA 改性瀝青混合料。

基于各瀝青混合料動穩(wěn)定度隨增塑劑摻量變化規(guī)律和《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40-2004）對SMA 瀝青混合料動穩(wěn)定度不小于3000 次/mm 的要求，可推算出DBP+TLA、TOTM+TLA、DBP+BRA、TOTM+BRA 改性瀝青混合料中增塑劑摻量應分別不高于5.4%、6.6%、9.3% 和12.6%。

3.2 低溫抗裂性

為研究增塑劑對天然瀝青改性瀝青混合料低溫抗裂性的影響，分別拌制DBP 和TOTM 摻量為0%、2%、4% 和 6% 的 TLA 和 BRA 改 性 瀝 青混 合 料， 采用輪碾法成型300mm×300mm×50mm 試件，切割為250mm×30mm×35mm 小梁后進行低溫彎曲試驗，溫度-10℃，加載速率50mm/min，結果如圖6 所示。

圖6 增塑劑對天然瀝青改性瀝青混合料低溫抗裂性的影響Fig. 6 Effect of plasticizer on low temperature crack resistance of natural asphalt modified asphalt mixture

由圖6 可知：未摻入增塑劑時，TLA 和BRA 改性瀝青混合料最大彎拉破壞應變分別為2432με 和2735με，表明BRA 改性瀝青混合料低溫抗裂性優(yōu)于TLA 瀝青混合料；隨著增塑劑摻量的增加，天然瀝青改性瀝青混合料最大彎拉破壞應變呈明顯的線性增加趨勢，表明增塑劑可有效改善天然瀝青改性瀝青混合料的低溫抗裂性。對TLA 改性瀝青混合料，DBP 和TOTM摻量每增加1%，其最大彎拉破壞應變分別增加115με和102με，對BRA 改性瀝青混合料則是分別增加88με和77με，顯然兩種改性瀝青混合料最大彎拉破壞應變隨DBP 摻量增加而增加的速率高于TOTM，表明DBP 增塑劑對天然改性瀝青混合料低溫抗裂性的改善效果優(yōu)于TOTM。同時，TLA 改性瀝青混合料最大彎拉破壞應變隨兩種增塑劑摻量增加而增加的速率高于BRA 改性瀝青混合料，表明增塑劑對TLA 改性瀝青混合料低溫抗裂性的改善效果優(yōu)于BRA 改性瀝青混合料。

基于各瀝青混合料最大彎拉破壞應變隨增塑劑摻量變化規(guī)律和《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40-2004）對SMA 瀝青混合料最大彎拉破壞應變不小于3000με 的要求，可推算出 DBP+TLA、TOTM+TLA、DBP+BRA、TOTM+BRA 改性瀝青混合料中增塑劑摻量應分別不低于4.7%、5.6%、3.0%和3.6%。

4 結論

（1）摻入增塑劑會造成天然瀝青改性瀝青粘性成分比例增加，高溫抗變形能力降低，對應混合料高溫穩(wěn)定性降低，但可提高其低溫變形和應力松弛能力，對應混合料低溫抗裂性隨之增加，且增塑劑摻量越高，上述效應越明顯。

（2）DBP 對天然瀝青改性瀝青及瀝青混合料高溫性能的不利影響程度高于TOTM，但對其低溫性能的改善作用優(yōu)于TOTM；DBP 和TOTM 對TLA 改性瀝青高溫性能的不利影響程度高于BRA 改性瀝青，但對TLA改性瀝青低溫性能的改善作用更好。

（3） 綜 合 考 慮 高 溫 和 低 溫 性 能， 推 薦 的DBP+TLA、TOTM+TLA、DBP+BRA、TOTM+BRA 改性瀝青中對應增塑劑摻量分別為4.7%～5.4%、5.6%～6.6%、3.0%～9.3%和3.6%～12.6%。