基于微观特性的高弹改性沥青离析研究.pdf

Value Engineering0 引言我国道路交通量逐渐增大，重载数量增多，导致道路使用状况过早衰减，出现一系列病害，影响道路使用寿命1。因此，对道路进行及时有效的养护维修，是恢复路面使用性能及延长使用寿命的最佳方法，目前，超薄罩面技术在沥青路面项目中应用广泛，其施工效率高，对于交通量大的工程项目来说更具效果，同时该技术也具有较低的养护成本，是沥青路面养护的主力2-4。超薄罩面常以 SBS 改性沥青作为胶结料，为了提高超薄罩面的综合使用性能以及寿命，高弹改性沥青逐渐在超薄罩面技术中得以应用，研究表明高弹改性沥青薄层罩面具有更加优异的高温变形能力及低温和疲劳开裂能力5-8。本研究将针对高弹改性沥青，基于微观手段对其高温稳定性、离析等问题进行分析，为高弹改性沥青在超薄罩面技术应用中确保性能稳定提供参考借鉴。1 试验部分1.1 材料与仪器选择三种超薄罩面用高弹改性沥青，分别为 GX 型、GZ 型、GS 型，其基本性能指标如表 1 所示，可以看出，三种高弹改性沥青均具有优异的高温稳定性与低温变形能力，同时还具有较高的弹性恢复性能。1.2 样品制备及性能表征本研究主要考察高弹沥青在高温状态下体系中高弹改性剂的稳定性，将三种改性沥青进行常规离析试验，首先将高弹改性沥青加热后注入竖立的盛样管中，然后在163益恒温烘箱静置 48h，加热后将盛样管继续放入冰柜中保持竖立状态不少于 4 小时，待沥青凝固后取出。将盛样管分为三等份，取顶部和底部沥青作为试验样品，并与未加热样品进行对比研究。主要对三种离析前后的高弹改性沥青进行热台显微镜、差式扫描量热、动态热机械性能进行表征分析。2 结果与讨论2.1 热台显微镜表征分析采用热台光学显微镜（BK-POL-TR）进行三种高弹改性沥青原样、离析实验取得的上、下段样品微观结构观察，测试主要采用透光模式，温度范围为 35165益，温度阶梯为 10益/min，放大倍数为 100，试验结果如图 2 所示。通过升温测试，在每个样品中均未观察到明显的相分离结构，说明高弹改性沥青具有较好的热稳定性，通过观察不同样品的微观结构，可以发现这三种高弹改性沥青存在不同程度的离析，测试结果为 GX跃GZ跃GS，其中 GS 基本未发生离析，其他两种高弹改性沥青表现为离析试验后的上段样品均含有比下段更多的改性剂成分，该表征结果要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院冼振光（1970-），男，广西北流人，高级工程师，主要从事高速公路、桥隧、路基路面建设与养护。基于微观特性的高弹改性沥青离析研究Research on Segregation of Highly Elastic Modified Asphalt Based on Microscopic Properties冼振光淤XIAN Zhen-guang曰马乃富淤MA Nai-fu曰李凯于LI Kai（淤广西新平高速公路有限公司，南宁530000；于重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆400067）（淤Guangxi Xinping Expressway Co.，Ltd.，Nanning 530000，China；于Chongqing Zhixiang Paving Technology Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 400067，China）摘要院超薄罩面养护技术应用日益广泛，为了研究高弹改性沥青在其应用中的性能稳定状况，通过选用三种高弹改性沥青，基于微观表征研究了各改性沥青在高温状态下的离析状况。采用热台显微镜研究高弹改性沥青的微观结构，采用差式扫描量法热研究高弹改性沥青的热行为，采用动态热机械分析对高弹改性沥青低温性能进行了分析。试验结果表明，三种高弹改性沥青在长时间高温状态下均会有一定程度离析，其中GX型高弹改性沥青微观结构、吸收热及玻璃化转变温度差异较大，其他两种均较小，总体来说，离析对高弹改性沥青的性能影响较弱。Abstract:The application of ultra-thin cover curing technology is increasingly widespread.In order to study the performance stabilityof high-elastic modified asphalt in its application,three kinds of high-elastic modified asphalt were selected,and the performance of eachmodified asphalt at high temperature was studied based on microscopic characterization.Segregated condition.The microstructure of thehigh-elastic modified asphalt was studied by hot stage microscope,the thermal behavior of the high-elastic modified asphalt was thermallystudied by differential scanning calorimetry,and the low-temperature performance of the high-elastic modified asphalt was analyzed bydynamic thermomechanical analysis.The test results show that the three types of high-elasticity modified asphalt will segregate to a certainextent under long-term high temperature conditions.Among them,the GX type high-elasticity modified asphalt has a large difference inmicrostructure,heat absorption and glass transition temperature,and the other two are all different.In general,the effect of segregation onthe performance of high elastic modified asphalt is weak.关键词院超薄罩面；高弹改性沥青；高温稳定性；微观特性Key words:ultra-thin finish；highly elastic modified asphalt；high temperature stability；microscopic properties中图分类号院U414文献标识码院A文章编号院1006-4311（2023）23-153-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.23.047表1高弹改性沥青基本性能类型针入度/0.1mm软化点/益 5益延度/mm弹性恢复/%离析/益GXGZGS103.2101.498.279.580.685.482.184.677.1979796.51.50.90.3价值工程与离析前后的软化点结果相互对应。总的来看，高弹改性沥青在高温长时间状态下改性剂成分会有一定程度的分散离析，但这种离析对改性沥青总体性能影响不大，能够保证高弹改性沥青性能使用要求。2.2 差式扫描量热分析使用差式扫描量热仪（DSC Q20，TA Instruments）研究了三种高弹改性沥青离析前后不同段的热行为，称取重量约 410mg 的样品，然后在 50ml/min 的氮气流量下进行测试，温度扫描范围为-50165益，升温速率为 10益/min。通过 DSC 测定的高弹改性沥青的加热过程如图 3 所示，可以看出，三种高弹沥青 DSC 曲线均出现热流峰，这是因为高弹改性剂的存在会发生相态转变使得吸热量不稳定所导致，随着加热温度的逐渐升高，三种高弹改性沥青熔融所需热流量均逐渐下降，在出现吸热峰前下降速率较快，在吸热峰后下降速率减缓，由于此类高弹改性沥青体系粘度不高，当达到一定温度后，体系流动性较好，分子运动活性已较强，当继续加热，改性沥青体系所吸收热量呈减弱趋势。通过对三种改性沥青离析前后段 DSC 曲线分析，其中 GX 离析前后的 DSC 吸收热量差异最大，说明改性沥青在离析后体系改性剂发生一定程度的离析，其次为 GZ，而 GS 基本未发生明显变化，其不同段 DSC 曲线极为接近，不同样品段的改性剂分布较为均为，稳定性最好。2.3 动态热机械性能分析使用 DMA（Q800，TA Instruments）对三种高弹改性沥青进行动态力学分析以探究离析后不同段高弹改性沥青的低温性能。制备尺寸为 35mm伊12.8mm伊3.2mm 的试样，采用双悬臂弯曲模式，频率为 10Hz，测试温度为-5015益之间，温度跃阶为 4益/min，施加力为可变的正弦形变力。图 5 给出了温度-5015益之间三种高弹改性沥青的损耗模量（G寓）随温度的变化情况，可以看出，随着温度的升高，三种高弹改性沥青损耗模量均是先达到峰值，然后逐渐降低的趋势，该峰值可作为玻璃化转变温度（Tg），当温度低于 Tg时，高弹改性沥青呈玻璃态和脆态，当温度高于 Tg时，高弹改性沥青具有黏弹性。三种高弹改性沥青 Tg值均较低，表明低温性能优异。表 2 为三种高弹改性沥青不同样品的 Tg值。由试验结果可知，高温离析试验对三种高弹改性沥青低温性能产生了不同程度的影响，其中 GX 离析程度相对较大，GS、GZ 均相对较小，离析前后三种高弹改性沥青 Tg差值范围为 GS依5%、GZ依6.5、GX依12.8%，总体来看，所有样品 Tg值图1高弹改性沥青热台显微镜测试图2 渊ac冤GX原样尧离析上尧下段渊df冤GZ原样尧离析上尧下段渊gi冤GS原样尧离析上尧下段显微结构图4高弹改性沥青DMA测试Value Engineering均低于-30益，说明高弹改性沥青低温性能优异，部分离析对低温性能影响不大。3 结语本研究基于微观表征手段考察了超薄罩面用三种高弹改性沥青的离析特性，从而更好指导高弹改性沥青在超薄罩面养护技术中的应用，主要研究结论如下：淤高弹改性沥青在高温状态下体系无明显相态转变，离析试验后，三种高弹改性沥青离析程度为 GX跃GZ跃GS，且改性剂组分主要移向离析上段。于随着温度升高，三种高弹改性沥青熔融所需热流量均下降，离析试验后，GX 各试样 DSC 吸收热差异最大，GS 离析前后基本未发生明显变化，稳定性最好。盂三种高弹改性沥青的损耗模量随温度升高均达到峰值后逐渐降低，玻璃化转变温度均较低，低温性能优异。离析前后三种高弹改性沥青离析前后的 Tg均产生一定程度差值，GX 差异较大大，GS、GZ 均相对较小。参考文献院1喇文君.高速公路沥青路面典型病害及预防性养护技术J.工程建设与设计，2022（15）：181-183.2郑君.高速公路沥青路面薄层罩面养护技术应用J.交通世界，2022（20）：101-103.3马泽欣，黎康，吕泉.高延弹超薄罩面的技术特点研究J.内蒙古公路与运输，2021（05）：47-51.4李亚龙.超薄罩面SAC-5级配设计与性能研究J.公路工程，2023，48（01）：102-107.5王立志，刘凯，王鹏，等.微观特性对SBS改性沥青存储稳定性影响研究J.山东建筑大学学报，2020，35（06）：7-14，36.6秦成林，董夫强，李洋，等.SBS改性沥青在循环加热储存过程的性能衰减和提升研究J.公路工程，2022，47（01）：115-122.7邓志勇，伍丰.高弹改性沥青易密实型超薄罩面在桂阳高速公路养护中的应用J.城市道桥与防洪，2021（08）：111-113，17.8杜宇兵，柴明明，李雪毅，等.薄层罩面沥青胶结料性能试验研究J.公路，2017，62（06）：291-296.图3三种高弹改性沥青加热过程的DSC曲线图5高弹改性沥青损耗模量随温度变化曲线表2高弹改性沥青通过DMA测试的玻璃化转变温度Tg样品Tg（益）GSGS离析上段GS离析下段GZGZ离析上段GZ离析下段GXGX离析上段GX离析下段-35.09-36.42-33.25-40.82-42.67-38.15-36.89-41.24-32.15