新型反应性沥青改性剂技术性能研究

曹晓娟

摘 要：RET是美国杜邦公司研发的一种新型沥青化学改性剂，通过与沥青中的分子和官能团发生化学反应，从而达到改善沥青使用性能的效果。通过分析研究不同种类改性沥青的Superpave性能试验结果及老化前后的低温PG分级温度及质量损失，表明RET改性剂能够明显改善沥青的高温稳定性和低温抗裂性。

关 键 词：RET;技术性能;高温稳定性;低温抗裂性

中图分类号：TE 624 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）06-1350-03

Research on the Performance of New Reactive Asphalt Modifier

CAO Xiao-juan

（Xi'an International University，？ Shaanxi Xi'an 710000，China）

Abstract： RET（Reactive Elastomeric Terpolymer） is a kind of chemical modifier that was developed by Dupont， it can react with asphalt molecules and functional groups to improve the functional performance of the asphalt. In this paper， Superpave performance test results， low temperature PG grading temperature and mass loss before and after aging of different types of modified asphalt were analyzed and researched. The results show that RET modifier can significantly improve asphalt high temperature stability and low temperature crack resistance.

Key words： reactive elastomeric terpolymer; technical performance; high temperature stability; low temperature crack resistance

1 概 述

为明显改善目前我国沥青混凝土路面存在的车辙、开裂、拥抱等早期病害，延长沥青混凝土路面的使用寿命，改性沥青技术已被广泛应用于公路沥青路面建设中 [1]。然而，随着沥青聚合物改性沥青热储存稳定性差、价格昂贵、改性工藝复杂等弊端越来越突出，许多国家已开始对沥青化学改性剂展开大量的探索研究 [2]。对沥青进行化学改性是指在高温条件下使得改性剂与沥青分子结构中的部分活性官能团发生交联反应或直接接枝于沥青分子链上通过改变沥青的活性、分子链形式（大小）及其分子量等，从而达到改变沥青使用性能的效果 [3]。

反应性弹性体乙烯三元共聚物（RET）是由美国杜邦公司推出的一种不同于SBS、SBR、PE的沥青化学改性剂。其特点是能够在高温加热的情况下完全溶解在沥青中，并与沥青发生化学反应，从而实现对沥青的化学改性。国外常年的应用实践表明，RET能够增长沥青的疲劳寿命，改善沥青高温抗车辙能力、抗剥离能力及其低温防开裂能力等 [4]。与SBS改性沥青相比，RET改性沥青制备工艺简单，不需要剪切，仅需拌合即可与沥青充分混合。其次，RET改性沥青储存稳定性良好，有利于改性沥青的大批量生产和重复加热使用。RET改性剂单价为

41 000元/t，但其掺量较少，通常掺量约为0.8%～

1.8%，而SBS改性剂掺量约为3%～5%。目前，我国对沥青化学改性剂的研究尚浅，处于起步阶段。它与聚合物改性剂SBS相比，特征如表1所示。

表1 RET与SBS改性剂性能对照表

Table 1 RET and SBS modifier performance comparison

RET是一种三元聚合物颗粒，其外观形态如图1所示。

2 多聚磷酸改性沥青的性能研究

RET是一种热塑性聚合物材料，高温加热条件下能完全溶解于沥青中，但要使得RET完全溶解到沥青中并与之完全发生反应，理论上需2 h以上。目前，国外通常采用掺量为0.1%～1%的多聚磷酸作为催化剂加速其与沥青反应 [5]。

图1 RET改性剂颗粒

Fig.1 RET modifier particles

RET改性沥青的制备工艺为：

a）充分加热溶解基质沥青，使其温度达到175～185 ℃左右，将RET改性剂以10 g/min的速度加入到基质沥青中;

b）持续匀速搅拌约40～60 min，确保RET在沥青中完全溶解;

c）待RET全部溶解于沥青中，且沥青温度达到160～165 ℃左右，加入催化剂多聚磷酸搅拌30 min即可。

3 改性沥青技术性能研究

为分析研究不同种类改性沥青混合料的路用性能，加拿大交通运输部在安大略省蒂明思地区的655号高速公路部分路段铺设试验段[6]。分别采用车辙因子、临界温度、粘度、针入度及老化前后沥青混合料的残留值和质量损失等技术掺量分别对RET改性沥青、SBS改性沥青、氧化后的SBS改性沥青、SBS复配多聚磷酸改性沥青、多聚磷酸改性沥青等不同种类改性沥青混合料的高温抗车辙性能、低温抗裂性能及抗老化性能进行了评价分析。

3.1 高温稳定性

加拿大皇后大学交通运输系对不同种类改性沥青胶浆分别进行了室内Superpave性能分析试验和沥青粘度试验，试验采用PG分级为64-36型沥青作为基质沥青，其试验结果如表2、3所示。

从表2的试验结果可以看出，不同种类改性沥青的Superpave性能指标存在明显差异，主要表现为以下几点：①对比表2中试验2、3的结果可以看出：通过加氧氧化的方法能够使得SBS改性沥青车辙因子、临界温度提高1.3倍，这是因为氧化SBS改性沥青能够使其软化点提高，温度敏感性降低，从而提高其高温抗车辙能力;②加入少量的PPA对沥青高温性能改善效果不显著，可以通过PPA与SBS复配改性的方法提高沥青的车辙因子和临界温度。

表2 不同种类改性沥青胶浆Superpave性能分析试验结果

Table 2 Superpave performance analysis results of different types of asphalt

對比表2中试验2、4的结果可以看出：对沥青进行复配改性的改善效果明显，其高温性能明显优于通常掺量下的SBS改性沥青;③对比表2中试验1、2的结果可以看出：较SBS改性沥青而言，采用PPA催化改性RET改性沥青的方法使其车辙因子提高了1.2倍，临界温度提高了1.3倍。由此可见，RET改性剂对沥青的高温性能有明显的改善效果，能够显著提高沥青的车辙因子和临界温度值。

表3 不同种类改性沥青粘度分析试验结果表

Table 3 Viscosity analysis test results of different types of modified asphalt

从表3的试验结果可以看出，不同种类改性沥青的粘度和针入度值存在明显差异，主要表现为以下几点：

①PPA复配SBS得到的复配改性沥青，其粘度值最大，针入度值最小。这是因为PPA本身就是一种白色粘稠状液体，作为常用的沥青化学改性剂，它能够与沥青发生化学反应，改变沥青的分子形式，使得沥青稠度和硬度增加，粘度增大。通常情况下，沥青粘度反映了沥青的高温稳定性，一定范围内粘度越高，沥青的高温稳定性能越好。然而粘度过大并不利于改性沥青的生产、运输、搅拌。同时，通过PPA复配改性SBS的方法增加了沥青的硬度，使其针入度值减小;

②PPA改性沥青的粘度值最小，针入度值最大。可见掺量较少的PPA对基质沥青粘度和硬度的改善效果并不明显，不足以大范围改变沥青的分子结构或官能团;

③PPA催化改性RET改性沥青的粘度值和针入度值均介于加氧氧化的SBS改性沥青和未加氧氧化的SBS改性沥青之间。由此可见，虽然RET改性剂能够与沥青发生化学反应，改变沥青的分子结构，但是RET对沥青的粘度影响并不显著。

因此，RET是一种既能改善沥青高温性能，又能便于投入实际生产的一种性能良好的沥青化学改性剂。

3.2 低温抗裂性

该试验运用SHRP试验方法中的弯曲梁流变仪（BBR）分别对以上几种改性沥青的RTOF/PAV残留物的PG分级和质量损失进行了对比研究，试验结果如表4所示。

表4 不同种类改性沥青BBR试验结果表

Table 4 Different types of modified asphalt BBR test results

从表4的试验结果可以看出，不同种类改性沥青在经过RTOF老化、PAV老化后低温性能指标存在明显差异，主要表现为以下几点：

①加氧氧化的SBS改性沥青，其老化前后的低温PG分级温度最低，低温性能最好，但其老化后质量损失相对于其他几种改性沥青最大;

②PPA复配SBS改性沥青的老化前后低温PG分级温度变化最小，其老化后质量损失相对于其他几种改性沥青也最小，这是因为PPA能够改善沥青的抗老化能力，从而提高沥青老化前后的、性能质量保留率 [7];

③单掺PPA改性剂对基质沥青的低温性能改善效果并不明显，但由于PPA对抗老化性能的作用，其老化前后的低温PG分级温度变化不大，质量损失率也相对较小。通过对比表4中试验4、5的结果可以看出， 可以采用PPA复配SBS的改性方法弥补多聚磷酸对沥青低温性能所产生的负面影响;

④通过对比表4中试验1、2的结果可以看出：PPA催化改性的RET改性沥青与通常掺量下的SBS改性沥青老化前后的低温PG分级温度基本相当，老化前后的质量损失也基本相同。

这说明，采用PPA催化改性RET改性沥青的低温抗裂性能够达到SBS改性沥青的要求，RET化学改性剂对沥青的低温性能改善效果与聚合物改性剂SBS基本一致。

4 结 论

沥青化学改性剂的大量推广应用能够弥补聚合物改性剂的各种缺陷，是改性沥青发展的必然趋势。RET作为一种新型的沥青化学改性剂，能够明显改善沥青的高温稳定性及低温抗裂性，同时带来可观的经济效益。RET改性剂虽然在美国、秘鲁、乌克兰、墨西哥等国家的不同路段、不同路面形式中，如重载超载路面、机场道路及桥面铺装路面等，都得到了广泛应用并取得了良好的使用效果。但是，RET改性剂在国内还鲜有使用，我国对RET改性剂的研究还处于初级阶段。因此，对RET改性剂技术性能的研究和探索不仅能改善我国沥青混凝土路面的路用性能，延长沥青路面的使用寿命，还能够拓宽国内的改性沥青市场，具有重要的现实意义。

参考文献：

[1] 交通运输“十二五”发展规划[G].2011.

[2] 黄彬，马丽萍，许文娟.改性沥青的研究进展[J].材料报导，2010（1）：13.

[3] 王涛才，洪美，张玉贞.SBS改性沥青机理研究[J].石油沥青.2008（3）：114.

[4] 徐希娟、原健安.化学改性沥青的应用前景分析[C].中国公路学会学术交流文集.2001（36）.

[5] Baumgardner G. Rutting and Moisture Resistance of Asphalt Mixtures Containing Polymer and Polyphosphoric Acid Modified Bitumen[C]. Presented at the Meeting of the AI Spring Meeting， Washington DC， 2004.

[6] Maldonado R， Falkiewicz M， Bazi G， Grzybowski K. Asphalt Modification with Polyphosphoric Acid[C]. 2006， 51：163-178 .

[7] 郝飞.多聚磷酸改性沥青及其混合料技术性能研究 [D].陕西西安：长安大学，2012：46-57.