交联聚乙烯改性沥青高温性能及评价指标分析

梁俊辉 叶群山 陈昌鑫

(长沙理工大学交通运输工程学院，湖南 长沙 410114)



交联聚乙烯改性沥青高温性能及评价指标分析

梁俊辉 叶群山 陈昌鑫

(长沙理工大学交通运输工程学院，湖南 长沙 410114)

通过动态剪切流变试验和重复蠕变恢复试验，对交联聚乙烯改性沥青的高温性进行了评价，结果表明，XLPE改性剂能够改善沥青的高温性能，而车辙因子G*/sinδ对于弹性较好的改性沥青高温性能的评价却存在着一定的局限性；改性剂车辙因子G*/(sinδ)9和沥青的蠕变劲度的粘性成分Gv值能够更好的表征改性沥青的高温性能。

交联聚乙烯，改性沥青，高温性能，车辙

0 引言

沥青路面具有优越的使用性能和行车舒适性，是目前公路建设中使用最广泛的路面材料。同时由于交通量的迅猛增加、车辆重载化趋势和夏天持续高温极端天气的频繁出现造成了沥青路面出现高温车辙等破坏，而聚合物改性沥青技术是改善沥青路面性能重要的方法之一[1]。

聚乙烯(PE)是改性沥青中使用最广泛的热塑性树脂改性剂之一，是以乙烯为基本单位通过聚合而成的线性高聚物；交联聚乙烯(XLPE)是通过物理或化学方法把线型的聚乙烯分子通过共价键交联成三维空间网状结构的一种改性聚乙烯，交联聚乙烯(XLPE)的交联方式有物理交联和化学交联两种；工业上生产交联聚乙烯(XLPE)的生产方式主要有辐照交联、硅烷交联、过氧化物交联和紫外线交联这四种。四种生产工艺的核心原理都是首先通过物理或化学方式夺取聚乙烯(PE)分子链上的氢原子，形成自由基，再通过分子链上自由基的交联最终形成交联聚乙烯(XLPE)，与传统的聚乙烯(PE)相比，交联聚乙烯(XLPE)具有更好的耐热性能、更好的机械性能和更好的化学稳定性[2-4]。

因此本文选用XLPE制备交联聚乙烯改性沥青，使用动态剪切流变试验和重复蠕变恢复试验对交联聚乙烯改性沥青的高温性能进行研究。

1 试验材料和试验方法

1.1 试验材料

本试验中使用的70号沥青主要技术指标如表1所示。

表1 70号沥青技术指标

所使用的交联聚乙烯改性剂(XLPE)的主要技术指标如表2所示。

1.2 试验方案

本试验使用高速剪切熔融法制备掺量分别为3%，5%和7%的交联聚乙烯改性沥青。

对不同掺量的交联聚乙烯改性沥青、基质沥青和成品SBS改性沥青进行动态剪切流变试验，试验温度为60 ℃，采用应变控制模式，取应变值为12%，选用10 rad/s的正弦振荡荷载模式，试验夹板直径选用25 mm，板间距为1 mm；通过试验得到的车辙因子G*/sinδ和改进型车辙因子G*/(sinδ)9来评价沥青的高温性能。

表2 交联聚乙烯(XLPE)技术指标

对沥青进行重复蠕变恢复试验，采用的试验温度为60 ℃，加载应力分别采用30 Pa,100 Pa和300 Pa三种应力，加载模式为加载1 s卸载9 s，加载过程中每0.1 s采集一次数据，卸载过程每0.9 s采集一次数据，共进行100次重复蠕变。通过对第50，51次蠕变阶段试验数据进行Burgers模型参数拟合，计算出第50，51次重复蠕变阶段蠕变劲度的粘性成分Gv平均值，对沥青的高温性能进行评价。

2 试验结果分析

2.1 动态剪切流变试验

通过对3%，5%和7%三种掺量的交联聚乙烯改性沥青、基质沥青和SBS改性沥青进行动态剪切流变试验可以得到沥青在60 ℃下的车辙因子G*/sinδ和改进型车辙因子G*/(sinδ)9，如图1和图2所示。

从图1五种沥青的车辙因子G*/sinδ对比结果中可以看到，在试验温度为60 ℃时交联聚乙烯改性沥青和SBS改性沥青的车辙因子G*/sinδ都要大于基质沥青，说明XLPE改性剂和SBS改性剂都能够提高沥青的车辙因子，改善沥青的高温性能，且随着XLPE改性剂掺量的增加其改善效果更好。同时可以看到3%,5%和7%三种掺量的交联聚乙烯改性沥青的车辙因子G*/sinδ都要大于SBS改性沥青，因此仅以车辙因子G*/sinδ为高温评价指标时XLPE改性剂对沥青高温性能的改善效果要好于SBS改性剂。

从图2中看到，SBS改性剂和XLPE改性剂的添加都能够使得沥青的改进型车辙因子G*/(sinδ)9增大，提高沥青的高温性能；同时看到SBS改性沥青的60 ℃的改进型车辙因子G*/(sinδ)9要大于交联聚乙烯改性沥青，这与车辙因子G*/sinδ的试验结果有所不同。这是由于改进型车辙因子G*/(sinδ)9充分考虑了改性沥青的弹性性质对于沥青抗车辙能力的影响，而相位角δ在一定程度上反映沥青的弹性能力，因此改进型车辙因子通过提高沥青相位角δ的敏感性进一步更明显地表征改性沥青的抗车辙能力[5]。

2.2 重复蠕变恢复试验

选取应力分别为30 Pa,100 Pa和300 Pa的重复蠕变恢复试验中，60 ℃试验条件下第50,51次蠕变阶段试验数据，采用origin软件进行Burgers模型参数拟合计算出第50,51次重复蠕变阶段蠕变劲度的粘性成分Gv值，并求取其平均值，试验结果见图3。

从图3可以看出同一种沥青在30 Pa,100 Pa和300 Pa三个不同应力水平下时蠕变劲度的粘性成分Gv值变化不大，表明Gv值是材料的一个特性参数，不受应力因素的影响，能够较好的表现出沥青材料的高温性能。对于五种不同沥青，蠕变劲度的粘性成分Gv值最小的为基质沥青，最大的为SBS改性沥青，交联聚乙烯改性沥青的Gv值大于基质沥青小于SBS改性沥青，说明SBS改性剂和XLPE改性沥青都能够明显的提高沥青的高温性能，且SBS改性剂的改善效果要好于XLPE改性剂，这与车辙因子G*/sinδ的试验结果不同而与改进型车辙因子G*/(sinδ)9的试验结果基本相同。这是由于蠕变劲度的粘性成分Gv充分考虑了沥青的弹性恢复变形，很好的将弹性恢复变形从永久变形中分离出来，能够更准确的反映沥青的高温性能。

为了更直观的分析改性沥青的弹性恢复能力，在重复蠕变恢复试验中以εl表示蠕变阶段结束后的瞬时应变，即恢复阶段的初始应变；εp为沥青恢复阶段的未能恢复的残余应变，也称为永久应变，εl/εp则能反映沥青的弹性恢复能力，沥青在30 Pa应力下

第1次、第50次和第100次的εl/εp如图4所示。

从图4中看到，在第1次，50次和100次的重复蠕变试验中，SBS改性沥青的弹性恢复能力要好于基质沥青和交联聚乙烯改性沥青；沥青路面高温车辙的本质是在重复荷载作用下不可恢复的永久变形，因此弹性恢复能力较好的沥青在应力卸载阶段得到充分的恢复，具有更小的累积变形，其抗车辙能力也能够充分体现出来。改性剂车辙因子G*/(sinδ)9和沥青的蠕变劲度的粘性成分Gv值充分考虑了沥青的弹性性质对抗车辙能力的影响，能够更好的表征改性沥青的高温性能，而车辙因子G*/sinδ对弹性性能较好的改性沥青高温性能的评价有一定的局限性[6]。

3 结语

1)XLPE改性剂和SBS改性剂都能够改善沥青的高温性能，而使用不同的高温评价指标对沥青的高温性能评价有着不同的结果。

2)车辙因子G*/sinδ虽能较好的评价普通沥青的高温性能，但对于弹性较好的改性沥青高温性能的评价却存在着一定的局限性；改性剂车辙因子G*/(sinδ)9和沥青的蠕变劲度的粘性成分Gv值能够更好的表征改性沥青的高温性能。

[1] 沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001:10-24.

[2] 陈乐怡，张从容.常用合成树脂的性能和应用手册[M].北京：化学工业出版社，2002:45-46.

[3] 杨锡武，刘 克，杨大田.PE改性沥青的几个问题[J].中外公路，2008，28(6)：203-207.

[4] 陆腾飞,叶群山.基于DSR的交联聚乙烯改性沥青流变特性研究[J].西部交通科技,2015(12):15-18.

[5] 陈华鑫，王秉纲.SBS改性沥青车辙因子的改进[J].同济大学学报(自然科学版),2008,36(10):1384-1387.

[6] 张肖宁，孟勇军，邹桂莲.基于重复蠕变的混合沥青高温指标[J].华南理工大学学报，2008，36(2)：23-28.

Analysis of high temperature performance and evaluation index of cross-linked polyethylene modified asphalt

Liang Junhui Ye Qunshan Chen Changxin

(ChangshaUniversityofScience&Technology,InstituteofTransportationEngineering,Changsha410114,China)

The high temperature performance of cross-linked polyethylene modified asphalt was evaluated by dynamic shear rheological test and repeated creep recovery test. The results indicate that the XLPE can improved high-temperature performance of asphalt. The rutting factorG*/sinδhas some limitations on evaluation of high temperature performance of modified asphalt with good elasticity. The modifier rutting factorG*/(sinδ)9and the viscous component of creep stiffnessGvcan characterize high-temperature performance of modified asphalt.

cross-linked polyethylene, modified asphalt, high-temperature performance, rutting

1009-6825(2016)32-0151-02

2016-09-02

梁俊辉(1983- )，男，在读硕士; 叶群山(1978- )，男，副教授; 陈昌鑫(1992- )，男，在读硕士

U416.217

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