塑料大棚薄膜改性沥青动态流变性能研究

胡耀辉

(河南中亚交建集团有限公司，河南 平顶山 467000)

沥青路面由于具有行车舒适性好、便于维修等优点得到了越来越广泛的应用，但是沥青是典型的黏弹性材料，其力学性能受温度和荷载的影响较大，特别是在高温条件下容易产生高温流变而使路面产生车辙变形等病害。为了提高沥青的高温抗变形能力，一般采用改性的方法提高沥青的高温稳定性。高聚物改性是较为常用的改性方法[1-2]，例如SBS改性沥青[3-5]、橡胶粉改性沥青[6-9]及复合改性沥青[10-13]都取得了广泛的应用。

EVA是乙烯-醋酸乙烯共聚物，一般醋酸乙烯(VA)的含量在5%～40%。与聚乙烯(PE)相比，EVA由于在分子链中引入醋酸乙烯单体，从而降低了高结晶度，提高了韧性、抗冲击性、填料相溶性和热密封性能，能够作为沥青的改性剂提高沥青的高温稳定性。[2,14-15]

农用大棚薄膜为EVA材质薄膜。大棚薄膜一般采用三层共挤复合工艺吹塑而成：内层是防雾无滴层，中层是保温层，外层是防老化层。本文将农用大棚薄膜作为沥青改性剂进行改性，并利用动态剪切流变仪测试其流变性能，为EVA改性沥青的应用提供一定的理论支撑。

1 原材料性质

1.1 基质沥青

本文使用的是70#A级道路沥青，其基本性能指标如表1所示。

表1 70#基质沥青基本性能指标

1.2 大棚薄膜

本文中塑料大棚薄膜为市场购置，大棚薄膜中层及内层为100%EVA材质，外层加入了25%左右的茂金属聚乙烯。为便于大棚薄膜与沥青共混改性，将大棚薄膜剪成碎片后再加入沥青中，如图1所示。

图1 剪碎后的塑料大棚薄膜

2 改性沥青制备工艺

将基质沥青在烘箱内加热熔化后保温在135±5 ℃以内4 h以上，随后将沥青加热到170 ℃并保温1 h以上待用。再按照3%、6%、9%的掺量将改性剂掺入沥青中，使用高速搅拌装置在170 ℃温度下均匀搅拌1 h，可以制得塑料大棚薄膜改性沥青。

3 试验过程

3.1 动态频率扫描试验

本文使用TA公司制造的DHR-1型动态剪切流变仪进行频率范围为0.1～150 rad/s的DSR频率扫描试验。测试温度为30～60 ℃，温度步长为10 ℃，30 ℃温度时使用8 mm平行板测定，沥青膜厚度为 2 000 μm，在40 ℃、50 ℃以及60 ℃温度下使用25 mm金属平行板进行频率扫描试验，沥青膜厚度为1 000 μm。

3.2 动态温度扫描试验

在进行温度扫描时，设定温度扫描范围为46～82 ℃，温度步长6 ℃，角频率为10 rad/s，每个试件共测得7个温度下的沥青流变性能指标。该试验采用25 mm平行板在沥青膜厚度为1 000 μm条件下进行。

4 试验结果及分析

对基质沥青和不同掺量的塑料大棚薄膜改性沥青进行动态频率扫描试验可以得到沥青在不同温度、不同频率条件下的复模量和相位角，如图2所示。由图2可知：不同温度条件下，各个试样的复模量均随着频率的增加而增大，并且呈线性规律增长；随着试验温度的升高，各个沥青试样的复模量均显著降低，说明随着温度的升高，试样的高温抗变形能力急剧降低；随着塑料大棚薄膜掺量的增加，改性沥青的复模量得到明显提高，相位角逐渐变小，60 ℃温度和100 rad/s频率条件下，9%掺量的改性沥青的复模量是基质沥青的11.56倍，相位角由78.2°变为63.1°，说明添加塑料大棚薄膜能够显著改善基质沥青的高温抗变形能力。

图2 动态剪切流变试验结果

图3 沥青动态剪切流变试验结果等值线图

对基质沥青和不同掺量的塑料大棚薄膜改性沥青进行温度扫描试验可以得到不同沥青试样流变性能随温度变化的曲线，复模量、相位角及经计算得到的车辙因子与试验温度、改性剂掺量的等值线图如图3所示。

由图3可知：添加了塑料大棚薄膜的改性沥青的复模量和车辙因子均随着改性剂掺量的增加而逐渐变大，随着温度的升高而降低，其高温稳定性得到了提高，但是随着改性剂掺量的增加，其复模量和车辙因子增加的幅度减小；随着改性剂掺量的增加和温度的降低，其相位角逐渐变小，并且在低掺量和高温条件下的相位角的变化梯度较大。

5 结论

(1)不同温度条件下，基质沥青及塑料大棚薄膜改性沥青的复模量均随着频率的增加而增大，并且呈线性规律增长；随着试验温度的升高，各个沥青试样的复模量均显著降低，其高温抗变形能力急剧降低。

(2)随着塑料大棚薄膜改性剂掺量的增加，改性沥青的复模量得到明显提高，相位角逐渐变小，说明添加塑料大棚薄膜能够显著改善基质沥青的高温抗变形能力。

(3)随着塑料大棚薄膜改性剂掺量的增加，其复模量和车辙因子均随着改性剂掺量的增加而逐渐变大，随着温度的升高而降低，其高温稳定性得到了提高，但是随着改性剂掺量的增加，其复模量和车辙因子增加的幅度减小；随着改性剂掺量的增加和温度的降低，其相位角逐渐变小，并且在低掺量和高温条件下的相位角的变化梯度较大。