要害词：改性沥青 | 聚氨酯 | 混淆料 | 路用性能
随着经济的快速生长，蹊径交通量迅速增添，路面交通负荷增大，超载、重载问题突出，对沥青路面的路用性能和耐久性提出了更高要求 。而基质沥青作为一种古板路面质料，保存温度敏感性高、强度低、易老化、脆点高等性子缺陷[1，2]，其性能难以知足现在蹊径建设的需求 。因此，对基质沥青举行改性，改善其路用性能，提高沥青路面耐久性已成为交通行业的生长趋势 。随着高性能聚合物质料研发希望，大宗性能优异的聚合物质料被应用于蹊径工程领域 。聚氨酯作为一种性能优异的聚合物质料，掺入基质沥青后能够改善基质沥青崎岖温性能[3] 。将聚氨酯作为新型沥青改性剂是改善沥青性子的新偏向，Salas Miguel Angel[4]使用废旧聚氨酯泡沫质料对基质沥青举行改性，制备出聚氨酯掺量为4%改性沥青，发明聚氨酯作为沥青改性剂可提高基质沥青的高、低温性能 。Behrokh Bazmara[5]研究了热塑性聚氨酯改性沥青的基天性能，通过DSR试验发明聚氨酯对基质沥青的高温稳固性具有显zhu改善作用 。班孝义[6]比照差别类型聚氨酯改性沥青的崎岖温性能，确定了聚醚型聚氨酯对基质沥青的改性效果zui好，聚酯型聚氨酯改性沥青保存水解特征 。孙铭鑫[7]研究了聚氨酯逍遥弹性路面混淆料的性能，测试混淆料的路用性能，批注聚醚型聚氨酯PERS混淆料具有优异的抗车辙性能 。郭根才[8]等研究了30%和50%掺量聚氨酯改性沥青混淆料的高温性能，使用荧鲜明微镜剖析差别制备工艺和养生时间对改性沥青性能的影响 。
聚氨酯质料种类繁多，差别类型产品性能差别较大，将其作为沥青改性剂及响应改性混淆料的研究和应用效果较少 。本文研究了聚氨酯改性沥青的基本指标，确定聚氨酯的掺量规模，设计混淆料的级配，对聚氨酯改性沥青混淆料的路用性能举行研究，凭证试验效果评价其路用性能 。
聚氨酯改性沥青基本指标
接纳某公司生产的溶液型聚氨酯（以下简称PU）产品对基质沥青举行改性，改性沥青针入度、软化点和延度指标测试效果见表1 。
由表1可以看出，随着掺量的增添，沥青的针入度和延度逐渐降低，软化点逐渐升高 。掺量小于20%，PU对基质沥青的改性作用不显着；掺量大于30%，改性沥青的针入度和延度降低，切合SBS类Ｉ-Ｄ型的性能要求 。因此，为包管改性沥青具有平衡的崎岖温性能，确定PU掺量为20%~30%，制备PU改性沥青，举行混淆料设计 。
PU改性沥青混淆料级配设计
集料手艺指标
(1)粗集料：粗集料接纳浙江产玄武岩碎石，集料石质坚硬、干燥、无杂物，不含风化颗粒，其手艺指标见表2 。
(2)细集料：细集料接纳浙江产的石灰岩机制砂，细集料清洁、干燥、无杂质且颗粒级配适当，手艺指标见表3 。
级配设计
选用AC-13矿料级配，依据手艺规范中的级配设计规模，接纳马歇尔设计法举行矿料级配设计，参考Superpave控制点和限制区优化混淆料级配，见图1和表4 。接纳马歇尔设计要领确定混淆料zui佳沥青用量[9]，以试验测得的集料密度盘算混淆料有用相对密度γse，效果见表5 。
确定zui佳油石比
接纳马歇尔试验要领确定基质沥青混淆料、SBS改性沥青混淆料、20%和30%掺量PU改性沥青混淆料的zui佳油石比 。首先以±0.5为距离，成型6组差别油石比马歇尔试件，将PU改性沥青混淆料试件置于60℃恒温加热箱中养生6h；其次对6组试件的物理和力学性能举行测试，获得20%掺量PU改性沥青混淆料试验效果见表6，凭证现行沥青路面施工手艺规范中确定沥青zui佳用量的要领确定PU改性沥青的zui佳用量；接纳同样要领确定其他3种混淆料的zui佳油石比 。
掺加PU使沥青黏度增大，流动性降低，为包管PU改性沥青能够与集料拌和匀称，需要增添其用量，提高拌和温度 。20%掺量PU改性沥青混淆料的zui佳油石比为5.7%，其中PU质量占比16.7%，基质沥青质量占比83.3%；其zui佳油石比中沥青现实占比4.7%，PU占比1.0% 。相关研究批注沥青与集料相互作用的历程和性子是影响混淆料强度的主要因素，沥青与集料的黏附历程分为润湿、吸附以及黏附力的形成3个阶段[10]，只有当沥青充分润湿集料时，沥青中的极性物质才华与集料相互作用；当基质沥青混淆料油石比低于4.7%时，集料外貌沥青膜较薄，油石界面黏结强度较小，混淆料的强度未抵达zui优 。PU与基质沥青固化后聚合物的分子量比基质沥青的大，在吸附历程中难以进入集料外貌的裂纹、孔隙和纹理中形成稳固的油石界面 。因此，随着PU改性沥青中PU掺量的增添，混淆料的油石比增大 。
PU改性沥青混淆料路用性能
高温性能
接纳车辙试验剖析PU对基质沥青混淆料高温性能的改性效果 。凭证试验规程要领成型4种混淆料车辙试件，其中20%和30%掺量PU改性沥青混淆料试件需置于60℃恒温加热箱中养护6h，之后在室温下冷却10h 。试验温度为60℃，轮压为0.7MPa，轮碾速率42次/min，试件保温5h后举行车辙试验，效果见表7和图2 。
由表7可以看出，4种沥青混淆料动稳固度指标均知足规范要求，其高温性能由高到低依次为：30%掺量PU改性沥青混淆料、20%掺量PU改性沥青混淆料、SBS改性沥青混淆料、基质沥青混淆料，掺入PU后改性沥青的高温性能获得显zhu改善 。其中20%和30%掺量PU改性沥青混淆料的动稳固度比基质沥青混淆料的提高4.7倍和9.1倍，比SBS改性沥青混淆料的提升1.1倍和2.0倍 。
由图2可以看出，掺入PU后，混淆料车辙变形量显著降低，车辙变形量随着其掺量增添而降低 。4种混淆料中30%掺量PU改性沥青混淆料在45min和60min的变形量zui小，批注PU能提升混淆料对抗高温变形能力，掺量越大改性效果越显著 。
溶液型热塑性PU掺入基质沥青后，溶液中的异氰酸酯基团与基质沥青中的活性氢爆发固化反应[11] 。固化后形成的聚合物分子结构中含有大宗强极性的硬链段，可进一步提升基质沥青的弹性和强度[12]，改变基质沥青中黏弹性因素的比例，增添弹性因素，提升其抗剪切变形能力，改善其高温性能 。
低温性能
依托低温小梁弯曲试验评价混淆料的低温性能 。凭证规程中的要领成型4种混淆料的车辙板，切制小梁试件 。试验温度-10℃，中点加载，加载速率5cm/min，试件在保温2h后举行低温小梁弯曲试验，效果见表8 。
由表8可以看出，掺入PU后混淆料的弯曲劲度降低，弯拉应变转变不显着，批注PU对混淆料低温性能也具有显zhu改善作用 。30%掺量PU改性沥青混淆料的弯曲劲度zui低，低温性能zui好 。由于PU是一种具有优异崎岖温性能的质料[13]，其分子结构中的软、硬链段对基质沥青的崎岖温性能均具有改善作用，软链段能增添基质沥青的柔性[14]，提升其低温性能 。
水稳固性
接纳浸水马歇尔试验评价混淆料的水稳固性 。成型4种混淆料的浸水马歇尔和冻融劈裂马歇尔试件，PU改性沥青混淆料试件需置于60℃恒温养生箱中养护6h 。然后将浸水马歇尔试件分为两组，一组置于60℃水浴箱中浸泡48h，另一组水浴0.5h后，划分测定两组试件的马歇尔稳固度，效果见表9 。
由表9可以看出，4种混淆料的残留稳固度值均知足规范要求，随着PU掺量增添，PU改性混淆料的残留稳固度先增大后降低 。PU改性沥青固化后，PU分子与基质沥青分子形成稳固的空间网状结构，改善了沥青的分子结构，使混淆料强度增添 。
PU掺量凌驾30%后，改性沥青中PU比例增添，其分子结构中的氨基甲酸酯、脲基、脲基甲酸酯基等基团在一定条件下会爆发水解反应[15]，水分子可使原分子链从这些基团处断裂，使分子链长度、分子量降低，导致PU综合性能降低，且其水解属于化学结构上的不可逆历程[16]，降低了PU改性沥青混淆料的水稳固性 。
结语
接纳溶液型热塑性PU改性基质沥青，获得了PU改性沥青的针入度、软化点和延度指标，并与基质沥青、SBS改性沥青比照评价其改性效果 。凭证基质沥青混淆料、SBS改性沥青混淆料和PU改性沥青混淆料的路用性能比照试验，获得以下结论 。
(1)通过测试差别掺量PU改性沥青的针入度、软化点和延度指标，确定PU掺量规模为20%~30%，接纳马歇尔混淆料设计要领获得差别掺量PU改性沥青混淆料zui佳油石比 。
(2)PU对基质沥青高、低温性能改性效果优异，PU改性沥青混淆料高温性能显著提升 。
(3)比照4种混淆料路用性能试验效果可知：30%掺量PU改性沥青混淆料的崎岖温性能zui好，强度zui高；但掺量凌驾30%后，PU改性沥青混淆料的水稳固性能有一定水平降低 。
(4)PU作为一种性能优良的高分子聚合物质料，普遍应用于各个行业中，针对差别行业生产的产品种类繁多，性能差别较大，而将其作为沥青改性剂的研究和应用正处于起劲探索阶段，现在还未有针对蹊径工程使用特征研发的产品，与应用较广的SBS等改性剂相比，PU掺量偏大，在后期研究中应实验更多差别类型的PU质料，降低PU掺量 。
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全文完 宣布于《公路》2021年第10期
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