硫磺(掺Thiopave颗粒)改性沥青高温稳定性能的研究

杨洪生，宇德忠，于立泽

(黑龙江省交通科学研究所)

1 试验仪器及方法

沥青流变测定采用我所引进的美国TA公司生产的CSAⅡ型沥青动态剪切流变仪。由于硫磺在低浓度时对沥青改性效果较好，因此在试样制备时，分别选取基质沥青(基质沥青选用盘锦90#沥青)和改性后的沥青试样(Thiopave占沥青总质量的5%)，反映温度为140℃，反映时间为1 h。

试验采用直径20 mm的圆盘测量。主要曲线的测定条件为：测定温度为恒温25℃，频率变化范围0.01～100 Hz，恒定荷载1 000 Pa。等时曲线测定条件为：测试温度由0℃升至75℃，升温速率均为8℃/3 min，恒定频率1 Hz，恒定载荷1 000 Pa。在试验前要对沥青材料进行应力扫描，从而确定试验中适当的载荷应力。

2 试验结果的评价方法与分析

2.1 随温度变化测定结果的分析

随温度变化的等时曲线结果分别如图1～图4所示。

图1～图4是在恒定交变载荷频率和恒定荷载应力为1 000 Pa下，改性前后沥青的损失模量、相位角、存储模量、复合模量随温度变化的曲线，试验中温度的变化范围为0～75℃。

图1 复合模量随温度变化结果

图2 相位角随温度变化结果

图1的数据表明，在低温条件下，A、B样品改性后的复合模量要小于改性前的复合模量但二者相差较小，随着温度的升高，改性后的复合模量要大于改性前的复合模量，这表明硫磺改性沥青在高温时的抗变形能力强。从图中还可以看出A样品在大于40℃时，改性后沥青性能要明显强于改性前。结合图2可以看出，沥青硫化后高温情况下改性后沥青的相位角小于改性前，说明应变基本与载荷应力同步，同时还说明抗车辙因子G*/sin(δ)改性后远高于改性前。从图3的结果分析，当试验温度升高时，基质沥青的存储弹性模量降低速度较快，但硫化后沥青的弹性模量的下降幅度要小于基质沥青。图4是沥青的损失模量曲线，当试验温度升高时，硫化后沥青的损失模量下降趋势小于基质沥青。

图3 存储弹性模量随温度变化结果

图4 损失模量随温度变化结果

2.2 随频率变化的测定结果分析

随频率变化测定主要曲线结果分别如图5～图8所示。

由图5～图7的结果分析可知，在低频下改性沥青的损失模量、弹性模量和复合模量均高于基质沥青，从材料学角度分析，低频相当于高温此条件下的试验结果与等时曲线测定结果大致相同。图6中试验结果表明，在低频条件下改性沥青的弹性模量要优于基质沥青，这也说明了低频高温下硫磺改性沥青具有较好的弹性和较高的高温稳定性。图8显示的是硫磺改性沥青和基质沥青在室温(25℃)条件下相位角对载荷频率变化的响应，根据试验结果可以看出硫磺改性沥青在整个频率范围内的相位角都小于基质沥青。当加载荷的时间较短时(即施载荷频率较大时)，硫磺改性沥青和基质沥青的相位角都较小，也即载荷施加时间较短时基质沥青表现出很好的弹性，此时有比较好的高温稳定性;当载荷施加时间变长时(即载荷频率变小)，硫磺改性沥青和基质沥青对载荷的响应增加，弹性变差，相位角增大说明高温稳定性能力降低。但硫磺改性沥青相位角随频率变化均小于同频率下基质沥青，这表明了硫化后沥青的抗疲劳能力增强。

图5 复合模量随频率变化结果

图6 弹性模量随频率变化结果

3 结论

与传统的环球法测定沥青软化点相比较，采用动态剪切流变仪做试验可以准确地测定出改性沥青的高温性能;通过上述试验分析可以得出Thiopave改性沥青与基质沥青相比充分发挥了硫磺的改性作用，提高了沥青的弹性性能，增强了其抗车辙能力，使沥青路面寿命延长、高温稳定性能及抗疲劳性得到显著改善。

图7 损失模量随频率变化结果

图8 相位角随频率变化结果

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［1］HyneJB.固体成型硫磺与块粉状硫磺性能的比较［J］.硫酸工业，2001，(2)：20-21.

［2］金鸣林，史美仁.道路沥青中硫含量分析及改质研究［J］.上海应用技术学院学报，2002，(3)：54-158.

［3］周朝晖，王捷，郑志超.SEAM沥青混合料性能改善机理及其应用技术［J］.公路交通科技，2008，14(5)：11-13.

［4］康爱红.改性沥青微观结构与使用性能之间关系的研究［D］.上海：同济大学交通运输工程学院，2004.

［5］沈金安.改性沥青与SMA路面［M］.北京：人民交通出版社，1999.

［6］鲁正兰，孙立军，周朝辉.高性能SEAM改性沥青混合料设计及其性能［J］.石油学报，2005，21(5)：34-35.