多聚磷酸添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青性能的影响

庄嫦萍

(漳州新立基沥青有限公司，漳州 363107)

SBS 改性沥青是以基质沥青为原料， 加入一定比例的SBS 改性剂，通过剪切、研磨、搅拌等方法使SBS 均匀地分散于沥青中，同时加入一定比例的专属稳定剂，形成沥青、SBS 共混材料，利用SBS 良好的物理性能对沥青做改性处理[1～2]。 多聚磷酸(Polyphosphoric Acid，缩写PPA)，又称多磷酸、聚磷酸。化学式(近似)H6P4O13。多聚磷酸作为一种沥青的化学改性剂在国内外均得到了一定程度的研究和应用， 研究方向主要着重于多聚磷酸改性沥青的物理性能、改性机理的研究，而对PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青性能影响还未见系统研究[3～6]。 本论文将从改变多聚磷酸在SBS/PPA 复合改性沥青制备过程中的添加时间点而导致的复合改性沥青性能变化情况分析，得到较优的复合改性沥青制备工艺。

1 试验部分

1.1 原材料

基质沥青FREP-70#，源自福建联合石化，其主要技术指标列于表1；多聚磷酸PPA，工业级，市售；SBS791H，岳阳石化生产；稳定剂XLWD-I，佛山市顺德区鑫路材料技术有限公司生产。

表1 基质沥青技术指标

1.2 分析测试

表2 列出了试验所用分析仪器及其测试项目。

表2 实验用分析仪器及其测试项目

1.3 样品制备

改性工艺：将96.2 份基质沥青加热到140℃，加入3.6份SBS791H， 在转速为400 转/min 下搅拌升温至185℃，搅拌溶胀30 min， 加入0.2 份稳定剂XLWD-I 后剪切30 min，停止剪切；保持温度为185℃，在转速为600 转/min下搅拌熟化2 h 制得样品， 其中在不同的时间点分别添加PPA 而得到不同的样品：

①140℃时在基质沥青中添加制得样品1；

②SBS 溶胀完成后添加时制得样品2；

③剪切完成后添加时制得样品3；

④熟化1h 后添加时制得样品4。

2 结果与讨论

2.1 不同PPA 添加工艺对SBS 改性沥青原样沥青性能的影响

2.1.1 延度

延度是评定沥青塑性的重要指标。延度越大，表明沥青的塑性越好。 图1 是PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青原样沥青延度的影响的变化图。 图1 显示PPA 添加工艺对延度影响较大，在剪切工艺前添加，不管是加在基质沥青里面或是加在SBS 沥青混合物里面， 对最终复合改性沥青原样沥青延度影响较小； 剪切后添加和熟化完成前1 h 添加对延度影响均较大， 延度降低了5cm 以上。5℃延度是我国SBS 改性沥青技术要求中表征沥青低温性能的重要指标，延度越大，沥青的低温性能越好；图1 表明，在SBS/PPA 复合改性沥青制备过程中，越早加入PPA，复合改性沥青的延度越好。

图1 PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青原样沥青延度的影响

2.1.2 软化点

软化点表示在一定外力存在下， 沥青受热从固态转变为具有一定流动能力时的温度。 软化点实质上是一种等粘温度， 它表征道路沥青在较高温度下和有车辆行驶的条件下抵抗路面变形的能力。 图2 是PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青原样沥青软化点的影响关系图，从图中可以看出，PPA 在SBS 溶胀完成后添加时数值最高，在熟化完成前1 h 添加数值最低。 软化点的高低常用于评价沥青的高温稳定性。软化点越高，沥青结合料抗高温软化能力越强。图2 表明，在SBS/PPA 复合改性沥青制备过程中，在SBS 溶胀完成后加入PPA，复合改性沥青的软化点数值最好。

2.1.3 针入度

图2 PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青原样沥青软化点的影响

图3 是PPA 不同添加工艺下，SBS/PPA 复合改性沥青原样沥青分别在15℃、25℃和30℃下针入度的变化图。图3 显示，15℃下，PPA 在溶胀完成后添加的针入度值最大，在基质沥青和剪切完成后添加值相近，偏小；25℃下，PPA 在溶胀完成后添加的针入度值最大， 在剪切完成后和熟化完成前1 h 添加针入度值相近， 偏小；30℃下，越早添加，数值越高。由于针入度是表征SBS 改性沥青稠度的技术指标， 特别是我国以25℃的针入度数值作为沥青分级的标志性指标，因此如果要降低复合改性沥青标号，在剪切完成后添加，效果较佳。

图3 PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青原样沥青针入度的影响

2.1.4 针入度指数、当量软化点、当量脆点

图4 PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青原样沥青针入度指数PI 的影响

针入度指数(PI)是SBS 改性沥青技术指标体系中表征沥青温度敏感性的一个技术指标， 反应针入度随温度而变化的程度， 由不同温度的针入度按规定方法计算得到。图4 是PPA 不同添加工艺下，SBS/PPA 复合改性沥青原样沥青针入度指数的变化图。 图中显示PPA 在溶胀完成后及熟化完成前1 h 添加， 复合改性沥青的针入度指数较高，在基质沥青中添加时针入度指数最低。因此从总体上看，要降低复合改性沥青的温度敏感性，PPA 应在溶胀完成后添加和熟化完成前1 h 添加。

当量软化点是相当于沥青针入度为800 时的温度，用以评价沥青的高温稳定性；当量脆点是相当于沥青针入度为1.2 时的温度，用以评价沥青的低温抗裂性能；塑性温度范围是当量软化点与当量脆点的差值。当量软化点和当量脆点均是按照规定的方法，计算而得。 图5 是PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青原样沥青当量软化点、当量脆点和塑性温度范围的影响关系图。 图中显示PPA 在溶胀完成后及熟化完成前1 h 添加，复合改性沥青的当量软化点较高，当量脆点较低，塑性温度范围较大；相反，在基质沥青中添加时，复合改性沥青的上述三项指标最差。

图5 PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青原样沥青当量软化点、当量脆点和塑性温度范围的影响

2.1.5 车辙因子

在SHARP 规范中，沥青的高温稳定性指标用平均最高路面设计温度时的原样沥青及薄膜加热后残留沥青的G*/sinδ 作为指标。 G* 是动态剪切复数劲度模量。 G* 越大表示沥青的劲度越大， 抗流动变形能力越强。 G*/sinδ是损失剪切柔量的倒数， 它反映沥青材料的永久变形性能。 即沥青性质的粘性成分G*/sinδ 越大，表示损失剪切柔量越小，即高温时的流动变形越小，抗车辙能力越强。图6 是PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青原样沥青车辙因子的影响图。图6 显示在82℃下，PPA 在溶胀完成后添加，复合沥青原样沥青的车辙因子最大，PPA 在熟化完成前1 h 添加，车辙因子最小。

2.2 PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青抗老化性能的影响

2.2.1 RTFOT 老化影响

2.2.1.1 针入度及针入度比

图6 PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青原样沥青车辙因子的影响

图7 PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青RTFOT老化后针入度及针入度比的影响

图7 是PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青RTFOT 老化后针入度及针入度比的影响图。 图中显示，PPA 在溶胀完成后添加，复合改性沥青的RTFOT 老化残留物25℃针入度和针入度比均最低；PPA 在基质沥青中添加和在剪切完成后添加，前述两项指标值较高。

2.2.1.2 5℃延度

图8 是PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青RTFOT 老化后5℃延度的影响图。 图中显示，PPA 在溶胀完成后添加，复合改性沥青的RTFOT 老化残留物的延度最高；PPA 在熟化完成前1 h 添加的延度最低。 总体上看，PPA 在改性沥青制备过程中越往后加，成品老化延度越低。

图8 PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青RTFOT 老化后延度的影响

2.2.1.3 车辙因子

图9 是PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青RTFOT 老化后车辙因子的影响图。 图9 显示在76℃下测试时，PPA 在基质沥青中和溶胀完成后添加，复合改性沥青的车辙因子较高，熟化完成后添加最低；在82℃下测试时，PPA 在剪切完成后添加时，复合改性沥青的车辙因子最低，其它三种情况添加，测试值接近。

图9 PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青RTFOT老化残留物车辙因子的影响

2.2.2 静置高温热储存时三大指标性能衰减情况

表3 是PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青在163℃下静置热储存24 h 前后三大指标对比表。 表中显示，PPA 与沥青的反应需要一定的时间， 热储存过程中，PPA 与沥青继续进行反应。对软化点指标，PPA 在基质沥青中和溶胀完成后添加，软化点有所降低；PPA 在剪切完成后添加与熟化完成前1 h 添加， 复合改性沥青的软化点会有所提高；特别是PPA 在熟化前1 h 添加的样品，软化点提高了17.3℃。 对针入度指标，PPA 在基质沥青中和溶胀完成后添加， 针入度降低， 特别是在基质沥青中添加， 针入度降低了6.1，PPA 在剪切完成后添加与熟化完成前1 h 添加，复合改性沥青的针入度有较大幅度提高；分别提高了6.9 和6.7。 对5℃延度指标，PPA 的各种添加工艺均导致了复合改性沥青的延度值降低，但PPA 在基质沥青中添加时降低该项指标降低最明显，达9.5cm，其他工艺降幅较少，在1.8cm～3.9cm 之间。

表3 PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青高温热储存前后三大指标对比表

3 结论

通过对PPA 在SBS/PPA 复合改性沥青制备过程中添加工艺的不同引起的复合改性沥青性能变化的研究，可以得出以下几个主要结论：

(1) 对复合改性沥青原样沥青，PPA 在基质沥青中和溶胀完成后添加时，SBS/PPA 复合改性沥青的软化点、针入度、延度和车辙因子较高；PPA 在溶胀完成后及熟化完成前1 h 添加，复合改性沥青的针入度指数、塑性温度范围、当量软化点较大，在基质沥青中添加时针入度指数和塑性温度范围最低。

(2)对复合改性沥青RTFOT 老化残留物，PPA 在溶胀完成后添加，25℃针入度和针入度比均最低；PPA 在基质沥青中添加和在剪切完成后添加，前述两项指标值较高，PPA 在溶胀完成后添加，5℃延度最高，PPA 在熟化完成前1 h 添加的5℃延度最低。 随PPA 添加时间越靠后，76℃下测试的车辙因子越低； PPA 在剪切完成后添加时，82℃下测试的车辙因子最低， 其它三种情况添加，测试值较高且数值相近。

(3)对复合改性沥青高温热储存后残留物的三大指标检测分析表明：PPA 添加时间越早， 软化点变化越小，越在后面时间点添加， 复合改性沥青的软化点提高幅度越大； 对针入度指标，PPA 在基质沥青中和溶胀完成后添加， 针入度降低；PPA 在剪切完成后添加与熟化完成前1h 添加，复合改性沥青的针入度有较大幅度提高；对5℃延度指标，PPA 的各种添加工艺均导致了复合改性沥青的延度值降低，但PPA 在基质沥青中添加时降低该项指标降低最明显，其他工艺降幅较小。

总之，PPA 添加工艺对SBS/PPA 复合改性沥青的性能指标影响不一，各项技术指标呈不规律变化，因此究竟在什么时间点进行PPA 改性，还得根据实际情况和具体项目的技术要求有所侧重，通过试验最终确定。