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文 | 赛先生的社科所
高黏度沥青是近年来排水路面常用的材料之一，在满足排水需求的同时，使路面具备足够的强度。
目前国内所用的高黏沥青一般都来自于日本、韩国进口的TPS高黏沥青和SK高黏沥青。
这些沥青虽然具备良好的黏性，满足路面铺设的需求，但成本造价过高，难以在工程中进行大规模使用。
寻找一种既廉价又高性能的沥青是目前较为重要的研究。
基于此，本试验在相关研究基础上，对传统基质沥青进行改性，并探讨改性后基质沥青的性能。
实验部分
1.材料与设备
主要材料：基质沥青；废旧胶粉；聚乙烯蜡； 高分子类表面活性剂；再生线性低密度聚乙烯。
主要设备：LC-OES-60SH型电动搅拌器；GS-1型高速剪切机；101-2A型电热鼓风干燥箱；SYD-2806F型沥青软化点试验仪；SZR-6型沥青针入度测定；NDJ-1C布氏旋转粘度计；85型旋转薄膜烘箱；PAV型沥青压力老化容器； MF52-N型荧光显微镜。
2.实验方法
（1）将基质沥青放入101-2A型电热鼓风干燥箱中进行软化处理，软化温度和时间分别为160℃和 60min。
（2）取500g软化后基质沥青，提升温度至 180℃，通过LC-OES-60SH型电动搅拌器进行搅拌，搅拌转速和时间分别为300r/min和10min。
在搅拌过程中， 分4次将40目废旧胶粉掺入沥青中，使废旧胶粉与基质沥青混合均匀。
（3）将再生线性低密度聚乙烯掺入沥青与废旧胶粉混合物中，并在GS-1型高速剪切机 的作用下进行连续剪切，剪切速率和时间分别为4000r/ min和40min。
（4）剪切结束后放入黏度调控剂聚乙烯蜡， 继续高速剪切10min，然后放入真空干燥箱中继续发育，使得胶粉和沥青充分溶胀，发育温度和时间分别为165℃和40min，得到RPRA高黏沥青。
（5）用同样的方法分别制备WTR沥青、RPE聚乙烯沥青和橡塑复合高黏沥青，然后进行对照试验。
3.性能测试
（1）沥青基础性能测试
依据试验规程对沥青基础性能进行检测。
针入度：通过SZR-6型沥青针入度测定仪对改性高黏沥青针入度进行检测。
软化点：通过SYD-2806F型沥青软化点试验仪对沥青软化点进行检测。
延度：通过SYD-2806F型沥青软化点试验仪对沥青 延度进行检测。
60℃动力黏度：通过NDJ-1C布氏旋转粘度计对沥青粘度进行测试。
（2）短期老化试验
将待测沥青放入85型旋转薄膜烘箱中，在163℃ 的条件下老化85min，设置空气流量和圆盘转速分别为 4000mL/min和15r/min，完成短期老化试验。
（3）长期老化试验
将50g待测样品平摊在老化仪器的PAV盘中，样品摊平厚度约为3mm，然后开始老化过程，老化参数为：老化压力2.1MPa，老化温度100℃，老化时间20h。
（4）微观形貌
通过MF52-N型荧光显微镜对各类改性沥青微观形貌进行表征。
实验结果分析
1.基本性能
（1）WTR和RPE掺量的确定
WTR和RPE掺量配比是影响沥青性能的主要因素， 根据试验需求，对WTR和RPE配比进行设计，并以沥青基本性能为指标，对配比进行优化，结果如图1所示。
由图1（a）可知，随WTR和RPE掺量增加，沥青针入度折线下降。
这可能是因为，WTR和RPE都是属于热固性材料，掺入沥青体系后，在一定程度上提升了 沥青的黏性，这就增加了沥青抗变形能力，因此针入度随之变小。
由图1（b）可知，沥青软化点随WTR和RPE掺量的增加，变化与针入度刚好相反，这就说明外加剂掺量优化了基质沥青的高温稳定性。
同时，对于同掺量RPE，由不同掺量的WTR的沥青软化点和动力黏度变化可知，以WRT掺量20%为分界线，在20%前，沥青性能快速上升，而后上升趋势变缓，且趋于平衡。
这是因为适量的WTR与沥青共混体系发生完全溶胀，构建出较为完善的网状结构。
继续增加WRT 掺量，WRT无法发挥作用，对软化点和动力黏度的影响不大。
由图1（c）可知，沥青延度随RPE掺量的增加而下降。
当RPE掺量为固定值时，沥青延度随WTR掺量的增加先上升后下降。
在WTR掺量为20%时，延度达到最高。
这是因为适宜的WTR掺量能在沥青体系中构建出相对稳定的交联网状结构，使得沥青的柔韧性和抗裂性能有所上升。
当WTR掺量超过限值后，多余胶粉以游离状态存在，胶粉间互相吸引、凝结成团，无法在 沥青体系内分散均匀，使得沥青的延性有所下降。
同 时，从图1（c）变化规律还可以观察到， 当RPE掺量达到7%时，20%WTR沥青延度仅为4cm，且不表现出上升趋势，整体性能较差。
综合考虑，选择适合的WTR 掺量为20%，适合的RPE掺量为5%，此时，沥青针入度为43mm，软化点为81℃，延度为8cm，60℃动力黏度为29552Pa?s。
（2）黏度调控剂优化
本试验选择高分子类表面活性剂（A）和聚烯烃类外加剂聚乙烯蜡（B）为沥青黏度调控剂，以沥青性能为指标，优化黏度调控剂的种类和掺量，结果如图2所示。
由图2可知，随A黏度调控剂掺量的增加，沥青针入度和延度缓慢上升，但提升趋势较小，软化点则表现出缓慢下降的趋势。
出现该变化的主要原因在于，高分子类表面活性剂状态为粘稠的油状，掺入沥青后，增加了饱和分和芳香分比例，生成结构性水膜。
组分间流动性随之增加，沥青略微变软，沥青黏度低，针入度略微增加，软化点有所下降。
同时，高分子类表面活性剂 可使得沥青表面出现一系列反应，损耗了沥青分子间表面张力，沥青变软，因此延度有所提升，而聚乙烯蜡对沥青的影响与高分子类表面活性剂表现出相反的变化趋势。
同时还能观察到，以3%为分界线，当聚乙烯蜡掺量小于3%时，沥青针入度先缓慢下降，当其掺量超过3% 后，转变为迅速下降。
聚乙烯蜡掺量小于3%时，延度急速下降，大于3%时延度缓慢下降。
而沥青软化点在聚乙烯蜡掺量为3%快速升高，然后慢慢趋于平衡。
出现该变化的主要原因在于，聚乙烯蜡状态为结晶体，在大掺量条件下，无法完全溶于沥青中，只能在沥青表面附着，一定程度上增强了沥青硬度，针入度和延度随之下降。
同时，聚乙烯蜡的熔点高于沥青，进入沥青体系后，当环境温度较聚乙烯蜡熔点低时，聚乙烯蜡以蜡态析出，沥青软化点有一定的增加，因此沥青高温稳定性增加。
但聚乙烯蜡与沥青结合存在适宜值，过多的掺量对沥青软化点的提升作用有限，为避免浪费，因此选择适合的黏度调控剂为聚乙烯蜡，适合的掺量为3%。
2.微观形貌分析
对改性高黏沥青微观形貌进行表征，结果如图3所示。
由图3（a）可知，WTR改性沥青中可以观察到均匀分布的胶粉颗粒，这就说明胶粉颗粒经过高速剪切以及充分溶胀作用后，与基质沥青表现出良好的相容性。
同时，胶粉颗粒还与沥青间存在一定的交联作用。
由图3（b）可知，RPE沥青中，聚乙烯材料以长条絮状的形态在沥青中均匀分布，起到一定加筋作用，增强了沥青整体结构的稳定性。
同时，在图3中并未观察到聚乙烯材料出现结团现象，这证明了聚乙烯材料对基质沥青具有较好的改性效果。
由图3（c）可知，在基质沥青内同时掺入胶粉与回收塑料后，两者出现明显的结团现象，降低了改性剂与基质沥青的相容性，使得沥青性能产生一些负面影响。
由图4（d）可知，在RPRA沥青体系中，外加剂在沥青内部构建起稳定性较高的交联网状结构，改善了改性剂在基质沥青内分布不均造成的结团现象。
这说明经过WPE黏度调控，对胶粉的溶胀和改性剂的交联都产生了积极的影响，改善了共混体系的相容性，增强了高黏沥青的稳定性。
3.老化试验结果
(1)短期老化结果
表1为不同沥青短期老化试验结果。
由表1可知，短期老化对沥青的基础性能产生一些不良影响。
对比改性沥青损耗可知，RPE沥青损耗>WTR沥青损耗>橡塑沥青>RPRA。
这就说明WTR对沥青耐短期老化性能的优化效果明显优于RPE，且两者具有一定的协同作用。
RPRA的损耗最低，这说明三种改性剂均对提升沥青耐短期老化性能有积极的影响，RPRA高黏沥青表现出良好的耐短期老化性能。
(2)长期老化结果
沥青耐长期老化性能结果见表2。
观察表2可知，经过长期老化处理后，改性沥青的常规指标均有所下降，且沥青损耗大 小变化与短期老化结果一致。
RPRA改性高黏沥青的下降幅度最低，这说明本试验制备的改性沥青表现出良好的耐长期老化性能。
4.性能指标对比
制备的沥青在用于实际工程中，需要提前对相关性能指标进行验证。
通过表3可知，本试验制备的RPRA高黏沥青基础性能均满足高黏沥青技术规范，但是延度和60℃动力黏度达不到施工技术规范要求。
这个可能是因为WTR进入沥青体系后，存在结团现象，因此对沥青延度产生一些影响，使得研究人员误判沥青材料低温性能。
因此，使用目前低温性能检测规范对RPRA高黏沥青进行判断是不科学的，需要根据沥青的特殊性使用特殊的方式对高黏沥青进行判断。
结论
1.RPRA高黏沥青配方优化结果为：
WTR掺量为20%，RPE掺量为5%，黏度调控剂为3%的聚乙烯蜡。
此时，沥青针入度为43mm，软化点为81℃，延度为8cm，60℃动力黏度为29552Pa·s。
2.经过短期老化和长期老化处理后：
RPRA沥青残留针入度分别为85.6%和67.7%，软化点差为2.1℃ 和7.2℃，延度差分别为2.1cm和3.4cm。
参考文献
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