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先進(jìn)路面材料-多聚磷酸改性瀝青

作者:admin 來(lái)源:本站 時(shí)間:2022-6-10 9:30:25

1、多聚磷酸改性劑的制備與生產(chǎn) 

      針對傳統聚合物改性瀝青主要采用物理共混方式實(shí)現改性劑與瀝青共融,未發(fā)生明顯化學(xué)反應,存在改性劑摻量大、制備工藝復雜、熱貯穩定性差等弊端,以化學(xué)改性作為研究思路,采用多聚磷酸(Polyphosphoric Acid,PPA)對瀝青進(jìn)行改性已引起諸多研究人員的關(guān)注。PPA是一種含有磷酸根的有機短鏈低聚物,常溫狀態(tài)下為無(wú)色透明黏稠狀液體,具有腐蝕性,通常采用H3PO4加熱脫水縮合制備而成。商用PPA通常是不同低聚物的混合體,同時(shí)包含磷酸(H3PO4)、焦磷酸(H4P2O7)、三磷酸(H5P3O10)等低聚物,依據磷酸含量的百分比被劃分為105%、110%、115%等多個(gè)等級。不同磷酸含量的PPA中的磷酸鏈重復單元數目不同,通常使用越高等級PPA制備的改性瀝青黏度越大。 

2、多聚磷酸改性瀝青性能 

      利用PPA對瀝青進(jìn)行化學(xué)改性,最初始于20世紀70年代,并于90年代在美國率先被應用至實(shí)際工程之中。PPA改性瀝青因其突出的改性效果得到更為廣泛的關(guān)注,并陸續有海內外學(xué)者對其膠漿及混合料的力學(xué)性能和使用性能開(kāi)展了大量研究。中國研究成果的大量出現始于本世紀初期,基于常規評價(jià)指標與Superpave性能評價(jià)指標測試結果,PPA改性后瀝青及其混合料的高溫性能、抗老化性能以及儲存穩定性等得到顯著(zhù)改善,但其低溫性能尚未能獲得一致性結論。就低溫延度(5℃和10℃)這一基礎物理性能而言,PPA的加入致使延度產(chǎn)生顯著(zhù)降低。付力強等開(kāi)展的直接拉伸試驗結果表明,采用PPA改性后,瀝青膠結料低溫性能得到了提升。曹衛東等開(kāi)展的低溫小梁彎曲蠕變試驗結果表明,PPA改性后瀝青的低溫性能略有下降。董剛開(kāi)展的測力延度試驗結果表明,較低摻量PPA對瀝青低溫性能的影響程度較??;高摻量PPA改性瀝青韌性比出現明顯降低,低溫性能變差。Kodrat等開(kāi)展的低溫條件下雙邊缺口拉伸試驗結果表明,PPA對脆性斷裂性能的影響不顯著(zhù);但進(jìn)一步考察室溫條件下的斷裂性能發(fā)現,盡管PPA改性瀝青相對基質(zhì)瀝青的斷裂基本功增加,但屈服應力的增速變大,這一結果可能會(huì )對材料的長(cháng)期疲勞性能產(chǎn)生負面影響。Baldino等采用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀對PPA改性瀝青的低溫流變性能進(jìn)行了分析,結果顯示PPA能夠降低玻璃化轉變溫度(Tg)。上述研究結果顯示出了PPA改性瀝青低溫性能的復雜性,強調了PPA改性瀝青的低溫評價(jià)指標及其適用性有待做進(jìn)一步的明確。

3、多聚磷酸改性瀝青混合料性能

 就PPA改性瀝青混合料性能而言,PPA的加入致使混合料高溫性能獲得明顯改善,但低溫性能和水穩定性能產(chǎn)生了明顯劣化。劉紅瑛等對PPA改性瀝青及其混合料低溫性能評價(jià)指標的合理性進(jìn)行了分析,指出PPA改性瀝青混合料的凍斷溫度高于基質(zhì)瀝青。曹曉娟等采用半圓彎拉試驗證明了PPA的摻入對混合料低溫性能有明顯負面影響。張銘銘對PPA混合料開(kāi)展的低溫彎曲試驗證明PPA會(huì )使混合料的破壞應變降低。Zegeye等采用間接拉伸試驗、半圓彎拉試驗和圓盤(pán)拉伸試驗分析了溫度、空隙率和長(cháng)期老化等對PPA改性瀝青混合料低溫斷裂性能的影響,結果表明PPA改性瀝青混合物的抗裂性能低于SES改性瀝青混合料。針對這一狀況,后續有大批學(xué)者采用復配改性方案對其低溫性能進(jìn)行了改善。研究結果證明,結合了SBS,SBR和膠粉等聚合物的PPA復合改性瀝青低溫性能得到顯著(zhù)提升,并已成為當前PPA改性瀝青領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。不僅如此,PPA改性瀝青混合料在水穩定性方面同樣存在不足,付力強、王欽勝等開(kāi)展的凍融劈裂試驗表明,PPA的加入降低了混合料的水穩定性,但同時(shí)提出能夠采用消石灰、抗剝落劑等對其水穩定性進(jìn)行有效改善。

4、多聚磷酸改性瀝青改性機理

       關(guān)于多聚磷酸改性瀝青機理,陸續有學(xué)者采用化學(xué)組分分析、熱分析、凝膠滲透色譜分析、原子力顯微鏡觀(guān)察以及分子模擬等手段開(kāi)展了研究。目前主流觀(guān)點(diǎn)是認為瀝青中活性基團能夠與PPA發(fā)生成鹽和酯化反應,促使瀝青組分在形式上、數量及分散狀態(tài)上發(fā)生轉變,從而幫助構建內部網(wǎng)絡(luò )結構,改善材料的彈性行為。但需要特別注意的是,PPA的改性作用取決于瀝青的化學(xué)成分和瀝青油源,PPA與不同基質(zhì)瀝青的適用性存在較大的差異,這很有可能會(huì )導致PPA改性瀝青之間呈現不同的力學(xué)行為,實(shí)驗室和現場(chǎng)性能之間亦有可能出現互相矛盾的結果。

5、多聚磷酸改性瀝青與傳統聚合物改性瀝青對比分析

       對比PPA改性瀝青與傳統SBS等聚合物改性瀝青可知,在改性工藝方面,傳統聚合物改性瀝青以高速剪切制備方法為主,以保證聚合物能夠獲得充分的細化、分散和溶脹,從而保證改性瀝青形成良好的空間網(wǎng)絡(luò )結構。PPA因其液體的形態(tài)在進(jìn)行改性瀝青的制備時(shí)可不必使用膠體磨等裝置,生產(chǎn)工藝相對傳統聚合物改性瀝青明顯簡(jiǎn)化,但是時(shí)間作為化學(xué)改性的關(guān)鍵影響因素,對PPA改性瀝青性能有著(zhù)顯著(zhù)影響。在改性機理層面,傳統聚合物改性瀝青以物理改性為主,制備過(guò)程中發(fā)生大分子的纏繞、交聯(lián),從而使得瀝青材料的空間結構產(chǎn)生明顯變化。PPA改性瀝青以化學(xué)改性為主,PPA與瀝青分子產(chǎn)生分子層面的交聯(lián),瀝青分子的主烴鏈長(cháng)度、芳烴縮合度以及取代芳烴結構等也會(huì )產(chǎn)生變化,同時(shí)伴以新物質(zhì)的生成,從而促使改性瀝青稠度與硬度得以提升。復合改性瀝青因其多采用SBS,SBR和膠粉等聚合物和PPA復合制備而成,其改性機理和制備工藝更為復雜,改性瀝青性能的影響因素也相應增多。

6、多聚磷酸改性瀝青技術(shù)發(fā)展展望
       總之,PPA因其良好的改性效果和較低的出產(chǎn)價(jià)格備受關(guān)注,PPA改性瀝青盡管展現出了優(yōu)異的高溫性能(抗老化性能以及儲存穩定性,但用于瀝青改性的PPA質(zhì)量技術(shù)指標和使用方法尚不統一,PPA改性瀝青膠漿及其混合料的低溫性能和水穩定性能仍存有不足,這些在一定程度上限制了PPA改性瀝青的推廣和應用。盡管復合改性方案能夠有效規避上述問(wèn)題,并已成為當前研究與應用的主流。但是,復合改性方案在生產(chǎn)工藝(技術(shù)要求以及施工方法方面有其自身的特殊性,因此有必要對復合改性的制備工藝及技術(shù)性能做進(jìn)一步深入研究。與此同時(shí),PPA改性瀝青的潛在改性與硬化機制仍有待進(jìn)一步的明確,PPA與基質(zhì)瀝青的適用性有待做更為深入的研究,PPA-基質(zhì)瀝青-聚合物之間的配伍關(guān)系有待做更詳細的闡釋?zhuān)云诟玫刂笇?/span>PPA改性瀝青的制備與生產(chǎn)。


(文章來(lái)源:工程機械科技創(chuàng )新服務(wù)平臺)

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