多聚磷酸及其复合改性沥青与沥青混合料抗裂性能评价

崔 磊

(山东交通职业学院， 山东 潍坊 261206)

多聚磷酸及其复合改性沥青与沥青混合料抗裂性能评价

崔 磊

(山东交通职业学院， 山东 潍坊 261206)

目前对多聚磷酸改性沥青和多聚磷酸改性沥青混合料低温性能所得结论不尽相同，有些结论甚至矛盾。该文采用低温延度、BBR试验研究了多聚磷酸及其复合改性沥青的低温性能，基于低温弯曲试验、低温SCB试验、预切口J-积分试验和四分点加载疲劳试验研究了多聚磷酸及其复合改性沥青与沥青混合料低温抗裂性能和抗疲劳耐久性。试验结果表明，多聚磷酸对沥青混合料低温性能改善效果不明显，甚至有负面影响，可通过掺加SBR、SBS、纤维或橡胶改性沥青来改善其低温抗裂性能，多聚磷酸与SBR复合改性沥青对沥青混合料低温性能的改善效果优于多聚磷酸与SBS复合改性沥青，多聚磷酸与SBS复合改性沥青对沥青混合料疲劳性能的改善效果优于多聚磷酸与SBR复合改性沥青，将多聚磷酸与橡胶沥青或玄武岩纤维复配可提高沥青混合料的抗疲劳耐久性。仅采用沥青的低温指标并不能全面反映多聚磷酸改性沥青混合料的低温性能，断裂能密度、破坏应变作为抗弯拉强度与抵抗低温破坏变形能力的综合评价指标可综合反映多聚磷酸改性沥青混合料的低温抗裂性。

道路工程； 多聚磷酸改性沥青； 多聚磷酸复合改性沥青混合料； 低温抗裂性能； 抗疲劳性能

0 引言

多聚磷酸改性沥青混合料的低温抗裂性一直是国际学术界、工程实践中关注和研究的热点。长安大学曹晓娟、郝培文、张铭铭等采用5℃延度、低温弯曲试验研究了多聚磷酸改性沥青的低温性能，并将多聚磷酸改性沥青混合料应用于高速公路的中面层，结果表明，多聚磷酸对沥青及其混合料低温性能有负面影响，但降低幅度不大，为提高多聚磷酸改性沥青混合料的低温性能可采用多聚磷酸与聚合物复配方案[1-4]。重庆交通大学赵可基于BBR试验研究了多聚磷酸改性沥青老化前后的低温流变性能，结果表明，多聚磷酸对沥青的低温性能无不良影响。重庆交通科学研究院周刚采用DAM试验研究了多聚磷酸改性沥青的低温流变特性，结果表明，在0.5%～1.0%掺量范围内多聚磷酸对沥青低温性能的改善效果明显[5-7]。长沙理工大学徐柏清采用针入度评价指标体系研究了多聚磷酸及多聚磷酸与SBS复合改性沥青的低温性能，结果表明，多聚磷酸可显著改善SBS改性沥青的高温等级，但低温等级保持不变[8，9]。西北师范大学张峰采用10℃延度研究了多聚磷酸改性沥青的低温抗裂性能，结果表明，掺加多聚磷酸后沥青的低温性能显著降低，多聚磷酸可改善沥青老化后的低温抗裂性能[10-13]。沥青混合料的抗裂性能包括低温抗裂性和抗疲劳开裂性两方面，沥青的低温性能并不能全面反映沥青混合料的低温抗裂性能，目前研究人员较多关注了多聚磷酸改性沥青的低温抗裂性能，且关于低温性能的试验方法单一，考虑的温度区域不一致，对于多聚磷酸改性沥青及其混合料的高温性能国内外学者已经达成一致共识，而对多聚磷酸改性沥青和多聚磷酸改性沥青混合料低温性能所得结论不尽相同，有些结论甚至矛盾。

1 原材料及改性沥青制备

试验采用浓度为110%的多聚磷酸为添加剂，其主要技术指标见表1，SBS改性剂选用岳阳石化YH-4301、S/B=30/70星型SBS改性剂，掺量为沥青质量的2.5%、3.0%，选用实体工程中采用的SBR改性剂S/B=25∶75，掺量为2.5%、3.0%。橡胶沥青是由AH-70重交道路石油沥青、40目硫化胶粉(掺量为20%)在高温条件下经室内高速剪切机制备而成，橡胶沥青、SBR、SBS改性沥青主要技术指标见表2。多聚磷酸改性沥青实验室制备方法为：将脱水后的基质沥青加热至165±5 ℃，边加入多聚磷酸边匀速搅拌，使加入的多聚磷酸能在短时间内分散均匀并快速升温至试验温度，待多聚磷酸全部加入后，保持165±5 ℃试验温度，以1 000 rad/min的速度匀速搅拌45 min，从而完成多聚磷酸改性沥青的试验室制备。多聚磷酸复配聚合物改性沥青实验室制备方法为：将成品低剂量SBR(SBS)改性沥青、橡胶粉改性沥青加热至170±5 ℃，加入预定质量的多聚磷酸，使用剪切机以5 000 r/min对沥青进行共混剪切30 min，使多聚磷酸能够与SBR(SBS)改性沥青、橡胶粉改性沥青充分反应，剪切完成后在170±5 ℃条件下搅拌30 min，制成复合改性沥青后备用。

表1 多聚磷酸改性剂物理指标Table1 PolyphosphoricacidmodifierphysicalindicatorsP2O5浓度/%25℃密度/(g·m-3)沸点/℃表面张力/(N·cm-1)比热容/(J/g∗℃)25℃蒸汽压/Pa8431764450911511282

表2 沥青技术性能Table2 Asphaltperformance沥青种类25℃针入度/(01mm)软化点/℃5℃延度/cm针入度指数弹性恢复率/%177℃黏度/(Pa·s)基质沥青78546223-05341—20%橡胶沥青47865224411488231625%SBS65367344512173220130%SBS64268846812574121325%SBR75255246810177918930%SBR732561492103789195

2 多聚磷酸改性沥青低温性能

采用我国针入度体系指标中的低温延度试验和美国SHRP弯曲梁流变试验评价多聚磷酸改性沥青的低温抗裂性能。针入度试验选择5 ℃、10 ℃2个试验温度，试验方法按照《公路沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)执行，试验结果见图1、图2。BBR试验按照SHRP 规范ASTM D648进行，每个试样试验温度分别为-12、-18、-24、-30 ℃评价指标为蠕变劲度模量S和蠕变曲线斜率m，试验结果见表3及图3。在BBR试验基础上，根据SHRP提出的连续分级温度指标，该指标表征沥青材料在满足使用要求时的最低临界温度，连续分级温度越低，表明沥青在使用过程中出现开裂的可能性越小，根据ASTM D7643连续温度定义，得到PAV后多聚磷酸改性沥青CT试验结果见图4。

图1 延度试验结果Figure 1 Ductility test results

图2 不同PPA掺量5 ℃延度破坏试件Figure 2 Different PPA content 5 ℃ ductility destroyed specimens

由延度、BBR试验结果可知： ①相比基质沥青，掺加多聚磷酸后沥青5 ℃、10 ℃延度减小，延度随多聚磷酸掺量增大呈负线性关系减小，随着多聚磷酸掺量增大，改性沥青BBR试验弯曲劲度模量增大，同时蠕变斜率减小，可见增大多聚磷酸降低了沥青的硬度增大、释放荷载的能力降低、脆性增大，依次判断多聚磷酸对沥青的低温性能有负面影响。 ②将多聚磷酸与SBS、SBR或橡胶改性沥青复配可提高多聚磷酸改性沥青的低温延度，增大BBR试验蠕变斜率，降低BBR试验劲度模量，改善了沥青的低温PG分级，同时降级了沥青的连续分级温度，多聚磷酸与SBS、SBR或橡胶改性沥青分别复配后的复合改性满足我国北方常用的SBS改性沥青I-C低温延度要求，0.75%PPA+2.5%SBS、1.0%PPA+2.5%SBS、1.0%PPA+3.0%SBS、0.75%PPA+图5(a)和图5(b)为不同多聚磷酸掺量的多聚磷酸改性沥青和多聚磷酸与SBS复合改性沥青原子力显微镜物相图，不掺加多聚磷酸，基质沥青中存在着明显的以轻组分为主的连续相和以沥青质为核心的分散相，掺加多聚磷酸后连续相的面积减小，随着多聚磷酸掺量增大，分散相开缔合，沥青中的轻质组分发生反应。将多聚磷酸掺加到低剂量SBS改性沥青中，多聚磷酸与沥青中的活性官能团发生化学反应，增强了SBS聚合物在沥青中的交联作用，弥补了SBS改性沥青中的界面连结缺陷，同时使得聚合物的分散均匀性提高。

表3 BBR试验结果汇总Table3 BBRTestresults沥青类型代号劲度模量S/MPa蠕变斜率m-12℃-18℃-24℃-30℃-12℃-18℃-24℃-30℃基质沥青A253346445—038402760203—05%PPAB267366497—035202690191—075%PPAC284378514—033402520185—10%PPAD297391534—032802370173—125%PPAE315411555—031402250168—15%PPAF321457581—030502140159—075%PPA+25%SBSG1182122984140505043703260278075%PPA+30%SBSH85143225331049404460333028610%PPA+25%SBSI132231317473049204190301025410%PPA+30%SBSJ1011972843970474042703150263075%PPA+25%SBRK981752513250518045703300282075%PPA+30%SBRL67143225294050404670348030210%PPA+25%SBRM112204288354049504140319026510%PPA+30%SBRN771642583240484042703290280075%PPA+20%胶粉O135237345448041403660323024710%PPA+20%胶粉P1642693674750401034703130224

图3 多聚磷酸改性沥青BBR试验劲度模量S和蠕变斜率mFigure 3 Polyphosphate modified asphalt test BBR stiffness modulus S and creep slope m

图4 多聚磷酸改性沥青连续分级温度试验结果Figure 4 Consecutive graded asphalt polyphosphate temperature test results

2.5%SBR、0.75%PPA+3.0%SBR、1.0%PPA+2.5%SBR、1.0%PPA+3.0%SBR、0.75%PPA+20%胶粉、1.0%PPA+20%胶粉9种复配方案下多聚磷酸改性沥青的低温PG分级依次可达到-24 ℃，0.75%PPA+3.0%SBS低温PG分级为-30 ℃。

(a) PPA单一改性沥青

(b) PPA与SBS复合改性沥青

3 多聚磷酸改性沥青混合料低温抗裂性

3.1 配合比设计

目前国内已经开展了大量矿料级配对沥青混合料低温性能的影响方面报道，这里不再赘述。试验选择实体工程中采用的AC-16C型级配，合成级配曲线见图6。粗细集料均由现场拌合站获取，玄武岩粗集料、石灰岩机制砂细集料、石灰岩矿粉各项性能满足规范要求。按照JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》马歇尔试验方法要求确定多聚磷酸改性沥青混合料的最佳沥青用量，试验结果见表4。

3.2 试验方法与试验方案

国内外关于沥青混合料抗裂性评价方法有低温弯曲蠕变试验、约束试件温度应力试验、收缩系数试验、低温SCB试验、低温等应变加载破坏试验(压缩试验、弯曲试验、拉伸试验)、低温三分点J积分试验等。研究表明，沥青混合料承受低温破坏荷载能力、抗变形能力(收缩性能)和低温应力释放松弛能力是决定沥青混凝土的抗裂性能的3个重要参数。抗拉强度和抗变形能力越强，所能承受极端最低气温越低，此外混合料自身变形能力越强，柔性越好破坏时产生的位移越大，混合料破坏时需要克服的能量越大；低温应力松弛能力越强，低温环境温度产生的荷载应力能够得到及时释放，避免了温度应力聚集导致的低温疲劳开裂。评价沥青混合料的低温性能需要考虑低温条件下的抗弯拉强度、混合料的变形能力和应力松弛能力。大量研究成果表明，低温弯曲试验与沥青路面开裂时的能量积累、能量释放过程比较吻合，低温弯曲试验也是《公路沥青路面施工规范》(JTG F40-2004)马歇尔法检验沥青混合料低温性能的标准试验方法，国内应用较为普遍，试验方法简单，受力明确。郝培文等人研究表明，现场芯样验证采用低温蠕变试验作为沥青混合料的低温评价指标是可靠的，且该法试验简单，能适应不同品种沥青混合料。沥青混合料具有储存能量的能力，储存能量越大其抵抗低温破坏的能量越强，评价沥青混合料的抗裂性应以能力为基准，J积分试验从能量角度以断裂韧度为评价指标，采用带切口的小梁试件可以模拟路面使用过程中裂缝已经产生并继续扩展时抵抗裂缝发展的能力，可以定量描述车辆荷载和低温环境温度作用下沥青混合料应力应变场强度。SCB试验试件制备简单、试件拉压受力状态与实际路面较为接近，可将路面钻芯后的试件切割后使用，便于施工质量控制。本文采用低温弯曲试验、J积分试验和SCB试验以低温破坏强度和破坏应变能指标综合评价多聚磷酸改性沥青混合料的低温性能。

图6 AC-16C合成级配曲线Figure 6 AC-16C mixture synthesis grading curve

表4 AC-16C混合料马歇尔试验结果Table4 AC-16Cmixturemarshalltestresults沥青类型油石比/%VV/%VMA/%VFA/%MS/kNFL/mm基质沥青44401407141062305%PPA454013971211929075%PPA46401427181173010%PPA464013871011325125%PPA46401407141192315%PPA464014271811424075%PPA+25%SBS484013971212426075%PPA+30%SBS48401427181272310%PPA+25%SBS49401427181262110%PPA+30%SBS494014071413120075%PPA+25%SBR474014372011927075%PPA+30%SBR48401417161222610%PPA+25%SBR48401447221252510%PPA+30%SBR484014271813126075%PPA+20%胶粉57401457241142910%PPA+20%胶粉574014372012628

3.3 低温弯曲试验

在表4最佳沥青用量条件下按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)的要求成型车辙板，切割尺寸为30 mm×35 mm×250 mm小梁试件，试验温度为-10 ℃，试验时采用单点加载方式，支点间距200 mm，根据低温弯曲试验应力应变关系曲线确定式(2)回归曲线参数，进而计算单位体积破坏应变能，试验结果见表5。

σ=Aε3+Bε2+Cε+D

(1)

(2)

式中：ε为应变，σ表示应力，MPa；Wf为单位体积破坏能，MPa；εc为应力峰值时的应变，A、B、C、D为材料参数。

低温试验结果表明： ①相比基质沥青混合料，添加0.5%、0.75%、1.0%、1.25%、1.5%多聚磷酸后沥青混合料的抗弯拉强度呈先增大后减小的变化趋势，在1.0%多聚磷酸掺量时抗弯拉强度、弯拉应变和单位体积破坏应变均达到峰值，此时低温抗裂性能最好，而多聚磷酸掺量超过1%后改性沥青混合料弯曲应变小于基质沥青混合料。 ②5种掺量下，多聚磷酸单一改性沥青混合料的低温弯曲应变均不能满足规范冬严寒区大于2 800 με的要求，可见掺加适宜剂量的多聚磷酸虽能小幅度改善沥青混合料的低温性能，但提高幅度不大，过多的多聚磷酸掺量将会对沥青混合料低温性能造成不利影响，这与文献[3-7]研究成果相吻合。 ③相比基质沥青混合料和多聚磷酸单一改性沥青混合料，多聚磷酸与SBS、SBR、橡胶改性沥青及纤维复配后低温抗裂性能显著提高，13种多聚磷酸复合改性沥青混合料的弯拉强度均大于11 MPa，弯曲应变大于4 000 με，满足所有气候分区内低温抗裂性能要求，相同多聚磷酸掺量情况下，从改性效果来看，SBR与多聚磷酸复合改性沥青的低温抗裂性能最好，其次是SBS与多聚磷酸复合改性沥青混合料，橡胶粉与多聚磷酸复合改性沥青混合料次之，纤维与多聚磷酸复合改性沥青混合料的低温抗裂性能相对最差，对低温抗裂性能要求严格时实体工程可优先选择多聚磷酸与SBR复配方案。 ④对比不同添加剂对多聚磷酸改性沥青混合料低温性能的改善效果，弯曲应变由大到小依次是：1.0%PPA+3.0%SBR>1.0%PPA+3.0%SBS>0.75%PPA+3.0%SBR>1.0%PPA+2.5%SBR>0.75%PPA+3.0%SBS>1.0%PPA+20%胶粉>0.75%PPA+3.5%玄武岩纤维>0.75%PPA+2.5%SBR>1.0%PPA+2.5%SBS>0.75%PPA+20%胶粉>0.75%PPA+2.5%SBS>4.5%SBS>0.75%PPA+3.5%聚酯素纤维>0.75%PPA+3.5%木质素纤维，多聚磷酸与玄武岩复合改性沥青混合料呈现出较好的低温抗裂性能，这主要与纤维的“吸附稳定作用”、“加筋锚固作用”和“吸油作用”有关，橡胶沥青对多聚磷酸改性沥青混合料低温性能改善作用主要与橡胶类材料改善了沥青混合料的柔性和提高了释放荷载应力的能力等因素有关。 ⑤对于多聚磷酸与聚合物复合改性沥青混合料，相同SBR、SBS掺量下，0.75%～1%多聚磷酸掺量范围内，随着多聚磷酸掺量增大复合改性沥青混合料低温弯拉强度、弯曲应变、单位体积破坏应变能均增大，但增加幅度不大，这与增加多聚磷酸掺量时多聚磷酸单一改性沥青混合料低温性能变化趋势相同，可以预测，进一步增大多聚磷酸掺量复合改性沥青混合料的低温性能将保持不变或有小幅度降低，从工程的经济性考虑，多聚磷酸与聚合物(橡胶沥青)复合改性沥青混合料复配时适宜的多聚磷酸掺量不宜超过1.0%。 ⑥图7建立了破坏应变能与弯曲应变、弯拉强度及劲度模量之间的线性拟合关系，随着单位体积破坏应变能增大，劲度模量减小，弯曲应变增大，单位体积破坏应变能与弯曲应变、劲度模量线性相关系数R2大于0.9，在统计意义上相关性良好，可见破坏应变作为抗弯拉强度与抵抗低温破坏变形能力的综合评价指标可综合反映多聚磷酸改性沥青混合料的低温抗裂性。

表5 低温弯曲试验结果Table5 Lowtemperaturebendingtestresults混合料类型抗弯拉强度/MPa最大弯拉应变/με弯曲劲度模量/MPa破坏应变能/(kJ·m-3)混合料类型抗弯拉强度/MPa最大弯拉应变/με弯曲劲度模量/MPa破坏应变能/(kJ·m-3)基质沥青9892205644483961975075%PPA+25%SBR1123445663251984358105%PPA10792352874585892232075%PPA+30%SBR11674890432386293990075%PPA1117241347451592237710%PPA+25%SBR1113468909237359374110%PPA1137243542453816248910%PPA+30%SBR11344902322313194093125%PPA11172167164926872299075%PPA+20%胶粉1167430932270808384315%PPA1058216474488742215410%PPA+20%胶粉11434593842488113917075%PPA+25%SBS11344279872649613235075%PPA+35%木质素纤维11864076092909653593075%PPA+30%SBS12124659092601373533075%PPA+35%聚酯素纤维1232420812292767372310%PPA+25%SBS11184309342594363343075%PPA+35%玄武岩纤维1245453993274233390410%PPA+30%SBS1164489243237919369145%SBS11434292342662883661

图7 单位体积破坏应变与低温弯曲试验结果之间线性拟合关系Figure 7 Fitting a linear relationship between the volume of des-truction strain and low temperature bending test results

3.4 半圆弯拉试验(SCB)

旋转压实成型Φ150 mm，高100 mm试件，为了减小试件成型过程中边缘效应的影响，每个旋转压实试件只制作2个SCB试件，采用双面锯取旋转压实试件中部50 mm厚的圆形试件，再将其从中间对称打开，即制得半圆弯曲试件。SCB试验温度为0 ℃和-10 ℃，试验单点加载速率为0.5 mm/min，支点间距S=0.8D，SCB试验数据处理公式见式(3)～式(5)，试验结果见图8、表6。

(3)

(4)

(5)

式中：σmax为抗拉强度，MPa；Fmax为最大荷载，N；D为试件直径，mm；t为试件厚度，mm。

图8 SCB试验结果Figure 8 SCB test results

表6 多聚磷酸改性沥青混合料SCB试验结果Table6 PolyphosphatemodifiedasphaltmixtureSCBtestresults混合料类型代号弯拉强度/MPa断裂能密度/kPa-10℃0℃0℃-10℃混合料类型代号弯拉强度/MPa断裂能密度/kPa-10℃0℃0℃-10℃基质沥青A69710410078900529075%PPA+25%SBRK1040114301260114705%PPAB84210790084300658075%PPA+30%SBRL10801187016501502075%PPAC8631107008770068410%PPA+25%SBRM1022112301140103710%PPAD8711117008810068710%PPA+30%SBRN10361139013701247125%PPAE79310170079300619075%PPA+20%胶粉O929114701130091515%PPAF747958007270056710%PPA+20%胶粉P9461168012100980075%PPA+25%SBSG102412340118 00979075%PPA+35%木质素纤维Q8081138010300731075%PPA+30%SBSH10891312014701220075%PPA+35%聚酯素纤维R829116701130080210%PPA+25%SBSI9481142010400863075%PPA+35%玄武岩纤维S863121501210085910%PPA+30%SBSJ983118401240102945%SBST10811243011400992

由图8及表6 SCB试验结果可知： ①多聚磷酸改性沥青混合料低温抗裂性能随试验温度减小而降低，这与减小试验温度沥青的应力松弛能力减弱有关。随着多聚磷酸掺量增大，SCB试验弯拉强度和断裂能密度指标均出现先增大后减小的变化趋势，多聚磷酸掺量超过1%后沥青混合料弯拉强度和断裂能密度小于基质沥青混合料，这与低温弯曲试验结果相一致，即使在最佳多聚磷酸掺量条件下，相比而言，多聚磷酸对沥青混合料的低温性能改善效果不明显。结合已有研究成果，在冬严寒地区推广多聚磷酸改性沥青混合料，低温抗裂性不足是制约其大规模应用的技术瓶颈。 ②相比基质沥青混合料和多聚磷酸改性沥青混合料，掺加SBR、SBS、纤维、橡胶改性沥青可显著提高多聚磷酸改性沥青混合料的低温抗裂性能，相比4.5%SBS改性沥青混合料，多聚磷酸与SBS、SBR复配方案可达到甚至超过4.5%SBS改性沥青混合料的低温抗裂性能，同时降低SBS、SBR改性剂掺量。 ③SBS、SBR、橡胶改性沥青、纤维4种改性剂13种复配方案的多聚磷酸改性沥青混合料低温性能优劣排序依次是：0.75%PPA+3.0%SBR>0.75%PPA+3.0%SBS>1.0%PPA+3.0%SBR>0.75%PPA+2.5%SBR>1.0%PPA+3.0%SBS>0.75%PPA+3.5%玄武岩纤维>1.0%PPA+20%胶粉>0.75%PPA+2.5%SBS>4.5%SBS>1.0%PPA+2.5%SBR>0.75%PPA+3.5%聚酯素纤维>0.75%PPA+20%胶粉>1.0%PPA+2.5%SBS>0.75%PPA+3.5%木质素纤维，可见多聚磷酸与SBR复合改性沥青对沥青混合料低温性能的改善效果优于多聚磷酸与SBS复合改性沥青。

3.5 断裂力学J-积分试验

J积分试验试件制备方法同低温小梁弯曲试验，试件尺寸为250 mm×40 mm×40 mm，试件有效跨径200 cm，跨中切口深度5 mm，宽度2 mm，裂纹尖端呈V形，单点加载速率为0.5 mm/min，试验温度为0 ℃，试验结果见表7，图9。

表7、图9试验结果表明：相比基质沥青混合料，多聚磷酸单一改性沥青混合料的低温抗裂性能随多聚磷酸掺量增大呈先增大后减小的变化趋势，采用多聚磷酸与SBR、SBS、橡胶粉、纤维复配方案可显著改善多聚磷酸改性沥青混合料抑制裂缝扩展的能力。相比玄武岩纤维的阻裂效果最好，多聚磷酸与SBR复配方案次之，橡胶粉与多聚磷酸复合改性沥青混合料并未呈现出良好的阻裂效果。

表7 J-积分试验结果Table7 J⁃integraltestresults混合料类型破坏时总应变能/(N·mm)断裂韧度JC/(MPa·mm)基质沥青5580139705%PPA56201423075%PPA5750149310%PPA58101513125%PPA5430134515%PPA51701286075%PPA+25%SBS137603595075%PPA+30%SBS14280411310%PPA+25%SBS14040391710%PPA+30%SBS144604319075%PPA+25%SBR139403687075%PPA+30%SBR14570442410%PPA+25%SBR14310431210%PPA+30%SBR147904572075%PPA+20%胶粉13480346110%PPA+20%胶粉140904214075%PPA+35%木质素纤维124903198075%PPA+35%聚酯素纤维133103411075%PPA+35%玄武岩纤维13940411545%SBS135103496

图9 J-积分试验结果Figure 9 J-integral test results

4 多聚磷酸改性沥青混合料抗疲劳性能

采用四点弯曲疲劳试验评价多聚磷酸改性沥青混合料的抗疲劳性能，试件制备和试验方法参考AASHTO T346标准，一组3个平行试样，试件尺寸为385 mm×65 mm×50 mm，试验温度15 ℃，应变水平采用1 000 με，选择加载100次的弯曲劲度模量作为初始劲度模量，疲劳寿命确定方法采用“归一化劲度模量峰值法”，(仅列举疲劳试验结果平均值)试验结果见表8，图10。

表8 四点弯曲疲劳试验结果Table8 Four⁃pointbendingfatiguetestresults混合料类型初始劲度模量/MPaNFNM均值/次与AH-70沥青混合料NFNM比值基质沥青210317679010 05%PPA24901969021114075%PPA2676210971119310%PPA27082299041300125%PPA2790229871130015%PPA28582108431193075%PPA+25%SBS33124309272438075%PPA+30%SBS3693450841255010%PPA+25%SBS3797470358266110%PPA+30%SBS38794930822789075%PPA+25%SBR32804508982550075%PPA+30%SBR3421420835238010%PPA+25%SBR3690418368236610%PPA+30%SBR37984253202406075%PPA+20%胶粉3136440836249410%PPA+20%胶粉33694647592629075%PPA+35%木质素纤维29833908732211075%PPA+35%聚酯素纤维30234208342380075%PPA+35%玄武岩纤维3210441279249645%SBS41864238642398

图10 四分点加载疲劳试验结果Figure 10 Quarter-point loading fatigue test results

图10疲劳试验结果表明： ①相比基质沥青混合料，掺加多聚磷酸可显著增大沥青混合料的弯曲劲度模量，同时改善沥青混合料的抗疲劳性能，多聚磷酸改性沥青混合料疲劳寿命为基质沥青混合料的1.3倍。 ②相比多聚磷酸改性沥青混合料，将多聚磷酸与SBS、SBR、橡胶改性沥青、纤维4种改性剂复配后疲劳寿命可增大1倍多，弯曲劲度模量增大了50%，低剂量SBS、SBR和纤维、橡胶沥青与多聚磷酸复配后混合料的抗疲劳性能可达到甚至超过4.5%SBS改性沥青混合料，可见多聚磷酸复合改性沥青混合料抗疲劳性能优良。 ③SBS、SBR、橡胶改性沥青、纤维4种改性剂13种复配方案的多聚磷酸改性沥青混合料低温性能优劣排序依次是：1.0%PPA+3.0%SBS>1.0%PPA+2.5%SBS>1.0%PPA+20%胶粉>0.75%PPA+2.5%SBR>0.75%PPA+3.0%SBS>0.75%PPA+3.5%玄武岩纤维>0.75%PPA+20%胶粉>0.75%PPA+2.5%SBS>1.0%PPA+3.0%SBR>4.5%SBS>0.75%PPA+3.0%SBR>0.75%PPA+3.5%聚酯素纤维>1.0%PPA+2.5%SBR>0.75%PPA+3.5%木质素纤维，可见多聚磷酸与SBS复合改性沥青对沥青混合料疲劳性能的改善效果优于多聚磷酸与SBR复合改性沥青，将多聚磷酸与橡胶沥青或玄武岩纤维复配可提高沥青混合料的抗疲劳耐久性。

5 结论

① 综合低温延度试验和BBR试验结果，推荐改性沥青中的多聚磷酸改掺量不宜超过1.25%，多聚磷酸对沥青的低温性能改善效果不明显，掺量超过1.25%后会对沥青的低温性能产生不良影响。将多聚磷酸与SBS、SBR或橡胶改性沥青复配可提高多聚磷酸改性沥青的低温抗裂性能。

② 按照现行施工技术规范对冬严寒区沥青混合料低温性能的要求，对沥青混合低温性能改善效果不明显是制约多聚磷酸改性沥青混合料在冬严寒区推广应用的技术瓶颈。多聚磷酸与SBS、SBR、橡胶改性沥青及纤维复配后低温抗裂性能显著提高，将多聚磷酸与橡胶沥青或玄武岩纤维复配可提高沥青混合料的抗疲劳耐久性。

③ SBR与多聚磷酸复合改性沥青的低温抗裂性能最好，其次是SBS与多聚磷酸复合改性沥青混合料，橡胶粉与多聚磷酸复合改性沥青混合料次之，纤维与多聚磷酸复合改性沥青混合料的低温抗裂性能相对最差，对低温抗裂性能要求严格时实体工程可优先选择多聚磷酸与SBR复配方案。

④ 多聚磷酸改性沥青混合料的低温抗裂性能不仅与其承受荷载的能力有关，也受温度变化时释放荷载的松弛能力和自身的变形能力的影响，采用沥青的低温指标并不能全面反映多聚磷酸改性沥青混合料的低温性能，断裂能密度、破坏应变作为抗弯拉强度与抵抗低温破坏变形能力的综合评价指标可综合反映多聚磷酸改性沥青混合料的低温抗裂性。

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Poly-phosphate and Its Compound Modified Asphalt and Asphalt Mixture Cracking Performance Evaluation

CUI Lei

(Shandong Transport Vocational College， Weifang， Shandong 261206， China)

The modified asphalt of polyphosphate and polyphosphate modified asphalt mixture at low temperature performance resulting conclusions are not the same，some even contradictory conclusions.In this paper，the use of low-temperature ductility，BBR were studied polyphosphate and low temperature performance composite modified asphalt-based low-temperature bending test，low temperature SCB test，integration test and pre-cut J-quartile studied poly-loading fatigue testing its phosphate compound modified asphalt and asphalt mixture for cracking resistance and fatigue durability.The results show that polyphosphate of low-temperature asphalt mixture performance improvement effect is not obvious，and even have a negative impact，by adding SBR，SBS，fiber or rubber modified asphalt to improve its low temperature crack resistance，polyphosphate and SBR composite modified asphalt on the effect of improving the low temperature performance of asphalt mixture than polyphosphate and SBS compound modified asphalt，polyphosphoric acid and SBS compound modified asphalt improvement effect on asphalt mixture fatigue performance better than polyphosphate and SBR composite modified asphalt，the rubber asphalt and polyphosphoric acid compound or basalt fiber can improve the asphalt mixture fatigue durability.Using only the low-temperature asphalt index does not fully reflect the polyphosphate modified asphalt low temperature performance，fracture energy density，failure strain as flexural strength and low resistance to deformation damage evaluation index may reflect a comprehensive reform polyphosphate low temperature crack resistance of asphalt mixture.

road engineering； polyphosphoric acid modified asphalt； polyphosphate compound modified asphalt mixture； low temperature crack resistance； fatigue resistance

2016 — 08 — 15

崔 磊(1970 — )，女，山东潍坊人，硕士，副教授，研究方向：从事公路工程施工与路面材料的研究。

U 414.1

A

1674 — 0610(2016)06 — 0178 — 10