中國報(bào)告大廳網(wǎng)訊，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對出行的需求日益提升，不僅追求便捷，更注重行車的舒適性與安全性，這對高等級(jí)公路的設(shè)計(jì)與施工提出了更高要求。公路路面的特性很大程度上取決于所使用材料的特性組合，目前，通過在瀝青混合料中添加改性劑來提高瀝青混凝土的耐久性已成為研究主流，形成了無機(jī)改性劑和有機(jī)改性劑兩個(gè)方向。松香樹脂行業(yè)作為一種具有高黏性、高軟化點(diǎn)、抗氧化等特性的材料，在工業(yè)與生活中應(yīng)用廣泛，將其作為改性劑應(yīng)用于瀝青膠漿的研究也逐漸受到關(guān)注。
試驗(yàn)選用的基質(zhì)瀝青為 A-10# 基質(zhì)石油瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：15℃、100g、5s 條件下的針入度為 33.8×0.1mm;25℃、100g、5s 條件下的針入度為 143.2×0.1mm，符合 100-250×0.1mm 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);30℃、100g、5s 條件下的針入度為 204.7×0.1mm;軟化點(diǎn)為 97.3℃，高于 > 95℃的標(biāo)準(zhǔn);25℃、5cm/min 條件下的延伸度為 12cm;閃點(diǎn)為 310℃，高于 > 230℃的標(biāo)準(zhǔn);三氯乙烯中的溶解度為 100%，高于 > 99.5% 的標(biāo)準(zhǔn);15℃時(shí)的密度為 0.93g?cm?3。
試驗(yàn)選用的松香樹脂為廈門海鉅化工有限公司生產(chǎn)的 S220 松香樹脂，其主要技術(shù)性能指標(biāo)為：環(huán)球法測定的軟化點(diǎn)為 76℃;酸值為 166mg KOH?g?1;不皂化物為 5%;乙醇不溶物為 0.03%;灰分為 0.02%。
《2025-2030年全球及中國松香樹脂行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》選用干燥潔凈的松香樹脂作為改性劑，研磨成粉末狀備用。試驗(yàn)設(shè)計(jì)以松香樹脂摻量占比為 5%、8%、10%、12%、15% 等 5 種比例制備瀝青膠漿試件，并做一組素瀝青膠漿作為對照試件。具體制備工藝為：由于松香樹脂軟化點(diǎn)較低，首先將松香樹脂改性劑置于干燥軟紙上充分干燥至恒重，確保改性劑中的水分被充分吸收干燥，然后將一次選取的 A-10# 基質(zhì)石油瀝青置于 160℃烘箱中加熱至流質(zhì)狀態(tài)并過濾雜質(zhì)后備用。為達(dá)到松香樹脂與基質(zhì)瀝青充分拌合的目的，將松香樹脂分 2 次加到融化流動(dòng)狀態(tài)的基質(zhì)瀝青中，并用小型磁力加熱攪拌器以 1000r/min 轉(zhuǎn)速充分?jǐn)嚢?，溫度控制?(150±5)℃，10min 后制備完成瀝青膠漿。按照操作規(guī)范要求，澆筑到設(shè)計(jì)瀝青膠漿試驗(yàn)的模具中，并嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
基本指標(biāo)測定、標(biāo)準(zhǔn)黏度測定、動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)(DSR)、彎曲梁流變試驗(yàn)(BBR)均以《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)中相關(guān)試驗(yàn)方法為主要依據(jù)。
基本指標(biāo)測定的是瀝青的針入度、軟化點(diǎn)和延伸度，這 3 個(gè)指標(biāo)是反映其溫度感應(yīng)性、熱穩(wěn)定性和塑型高低的重要參數(shù)，對各摻量瀝青膠漿試件做 25℃時(shí)的針入度、延伸度和軟化點(diǎn)指標(biāo)的測定，以此評判瀝青膠漿的高溫及低溫的穩(wěn)定性能。
標(biāo)準(zhǔn)黏度測定是對各摻量瀝青膠漿試件做 175℃試驗(yàn)溫度下的標(biāo)準(zhǔn)黏度測定，以此評定瀝青膠漿的溫度敏感性。
動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)(DSR)是對各摻量瀝青膠漿試件的相位角 δ、復(fù)數(shù)模量 G進(jìn)行測定。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的環(huán)境溫度為 50℃，制備瀝青膠漿試樣直徑為 25mm，厚度為 1mm，儀器的基本參數(shù)轉(zhuǎn)速 ω=10rad/s(1.59Hz)，剪切應(yīng)變?yōu)?10%。再利用公式抗車轍因子 = G/sinδ 計(jì)算抗車轍因子值，以此評價(jià)瀝青膠漿材料的高溫性能及抗車轍能力。
彎曲梁流變試驗(yàn)(BBR)是對各摻量瀝青膠漿試件的彎曲蠕變勁度模量 S 和蠕變速率 m 進(jìn)行測定，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的環(huán)境溫度為 - 16℃，以此評價(jià)瀝青材料的黏彈性和低溫抗裂性能。
通過對不同摻量松香樹脂瀝青膠漿試件進(jìn)行針入度(25℃)、軟化點(diǎn)和延伸度(25℃)基本指標(biāo)測定試驗(yàn)，得到如下結(jié)果：
素瀝青膠漿的針入度為 121.8mm。隨著松香樹脂的摻入，當(dāng)摻量為 5%、8%、10% 時(shí)，瀝青膠漿的針入度分別提高了 4.5%、8.0%、20.0%，呈遞增趨勢。而當(dāng)松香樹脂摻量占比增大至 12% 和 15% 時(shí)，測得試件針入度有所下降，較素瀝青膠漿提高幅度分別為 16.5% 和 13.5%。
素瀝青膠漿的軟化點(diǎn)為 58.4℃。隨著松香樹脂的摻入，當(dāng)摻量為 5%、8%、10% 時(shí)，瀝青膠漿的軟化點(diǎn)分別提高了 6.3%、15.6%、45.0%，呈遞增趨勢。而當(dāng)松香樹脂摻量占比增大至 12% 和 15% 時(shí)，測得試件軟化點(diǎn)有所下降，較素瀝青膠漿提高幅度分別為 44.0% 和 31.7%。
素瀝青膠漿的延伸度為 10.5cm。隨著松香樹脂的摻入，當(dāng)摻量為 5%、8%、10%、12% 時(shí)，瀝青膠漿的延伸度分別提高了 78.1%、134.3%、234.3%、251.4%，呈遞增趨勢。而當(dāng)松香樹脂摻量占比增大至 15% 時(shí)，測得延伸度有所下降，較素瀝青膠漿提高幅度為 197.1%。
上述分析結(jié)果表明，由于松香樹脂具有一定的延伸性，摻入到瀝青材料后，降低了瀝青膠漿的溫度敏感性，增加了瀝青膠漿的塑性。當(dāng)松香樹脂摻量占比在 10%~12% 時(shí)，影響效果最佳。隨著松香樹脂摻量占比的進(jìn)一步增大，瀝青膠漿的溫度敏感性降低較小，持續(xù)穩(wěn)定在一個(gè)較為固定的區(qū)間，即出現(xiàn)瀝青膠漿針入度、軟化點(diǎn)和延伸度變化幅度較小的結(jié)果。說明松香樹脂在一定占比下的摻入，能夠改善瀝青膠漿在高溫及低溫的穩(wěn)定性能。
在 175℃試驗(yàn)溫度環(huán)境下，對不同摻量松香樹脂瀝青膠漿試件進(jìn)行流動(dòng)狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)黏度測定，以評定瀝青膠漿的溫度敏感性，結(jié)果顯示：素瀝青膠漿的標(biāo)準(zhǔn)黏度為 0.4Pa?s。隨著松香樹脂的摻入，當(dāng)摻量為 5%、8%、10% 時(shí)，瀝青膠漿的標(biāo)準(zhǔn)黏度分別提高了 10%、27.5%、47.5%，呈遞增趨勢。而當(dāng)松香樹脂摻量占比進(jìn)一步加大至 12% 和 15% 時(shí)，測得標(biāo)準(zhǔn)黏度有所下降，較素瀝青膠漿提高幅度分別為 35% 和 27.5%。
上述分析結(jié)果表明，隨著松香樹脂的摻入，瀝青膠漿在外力作用下產(chǎn)生的剪切變形變小，黏度增大，抗變形能力提升。當(dāng)摻量在 10% 時(shí)，瀝青膠漿標(biāo)準(zhǔn)黏度增加幅度最為顯著，體現(xiàn)了松香樹脂改性瀝青膠漿感溫性和高溫性能方面的優(yōu)勢。
對不同摻量松香樹脂瀝青膠漿試件的相位角 δ、復(fù)數(shù)模量 G * 進(jìn)行測定，試驗(yàn)環(huán)境溫度為 50℃，利用公式計(jì)算相關(guān)數(shù)值以評價(jià)瀝青膠漿的高溫性能和抗車轍能力，結(jié)果如下：在 50℃試驗(yàn)溫度環(huán)境下，素瀝青膠漿的抗車轍因子為 2.6kPa。隨著松香樹脂的摻入，當(dāng)摻量為 5%、8%、10% 時(shí)，瀝青膠漿的抗車轍因子分別提高了 30.8%、92.3%、134.6%，呈遞增趨勢。而當(dāng)松香樹脂摻量占比進(jìn)一步加大至 12% 和 15% 時(shí)，測得抗車轍因子有所下降，較素瀝青膠漿提高幅度為 115.4% 和 107.7%。
上述分析結(jié)果表明，在 50℃試驗(yàn)溫度環(huán)境下，隨著松香樹脂摻量的不斷增大，瀝青膠漿的抗車轍因子也相應(yīng)地增大，抗變形能力提升。當(dāng)松香樹脂摻量占比在 10% 時(shí)，瀝青膠漿試件抗車轍因子增加幅度最為顯著，進(jìn)一步體現(xiàn)了松香樹脂改性瀝青膠漿感溫性和高溫性能方面的優(yōu)勢。
對不同摻量松香樹脂瀝青膠漿試件的彎曲蠕變勁度模量 S 和蠕變速率 m 進(jìn)行測定，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的環(huán)境溫度為 - 16℃，以評價(jià)瀝青材料的黏彈性和低溫抗裂性能，結(jié)果如下：
在 - 16℃試驗(yàn)溫度環(huán)境條件下，素瀝青膠漿的蠕變勁度模量 S 為 61.2MPa。隨著松香樹脂的摻入，當(dāng)摻量為 5%、8%、10%、12% 時(shí)，瀝青膠漿的蠕變勁度模量 S 分別提高了 252.5%、561.9%、605.2%、619.1%，呈大幅遞增趨勢。而當(dāng)松香樹脂摻量占比進(jìn)一步加大至 15% 時(shí)，測得蠕變勁度模量 S 有所下降，較素瀝青膠漿提高幅度為 569.0%。
在 - 16℃試驗(yàn)溫度環(huán)境條件下，素瀝青膠漿的蠕變速率 m 為 0.65。隨著松香樹脂的摻入，當(dāng)摻量為 5%、8%、10% 時(shí)，瀝青膠漿的蠕變速率 m 分別下降了 16.9%、29.2%、36.9%，呈下降趨勢。而當(dāng)松香樹脂摻量占比進(jìn)一步加大至 12% 和 15% 時(shí)，測得蠕變速率 m 有所提升，較素瀝青膠漿下降幅度為 35.4% 和 26.2%。
上述分析結(jié)果表明，在 - 16℃試驗(yàn)溫度環(huán)境條件下，隨著松香樹脂摻量的不斷增大，測得瀝青膠漿的蠕變勁度模量 S 成正比增大，而蠕變速率 m 則成反比下降。當(dāng)松香樹脂摻量在 10%~12% 時(shí)，瀝青膠漿試件的蠕變勁度模量 S 和蠕變速率 m 改善最為顯著，體現(xiàn)了松香樹脂改性瀝青膠漿黏彈性方面的優(yōu)勢，而在低溫抗裂性能方面表現(xiàn)一般。
隨著松香樹脂摻量占比的不斷增加，試驗(yàn)測得瀝青膠漿試件的性能基本指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)黏度、抗車轍因子以及 - 16℃時(shí)的蠕變勁度模量均能成正比增大，這體現(xiàn)了松香樹脂在改善瀝青膠漿高低溫穩(wěn)定性、感溫性和黏彈性等方面表現(xiàn)較好，而蠕變速率 m 卻呈下降趨勢，這說明了松香樹脂在改善瀝青膠漿低溫抗裂性能方面表現(xiàn)一般，需要進(jìn)一步加強(qiáng)試驗(yàn)研究。
綜合對松香樹脂行業(yè)不同摻量改性瀝青膠漿的性能試驗(yàn)，研究得出合理的松香樹脂占比為 10%~12%，在工程實(shí)際應(yīng)用中，需要結(jié)合設(shè)計(jì)道路的等級(jí)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益等，適當(dāng)調(diào)整摻量占比，會(huì)更利于發(fā)揮松香樹脂對瀝青混合料性能改善的目的。
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