多聚磷酸改性沥青研究现状与展望

沥青路面养护技术的发展与展望随着城市化进程的加速和交通运输的日益繁忙，道路建设和养护越来越成为社会关注的焦点。

而作为道路养护中的重要组成部分，沥青路面养护技术也在不断发展与完善。

本文将从沥青路面养护技术的现状出发，探讨其发展趋势与展望。

一、沥青路面养护技术的现状沥青路面养护技术是指对已建好的沥青路面进行保养和维护，以延长路面的使用寿命，降低维修成本，保障道路运输的安全和顺畅。

目前，我国沥青路面养护技术已经取得了一些进展，主要体现在以下几个方面：1. 养护材料的更新在沥青路面养护中，养护材料是至关重要的一环。

近年来，随着新材料的不断涌现，沥青路面养护所使用的材料也得到了更新，如高分子改性沥青、沥青混凝土密封材料等。

这些新材料具有耐磨损、耐老化、耐水侵蚀等特点，能够有效提高路面的抗损性能，延长路面的使用寿命。

2. 养护技术的提升养护技术的提升是沥青路面养护的关键。

随着科技的发展和工艺的改进，养护技术也得到了不断提升。

采用新型涂布机进行路面密封，采用冷加工技术进行裂缝修复等，都大大提高了养护效果和施工效率。

3. 养护管理的智能化随着信息技术的飞速发展，智能化管理成为了沥青路面养护的重要趋势。

采用无人机、激光扫描仪等设备进行路面检测，运用大数据和人工智能技术进行路面评估和预测，可以实现对路面养护的精细化管理，提高养护的针对性和效果。

随着社会的不断进步和科技的不断发展，沥青路面养护技术也将呈现出一些明显的发展趋势，主要体现在以下几个方面：1. 绿色环保化绿色环保是当前社会发展的主题，也将成为沥青路面养护技术的重要发展方向。

未来，沥青路面养护将更加注重环保性能，采用更环保的材料和工艺，减少对环境的污染，实现路面养护与环境保护的协调发展。

2. 智能化与自动化随着智能技术的飞速发展，沥青路面养护将朝着智能化与自动化方向发展。

未来，路面养护将更多地借助人工智能、无人机、自动化设备等技术，实现对路面的精细化诊断、快速养护和智能管理，提高工作效率和养护质量。

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高速公路多聚磷酸复合改性沥青应用研究陈光军1，李星明2，唐黎明2，杨大伟2（1.蜀道投资集团有限责任公司，四川 成都 610000；2.四川成宜高速公路开发有限公司，四川 宜宾 644000）

摘要：为探究多聚磷酸复合改性沥青在高速公路建设中的应用，对PPA/SBS复合改性沥青性能及其混合›料路用性能进行室内试验分析，结果表明：PPA能够改善沥青高温性能和抗老化性能，但是对低温性能有削

弱作用，建议SBS掺量3%、PPA掺量3%；其混合料具有较SBS改性沥青混合料更好的高温性能，低温、水稳定性能略弱于SBS改性沥青混合料，但是较基质沥青混合料改性效果显著。关键词：高速公路；多聚磷酸；SBS；复合改性中图分类号：U414 文献标识码：B 文章编号：1673-8098（2022）02-0130-02

0 引言随着我国社会经济的飞速发展，高速公路交通量和车辆轴载迅速增长，大量道路在建成通车后不久便出现了裂缝、车辙、坑槽、抗滑性下降等病害，这对新建沥青路面性能提出了更高要求。国内外多采用SBS等高聚合物改善沥青的路用性能，虽然具有较高的路用性能，但是成本高昂难以大范围普及，且高聚合物普遍与基质沥青相容性较差，需要采取高温高速剪切的加工工艺，不符合“双碳”目标。多聚磷酸（PPA）是一种酸性改性沥青，在常温环境下呈黏稠液态，与沥青混合后发生化学反应，因此无需特殊混溶设备和工艺即可与基质沥青充分混融[1]。PPA相比于其他沥青改性剂，具备更好的耐高温性能、抗老化性能、存储稳定性，成本低廉仅为SBS的1/3～1/2，但是对沥青低温性能有衰减作用[2]。因此，需要PPA与其他高聚合物共同对基质沥青进行复配改性，用低成本的PPA取代一部分昂贵高聚合物改性剂，从而得到综合路用性能优异、相容性好，且成本较低的改性沥青[3]。我国对PPA的应用研究起步较晚，对其复合改性沥青的研究匮乏，本文针对PPA/SBS复合改性效果进行研究，为其推广应用提供依据。1 PPA/SBS复合改性沥青技术性能研究1.1试验原材料（1）基质沥青经过调研分析，90#沥青相比其他基质沥青更适合PPA改性，本文采用的90#基质沥青性能符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）对重交通道路石油沥青的技术指标。（2）SBS改性沥青本文中采用湖南某公司生产的线型SBS颗粒，嵌段比30/70、灰分0.2%、拉伸强度15MPa、扯断永久变形30%、扯断伸长率750%。（3）PPA改性剂PPA应用广泛，根据H3PO4含量可将其分级为食品级和工业级，其中H3PO4含量105%、110%和115%的PPA适用于道路沥青改性。本文参考相关研究成果[4]，认为H3PO4含量110%的PPA改性效果最佳，性价比最高，因此本文选用成都某公司生产的110%PPA进行试验。1.2改性沥青制备工艺

沥青路面施工技术的发展趋势及前景展望随着城市化进程的加快，道路建设在城市规划中扮演着重要的角色。

作为道路建设中的重要环节，沥青路面施工技术的发展对于道路质量和城市交通的改善有着重要的意义。

本文将探讨沥青路面施工技术的发展趋势以及未来的前景展望。

一、沥青路面施工技术的发展趋势1.1 现代化设备的应用随着科技的不断进步，现代化设备在沥青路面施工中得到广泛应用。

例如，自动温控混合料生产设备的使用大大提高了沥青路面的施工效率和质量，同时减少了劳动力的需求。

另外，数字化施工管理系统的兴起也使得施工过程更加规范化、精细化。

1.2 环保节能技术的推广在当前的社会背景下，环保节能已成为发展的主流方向。

沥青路面施工技术也不例外，越来越多的环保节能技术在其领域得到应用。

例如，冷拌技术的出现既减少了沥青的能耗，又降低了污染物的排放；再如，再生沥青的使用有效地回收再利用了沥青资源。

1.3 智能化施工的崛起随着人工智能技术的迅速发展，智能化施工成为沥青路面施工技术的又一个重要发展方向。

通过使用无人机、摄像头等高科技设备，可以实时监控施工过程，提高施工精度和质量。

此外，智能化施工还可以实现数据的实时传输和分析，为施工过程的优化提供科学依据。

二、沥青路面施工技术的前景展望2.1 提高道路质量和使用寿命随着沥青路面施工技术的不断发展，道路质量将得到极大提升。

现代化设备和环保节能技术的应用，使得沥青路面的施工更加精细化、标准化。

这将有效减少沥青路面的开裂、龟裂等问题，提高道路的使用寿命，减少修补和维护的频率和成本。

2.2 推动城市交通的改善沥青路面的质量直接关系到城市交通的畅通。

通过技术的创新和应用，沥青路面施工将更加符合道路设计规范，提高了道路的平整度和抗滑性，减少了交通事故的发生率。

同时，沥青路面的快速施工和维护周期的缩短，也将为城市交通的改善提供更大的可能性。

2.3 推动建筑材料行业的发展沥青路面施工技术的发展也将推动建筑材料行业的创新和进步。

中国改性沥青行业现状深度分析与投资前景研究报告（2022-2029年）一、改性沥青相关概述1、概念改性沥青是掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料。

改性沥青其机理有两种，一是改变沥青化学组成，二是使改性剂均匀分布于沥青中形成一定的空间网络结构。

2、用途（1）公路用途现代公路和道路发生许多变化：交通流量和行驶频度急剧增长，货运车的轴重不断增加，普遍实行分车道单向行驶，要求进一步提高路面抗流动性，即高温下抗车辙的能力；提高柔性和弹性，即低温下抗开裂的能力；提高耐磨耗能力和延长使用寿命。

现代建筑物普遍采用大跨度预应力屋面板，要求屋面防水材料适应大位移，更耐受严酷的高低温气候条件，耐久性更好，有自粘性，方便施工，减少维修工作量。

使用环境发生的这些变化对石油沥青的性能提出了严峻的挑战。

对石油沥青改性，使其适应上述苛刻使用要求，引起了人们的重视。

经过数十年研究开发，已出现品种繁多的改性道路沥青、防水卷材和涂料，表现出一定的工程实用效果。

但鉴于改性后的材料价格通常比普通石油沥青高2~7倍，用户对材料工程性能尚未能充分把握，改性沥青产量增长缓慢。

当前改性道路沥青主要用于机场跑道、防水桥面、停车场、运动场、重交通路面、交叉路口和路面转弯处等特殊场合的铺装应用。

这段时间欧洲将改性沥青应用到公路网的养护和补强，较大地推动了改性道路沥青的普遍应用。

（2）防水工程改性沥青防水卷材和涂料主要用于高档建筑物的防水工程。

随着科学技术进步和经济建设事业的发展，将进一步推动改性沥青的品种开发和生产技术的发展。

改性沥青的品种和制备技术取决于改性剂的类型、加入量和基质沥青（即原料沥青）的组成和性质。

由于改性剂品种繁多，形态各异，为了使其与石油沥青形成均匀的可供工程实用的材料，多年来评价了各种类型改性剂，并开发出相应的配方和制备方法，但多数已工程实用的改性沥青属于专利技术和专利产品。

多聚磷酸改性沥青低温性能研究王慧峰【摘要】为研究多聚磷酸(PPA)改性沥青的低温性能,通过沥青弯曲蠕变劲度(BBR)试验,采用低温临界温度、蠕变劲度S和蠕变速率M评价了不同PPA掺量对PPA 改性沥青低温性能的影响,并同SBS改性沥青进行了对比.研究表明:PPA能够提高基质沥青的低温性能;PPA掺量越大,改性沥青的低温性能越好;低温临界温度反映的PPA掺量对PPA改性沥青性能的影响与蠕变劲度S和蠕变速率M所反映的规律相同;低温临界温度能弥补AASHTO分级区分度较低的问题,能更好地反应沥青的低温性能.【期刊名称】《山西交通科技》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】3页(P31-33)【关键词】PPA;改性沥青;低温性能;BBR;临界温度【作者】王慧峰【作者单位】山西省交通规划勘察设计院有限公司,山西太原 030012【正文语种】中文【中图分类】U414.75研究表明，PPA 能够有效地改善沥青的高温性能，并且PPA 改性沥青的制备工艺简单，存储稳定性良好，价格低廉，因此该改性沥青受到了研究者们越来越多的重视[1]。

然而，目前关于PPA 对沥青低温性能的影响众说纷纭，难以得出统一的结论[2]。

本文通过BBR 试验，采用低温临界温度、蠕变劲度S 及蠕变速率M 来评价PPA 掺量对PPA 改性沥青低温性能的影响，并同基质沥青、SBS 改性沥青进行性能对比。

1 原材料与试验方法1.1 原材料该研究所采用的PPA 为上海某化工有限公司生产的分析纯AR 级别PPA，其技术指标见表1 所示。

PPA 为无机质子酸，有腐蚀性，常温时无色透明，呈糖浆状，50 ℃～60 ℃时具备流动性，低温时则凝固成玻璃状。

PPA 能溶解多种有机物，在有机合成中常被用作失水剂、环化剂、酸化剂等，是缩合、环化、重排、取代等反应的催化剂或溶剂[3]。

其分子式为Hn+2PnO3n+1。

表1 PPA 技术指标技术指标P2O5 含量/%H3PO4 含量/%相对密度/g·cm-3黏度/Pa·s检测值技术指标检测值大于等于80 比热容/J·（g·℃）-1 1.5大于等于110 沸点/℃ 300 2.08 表面张力/N·cm-1 80.5×10-5 34 25 ℃蒸汽压/Pa2.6×10-6该试验所选用的沥青为市场广泛使用的SK70号沥青，技术指标见表2 所示。

多聚磷酸改性沥青的路用性能及机理分析刘斌清;仵江涛;陈华鑫;何锐【摘要】In order to investigate the effect of polyphosphoric acid on the performance and modification mechanism of modified asphalt and road performance of its asphalt mixture,different dosages of polyphosphoric acid modified asphalt and its mixture are prepared.Three physical property indexes (penetration,ductility and softening point),viscosity(60 ℃,135 ℃),stability and residual stability are tested to evaluate the polyphosphoric acid modification and road performance.Infrared spectroscopy and fluorescence microscopy are used to analyze modification mechanism.The results show that the softening point and viscosity of polyphosphoric acid modified asphalt increase gready,the penetration decreases obviously and the duct ility at 5 ℃ does not change.The performance of asphalt concrete with 1％ modifier is greatly improved at high temperature,but no significant change happens to the water stability.By comparison of IR spectra between matrix asphalt and modified asphalt,no new absorption peak is formed.Fluorescence microscopy images show that polyphosphoric acid is evenly distributed in asphalt.Based on the test results of modified asphalt and modified asphalt mixture,the polyphosphoric acid improves the high temperature performance of the asphalt while the low temperature performance does not change,and the optimal content of the polyphosphoric acid is1％.Bitumen modified by polyphosphoric acid is a physical modificationprocess.%为研究多聚磷酸改性沥青性能、改性机理及其混合料路用性能,制备了不同含量的多聚磷酸改性沥青和改性沥青混合料,采用3大指标(针入度、延度和软化点)、黏度(60℃和135℃)、马歇尔稳定度、流值和残留稳定度等,对多聚磷酸的改性和路用效果进行评价,结合傅里叶红外光谱与荧光显微镜分析其改性作用机理.结果表明,多聚磷酸改性沥青的软化点和黏度增幅较大,针入度显著降低,5℃延度相似;掺入改性剂的质量分数为1％的沥青混合料,高温性能提升幅度较大,但水稳定性没有明显改善;对比基质沥青与改性沥青红外光谱图,发现未形成新的吸收峰,多聚磷酸均匀分布于沥青.由改性沥青及其混合料的测试结果可知,多聚磷酸能改善沥青的高温性能,但未能改善低温性能,多聚磷酸的最佳质量分数为1％;多聚磷酸改性沥青为物理改性过程.【期刊名称】《深圳大学学报（理工版）》【年(卷),期】2018(035)003【总页数】7页(P292-298)【关键词】建筑材料;多聚磷酸改性沥青;沥青混合料;改性机理;路用性能;最佳掺量【作者】刘斌清;仵江涛;陈华鑫;何锐【作者单位】长安大学公路学院,陕西西安710064;广西道路结构与材料重点实验室,广西壮族自治区南宁530007;长安大学材料科学与工程学院,陕西西安710061;长安大学材料科学与工程学院,陕西西安710061;广西道路结构与材料重点实验室,广西壮族自治区南宁530007;长安大学材料科学与工程学院,陕西西安710061【正文语种】中文【中图分类】U414多聚磷酸改性沥青具有耐高温[1-5]、储存稳定[6]、抗老化[7]和抗疲劳[8]等优异性能，在道路工程中的应用逐年提升．例如美国从2002年至今多聚磷酸改性沥青路用量占比从3.5%提升至16.0%，因此对其进行深入研究具有重要意义[9]．与橡胶和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styreneic block copolymers，SBS)等改性沥青相比，多聚磷酸改性沥青的高温及相容性有所改善，但目前研究主要倾向于多聚磷酸改性沥青力学[7]和高低温性能等方面，对其机理研究甚少．多聚磷酸改性沥青表现出优异的流变力学行为和高温性能，目前已被广泛关注[10]，但研究者对其改性过程及改性机理各持己见．文献[1]和[11]分别认为多聚磷酸改性沥青为物理和化学改性过程，而文献[5]和[12]对其低温抗裂性影响也存在争议．本研究采用多聚磷酸对沥青进行改性处理，制备出具有优异性能的多聚磷酸改性沥青及其沥青混合料，对改性沥青及其混合料路用性能进行测试，测试结果确定多聚磷酸的最佳掺量，并结合微观试验红外吸收光谱法与荧光显微镜技术探讨多聚磷酸改性机理．1 实验原材料与方法1.1 原材料本研究选用基质沥青为SK 90#基质沥青，多聚磷酸为上海展云化工有限公司所生产的多聚磷酸试剂，室温时为无色黏性液体，相对密度为2.060 g/cm3，其相关技术指标与规格为：氯化物质量分数≤0.001%，硫酸盐质量分数≤0.02%，重金属(以Pb计)质量分数≤0.01%，铁质量分数≤0.01%，P2O5质量分数≥80%；根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规范》(JTGE 20—2011)的测试要求，软化点≥45 ℃，针入度为800～1 000 mm-1，15 ℃延度≥100 cm．1.2 样品的制备1)多聚磷酸改性沥青的制备．在室内制备多聚磷酸改性沥青采用一次掺配方法，先将基质沥青放入烘箱加热至融化，量取融化的基质沥青，再加热至恒温160 ℃，开启剪切机进行搅拌，搅拌速度为3 000 r/min，搅拌同时将称量好的多聚磷酸缓慢加入基质沥青中，持续搅拌20 min 制得多聚磷酸改性沥青，备用．2)改性沥青混合料的制备．依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE 20—2011)，制备马歇尔试件．2 试验结果与分析2.1 针入度和软化点改性剂质量分数分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%时，改性沥青针入度和软化点如图1．由图1可见，针入度随改性剂质量分数的增大而迅速降低．当改性剂质量分数为1.0%时，与基质沥青相比，改性沥青针入度降低了40%．改性剂质量分数超过1.0%后，针入度降低幅度渐缓；多聚磷酸质量分数为2.0%时，针入度大约降至基质沥青的1/2，说明当改性剂质量分数过高时减弱改性效果．多聚磷酸具有高黏性和易溶于高分子有机化合物等优点，基于相似相容原理，改性过程中多聚磷酸易溶于沥青，形成稳定且两相相容性较高的结构，所以多聚磷酸的高黏性使其掺入后改善了沥青的稠度，呈现出针入度降低的现象．基质沥青的软化点为48.1 ℃，略高于指标范围．随改性剂质量分数增加，软化点升高，增长幅度较为稳定，质量分数达2.0%时，软化点增加了近30%，说明多聚磷酸的掺入能够有效改善沥青的高温性能．多聚磷酸改性沥青的软化点呈现出升高趋势主要是由于多聚磷酸具有高黏性，填充沥青分布均匀，形成稳定交互状结构，多聚磷酸的高黏性类似于增加沥青质组分，并形成稳定结构改善了沥青的高温性．因此，多聚磷酸通过改变沥青结构、形态达到了改善高温性能的目的．图1 改性沥青的针入度和软化点Fig.1 Penetration and softening of modified asphalt2.2 改性沥青的感温性感温性能的差异决定了沥青的使用性以及路面服务性，选用针入度指数PI来评价改性沥青的感温性能.随多聚磷酸质量分数增加，针入度指数PI依次为-0.23、-0.19、-0.16、0.60和1.11，掺入多聚磷酸后，改性沥青的针入度指数呈现出增加趋势，改性剂的质量分数在1.0%之前， PI值小幅增长，超过1.0%时，增长幅度变大.针入度指数越大反应温度敏感性越低，说明通过掺入多聚磷酸的方法可以降低温度敏感性，改善感温性能．2.3 多聚磷酸改性沥青的高温性能基质沥青与不同质量分数的改性沥青在60 ℃和135 ℃下的黏度变化规律见图2．沥青抗流动性可由黏度值直观反映，沥青黏度越大，沥青路面抗车辙能力越强．沥青黏度与其混合料动稳定度紧密相关，黏度越大，沥青混合料动稳定度值越高．本研究选用60 ℃和135 ℃黏度作为高温指标，确定不同温度时沥青材料的黏度曲线．改性沥青60 ℃黏度相对于基质沥青增幅较大，多聚磷酸质量分数小于1.0%，黏度小幅增长，之后增幅变大，当多聚磷酸质量分数为1.5%时，黏度相对于基质沥青已高达10.7倍．135 ℃黏度的变化规律与60 ℃黏度相似，随改性剂质量分数增加黏度提升，但升幅较60 ℃黏度缓慢，当多聚磷酸质量分数为1.5%时，黏度仅增长2.7 倍．结果表明，多聚磷酸的掺入不仅增强了沥青黏度，同时还具有良好的高温稳定性能，沥青施工应用性能影响甚微的同时极大提高了沥青抗流动性能．多聚磷酸改性沥青的黏度表现为升高趋势主要原因是，多聚磷酸高黏性，易溶于高分子有机化合物的特点，基于相似相容原理得出改性后形成相容性较好、稳定性较高的交互结构，该结构补充了沥青黏性特征，从而提升高温黏度，改善其高温性能.图2 黏度试验结果Fig.2 Test results of viscosity2.4 多聚磷酸改性沥青的低温性能图3 多聚磷酸改性沥青的延度Fig.3 Ductility of polyphosphoric acid modifiedasphalt基质沥青与改性沥青在15 ℃与5 ℃下的延度变化规律如图3．由图3 可知，基质沥青中掺入多聚磷酸后改性沥青15 ℃延度相对于基质沥青出现了大幅降低，尤其质量分数小于1.0%前降低幅度较为明显，与基质沥青相比，掺入1.0%质量分数多聚磷酸时，改性沥青延度降低已超过50%，质量分数增至2.0%时，延度仅为基质沥青的16%．数据表明，多聚磷酸的掺入影响了沥青的变形性能，且掺入量不能过高，否则对改性沥青变形性能影响较大．5 ℃改性沥青延度与基质沥青大致相同，说明当温度降至5 ℃时，多聚磷酸的掺入与否不再影响沥青的低温性能，这与前人研究结果[3-4,16]相似．延度如图3呈现的主要原因为，低温环境下多聚磷酸呈坚固的玻璃状，沥青低温时表现出脆性，通过改性后形成稳定性较高的交互结构，处于低温环境时仍存在脆性较大的缺点，试验温度降至5 ℃时该结构基本完全破坏，因而不会对低温流变性造成影响，可以认为基质沥青改性后低温抗裂性未得到改善．3 多聚磷酸改性沥青混合料路用性能分析选用AC-13 型作为沥青混合料级配，并对AC-13 型沥青混合料进行配合比设计，通过马歇尔实验与浸水马歇尔实验，对其高温及水稳性能进行表征．表1为各档集料物理性能检测结果，表2 为各档集料的筛分结果，表3 为本次试验配合比设计结果．根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF 40—2004)要求与实践经验，估计油石比为5.0%，再以0.5%梯度变化，取5个沥青质量分数4.0%、4.5%、5.0%、5.5%和6.0%，进行马歇尔实验，分别测试了不同油石比沥青混合料的各项指标如表4，最终确定最佳油石比为5.0%.表1 集料物理性能检测结果Table 1 Test results of aggregate physical properties档别表观密度/(g·cm-3)表干密度/(g·cm-3)毛体积密度/(g·cm-3)吸水率/%10～202.752.732.730.25～102.722.702.700.23～52.772.722.681.50～32.67---矿粉2.702.702.70-表2 集料筛分试验结果Table 2 Test results of aggregate screening筛孔尺寸/mm10～20/%5～10/%3～5/%0～3/%矿粉/%16.000100.00100.0100.0100.00100.013.20047.2097.9100.0100.00100.09. 5007.5051.6100.0100.00100.04.7500.100.494.8100.00100.02.3600.090.310.9 90.50100.01.1800.070.32.747.90100.00.6000.050.21.918.50100.00.3000.040.21.78.75100.00.1500.020.21.56.8595.00.07500.21.44.7075.2表3 AC-13 型沥青混合料集料配合比设计结果Table 3 Mixing ratio design results of AC-13asphalt mixture aggregate筛孔尺寸/mm合成级配/%工程设计级配范围/%中值下限上限16.00098.00100.010010013.20093.0095.0901009.50073.7076.568854.75054 .4053.038682.36038.7037.024501.18023.8426.014380.60014.2819.010280.3 0011.1313.57200.15010.099.54150.0757.806.048表4 不同油石比沥青混合料各项性能检验结果Table 4 Performance test results of asphalt mixture with different whetstone ratio油石比/%毛体积密度/(g·cm-3)空隙率/%沥青饱和度/%矿料间隙率/%稳定度/kN流值/mm4.02.4246.648.513.510.0239.24.52.4525.653.313.110.8137.85.02.4754.6 65.712.911.6340.35.52.4672.580.213.210.5450.26.02.4441.291.313.78.8352.4技术指标-3.0～6.065.0～75.0≥12.8>8.0015.0～40.03.1 多聚磷酸改性沥青混合料高温稳定性多聚磷酸改性沥青混合料稳定度及流值试验结果如图4．沥青混合料稳定度指试件被破坏时所承受的最大荷载，由图4可知，混合料稳定度随多聚磷酸的掺入呈现出先增大后减小的趋势，质量分数为1.0%时，改性沥青混合料稳定度相对基质沥青混合料增加了31%；改性剂质量分数大于1.0%时，稳定度大幅减小；质量分数为1.5%时，稳定度降低至基质沥青混合料的83%，因此掺入量不宜过高．沥青混合料流值表示试件达到最大破坏荷载时垂直方向的变形量，多聚磷酸的掺入降低了沥青混合料的流值，呈现出先减小后增大的趋势，与上述稳定度趋势相反，质量分数为1.0%，改性沥青混合料流值相对基质沥青混合料降低了41%．图4 改性沥青混合料稳定度及流值试验结果Fig.4 Stability and flow value test results of modified asphalt mixture图4表明，多聚磷酸质量分数的选取十分重要，掺量过多反而降低沥青混合料高温性能，当质量分数取为1.0%时，显著提高了沥青的高温性能，有利于改性沥青混合料的实际应用．3.2 多聚磷酸改性沥青混合料水稳定性采用浸水马歇尔试验对沥青混合料水稳定性能进行测试，基质沥青与各质量分数改性沥青稳定度和残留稳定度变化规律见图5 ．由图5可知，多聚磷酸的质量分数对沥青混合料稳定度具有较大影响，质量分数1.0%为分界线，说明多聚磷酸与沥青形成稳定性较高的胶体结构，制备成混合料，该胶体结构具有较强的黏结性附于集料表面，掺入少量多聚磷酸，改性沥青具有一定的胶结作用．AC-13 型沥青混合料的残余稳定度随多聚磷酸质量分数的增加略有降低，可知多聚磷酸改性沥青制备AC-13 型沥青混合料时，其残留稳定度改善效果不明显．图5 改性沥青混合料AC-13型浸水马歇尔试验结果Fig.5 Test results of AC-13 submerged Marshall with modified asphalt mixture4 微观分析4.1 红外分析图6 改性沥青红外光谱图Fig.6 Infrared spectra of modified asphalts本研究分析了基质沥青和各质量分数的多聚磷酸改性沥青红外光谱图，确定改性沥青发生物理或化学变化.基质沥青与改性沥青红外吸收光谱法变化规律如图6．由图6 可知，在2 850～2 920 cm-1处，红外光谱图呈现出2个强吸收峰，2 921 cm-1 与2 851 cm-1 附近，出现的吸收峰为CH的伸缩振动所引起，吸收峰强度随掺量增加而减弱.1 605～1 450 cm-1 有两个吸收峰，均为CC 双键伸缩振动的结果，1 376.42 cm-1 处吸收峰为CH 面内弯曲振动的结果，1 000 cm-1 以下的指纹区也存在一定数量的吸收峰，主要为不饱和CH(CH) 面外弯曲所产生的吸收峰，如862.33和811.22 cm-1 等，721.58 cm-1 处附近出现的吸收峰属亚甲基面内摇摆振动谱带．通过对比基质沥青与多聚磷酸改性沥青的红外光谱图，可以看出改性沥青谱图中无新吸收峰，并且吸收峰的位置也未发生偏移，通过观察改性前后吸收峰变化能够证实多聚磷酸的掺入与基质沥青为一种物理共混过程，并未发生化学反应．4.2 荧光显微镜分析图7 改性沥青荧光显微图像Fig.7 Fluorescence microscope image of modified asphalts本试验采用荧光显微镜对各质量分数改性沥青的微观形态进行观察，选取具有代表性掺量多聚磷酸改性沥青进行显微测试，图7分别为质量分数1.0%和2.0%的多聚磷酸改性沥青荧光图像．由图7可知，多聚磷酸的分布状态在荧光显微镜下十分清晰，多聚磷酸呈小圆点状在沥青中分布，并且作为分散相能均匀填充于沥青中，随多聚磷酸质量分数增加分散密度增大，多聚磷酸具有稳定性良好、易溶于高分子有机化合物等优点，因此多聚磷酸与沥青的相容性较高，两相共混时形成稳定结构，多聚磷酸填充沥青时几乎未发生团聚或分层现象，结构稳定密实分布均匀且能形成稳定体系．4.3 改性机理分析王岚等[13]认为多聚磷酸改性沥青改善其高温性能的同时对低温性能并无显著影响.但仍有学者研究发现多聚磷酸的掺入能够改善沥青低温性能[14]．在改性机理方面存在较大分歧，主要有以下两种观点[11]：多聚磷酸改性沥青主要为物理改性，多聚磷酸均匀分布于沥青中，在均匀分布的同时其相容性与稳定性较高，与橡胶和SBS 等改性机理相似为物理共混过程．多聚磷酸改性沥青发生化学反应，多聚磷酸发生碱化位点的质子化或通过酯化中和堆叠的沥青质分子相互作用，总体效果提高了沥青质的溶剂化度，从而增加固体馏分．本研究在红外光谱图中未发现新的吸收峰，且吸收峰的位置没有发生偏移，确定多聚磷酸改性过程中没有新物质生成；其次荧光显微镜图像能清晰看出多聚磷酸呈小圆点状均匀分散沥青中，且几乎未出现团聚或分层现象，改性状态良好．由于多聚磷酸具有黏性高、稳定性好和易溶于高分子有机化合物等优点，多聚磷酸在沥青中的溶解度较好，改性过程中易形成相容性及稳定性较高的交互结构，多聚磷酸改性沥青相容性及稳定性能优于橡胶、SBS 等改性沥青，所形成交互结构的性能有利于改善沥青高温性能．但是，处于低温环境时多聚磷酸表现为坚固的玻璃状[10]，沥青低温时表现其脆性，所以通过改性形成的交互结构仍存在脆性较大的缺点，说明多聚磷酸低温脆性特点与沥青相似，在形成交互结构后仍未使脆性得到改善．根据红外与荧光显微镜试验所显示的官能团变化与微观形貌，多聚磷酸改性沥青没有新物质生成，且呈现出良好的分布状态，所以该改性过程为物理改性，由于多聚磷酸所具有的特性，以及改性后形成稳定的交互结构，从而对沥青的耐高温性能有所改善．5 结论1)通过对比基质沥青与多聚磷酸改性沥青3大指标及黏度测试结果，可知针入度降低，耐高温性能提升，低温延度没有明显改善，多聚磷酸均匀分布沥青中，形成稳定交互结构，对沥青针入度和耐高温性能有所提高，处于低温环境多聚磷酸表现其脆性，并未改善所形成结构的脆性，使得低温时性能表现出与基质沥青相似结果．2)测试AC-13 型多聚磷酸沥青混合料高温与水稳定性，多聚磷酸的掺量对高温稳定性影响较大，质量分数为1.0%时其高温稳定性最好；AC-13 型多聚磷酸改性沥青混合料的残留稳定度改善效果并不明显．结合上述沥青试验，选定质量分数1.0%为沥青/沥青混合料的最佳掺量．3)对比分析基质沥青与改性沥青的红外光谱图和荧光显微镜图像，改性沥青谱图中没有新吸收峰形成，并且吸收峰的位置没有发生显著的偏移；荧光显微镜图像可以清晰看出多聚磷酸呈小圆点状并均匀分布于沥青中，且几乎未出现团聚或分层现象，改性状态良好，从红外及荧光显微镜分析得出多聚磷酸改性为物理改性过程．基金项目：广西科技计划资助项目(AC16380112)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(310831162001,310831161001)作者简介：刘斌清(1985—)，男，长安大学高级工程师、博士研究生．研究方向：路面技术．E-mail：******************引文：刘斌清，仵江涛，陈华鑫，等．多聚磷酸改性沥青的路用性能及机理分析[J].深圳大学学报理工版，2018，35(3)：292-298.参考文献 / References：[1] YAN K，ZHANG H，XU H．Effect of polyphosphoric acid on physical properties,chemical composition and morphology ofbitumen[J] ．Construction & Building Materials，2013，47(5)：92-98．[2] RAMAYYA V V，RAM V V，KRISHNAIAH S，et al．Performance ofVG30 paving grade bitumen modified with polyphosphoric acid at medium and high temperature regimes[J] 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