沥青改性剂

沥青改性剂（共12篇）

沥青改性剂 篇1

摘要：采用TPS为改性剂制备高粘度改性沥青,研究了TPS对不同基质沥青的改性效果及TPS掺量对改性沥青性能的影响。结果表明:TPS对沥青的改性效果与基质沥青的组成密切相关,在相同TPS掺量下,基质沥青的胶质含量越大,改性沥青的60℃粘度越大;在TPS掺量为14%17%之间,TPS掺量对改性沥青的软化点、针入度和延度的影响较小,而对60℃粘度影响显著,对于S-70沥青,在TPS掺量大于15%以后,其60℃粘度迅速增大。

关键词：沥青路面,改性沥青,开级配排水性沥青磨耗层

开级配排水性沥青磨耗层(OGFC)是一种孔隙连通的沥青混凝土结构,是为解决公路路面积水问题而设计出来的[1,2]。OGFC可以使路面积水通过内部孔隙垂直到达下面的不透水层,然后从侧面排出路面。OGFC的主要特点是孔隙率较大(18%～25%),这就要求沥青混合料具有足够的强度、耐久性;并且混合料内部长期遭受雨水侵蚀,这对混合料的抗水损害能力也提出了更高要求。影响OGFC沥青混合料性能的因素很多,如原材料的性能,混合料的级配,成型的工艺等。大量研究表明影响OGFC沥青混合料路用性能的关键指标是沥青的60 ℃粘度[3],随着沥青60 ℃粘度的增大,混合料的强度和水稳定性明显增加。因此选用60 ℃粘度大的沥青作为OGFC沥青混合料的结合料就显得尤为重要。

OGFC于20世纪60年代首次在德国出现,随后在欧美、日本及澳大利亚等国家引起了广泛的重视[4]。日本对OGFC的研究虽较欧美晚,但从一开始就将研究的重点放在高粘度改性沥青的研究上,开发出一种高粘度沥青改性剂TPS[5]。近些年来,OGFC沥青混合料在我国也越来越受到重视,已铺筑了一些试验路段[6],许多单位对采用TPS制备的高粘度改性沥青进行了研究。然而,由于使用的基质沥青不同,导致使用相同的改性剂制备的改性沥青具有不同的性能。

采用TPS作为改性剂制备高粘度改性沥青,研究了TPS对不同基质沥青的改性效果及TPS掺量对改性沥青性能的影响。

1试验

1.1原材料

基质沥青:选用3种不同产地的针入度等级为70的沥青为基质沥青(分别记为S-70、Z-70和T-70),3种沥青的物理性能与化学组成如表1所示。

TPS改性剂:日本大有建筑株式会社生产。

1.2试样制备

将基质沥青加热到(175±5) ℃,缓慢加入改性剂TPS,恒定温度下用高速剪切乳化机剪切45 min,然后置于搅拌器下继续低速搅拌2 h,即制得高粘度改性沥青。

1.3性能测试

1.3.1 常规物理性能

高粘度改性沥青的软化点、延度和针入度分别按GB/T 4507—1999、GB/T 4508—1999和GB/T 4509—1998进行测试。

1.3.2 粘度

高粘度改性沥青最重要的一个指标就是60 ℃粘度,在日本道路协会标准中规定高粘度改性沥青的60 ℃粘度应大于20 000 Pa·s。由于粘度太高,现有粘度计不易直接测量。该文利用Brookfield粘度计分别测试t=135 ℃、120 ℃、110 ℃、100 ℃、90 ℃下的粘度η(Pa·s),然后按lnη-1/T作图(T=273+t),拟合曲线多项式,外推得到60 ℃粘度。经对多种SBS改性沥青实验验证,按照上述方法得到的计算值与实测值之间的差异均在10%以内。

2结果与讨论

2.1TPS对不同基质沥青物理性能的影响

固定TPS掺量,分别对3种基质沥青进行改性,改性沥青的物理性能见表2。由表2可见,3种沥青采用TPS改性后,针入度和5 ℃延度相近,软化点和15 ℃延度有较明显的差异,而60 ℃粘度的差异则十分显著。3种基质沥青中,以S-70沥青改性效果最好,其60 ℃粘度大于20 000 Pa·S,各项指标均符合日本道路协会高粘度改性沥青的标准。TPS对不同基质沥青改性,改性沥青在性能上表现出这种差异与基质沥青的组成有较大关系。在表1中,3种基质沥青的化学组成的主要差异是芳香份含量和胶质含量。比较表1和表2,可以发现基质沥青的胶质含量越高,改性沥青的60 ℃粘度越大。因此在制备高粘度改性沥青时,应对基质沥青进行优选,以使改性剂用量小,改性沥青性能优。

2.2TPS掺量对高粘度改性沥青性能的影响

选取S-70为基质沥青,研究了TPS掺量对改性沥青软化点、延度、针入度和60 ℃粘度的影响。

2.2.1 TPS掺量对改性沥青软化点的影响

图1反映了TPS掺量对改性沥青软化点的影响。图1表明,随着TPS掺量的增加,改性沥青的软化点逐渐增大,TPS掺量从14%～16%,软化点增加较为明显,当TPS掺量大于16%以后,软化点的增加很小。

2.2.2 TPS掺量对改性沥青针入度的影响

图2是改性沥青针入度随TPS掺量的变化曲线。由图2可知,随着TPS掺量的增加,沥青针入度不断减小;TPS的掺量在14%～16%之间时,针入度变化比较明显,但当TPS掺量大于16%以后,针入度变化越来越小。

2.2.3 TPS掺量对改性沥青延度的影响

图3反映了改性沥青5 ℃延度随TPS掺量的变化规律。图3表明,随TPS掺量的增加,改性沥青的5 ℃延度逐渐增大。但总体而言,在TPS掺量大于14%以后,增加TPS掺量,改性沥青的延度增加不大。

2.2.4 TPS掺量对改性沥青粘度的影响

图4是改性沥青60 ℃粘度随TPS的变化曲线。由图4可见,当TPS掺量在14%～15%之间时,改性沥青的粘度变化很小,而当TPS掺量大于15%以后,改性沥青的粘度显著增大,在TPS掺量为16%时,改性沥青的60 ℃粘度大于20 000 Pa·s,达到日本高粘度改性沥青标准。由此也表明,以S-70为基质沥青制备高粘度改性沥青时,TPS掺量不应低于16%。TPS掺量在大于15%以后,改性沥青的60 ℃粘度显著增大,可能原因是TPS在沥青中逐渐形成了较完善的网络交联结构。

3结论

a.TPS对不同沥青改性,其改性效果与基质沥青的组成密切相关。在相同TPS掺量下,基质沥青的胶质含量越多,改性沥青的60 ℃粘度越大。

b. TPS对相同沥青改性,TPS掺量对改性沥青的软化点、针入度和延度的影响较小,但对其60 ℃粘度影响显著。

c. 采用TPS对S-70沥青改性,当TPS的掺量为16%时,改性沥青的各项性能指标可以满足日本高粘度改性沥青标准。

参考文献

[1]沈金安.开级配多空隙排水型沥青路面[J].国外公路,1994,14(6):15-20.

[2]Richard Field,Hugh Masters,Melvin Singer.Status ofPorous Pavement Research[J].Water Research,1982,16(6):849-858.

[3]倪富健,徐皓,冷真,等.沥青性质对排水性沥青混合料性能的影响[J].交通运输工程学报,2003,3(4):1-4.

[4]李闯民.开级配沥青磨耗层(OGFC)的研究[J].公路,2002,3:70-75.

[5]倪富健,覃勉,刘清泉,等.TPS改性剂在排水型沥青混合料中的应用研究[J].公路交通科技,2004,10(21):17-21.

[6]丘慧强,罗国斌.开级配沥青表层试验路施工[J].广东公路交通,2003,81:78-81.

沥青改性剂 篇2

改性沥青路面施工质量控制

由于国家经济的迅速发展,公路建设得以大力推进,针对公路建设中改性沥青路面施工质量控制的难点,结合本人多年的现场经验,从多方面加以论述.

作 者：李之昭 刘新生 作者单位：河南太康县水利局,河南周口,481400刊 名：科技传播英文刊名：PUBLIC COMMUNICATION OF SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(7)分类号：U416关键词：改性沥青 控制 原材料 温度

胶粉改性沥青应用问题探讨 篇3

【关键词】胶粉改性沥青；性能研究；节能环保

1.概述

胶粉改性沥青即橡胶粉改性沥青，橡胶粉改性沥青是以道路沥青作为橡胶粉的分散剂，将高剂量的硫化胶粉与沥青在高温条件下加入活化剂和稳定剂混溶制成的一种沥青。生产中胶粉一般加入量为20%以上，由于橡胶粉是由废旧轮胎加工制成的，橡胶粉中含有大量的天然橡胶粉及填充补强的碳黑、抗老化的抗氧剂等参配剂，因此制成的改性沥青的性能是其他改性沥青无法比拟的，比重交沥青公路寿命延长1.5倍。沥青混合料及路用性能大部分指标高于SBS改性沥青。

1.1环保效应

如果将废旧轮胎胶粉用于沥青进行改性，如按15%的添加量的话，则每年可消耗胶粉30～45万吨，也就是说可以处理废汽车轮胎（每条轮胎8lg）5400～8100万吨（废旧轮胎出粉率约70%），这对黑色污染极其有利。

1.2经济效益

目前我国修建高速公路广泛采用SBS改性沥青，SBS价格昂贵，随着石油价格的飞涨，SBS的价格高达22000元/吨以上。然而废旧轮胎胶粉价格低廉，而且各项指标均达到标准。经推算，废旧轮胎改性沥青的成本比SBS改性沥青的成本低约30%左右，如果我国每年修筑公路用100万吨胶粉改性沥青替代SBS改性沥青即可降低成本7亿元，同时可耗费废旧轮胎胶粉15万吨，相当于2250万条轿车废轮胎，这对我国的修筑公路及维修公路采用改性沥青的意义是重大的。

1.3良好的使用性能

a、提高沥青的黏度。

黏性是沥青高温稳定性的重要指标，黏性高的沥青不仅抗变形能力增强，而且加强了沥青与碎石的黏结力，具有更好的封水性能。有资料显示，20%胶粉含量的橡胶粉沥青，在190℃时的动力黏度与4%SBS含量在135℃时的动力黏度值相当，约3pa.s；橡胶粉沥青的软化点较基质沥青提高约10℃，>55℃。如果在每吨橡胶粉改性沥青中添加0.2%-0.5%的SBS改性剂，软化点可达到70℃以上。

b、改善沥青的低温性能。

沥青的低温性能是指低温的脆性和抗裂性。根据试验比较，橡胶粉沥青的弗拉氏脆点与4%SBS改性沥青比较，降低约9℃，达-17℃-19℃。橡胶粉沥青良好的低温性能，在寒冷地区将会明显减少路面开裂，延长路面使用寿命。

c、抗老化、抗疲劳性能明显提高。

大量废轮胎胶粉的加入，不仅为沥青增加了抗老化、抗氧化和热稳定性，而且由于轮胎橡胶粉优异的弹性也在较大的温度区间为沥青路面提供了柔性以及耐疲劳和抗裂纹能力，从而延长路面的使用寿命。有资料显示，橡胶粉沥青路面可提高路面使用寿命1～3倍。

d、提高行车的舒适性和安全性。

由于橡胶粉路面的柔性，将缓冲路面局部不平整引起车辆的震动，改善轮胎与地面的附着性能，缩短制动距离，从而使车辆的舒适性和安全性都得到改善。

e、降低行车噪音低。

随着公路建设和汽车工业的发展，道路噪音已成为城市居民的一大公害，因此降低道路噪音成了人们关心的重要社会问题。根据一些实际数据分析，橡胶粉沥青的弹性加上配混合料和平整的路面可有效地降低车轮在路面上行驶的噪音。于是橡胶粉沥青的应用为城市道路建设点燃了一大亮点，被誉为“消音沥青”，它已列入一些城市的市政建设规划。有资料显示，橡胶粉沥青路面车速在50-100公里/小时，噪音将降低3-8分贝。

2.橡胶粉改性沥青的性能

高温性能：胶粉含量18%时车辙试验动稳定度达到7933次/mm，如增加到20%时，达到8000次/mm。

抗疲劳：由于交通量的增大及高负荷车辆的增多，公路的疲劳破坏成为了影响公路寿命的重要因素。由于CRM中含有大量的天然橡胶粉和各种参配剂，因而CRM沥青抗疲劳破坏的能力无论从理论上还是实践上均高于其他沥青。

耐久性：由于CRM中含有抗老化剂及光稳定剂，路面寿命大大提高。

黏附力强：由于CRM沥青黏附力较SBS沥青强，因此CRM铺筑的沥青路面飞石较其他路面少。

3.橡胶粉改性沥青的生产需选择合适的改性胶粉

（1）如用高温处理胶粉，胶粉中的硫交联键在再生活化剂、热、氧的作用下被破坏，表面产生较多的活性基团，有利于同胶料的化学键合，使胶粉在胶料中的分散性和硫化性改善。

（2）低温脱硫再生法能耗小且节约劳动力，对环境污染小；其改性方法是在胶粉中混入少量软化增塑剂和脱硫剂，主要化学成分为2、4、7、9四甲基-5葵诀-4、7-二醇，然后在室温或稍高的温度下，借助机械作用进行短时间脱硫再生得脱硫胶粉。

（3）生物表面脱硫技术为胶粉改性提供了一种新的途径。该方法不需高温、高压、催化剂，为常温常压下操作，操作费用低，设备要求简单，无二次污染，即利用微生物脱硫。

由于后两种脱硫改性的方法技术比较先进，环境污染较小，目前已被国内相关企业采用，适用效果较好。

4.橡胶粉改性沥青的生产工艺

4.1湿法

先将废旧胶粉（CRM）在特定温度的热沥青中拌和45min使胶粉充分溶胀，再经过高速剪切所得的混合物称为胶粉改性沥青。如果橡胶粉粉剂量太大，改性沥青的粘度太大，泵送有困难，所以从技术、经济的角度出发，橡胶粉粉的用量不能超过沥青质量的20%。当改性沥青用于应力吸收膜时，胶粉的用量可高达25%-35%。湿 法制备改性沥青的工艺比较简单，不过改性效果与胶粉的细度关系很大，粒度越细，越易拌和均匀，且不发生离析、沉淀现象，有利于管道输送或泵送。

4.2干法

将剂量为沥青混合料总量的2%-3%的胶粉喷入正在搅拌的热沥青拌和锅中，搅拌约20min即成为胶粉改性沥青混合料。重庆某研究所曾用此法制成的改性沥青铺设了一段试验路面。上海某交通轮胎翻修厂将废橡胶粉粉经活化处理制成活化胶粉，掺入沥青中，使之与沥青结合更为紧密，效果更好，但价格偏高，末在工程中使用。

5.橡胶粉改性沥青的可观前景

CRM沥青做为资源再生性综合利用是有效途径之一，同时有利于改善沥青路面的使用性能，降低建设成本，达到利国利民利路利企的“四利”效果，被世界各国广泛重视，CRM沥青已列为国家科技部重大研究课题，国家已出台了CRM沥青的相关推荐标准。国家标准及施工规范也在制定中，各省、市也出台了CRM沥青的施工规范，因此，CRM沥青的发展前景广阔。近几年随着高速公路的成功应用必将在业内产生重大影响，对CRM沥青的推广使用产生重大影响。交通部道路科学研究院于2009年4月10日在北京举办了《橡胶粉沥青产品标准》《路用橡胶粉粉产品标准》，橡胶粉沥青施工、验收规范等标准的讨论会及交流会。部分专家在会上介绍了橡胶粉沥青产品开发、生产及施工的经验对一些敏感的技术话题发表了独特的见解，特别是在高速公路的实际使用情况介绍，得到了同行业及专家的好评。

道路改性沥青及改性剂的选择 篇4

随着国民经济的发展,道路交通量的大量增加,大型车辆以及重载、超载车辆所占交通量比例的不断增加,大交通量、重载交通,使路面质量面临着新的严峻考验。许多高速公路沥青路面建成不久就出现早期破坏现象,不能适应现代交通的需要。为保证现代公路在高速、安全、经济和舒适四方面的功能要求,对于某些气候条件恶劣和交通负荷特别大的道路工程,使用常用的重交通道路沥青仍不能满足使用要求,需要有改善性能的结合料以维持路面的使用寿命。采用改性沥青铺筑路面,可获得长久良好的使用效果已逐渐被工程界认同。正是在这样的背景下,改性沥青的应用越来越多,在我国的有些省份规定凡高速公路等重要公路都采用改性沥青。使用改性沥青已成为不可阻挡的潮流。针对气候特点和交通荷载要求使用性能良好的改性沥青不仅可以显著延长沥青路面的使用寿命,同时可以显著地改善沥青路面的使用功能,降低维修养护工作量与养护成本,有效地保证沥青路面为公路交通提供安全、舒活、经济的运行服务能力。

2 改性沥青的目的

沥青作为一种复杂的高分子碳氢化合物,在一定温度与荷载作用下表现为典型的弹- 粘- 塑性,并且在高温与紫外线照射下会产生老化现象。因此加入改性剂的主要目的就是要改善沥青混合料在高温下的路用性能,减少高温时的永久形变,提高其抗车辙、抗疲劳、抗老化,以及抵抗低温开裂或增加低温时抗疲劳能力等方面的性能,使其满足设计使用期间交通条件的要求。此外, 还可以改善沥青与矿料的粘附性和结合料的抗氧化能力。改性沥青的主要功用之一是增强沥青混合料在高温下的抵抗永久变形并减小温度敏感性的能力,而在其他温度下对沥青或沥青混合料的特性无不利作用。从国内聚合物改性沥青的研究与应用情况可见,一种聚合物能否作为改性剂通常具有如下条件:

(1)良好的抗高温变形能力;

(2)增强抵抗抗低温开裂和抗反射裂缝的能力;

(3)改性沥青与集料有较好的粘附性和抗水损害能力;

(4)具有抗长期老化能力和较长的使用寿命;

(5)与基质沥青具有良好配伍性;

(6)在沥青混合料拌和温度下能够抵抗分解;

(7)改性沥青容易加工并能批量生产;

(8)在使用过程中能够始终保持原有的优良性能;

(9)经济上合理,不显著增加工程造价。

2.1 我国改性沥青的种类

改性沥青是指在普通沥青中添加高分子聚合物、橡胶、树脂、磨细的橡胶粉等外掺剂,使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。目前,国内用于沥青改性的聚合物品种繁多,归纳起来可分为三种类型:

(1)橡胶类:

NR(天然橡胶)、SBR(丁苯橡胶及其乳液)、CR(氯丁橡胶)、BR(丁二烯橡胶)、EPDM(乙丙橡胶)、SD(硅橡胶)、废旧的汽车轮胎等。

(2)树脂类:

分为热塑性树脂与热固性树脂。常用的PE(聚乙烯)、EVA(乙烯-醋酸-乙烯共聚物)、PVC(聚乙氯烯)为热塑性树脂。EP(环氧树脂)为热固性树脂。

(3)塑性橡胶类:

也称嵌段共聚物, 如SBS(苯乙烯- 丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SIS(苯乙烯-异二烯-苯乙烯嵌段共聚物)等。近年来在国内得到广泛应用的沥青改性剂有SBS、SBR、PE、EVA。

2.2 沥青改性的关键技术

沥青改性效果的关键在于解决改性剂与基质沥青的相容性问题。所谓相容性,在热力学上的含义是指明两种或两种以上物质按任意比例形成均相体系的能力。但实际能够完全互溶的两种物质非常少,因此在道路工程上所说的相容性是指:聚合物改性剂微细的颗粒与基质沥青组分发生反应,或稳定、均匀地分散在基质沥青中,不产生分层、凝聚或离析等现象。改性剂与基质沥青的相容性主要取决于基质沥青的配伍性。因此受沥青的组分影响较大,芳香分越高,改性加工越容易,效果越好。大量的研究已经表明,改性剂在沥青中并没有发生明显的化学反应,只是均匀地分散、吸附在沥青中,仅是物理意义上的共存共融。改性剂与沥青的相容性也就是,如何降低基质沥青与改性剂之间的分子力,使其均匀分散是决定改性效果和改性沥青制作工艺的关键因素。一般,聚合物的极性愈强,分子结构与沥青愈接近,它与基质沥青的相容性越好,相应地改性效果也就越好。对于聚合物来说,并不是所有的沥青都可以采用同样的聚合物改性剂和改性工艺达到相同的改性效果的,聚合物有许多品牌,它的改性效果不仅与剂量有关,还受改性剂品种与基质沥青品种配伍性的影响。对于辽河沥青而言,能否加工出效果良好的改性沥青,主要取决于改性剂品种的选择及配伍性的研究。因此,在此方面有必要开展深入细致的研究工作。

3 橡胶类改性沥青

橡胶类改性沥青, 称为橡胶沥青, 其中使用最多是 SBR(丁苯橡胶)。按加工工艺, 橡胶改性沥青可分二种:

(1)用溶剂法将固体 SBR溶解, 再与沥青混拌和制成 SBR沥青母体, 使用时,按要求的 SBR含量将母体与沥青在高温下混拌均匀。

(2)直接使用SBR胶乳。

SBR 改性沥青为橡胶类改性沥青当中应用最为广泛的一种,SBR掺入基质沥青,可在沥青中形成一种共轭结构,而使沥青具有新的力学性能。与普通沥青相比其软化点及低温延度等技术指标均有很大提高,SBR改性沥青混合料则较普通沥青混合料有着更为优良的高温抗车辙性、低温抗开裂性能及自然气候影响下的抗老化性能。

SBR 改性沥青的性质:

(1)针入度: SBR 改性沥青的针入度随着加入的 SBR 掺量的不断增加而降低,在SBR 掺量为4%时,针入度最低。以后随着SBR 的继续增加,针入度又有所回升,但总体上针入度的变化幅度不是很大。说明其高温性能,也得到了一定改善,但是效果不是很明显。SBR掺量达6%时温度敏感性最小, 则它的高温性能就好。因为 SBR 达到此含量时,形成了橡胶网络。

(2)软化点: 基质沥青的软化点随着加入的 SBR 掺量的不断增加而升高,但是升高幅度不大。掺量从0%到6%逐渐增加过程中, SBR 改性沥青的软化点从45.6℃提高到51.8℃,说明 SBR 的加入改善了沥青的高温性能,但是效果不明显。

(3)延度:改性沥青的延度随着 SBR 掺量增加而增加, 掺2%以上 SBR的改性沥青低温延度就有明显提高,5℃延度大于150cm 。经RTFOT后的改性沥青延度随着SBR掺量增加而增加,老化后的5℃延度大幅度上升,SBR 改性剂掺量在3%以上时,其老化后延度就达到了80cm以上。掺量在4%及以上时,其老化后延度达到了150cm以上,低温延度得到了明显的改善。说明 SBR 改性沥青具有良好的低温抗裂性能和高温抗老化性能。

4 树脂类改性沥青

树脂改性剂的特点是它们在沥青中的溶解性能不同, 但改性后沥青的粘韧度、粘附性、强度、弹塑性、抗冲击性及抗高温变形、耐低温磨耗等性能均好, 但延伸性差。目前,通常采用高标号低粘度的沥青进行改性。如常用的热塑性树脂聚乙烯PE,只有高压低密度聚乙烯才可用于改性道路沥青。研究表明PE的良溶剂是芳香分类溶剂,芳香分含量高的沥青与PE的混融性好、离析作用也小、稳定性高, 因此,它与国产多蜡沥青有较好相容性,既可改善沥青高温稳定性,又可改善低温脆性,并且价格低廉,在我国使用范围较广。

PE 改性沥青的性质:

(1)改性沥青感温性:由试验数据可以看出,PE的掺量对改性沥青的针入度最敏感,随着 PE 剂量的增加,针入度降低,剂量在5%以下时针入度降低幅度较平缓,超过5%以后针入度降低幅度稍有增大。改性沥青的软化点随着 PE 剂量增加,有所升高,粘度增大, 剂量在5%以下时,软化点以较大幅度提高,当剂量增至5%之后,变化趋于平缓。说明聚合物 PE 的加入不同程度地提高了沥青的高温性能,在高温条件下具有较强的抗剪切能力。针入度和软化点在一定程度上也表征了沥青材料的高温稳定性。从试验数据对比来看, 6%PE改性沥青的软化点提高了11.8℃, 而改性沥青的15℃、10℃延度从> 100cm 减小到只有9.3cm 和2.8cm ,延度指标反映了沥青的低温性能,延度大幅下降,而且下降幅度随剂量的增加而增大。这显然对沥青路面的低温抗裂性能不利。

(2)沥青老化性能:改性沥青经RTFOT老化后的质量损失、软化点增加量、针入度降低量都较基质沥青小,表明 PE 改性沥青的耐老化性能有所增强。这对于提高沥青路面的耐久性无疑是有利的。

5 热塑性弹性体类改性沥青

应用最多的是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)。由于 SBS 具有二相结构, 因此具有良好的粘弹性, 在 SBS 剂量较低时, SBS 在沥青中分散后, SBS与沥青间还没形成连续相, 这时 SBS 吸附沥青产生自身的溶胀, 当二者达到一种溶胀平衡,基质沥青性质发生改变,小分子组分减少, 沥青温感性下降, 高温稳定性提高。随着SBS剂量增加,在溶胀的同时, 相互间已形成网络状交联,沥青的高温性能和感温性得到进一步改善,同时低温柔韧性增强, SBS 的网络化作用对荷载与温度疲劳作用的应力消散和能量的消解起到了很大作用,提高了沥青的抗疲劳破坏能力。较高剂量的 SBS 改性沥青的粘度较高, 增强了改性沥青与石料间的粘附作用,提高了沥青的抗水害能力。在实际工程中SBS最佳剂量一般在4%～6% 左右, 如果增加剂量, 会出现二个问题: 一是沥青和 SBS 的相容性问题;一是较高剂量会增加改性沥青的成本。

在离析试验条件下,随着SBS剂量的增大,沥青上下部软化点差别也逐渐增大。剂量低于4%时,改性沥青上下部软化点差小于2.5℃,如果用改性沥青的标准判断,即不产生离析,剂量加大到4%以后上下软化点差剧加大,此时开始离析。SBS剂量从6%增加到7%时,软化点差出现很大的跳跃增长,说明剂量增加到6%时,沥青中的油份,即饱和份和芳香份,已经完全渗透到SBS中,再加入聚合物,已没有多余的油份可与聚合物分子进行溶胀,这时聚合物就更难在沥青中分散。所以工程中应根据实际情况来确定其合适的改性剂量。

SBS改性沥青的性质:

(1)软化点和针入度:评价改性沥青高温性能的指标为改性沥青的软化点和针入度, 软化点是评价沥青塑性流动的物理量。90号沥青的软化点(45℃)低,塑性流动大,所以用它铺筑的路面,在高温季节易产生流动变形,形成路面车辙及推移。在沥青中加入 SBS后,改性沥青的软化点可达60℃以上,提高了改性沥青塑性流动温度。针入度是表示沥青粘性的物理量,改性沥青随着 SBS用量的增加,混合物的粘度增大,针入度值下降。相溶性好的改性沥青,在试验温度下,沥青混合料中的 SBS呈柔软的弹性状态,所以针入度值比较小。从改善温度敏感性出发, 希望在提高软化点的同时, 针入度不要降低太多。由试验结果可以看出: 改性沥青的软化点随 SBS剂量增加而增高,改性沥青的针入度则随 SBS剂量增加而减小。掺加4%～5% SBS的辽河改性沥青与90#基质沥青相比, 软化点增加了21.5～27.5℃,针入度的减小在26.5～29.3(0.1mm)。说明改性沥青感温性能得到进一步改善,抗高温性有明显提高。

(2) 延度和弹性恢复:沥青的延度与其流动能力有关,在较高温度时, 聚合物的延伸跟不上基质沥青的延伸, 改性沥青延度不会由于增加聚合物而改善。在较低温度时, 基质沥青不能承受大的延伸, 而改性沥青的延度会随聚合物含量增加而增长。我国 SBS 改性沥青标准中, 用5℃延度来表征改性沥青的低温抗开裂性能, 5℃延度越大, 表示 SBS 改性沥青的低温抗开裂性能越好。掺加4%～ 5% SBS辽油改性沥青的5℃延度为44.8、47.4cm,弹性恢复值为93%、97%,均超过聚合物改性沥青的技术要求。说明改性后, 低温抗缩裂的能力均有大幅度提高,进一步证明 SBS对沥青具有优越的改善性能。

6 改性剂的选择

改性沥青优良性能得到普遍公认,但使用过程中改性剂选择不当或剂量确定不佳, 都会对沥青路面性能产生不良影响,使改性失败,也会造成重大的经济损失。根据不同的情况,选择不同改性剂是十分重要的。首先要明确改性的目的,是以提高高温性能为主,还是以提高抗裂性能为主,或是以提高与石料的粘附性、增强抗剥离性能为主,或是为了延长路面的使用寿命等。并结合根据所在地区的气候条件、交通状况、改性沥青设备条件、改性目的综合考虑,最好是对不同改性剂的使用效果进行实验比较, 再通过技术经济分析来确定。

根据现有加工能力选择改性沥青的加工方法是非常重要的,同种类改性剂的加工方法不同,有直接加入法,即将改性剂直接投入拌和机与混合料一起拌和,如 SBR胶乳;预混法, 即事先将改性剂混入沥青中,分散均匀, 然后再喷入混合料中拌和使用。但有些改性剂必须使用高速剪切、胶体磨、混炼等特殊的加工方式,才能达到改性剂分散均匀的目的。因此,必须根据实际情况选择适宜的加工方式。

改性碳沥青组分分析及建模 篇5

改性碳沥青组分分析及建模

由于来源不同,焦油、煤沥青,石油沥青的.成分有较大差异,改性沥青的产品质最如何控制,将成为工业化生产中一个瓶颈.为解决这一问题,本文根据四组分分析法,将焦油、煤沥青、石油沥青以及改性碳沥青进行组分划分,得到改性碳沥青的四组分比例.对组分含量分析过程进行建模,经试验验证,由模型得到的四组分比例与试验测得的四组分含量之间的误差在0.1～0.4%范围内,可满足工业生产需求.

作 者：李其祥 向东栋 柏红学  作者单位：李其祥,向东栋(武汉科技大学,湖北省煤转化与新型碳材料重点实验室,湖北武汉,430081)

柏红学(武汉高川科技开发有限公司,湖北武汉,430083)

刊 名：中国科技博览 英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW 年，卷(期)： “”(21) 分类号：P 关键词：改性碳沥青   四组分   建摸  

改性沥青混凝土应用问题研究 篇6

【关键词】改性沥青混凝土；市政道路；施工控制

水泥混凝土路面有抗压、抗弯、抗磨损、高稳定性等优点，在城市道路中被广泛应用。但是，水泥混凝土路面同时有路面容易出现裂缝、断裂，车辆行驶轮胎磨损严重及产生的噪音较大等缺点，在重视城市生活环境的今天，水泥混凝土路面的性能重待改善。改性沥青混凝土路面具有高温、重载时车辙变形低、低温性能良好、不容易产生裂缝、断裂等优点，弥补了水泥混凝土路面的不足，随着经济的不断发展，近年来，在城市建设过程中，改性沥青混凝土路面被大量采用，用以替代单纯的水泥混凝土路面。改性沥青是指基质沥青与一种或多种改性剂通过适宜的加工工艺形成的混合物。按其改性剂的不同。一般分3类热塑性类、橡胶类、树脂类，其中热塑性橡胶类即热塑性弹性类的由于具有良好抗车辙变形能力和弹性，已成为目前世界上最为普遍使用的道路沥青改性剂。改性沥青路面施工与普通沥青一样，主要分为原材料试验、级配控制、混合料的拌合、摊铺、碾压及施工接缝处理、面层质量控制等。

1.试验检测方法和施工要点

原材料试验是控制沥青混合料质最的一个重要环节，集料压碎值试验、含泥试验、针片状含砂等常规试验，应严格按照国家相关部门颁布的技术规范要求执行。针对改性沥青的特殊性，重点对改性沥青的指标试验采取措施如下。

1.1SBS改性沥青软化点随SBS含增加而增高。一般比沥青高30℃~50℃，所以试验用溶液须采用甘油，仪器必须采用高温软化点仪。

1.2SBS含为3%~5%改性沥青的软化点增加最大，针入度则随的浓度增加而减小，试验雷同普通沥青。沥青延度与其流动能力有关，它取决于试验温度，SBS改性沥青不一定有较高的延度，因为较高温度时的延度跟不上基础沥青的延伸，所以延度不会由于增加聚合物而改善，但在较低温度时，基础沥青不能承受大的延伸，而加入SBS改性沥青的延度则随聚合物的含增加而增长，一般規定5℃延度不小于30cm。

1.335℃延度在工地操作时有一定难度，需配备低温延度仪，在无低温延度仪的情况下，应有一间配备空调的密封房间并备有冰柜储备足够的冰块，以便降低水温。操作时首先将浇好的试模连同盛水器一起放到冰柜至5℃。达到规范要求的时间后，在同一时间内，经延度仪中加水并放置冰块调整至5℃刚开始水温可稍低于5℃(4.5℃)左右，再套上试模启动开关。因延度仪每分钟，走5cm左右。SBS改性沥青5℃时延度基本在35~45cm之间，在室温较低的情况下(18℃左右)经过7~8min的试验过程中，水温不会产生太大变化，经多次试验的结果同样具有代表性。

2.施工控制要点

2.1拌合

2.1.1集料的除尘

要保证改性沥青混合料的质量，就必须对拌合楼严格控制吸尘，间歇式拌合楼都有一级除尘旋风式和二级除尘布袋式。日常施工时，应根据当天的拌合产量和矿料级配，计算出所需矿粉量，并与当天实际消耗量进行比较。如果实际消耗的矿粉量不足，则表明拌合楼除尘效果不合要求。

2.1.2抗剥离剂的添加

由于上面层从抗滑要求考虑，均采用玄武岩集料，改性沥青的粘附性差。因此必须在改性沥青中掺加适宜的抗剥离剂，以保证沥青与集料紧密的结合在一起，从而提高沥青路面质量和耐久性。在施工过程中，可通过总量法控制抗剥离剂的掺加量，即根据拌合产量和沥青用量按规定的比例计算出应加抗剥离剂的数量，因清点抗剥离剂的桶数有困难，故这种控制方法有漏洞第二种是通过现场每车沥青的重，掺配一定数里的抗剥离剂，通过对掺加过程进行控制，才能确保抗剥离剂的掺加量。

2.1.3拌和时间

通过试拌确定最佳拌和时间，并随时观察所拌改性沥青混合料的品质，以沥青全部裹覆集料颗粒且沥青混合料色泽均匀一致为度。

2.2施工温度

改性沥青混合料的温度控制是上层面施工中的重要环节。改性沥青混合料的施工温度较普通沥青提高10℃~20℃，具体的施工温度由改性沥青供应商提供。考虑到沥青温度过高会引起改性剂和抗剥落剂的老化，在施工过程中从出场温度、到场温度、摊铺温度以及碾压温度都要设专人检测，制成相应的记录表格，严格控制施工温度，超出范围之外的坚决废弃。

2.3改性沥青混合料的运输

为了防止混合料与车厢板粘结，车厢板和厢底洒一薄层隔离剂后，用拖把拖匀，要求无余液积聚。运料车应用完整无损且中间带有夹芯的双层篷布覆盖，以保温防雨及防止环境污染。气温低时采取夹层棉絮来保温。

2.4改性沥青的摊铺

改性沥青混合料的摊铺作业与普通沥青相似。

2.5改性沥青混合料的碾压

由于改性沥青混合料高温时有较高的稳定性，碾压应紧跟在摊铺机后面进行。确保在规定的碾压温度范围内碾压成型。由于改性剂的聚合物提高了沥青的软化点，所拌混合料比一般沥青混合料更加坚硬，压实质量与压实温度有直接关系。现场实测情况表明从开始摊铺到复压开始，温度损失正常在20℃左右，风力大时温度损失更快，因而碾压区段一般控制在左右，碾压工艺则采用两台双钢轮振动压路机以前静后振的方式紧跟摊铺机后面成梯队碾压，这在改性沥青混合料的压实中尤其重要，一方面保证混合料初始压实度，同时大大减少摊铺机的温度散失，从而为复压（两台25T以上的胶轮压路机）赢得足够的温度，以达到规定的压实度，最后用宽幅大吨位光轮压路机进行终压，以消除轮迹，保证路面的平整度。改性沥青的粘稠度使它会粘附于与之接触的物体，如存储仓壁、运输车辆、摊铺机，特别是压路机碾压时容易粘轮。正确的控制方法是施工时往光轮压路机的水厢中加洗衣粉搅拌均匀碾压时严格控制喷水。胶轮压路机应用洗衣粉涂抹在轮胎上，确保压实路面的质量。碾压作业时，分初压、复压和终压三道工序，对碾压段落设置明显标志，现场调度、管理要专人负责，严格按碾压工序作业。每道碾压工序要在规定的温度下完成，而由于上面层施工时土路肩硬化、路缘石安装工作都已完成，碾压温度则是用数字式显示插入式热电偶温度计从边上插入量取实际施工时的温度，复压温度和碾压终了温度的准确量取有一定困难，一方面由于面层薄，温度取不准确，温度计的频繁插入容易影响路面的平整度，所以施工时在保证压实度的前提下尽量缩短碾压时间则显得尤为重要。■

【参考文献】

［１］白玉兵,孙志远,李成福,赵延东.浅谈改性沥青混凝土在市政道路上的使用和施工[J].河北建筑工程学院学报,2007,(03).

［２］夏卓文.高层建筑结构设计特点与剪力墙设计[J].住宅科技,2007,(02).

［２］郝德桐.市政道路工程中石灰土基层施工工艺探讨[J].职业圈,2007,(12).

沥青改性剂 篇7

硫磺改性技术, 也被称为SEAM技术, 上世纪70 年代广泛应用在北美地区。近年出现的硫磺改性混合料技术就是SEAM技术在实际生产过程中应用的体现, 硫磺对于沥青有着非常好的强化作用, 同时还能在沥青混合料中起到粘结和填充作用, 欧洲、美国、加拿大等地多年前已经应用。

壳牌公司推出的专利产品Thiopave (赛欧铺) 改性剂, 在使用过程中直接被加入到拌合仓, 改性剂作为添加剂与沥青、骨料粘结, 在物理层面上作为18~26%的沥青成分, 化学层面添加剂在高温状态下可溶解到沥青里, 起到降低沥青粘度, 并改善沥青混合料的流动性, 达到拌合更加均匀, 并在SBS改性沥青混合料中, 生产温度和压实温度降低20-30℃的情况下, 硫磺改性剂作为交联剂使得不饱和键交联成网状结构, 使得结构更加稳定。除了欧美地区, 中国辽、苏、两广和京津一带也都成功了应用此技术。[1]

文章将系统全面地研究SEAM改性沥青混合料路面的马歇尔性能指标、高温、低温稳定性、水稳定性和疲劳性能, 影响SEAM改性沥青混合料性能的因素。研究成果对SEAM改性沥青混合料路面的推广应用、优化沥青路面材料和路面结构、节约沥青路面投资具有一定参考价值。并针对性试验分析与理论研究的基础上, 研究和实践有效的SEAM硫磺改性剂添加工艺。建立切实可行的评价体系, 形成适合于辽宁省实际的SEAM改性沥青混合料路面性能评价指标。[2]

2 硫磺改性剂的特性

SEAM改性沥青混合料与其他改性沥青相比, 因硫磺能够代替一部分沥青, 使得在经济成本上低于普通沥青混合料。但我国在优质的重交通沥青和改性沥青技术的研究上起步相对较晚, 自1992年首次应用改性沥青铺设机场跑道以来, 改性沥青技术得到较大的发展。近年来, 首都机场高速、八达岭高速、珠海F1 方程式赛车跑道等项目分别应用了壳牌、Novophalt等改性沥青, 国内的盘锦、欢喜岭、兰亭、东海等品牌改性沥青也被国内外的高等级道路中应用。[3]

SEAM作为一种新型的沥青混合料改性剂, 是在硫磺里加入了烟雾抑制剂和增塑剂的成分。150℃的环境下, 因为烟雾抑制剂的存在, 有害气体的排量减少。增塑剂的加入, 使得硫磺在强度和耐久性能上得到提升。硫磺以颗粒的形式均匀分散于沥青混合料里, 部分硫磺作为沥青稀释剂的角色, 粘稠的沥青因硫磺与沥青化学的结合而得到稀释。

SEAM改性, 从原理上分析主要分为两部分, 一为硫磺与沥青的作用, 二为硫磺与集料的作用。硫磺对沥青的高低温性能有所提升, 对石料的粘附性也有所改善, 此外游离的硫磺对沥青混合料起到整体增强的作用。硫磺是在沥青混合料生产过程中直接投入到拌合机的拌缸中, 骨料加热剪切实现其在混合料中的分散, 硫磺改性剂在矿料表面形成一层薄膜, 随后的搅拌过程使改性剂膜的厚度逐渐变成微米数量级, 它们很好的渗透、扩散、互溶、结合, 因此在搅拌过程中骨料的摩擦、碰撞、剪切等都是加速沥青与硫磺相融、扩散的有利因素, 沥青薄膜与SEAM改性剂膜紧密接触, 提供了强大的界面力, 分子在相互渗透时形成了过渡层, 因此SEAM的加入, 抗剥落能力大幅度提高, 甚至对于花岗岩等的酸性矿料, 也不需要另掺加抗剥落剂。[4]

现代的公路因外界的交通密度大、车辆轴载重、合在作用频率高等特点, 在使用过程中易出现高温车辙、低温裂缝、抗滑性能衰降快、使用年限时间变短等问题。因此为了使沥青路面在高温状态下不推移、低温状态下不开裂、道路安全快速的行车、使用寿命延长。因此提高沥青的流变性能、改善沥青与集料的粘附性、延长沥青的耐久性, 能更好的适应现代交通的要求。硫磺改性沥青因其造价低、施工方便等优点, 以往工程修筑的改性沥青混合料试验路, 效果良好。

针对辽宁省的现今公路在运营期间出现的各种病害问题上来看, 在部分路线、路段上分别出现了不同程度的车辙、水损害、网裂和低温裂缝等病害, 这些问题的出现严重影响了路面的行车安全、服务水平及使用寿命。硫磺改性剂的出现可以显著提高沥青路面的高温稳定性能以及低温开裂性能, 在工程造价不过多增加的基础之上, 降低沥青路面产生车辙等病害的风险, 因此研究硫磺改性剂对沥青混合料性能和施工工艺的影响对辽宁省公路建设有积极的意义。

3 硫磺改性剂在改性技术中的性能研究

SEAM沥青混合料适用于各种沥青面层, 以其弹性模量高、强度高、抗剪切及温度稳定性好等特点, 更常在重载交通多、轴载重或者是车辆启动频繁的路段使用, 比如机场跑道、平交道口、道路爬坡等优先考虑使用SEAM沥青混合料。

硫磺在拌合过程中, 以颗粒的形式均匀分散, 相容于沥青, 粘结集料, 部分还与沥青化学结合, 稀释沥青, 结晶直至改性的效果, 通过实验室的室内实验以及实际铺筑的路段效果来看, 在抗压性能、抗裂性能以及高温车辙、低温抗裂几个方面都有所改善, 抗水稳效果也都加强。随着科学技术的进步和发展, SEAM技术现阶段研究的都是单一的影响性能, 但相互之间的影响关系还未深入的研究过。[5]

还有针对硫磺改性技术的施工环境上, 硫磺以“硫磺强化沥青改性剂”颗粒的成分进入到热拌沥青混合料中, 熔化过程中由于添加了烟雾抑制剂成分, 在150℃以下的高温环境里不产生硫化氢、二氧化硫等成分, 硫蒸汽的浓度也很低, 气温对人无副作用, 增塑剂提高了改性混合料强度和耐久性, 因此在施工的细节问题上亟待研究。[6]

SEAM技术除了能够在沥青含量上利用了大量的硫磺, 节省了大量的沥青, 为沥青的存储和运输节省了很大的成本, 也为沥青这种不可再生资源短缺提供了新的节省方式。按照比例上计算, 如大规模使用SEAM技术, 20%~40%的沥青将被减少消耗, 这对于公路行业路面材料的可持续发展上, 将会带了广泛的使用空间和无限的推广前景。

4 结束语

从研究的结果来看, 总得来说硫磺改性沥青混合料有诸多优点:提高沥青腊含量, 改善沥青混合料的性能, 其中包括模量、抗压性能、抗水损害性能、高温稳定性和低温抗裂性, 在各个性能上都有不同效果的体现。与其他改性技术相比, 经济效益也不错。

(1) 掺量合理情况下的SEAM沥青胶浆和SEAM沥青混合料的性能都有所改善。 (2) 硫磺降低沥青粘度, 70℃软化为胶体, 115℃液化降低沥青粘度, 使混合料易拌合、摊铺、碾压。因此135℃-145℃为最适合的拌合温度。 (3) 硫磺改性剂技术使沥青混凝土结构增强。随着温度的升高与沥青部分化学结合形成结晶, 增强结构及稳定度。改善高温稳定性比较明显, 而且不产生泛油。低温性能也相应改善, 裂缝减少。 (4) 硫磺改性技术使沥青存储及运输更方便, 因为SEAM的物理特性, 使长时间存储及地域限制的情况得以改善。

参考文献

[1]姚进.硫磺改性沥青应用技术研究[D].2007.

[2]张善士.硫磺改性沥青应用技术[J].交通世界 (建养机械) , 2008.

[3]常立杰.浅谈“SEAM沥青混合料”[J].交通世界 (建养机械) , 2007.

[4]许雅智.SEAM沥青混合料在寒冷地区的应用研究[D].2009, 10.

[5]丁婷婷.探索高粘度改性沥青新思路[J].科技信息, 2010.

天然沥青对基质沥青低温改性研究 篇8

随着高等级公路的发展,改性沥青已成为重要的交通建筑材料。对于冬夏温差较大和冬季漫长的北方地区,道路开裂成为最严重的道路灾害,道路沥青的低温性能就显得尤为重要。因此,对道路沥青在低温高寒地不同车辙荷载所能承受的最大变形能力,以及温度变化时外加作用力产生的横向、纵向形变的程度都提出了更高的要求。

为了提高沥青的低温性能,通常采用聚合物改性法,但由于聚合物与基质沥青存在相容性问题[1,2],改性过程需提高拌合温度和使用特殊的剪切设备,增加了能耗和改性沥青的成本。天然沥青作为一种性能优良的改性剂,改性温度低,在170℃时,天然沥青与基质沥青即能很好混溶,工艺设备简单,改性效果明显,因而具有广阔的应用前景[3,4]。在沥青低温性能的评价方面,一直以来参考标准也都有争议[5,6,7,8,9],测力延度试验测试改性沥青的应力变化、断裂做功以及温度敏感系数等数据为系统全面评价改性沥青低温性能提供了重要的参考,较为真实反映出低温时沥青路面在外力作用下的承载受力形变,并通过改性前后玻璃化温度的变化证实了天然沥青对基质沥青低温性能的改善。

本文利用测力延度仪,测试新疆天然沥青改性克拉玛依90#以及110#基质沥青在5℃和10℃时的测力延度特性,记录了沥青试样延度变化时应力变化的全过程[10,11],并计算在天然沥青不同掺量下改性沥青的低温应力、断裂做功、温度敏感系数以及改性前后玻璃化温度的变化,来评判天然沥青对改性沥青低温性能的影响情况以及确定天然沥青的最佳掺量。

1 实验

1.1 主要原料及仪器设备

基质沥青:克拉玛依90#、克拉玛依110#。基质沥青改性剂:新疆乌尔禾地区天然沥青。

主要仪器设备:电动搅拌机(2400 r/min);天津宏州数显延度仪。

1.2 原材料性质分析

新疆乌尔禾地区天然沥青质地优良,含氮量高,蜡含量低,色泽乌黑。天然沥青元素含量为C 86.0%,N 1.6%,H10.9%,S 0.5%。

对天然沥青和2种基质沥青做了常规性能测试,软化点测试采用国家标准环球法,黏度采用60℃的标准,实验结果见表1。

注:由于天然沥青的高软化点,在60℃的黏度无法测试,由于其脆性,试验温度的延度也无法测试。

将天然沥青作为改性剂加入到基质沥青中,由于其具有较高含氮量,可提高基质沥青的高温性能和软化点,降低其针入度,增大沥青黏度(见表2)。

1.3 改性沥青延度拉力试验

用粉碎机将天然沥青粉碎,过80目筛,按照0、3%、5%、7%、9%的添加量,分别掺入110#沥青与90#沥青中,选取改性温度165~175℃,搅拌时间20 min,搅拌速度2000 r/min,搅拌结束,改性沥青表面成光亮的镜面。

采用如普通延度试验的8字试模,常温冷却0.5 h后,将其放入试验温度5℃的恒温水槽中0.5 h后割模,割模结束后再将其放入此水槽恒温0.5 h,然后测出试样断裂的最大应力,以及对应的延度,绘制曲线图,计算曲线面积,讨论断裂做功以及断裂功率。重复以上试验,试验温度改为10℃,比较温度应力变化曲线图。以此研究沥青试样在不同温度时外力作用下的形变、内部分子粘弹力的改变及脆性断裂的速率。

2 结果与讨论

分别对天然沥青不同掺量改性沥青的测力延度测试,记录了最大断裂应力(沥青断裂过程记录的最大应力)、断裂做功和断裂功率随着天然沥青掺量的变化,以及计算在2个试验温度条件下温度敏感系数的变化。

2.1 天然沥青掺量对改性沥青最大断裂应力的影响

在气候变化,温度升降的时候,由于沥青混凝土的热膨胀和冷收缩,沥青混凝土产生横向和纵向的温度应力,如果温度应力大于其横向最大变形能力时,沥青混凝土将出现裂纹和裂痕,这将给公路带来严重的损害。天然沥青作为一种改性剂,增大了沥青试样内部分子间作用力,粘弹性所表现出来的拉锯作用加强。在沥青延度试验中,天然沥青的加入明显影响着改性沥青拉伸应力的大小。图1是沥青试样在测力延度试验中从被拉伸至断裂的过程出现的最大应力图。

从图1可以看出:

(1)110#和90#基质沥青随着天然沥青的加入,最大的断裂应力都呈上升趋势,随着加入量的增加,其上升趋势逐渐平缓。110#基质沥青5℃时最大断裂应力为35 N,当天然沥青的添加量为5%时,最大断裂应力提高为基质沥青的2.57倍。10℃时,110#基质沥青的最大断裂应力为9 N,添加量为5%时,最大断裂应力提高5倍。110#基质沥青在天然沥青的添加量7%出现最高点,5℃、10℃时最大应力分别是改性前的2.64倍、5.45倍。

(2)110#和90#2种基质沥青以及改性沥青都呈现相同趋势,在5℃时的最大应力明显大于10℃时的最大断裂应力。在一定温度范围内,温度越低,粘弹性越弱,分子间作用力越大。10℃试验温度改性沥青最大应力的增幅大于5℃时的增幅。

(3)110#改性沥青随着天然沥青加入量的增加,最大断裂应力增大,当添加量大于5%时,最大断裂应力增幅变小,并出现明显的拐点。同样,90#改性沥青随着天然沥青加入量的增加,越过7%的最高点后,应力逐渐变小。

2.2 改性沥青断裂做功

基质沥青通过改性后,改性沥青的能量储存增大。拉力与延度关系曲线图面积正好反映了沥青试样从被拉伸开始直至沥青试样完全断裂时的外力对沥青试样的做功情况,面积越大,断裂做功越多,表明沥青试样在此温度情况下的抗拉强度越大,外力作用时间越长,作用距离越远(见图2)。

由图2可以看出:

(1)随着天然沥青掺量的增大,90#和110#的断裂做功都表现为先增大后减小的趋势。

(2)当天然沥青的加入量为5%时,110#改性沥青在温度为5℃和10℃时断裂做功均出现最高点,比基质沥青分别提高2.19倍、2.77倍;90#改性沥青在天然沥青的添加量为7%时,断裂做功在5℃和10℃时均增至最大,较基质沥青分别提高1.95倍、3.00倍。

(3)试验温度为10℃时2种改性沥青的断裂做功小于5℃时的断裂做功。由于在一定温度范围内,温度越高,改性沥青的粘弹性越好,2种沥青都表现为10℃时最高点断裂做功的增幅大于5℃时的增幅。

2.3 不同掺比对改性沥青温度敏感系数的影响

1976年美国的Douglas Anderson I和Max Wiley L首次提出测力延度试验方法,采用2组不同的试验温度[12]。试验过程中拉伸力大小的变化由传感器测出并记录下来。通过力F与延度D的关系曲线求取粘韧性(曲线与延度横坐标之间的面积),最后得出感温性指标。

式中:T1、T2——试验温度,℃;

Vl、V2———温度T1、T2相对应的粘韧性,N·m。

通过在5℃,10℃2个试验温度下对改性沥青进行的测力延度实验,应用式(1)计算出不同配比时2种改性沥青的感温系数(见图3)。温度敏感系数越小,说明改性沥青试样的黏韧性越好,低温性能越佳。

由图3可知:

(1)随着天然沥青掺量的增大,90#和110#改性沥青的温度敏感系数均呈现由减小到增大的相同趋势。

(2)90#改性沥青在天然沥青的掺量5%~6%时,110#改性沥青在天然沥青的掺量6%~7%时的温度敏感系数最小。

2.4 不同掺比对改性沥青玻璃化温度的影响

玻璃化温度是无定形聚合物在玻璃态和高弹态2种状态的转化临界温度,反映了高聚物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象,是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度。通过DTA法测试了基质沥青改性前后的玻璃化温度变化(见图4)。

由图4可见,添加5%天然沥青后,90#和110#2种改性沥青的玻璃化温度都明显降低,低温耐受能力显著提高,证实了天然沥青对基质沥青低温性能的改善。

3 结论

(1)通过5℃、10℃2个试验温度时,改性沥青最大断裂应力、断裂做功、温度敏感系数等试验很好地预估沥青混合料低温开裂情况,证明了新疆天然沥青对基质沥青的低温性能有很好的改性效果。为道路沥青的户外铺设和应用研究奠定了基础。

(2)天然沥青在改性基质沥青时,最大断裂应力以及断裂做功均随天然沥青添加量的增加而增大,由于试验温度不一样以及基质沥青的不同,表现出不同的增减幅度。随着加入量的增加,最大应力的变化先增大后逐渐趋于平缓。

(3)5℃、10℃温度条件下,温度敏感系数的变化与断裂应力和断裂做功存在很好的相关性。

(4)添加5%天然沥青后,改性沥青的玻璃化温度明显降低,证实了天然沥青对基质沥青低温性能的改善。

(5)综合各方面考察因素,110#基质沥青中天然沥青的最佳添加量为7%,90#基质沥青中天然沥青的最佳添加量为5%时,2种改性沥青表现出较好的低温性能。

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[11]Anderson Douglas I,Wiley Max L.Force ductility an asphaltperformance indicator[J].Asphalt Paving Technology,1976,45(4):423.

沥青改性剂 篇9

沥青路面在使用期间内产生的低温裂缝是目前普遍存在的问题,不仅破坏了路面的连续性、整体性及美观,而且会从裂缝处不断进入水分使基层甚至路基软化,从而加速路面破坏,使路面的使用性能降低。沥青混合料的低温抗裂性能直接与沥青路面的开裂相关,是沥青混合料最重要的使用性能之一。

为了提高路面的低温抗裂性,在沥青中添加改性剂已成为常用的方法之一。实践表明,通过一定工艺,在沥青中加入一定剂量和种类的添加剂,能显著改善道路石油沥青的某些性能,有些添加剂甚至对沥青混合料的几乎所有性能都有所提高,因此在沥青混合料中加入添加剂对提高沥青路面的使用性能,延长路面的使用寿命,具有十分重要的意义。文中主要研究改性剂对沥青混合料低温性能的影响。下面选取三种改性剂,即TPS,湖沥青和Sasobit,与基质沥青进行对比研究。

2 试验方法的选择

国内外用于研究沥青混合料低温抗裂性能的试验方法有多种,包括等应变加载的破坏试验(间接拉伸试验、弯曲、压缩试验)、直接拉伸试验、弯曲拉伸蠕变试验、受限试件温度应力试验、三点弯曲J积分试验、收缩系数试验、应力松弛试验。约束试件温度应力试验(又名冻断)能够真实地反映材料在降温过程中的实际受力情况,文中选用此试验研究材料的低温性能。

美国SHRP的约束试件温度应力试验仪(The Thermal Stress Restrained SpecimenTest,简称TSRST)是美国SHRP开发的试验仪器,专门用于测定两端受约束的沥青混合料试件在不同降温环境下所产生的温度应力的试验装置。约束试件温度应力试验(TSRST)最早是由美国俄勒冈州立大学开发的,我国又称冻断试验。

SHRP从众多的试验方法中筛选了此方法作为沥青混合料低温抗裂性能的评价方法。从模拟路面实际使用状况来看,约束试件温度应力试验和收缩系数试验能够模拟沥青路面温缩裂缝的受力过程,反映了实际路面温度的变化,能比较全面地反映出各种因素对沥青混合料低温性能的影响,其余试验可提供沥青混凝土试件的低温应力应变特性和加载过程中试件破坏时拉伸强度、应变,或提供能量释放率断裂力学指标,但这些指标只是降温过程中混合料响应的间接指标。

3 混合料材料性能及级配

所采用的混合料的集料采用玄武岩,矿粉采用石灰岩矿粉,沥青混合料的配合比设计采用马歇尔试验设计方法,即通过试配法确定混合料的矿料配合比,并通过马歇尔试验判断矿料级配的合理性并确定混合料的最佳油石比。根据加入三种新型添加剂后的沥青胶结料性能试验及厂家的产品说明,确定湖沥青的掺量为沥青用量的15%,TPS的掺量为沥青用量的13.5%,Sasobit的掺量为沥青用量的3.5%。

矿料级配采用AC-13,如表1所示,确定的三种添加剂的油石比分别是湖沥青为4.6%,TPS为4.9%,Sasobit为4.7%,基质沥青为4.7%。

4 试验结果及分析

SHRP提出采用转化温度、斜率dσ/dt、断裂温度、断裂强度四个指标来评价沥青混合料低温抗裂性能。SHRP提出了温度应力发展的典型曲线。按照SHRP的观点,随着温度的降低,沥青混合料试件中的温度应力逐渐增长直至试件断裂。在断裂点,应力达到最大值,该值称为断裂强度;在降温过程中,温度—温度应力曲线的斜率dσ/dt的绝对值逐渐增大,达到一定温度后,接近一个常数,即温度—温度应力曲线趋近于一条直线,直至试件的断裂。而把温度—温度应力曲线上直线段和曲线段交界点的温度称为转化点温度。SHRP研究认为,当温度较高时,沥青混合料中存在应力松弛现象,所以,温度—温度应力关系为曲线,而当温度达到转化点温度时,沥青变脆,由降温产生的温度应力不再产生松弛现象,所以温度应力按直线规律增长。

根据试验所得到的温度应力曲线,可以得到的重要指标为断裂温度、断裂应力及转化点温度。

文中TSRST试验采用尺寸为30 mm×30 mm×200 mm的棱柱体试件,试验从初始温度2 ℃开始降温,降温速率为10 ℃/h。当试件遇冷后产生收缩变形,但计算机控制每收缩变形0.025 mm后自动加载一次,将试件拉伸到原来长度。最后,当荷载超过最大负荷时,试件即断裂。

根据试验得到的温度应力曲线,计算指标如表2所示。

由表2可以看出:

1)断裂温度越低,对应的混合料低温性能越好。添加TPS的沥青混合料的断裂温度最低,说明低温性能较好,TPS对沥青混合料的低温性能的改善较好。其次是添加Sasobit的沥青混合料,而添加湖沥青后,断裂温度反而比没添加的基质沥青高,说明加入湖沥青后低温性能反而下降了。

2)同等温度条件下,温度应力越小,说明其对应的混合料应力松弛能力越好,此温度下的低温性能越好。由混合料试件断裂应力可以看出,基质沥青、湖沥青、TPS及Sasobit四种混合料在相似断裂温度条件下,基质沥青混合料断裂时的应力远远高于TPS和Sasobit,说明其低温时变脆,应力松弛不明显,低温性能劣于这两种材料。而加入湖沥青后的沥青混合料的断裂应力和基质沥青的断裂应力相差不多。

3)综合来看,低温性能的优劣依次为TPS>Sasobit>基质沥青>湖沥青,因此在低温地区使用湖沥青要慎重。

5结语

1)选择约束试件温度应力试验和TPS,湖沥青和Sasobit等三种沥青改性剂进行了沥青混合料的低温性能试验分析。

2)添加TPS的沥青混合料的断裂温度最低,说明低温性能较好,TPS对沥青混合料的低温性能的改善较好。其次是添加Sasobit的沥青混合料,而添加湖沥青后,断裂温度反而比没添加的基质沥青高,说明加入湖沥青后低温性能反而下降了。

3)基质沥青、湖沥青、TPS及Sasobit四种混合料在相似断裂温度条件下,基质沥青混合料断裂时的应力远远高于TPS和Sasobit,说明其低温时变脆,应力松弛不明显,低温性能劣于这两种材料。而加入湖沥青后的沥青混合料的断裂应力和基质沥青的断裂应力相差不多。

4)综合来看,低温性能的优劣依次为TPS>Sasobit>基质沥青>湖沥青。

摘要：针对沥青混合料的低温问题,选取约束试件温度应力试验和TPS,湖沥青及Sasobit三种改性剂进行了沥青混合料的低温性能试验,通过试验结果可知,TPS对低温性能的改善最好,其次是Sasobit,湖沥青最差。

关键词：约束试件温度应力试验,改性剂,低温性能

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沥青改性剂 篇10

1一般规定

1)Domix抗车辙沥青路面施工的最低气温应不低于15 ℃,路表温度不低于10 ℃。当最低温度低于该温度时应采取必要的技术措施。寒冷季节、大风降温应严禁施工。2)为了保证沥青路面各结构层间的连续,沥青层与半刚性基层间应喷洒透层油,各沥青层间均应喷洒粘层油,并保证透层油和粘层油洒布均匀。3)间歇式拌和机的振动筛规格应与矿料规格相匹配,最大筛孔略大于混合料的最大粒径,其余筛的设计应考虑混合料的级配稳定,并尽量使热料仓大体平衡。4)在沥青混合料中掺加Domix抗车辙剂,应在混合料的拌和过程中准确称量所需外掺剂的剂量,延长干拌时间,一般干拌10 s～15 s左右,以保证矿料与外掺剂的均匀拌和。并应严格控制沥青混合料的质量,在施工中按规定频率、项目进行抽检。5)Domix抗车辙沥青混合料出厂温度为180 ℃～190 ℃,废弃温度为195 ℃,混合料到场温度应在170 ℃以上。

2Domix抗车辙沥青混合料施工工艺

2.1 混合料的拌和

2.1.1 沥青

经加热的沥青应温度稳定,具有一定的流动性,以能使沥青混合料拌和均匀。道路沥青的加热温度为140 ℃～150 ℃,改性沥青的加热温度为160 ℃～170 ℃。

2.1.2 集料

1)集料铲运方向应与其流动方向垂直,保证铲运材料均匀,减少集料离析。2)每天开工前应检测含水量,以便调节冷料进料速度或比例,并确定集料加热时间和温度。如果集料含水量过大,不得使用。集料级配发生变化或换用新材料时,应重新进行配合比设计,确保混合料质量符合要求。集料在送进拌和设备时的含水量不应超过1%,烘干筒的火焰应调节适当,以免烤焦和熏黑集料。3)为了混合料得到最佳效果,矿料加热温度控制在190 ℃～200 ℃。

2.1.3 Domix抗车辙改性剂

1)为了保证混合料的质量,应严格按照设计的Domix抗车辙改性剂的添加量控制(暂接3%)外掺剂的计量。2)根据拌和机每盘矿料的质量,准确称量所需外掺剂的重量,由机械自动或人工按剂量投放。

2.1.4 拌和工艺

1)拌和温度和施工温度:拌和温度:180 ℃～190 ℃,摊铺温度165 ℃～175 ℃,碾压温度160 ℃～170 ℃。

2)拌和时间:加入外掺剂后应干拌10 s～15 s左右,以保证矿料与外掺剂的均匀拌和。当矿料与外掺剂均匀混合后,将沥青喷入并拌和,拌和时间与一般沥青混合料的拌和时间相同,沥青混合料的出料温度为180 ℃～190 ℃。

3)拌和楼配合比检验:生产配合比一经确定,就不能随意更改。冷料配比必须每天根据石料含水量进行调整。如果出现严重的溢料、等料现象,必须重新取样进行配合比设计。拌好的沥青混合料应跟踪抽检级配、油石比等指标,发现问题及时调整生产配合比。

4)拌和质量目测:混合料拌和的均匀性随时进行检查,沥青混合料以无花白石子、无沥青团块、乌黑发亮为宜。如果出现花白石子,应停机分析原因予以改进。

5)对沥青混合料的质量实施过程控制和总量检验,对每个工作日或台班的平均级配、油石比、拌和温度的平均值、标准差、变异系数等,统计合格率,与试验检测的结果进行对比,评定混合料的质量,同时应对外掺剂的用量进行总量检验和控制,实行沥青混合料的质量动态管理。

2.2 混合料的摊铺

2.2.1 施工准备

1)Domix抗车辙沥青路面的施工,严禁在10 ℃以下以及雨天、路面潮湿的情况下施工。2)透层油宜采用高渗透性透层油,用量为1.0 kg/m2～1.2 kg/m2(沥青含量50%)。3)粘层油宜采用SBS改性乳化沥青,应保证路面均匀满布粘层油,用量0.5 kg/m2～0.7 kg/m2(沥青含量50%)。

2.2.2 摊铺机

Domix抗车辙沥青混合料应采用履带式摊铺机,每台摊铺机应配备两套长度不小于16 m的平衡梁和两套自动滑撬。有条件的单位尽可能采用非接触式平衡梁和沥青混合料转运车。

2.2.3 找平

Domix抗车辙沥青面层应直接采用双侧平衡梁和滑靴自动控制平整度和高程。匝道等小半径弯道采用滑靴自动找平方式。在形状不规则地区及次要地区,自控系统不能正常工作时,允许采用人工手控。

2.2.4 摊铺方式

每个作业面应根据铺筑宽度选择摊铺机的数量,通常宜采用两台或更多台数的摊铺机前后错开10 m～20 m。梯形摊铺时,上面层的纵向接缝应设在行车道的中部,中面层和表面层的纵向接缝应与相邻层错开。

2.2.5 摊铺工艺

1)沥青混合料运至摊铺地点后应凭运料单接收,并检查拌和质量。不符合温度要求,或已经结成团块、已遭雨淋湿的混合料不得铺筑在道路上,混合料摊铺温度控制在170 ℃～175 ℃。2)施工过程中摊铺机前方应有运料车在等候卸料,开始摊铺时在施工现场等候卸料的运料车不宜少于5辆,以保证连续摊铺。运料汽车应停在摊铺机前10 cm～30 cm处,不得撞击摊铺机;卸料过程中运料汽车应挂空挡,靠摊铺机推动前进,以确保摊铺层的平整度。3)参数选择:应根据混合料的类型、集料尺寸、厚度等情况选择熨平板的振动频率(一般取高值,约70 Hz)、夯锤行程(一般取低值)、夯锤频率(一般取高值,约25 Hz),以提高路面的初始压实度。选择螺旋布料器的高度(一般在中位),螺旋布料器与熨平板的间距(一般在中值)。选择熨平板拱度以保证横坡度。选择熨平板的工作仰角等。4)摊铺速度控制在1 m/min～3 m/min,应与拌和机供料速度协调,保持匀速不间断地摊铺,不得中途停机。螺旋布料器应保持稳定、均匀的速度旋转,摊铺料位应大于2/3螺旋位置。5)收斗:尽量减少收斗次数,收斗时摊铺机应不等受料斗内的混合料全部用完就折起回收,并立即准备接受下一台运料车卸料。

2.3 混合料的碾压

2.3.1 压实设备

每个摊铺机应配备不少于2台11 t～13 t的双钢筒压路机、一台轮胎压路机和1台小型压路机。

2.3.2 压路机组合

应选择合理的压路机组合方式及碾压步骤,以达到最佳压实效果。推荐采用1台双钢轮压路机初压,1台轮胎压路机随后复压,1台双钢轮压路机在后面终压收光,1台小型振动压路机碾压左右路缘石或边角等地方。为了保证施工压实度满足要求,中、下面层应采用25 t以上胶轮压路机和钢轮压路机联合作业的方式。压路机应以慢而均匀的速度碾压。

2.3.3 碾压工艺

1)沥青混合料的压实前进静压返回即振。压路机应紧跟摊铺机进行碾压,做到“紧跟、有序、慢压、高频、低幅”,应尽量保证沥青混合料在高温条件下完成碾压。碾压速度要均匀,启动、停止必须减速缓慢进行,不得随便调头。2)初压应在160 ℃～165 ℃温度下进行,并不得产生推移、裂缝。压路机应从外侧向中心碾压。当边缘有挡板、路缘石、路肩等支挡时,应紧靠支挡碾压。当边缘无支挡时,可用耙子将边缘的混合料稍稍耙高,然后将压路机的外侧轮伸出边缘10 cm以上碾压。也可在边缘先空出宽30 cm～40 cm,待压完第一遍后,将压路机大部分重量位于已压实过的混合料面上再压边缘,以减少向外推移。3)复压应紧接在初压后进行,为防止压路机粘附混合料,应尽可能在高温状态下碾压。采用胶轮碾加钢轮压路机联合作业时,首先钢轮压路机前进静压后返回起振,复压采用轮胎压路机。4)终压应紧接在复压后进行,终压可选用双轮钢筒式压路机或关闭振动的振动压路机碾压,不宜少于两遍,消除轮迹,提高平整度。终压温度110 ℃～115 ℃。

2.4 接缝

2.4.1 纵向接缝部位的施工应符合的要求

摊铺时采用梯队作业的纵缝应采用热接缝。施工时应将已铺混合料部分留下10 cm～20 cm宽暂不碾压,作为后摊铺部分的高程基准面,再最后作跨缝碾压以消除缝迹。

2.4.2 横向接缝应符合的要求

1)相邻两幅及上下层的横向接缝均应错位1 m以上。搭接处应清扫干净并洒乳化沥青,可在已压实部分上面用熨平板加热使之预热软化,以加强新旧混合料的粘结。2)接缝处理:在施工结束时,摊铺机在接近端部前约1 m处将熨平板稍稍抬起驶离现场,用人工将端部混合料铲齐后再予碾压。然后用3 m直尺检查平整度和厚度不足部分。3)接缝碾压:横向接缝的碾压应先用双钢轮振动压路机进行横向静压。碾压带的外侧应放置供压路机停顿的垫木,碾压时压路机应位于已压实的混合料层上,伸入新铺层的宽度为15 cm。然后每压一遍向新铺混合料移动15 cm～20 cm,直至全部在新铺层上为止,再改为纵向碾压。当相邻摊铺已经成型,同时又有纵缝时,可先用双钢轮压路机沿纵缝静压一遍,碾压宽度为15 cm～20 cm,然后再沿横缝作横向碾压,最后进行正常的纵向碾压。特别注意横接缝开始后的10 m内的平整度。

2.4.3 修边

做完的摊铺层的外露边缘应用凿岩机凿齐或用切割机切割到要求的线位,修边切下的材料及任何其他的废弃沥青混合料均应妥善处理,不得随地丢弃。

2.5 成品保护

为了保证施工不受干扰,抗车辙路面在施工时应中断交通,杜绝车辆通行。分层摊铺的沥青混合料,一层路面成型后应经自然冷却,待沥青混合料表面温度低于50 ℃时,方可进行下一层的摊铺作业,严禁洒水降温。应尽量保持路面成型24 h后开放交通,如无法满足,应待沥青路面完全自然冷却,沥青混合料表面温度低于50 ℃时方可开放交通,严禁碾压成型后路面温度尚没有降低到规定要求时开放交通。

3结语

作为一种新型的抗车辙施工技术,还需对试验路段进行很好的总结、跟踪试验段进行观测,详细记录各项结果并入档案资料以方便在以后的工程中进行技术参考。为沥青路面车辙病害的预防及处理提供技术参考,以便在以后的工程应用中进行推广,延长道路使用寿命,节约道路建设的整体资金。

摘要：结合多米克斯抗车辙改性剂沥青路面技术要求,介绍了该种沥青路面的施工工艺,包括混合料的拌和、摊铺、碾压、接缝处理、成品保护五方面内容,以期为沥青路面车辙病害的预防及治理提供技术指导,延长道路使用寿命。

关键词：Domix抗车辙沥青,施工工艺,接缝,成品保护

参考文献

废橡胶粉改性沥青的研究进展 篇11

关键词 废橡胶粉 ；改性沥青 ；研究进展

中图分类号 U416.218

Abstract The current domestic and overseas of application of crumb rubber modified asphalt were introduced. The progresses of researches of production methods， modification mechanism， performance and application of modified asphalt were summarized. It is of great significance to modify asphalt with crumb rubber in theory and practice.

Key words crumb rubber ； modified asphalt ； research progress

中国是世界上最大的橡胶消费国，也是最大的废旧橡胶生产国之一。据推算，到2020年，中国废旧橡胶的产生量将达950万t[1]。废橡胶有着高强度、耐磨和稳定性强的特点，具有稳定的三位化学网状结构，同时也造成了废弃后长时期不能自然降解的问题。废旧橡胶的大量堆积，容易造成土壤植被破坏，增加环境污染，久之更易生蚊虫、加速病菌传播、危害健康[2]。将废橡胶粉用于改性道路沥青，不仅能改善沥青的高低温性能，优化路面质量，还可以回收利用废旧橡胶，减少固体废弃物污染，加之中国是世界第一大橡胶消费国，进口量庞大，因此，提高废橡胶的综合回收利用，特别是废橡胶粉改性沥青的研究与应用，既可节省资源又可减少环境污染，具有广阔的应用前景和现实意义。

1 废橡胶的回收利用现状

橡胶可分为3类，即天然橡胶、合成橡胶和热塑性弹性体。1910年开始，各国就开始研究更为有效的废橡胶再生处理技术，合理回收与利用废旧橡胶不仅可以降低环境污染，又能缓解如今资源缺乏的困境，提高资源可持续利用率。在欧洲，废橡胶的管理主要为物料回收、能量回收以及翻新；美国的主要方法是轮胎衍生材料，铺地用橡胶和土木工程应用。资料表明，在美国，每年替换下来的废橡胶轮胎，约有90 %被重新回收利用，除了作燃料和土木建筑材料外，还用作生产热塑性塑料盒热固性混配物的原料，例如回收提取炭黑、石油、钢丝、可燃气体等，大大地节约了能源和石油资源，同时减少了大量的CO2排放。

2 废橡胶粉改性沥青的研究现状

2.1 废胶粉改性沥青研究现状

2.1.1 国外废胶粉改性沥青研究现状

国际上，1843年的英国专利[3]最早出现了在沥青中掺入橡胶的记录。当今发展混合橡胶沥青的工艺首现于20世纪40年代的美国，当时，一家美国回收公司采用干法生产工艺生产RamlqexTM橡胶粉沥青混合料。20世纪60年代开始，欧美部分国家相继出现将沥青和橡胶混合的研究，并大规模投入到公路建设（铺路试验），又经过技术推广和完善立法，鼓励发展使用掺入橡胶粉的沥青公路。

目前，美国废旧轮胎的回用率居世界之首，高达80 %以上。南非的废旧轮胎橡胶粉在公路行业上的应用也十分成功，有60 %以上的道路沥青使用橡胶沥青。俄罗斯有关交通部门采取在路面加入废轮胎胶粒，可防因路面结冰造成车轮打滑，降低交通事故概率[4]。英国在萨里郡交通最繁忙的4条道路上铺设了废轮胎胶粒，可有效地降低车辆行驶时产生的噪声[5]。

2.1.2 国内废胶粉改性沥青研究现状

中国对废橡胶粉改性沥青的研究相对较晚，始于20世纪80年代，在工程路面中使用改性沥青混凝土，并对不同的改性剂和改性方式作了大量的尝试。最初，中国生产的胶粉性能较差，加之配套技术落后，未能广泛地实用化。江西省和四川省经过10多年利用废橡胶粉改性沥青修建公路，对减少地面光线反射和路面热稳定性能提高做了较好的试验研究[6]。由石油大学重质油研究所等一些大专院校和科研机构组成的研究组在废胶粉改性沥青的机理及开发应用等方面取得了突破性进展[7]。2001年春，在国家交通部公路科学研究所的指导下，首次在钢桥桥面尝试混铺30 %的胶粉改性沥青，该桥面成功经受了4个夏季的超重压考验，并保持各项性能指标的优良[8]。如今，中国已能自主生产粒径为80目的胶粉，胶粉越细，其性能越好，且其价格远低于其它改性剂，成本优势明显，并且耐疲劳性高，抗裂口的拉伸强度大。

2.2 废胶粉及其改性沥青的生产方法

2.2.1 废橡胶粉的生产方法

胶粉的生产方法主要有3种：常温粉碎法、低温粉碎法和溶液粉碎法。常温粉碎法在3种生产方法中最为经济实用，通过机械剪切力的作用对橡胶进行粉碎的一种方法，常温粉碎法生产的胶粉，其表面凹凸不平、呈海绵状。目前，常温粉碎法主要有辊压法、齿盘法和螺杆法3种。低温粉碎法是将废橡胶经低温催化后采用机械进行粉碎的一种方法，这种方法制得的胶粉粒径小，表面光滑，受热氧化程度低，但由于其生产成本高，主要用于高性能制品中。湿法或溶液粉碎法是先将废橡胶粗碎，而后在一种溶剂或溶液等介质中对废橡胶进行粉碎生产胶粉的方法。该法主要的粉碎设备是磨盘式胶体研磨机。在胶粉工业化生产中，常温粉碎法占主导地位[9]。

2.2.2 废橡胶改性沥青的生产方法

废橡胶改性沥青的生产方法分为干法[10]和湿法[11]两种。干法，即PUSRIDE法，是将胶粉作为一部分混合原料直接掺入到正在搅拌的热沥青搅拌器中，所制成混合物为橡胶粉改性混合料。干法生产成本低，不需要专门的设备。不过其生产的改性沥青一致性差，因此不适用于公路的面层和制备防水沥青。湿法，即MCODONALD法，是在160-180 ℃的热沥青中边搅拌边将废胶粉与沥青混合，制成改性沥青混合液，然后把橡胶粉改性沥青与集料进行热拌和制成混合料。

nlc202309041315

2.3 废胶粉改性沥青的改性机理研究

2.3.1 废胶粉改善沥青机理

在废胶粉改性沥青的制备过程中，在热状态混合下，原来的胶体结构平衡被破坏，胶粉的端基软化，并产生一定的流动，中基则吸收沥青中的油分形成体积增大许多倍的海绵状材料，发生溶胀现象，建立新的胶体结构体系。由于硫化橡胶与可溶质粘度小的沥青同属非极性材料，沥青本身是橡胶良好的软化剂，可见橡胶与沥青是溶质与溶剂的关系。Billiter[12]等研究发现，高温、高剪切速率（如263 ℃，4 000 r/min）下进行加工处理可导致橡胶的溶解度增加，进而使沥青的粘弹性和可塑性增强。由于S-S键的热稳定比C-C键的差，所以脱硫潜力很大。Memon[13]等研究了高温和高剪切加工处理对其脱硫和降解的影响，得出在加热和加速搅拌下可达到更好的降解和脱硫效果。

2.3.2 溶胀机理

沥青是由沥青质、胶质、芳香分和饱和分等高分子碳氢化合物及其衍生物组成的混合物，成分极其复杂，发生溶胀的机理也不同。沥青胶体结构变化，加入热沥青中的橡胶粉能吸附沥青中的轻组分，经过渗透，扩散进入橡胶网络，使橡胶溶胀，形成相容体系，促进沥青性能的提高。其改性机理是沥青对胶粉进行活化，增强其自由基，而胶粉中的抗氧剂等稳定剂使沥青的抗氧化能力增强，共同作用下沥青与胶粉形成混溶体系，既可保持沥青原有性质，又赋予橡胶材料的粘弹性和耐久性。Heitzman[14]表述橡胶颗粒吸收沥青中的油分而溶胀形成凝胶状的物质，是一种橡胶粉对沥青中芳香油的非化学反应吸附，在橡胶粉聚合物链中与之结合。在这个过程中橡胶粉不会溶解到沥青中，橡胶微粒大小的变化和凝胶结构的形成使橡胶微粒和沥青之间的距离减小，从而增加粘度，产生改性效果。

2.3.3 相容性理论

沥青与胶粉之间存在着相对分子质量及分子结构上的差异，属于热力学上的不相容体系[15]。从热力学角度看，聚合物与沥青是不相容的，采用剪切搅拌等机械方法将其混合，也是热力学不稳定体系，分散相具有自动凝聚、离析的能力。Maccarrone[16]认为橡胶粉在沥青中分散成丝状与沥青质胶团均匀地分布于沥青油分中，形成一个稳定的、不发生分离的物理意义上的相容体系，与橡胶的溶度参数相近的油蜡组分会缓慢地扩散进入橡胶链段的空隙中，使橡胶链段松动、脱离以致溶解。

3 废橡胶粉改性沥青的性能

3.1 贮存稳定性

废胶粉改性沥青的贮存稳定性是指改性沥青在生产、贮存和使用过程中不发生聚合物离析和降解的性能。在多数情况下，废胶粉改性沥青离析时，由于高温下沥青的黏度相对较小，胶粉的密度相对较大，以致原本均匀分散的废胶粉发生团聚而沉析，密度小于沥青相得轻质组分就会在沥青上部形成乳状层或者结皮，从而影响沥青的性能[17]。废胶粉改性沥青的储存稳定性主要由两者的相容性决定，相容性越好，胶粉改性沥青就越稳定，胶粉粒径越小，改性沥青越容易稳定；通过添加相容剂可明显缩短达到稳定所需要的时间。

离析试验是目前国内外评价聚合物改性沥青稳定性经常使用的方法。康爱红[18]等通过沥青离析试验的方法对胶粉改性沥青的稳定性进行了测试，他们采用荧光显微照相技术和红外光谱法对改性沥青进行分析，结果发现，当胶粉掺量较低时，离析较小；掺量达到一定值时，离析开始增大；当掺量达到15 %左右时，离析又变小；而掺量在增加时则离析又变大。研究表明，废胶粉改性沥青的存储稳定性不是很好。Goliaszewski[19]等研究表明，沥青中加入马来酸亚胺能提高橡胶粉在沥青中的分散程度，改善其贮存稳定性。

3.2 感温性

在路面应用过程中，沥青材料的感温性决定沥青使用时的工作性，对沥青路面的抗车辙、抗低温开裂和耐久性等主要技术性能均有重要影响[20]。针入度指数PI是最常用的评价改性沥青感温性的指标。而由针入度推导出来的当量软化点能反应改性沥青的高温性能[21]。陈小萍[22]等通过用针入度指数和软化点2个指标对胶粉改性沥青进行性能研究，结果表明，随着胶粉掺量的增大，改性沥青的高温稳定性得到了明显改善，不过胶粉掺量并非越大越好，其掺量在15 %-20 %时最适合。石洪波[23]等采用T800、当量脆点、4 ℃延度评价改性沥青的感温性。结果发现胶粉改性沥青的感温性得到极大，改善，T800提高约7 ℃，当量脆点降低8-10 ℃，4 ℃延度也提高20 cm，这说明废旧橡胶粉明显改善了沥青的感温性能。

废胶粉用于改性沥青，既能改善沥青的性能，降低物料成本，增加循环利用率，又能对环境生态的保护有着不可估量的作用。目前，中国不仅在废胶粉改性沥青的理论方面有很大的进展，而且在技术和应用方面也取得飞跃性的突破，如能尽快制定出相应的废旧橡胶粉改性沥青的行业标准规范，必将可以更好地对废橡胶进行科学管理，指导生产性能良好、价格合理的废胶粉改性沥青。因此，提高废橡胶的综合回收利用，特别是废橡胶粉改性沥青的研究与应用，既节省资源又减少环境污染，具有广阔的应用前景和现实意义。

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SBS改性沥青复合改性研究进展 篇12

关键词：SBS改性沥青,复合改性,分类,性能

1 引言

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯 (SBS) 改性沥青具有全面改善沥青高低温、疲劳和老化性能被广泛应用于道路建设中[1]。随着复合改性技术的发展应用, 对SBS改性沥青二次复合改性已成为研究热点, 复合改性技术可以改善SBS改性沥青的不足, 进一步提高它的各项使用性能, 研究人员通过实验研究了不同改性剂下SBS改性沥青复合改性的性能并取得多项成果。在已有研究成果上可以根据不同地区不同使用要求, 使用不同改性剂对SBS改性沥青复合改性提高SBS改性沥青的性能, 使之满足环境使用要求, 扩大SBS改性沥青的使用范围。本文在已有相关研究基础上对SBS改性沥青复合改性添加剂分类, 归纳总结不同类型SBS复合改性沥青的性能。

2 改性沥青

现在道路改性沥青一般是指聚合物改性沥青, 在沥青或沥青混合料中加入天然的或人工的有机或无机材料, 可熔融、分散在沥青中, 改善或提高沥青路面性能, 使沥青或沥青混合料的性能得以改善[2]。按照改性沥青改性剂的不同一般可分为3类[1]: (1) 热塑性橡胶类, 即热塑性弹性体; (2) 橡胶类; (3) 树脂类。其中热塑性弹性体SBS可以全面改善沥青高低温、疲劳和老化的性能, 成为目前应用最为广泛的改性剂。据国外资料表明, SBS改性沥青占改性沥青使用总量的60%[3], 在我国SBS改性沥青使用比例更高。

然而单一改性剂的改性沥青普遍存在问题, 为了改善和提高SBS改性沥青的使用性能, 国内外研究人员对SBS改性沥青进行了大量复合改性研究。复合改性技术使各改性剂之间互补, 充分发挥各自的优势, 改善普通改性沥青的性能。复合改性技术的应用也将改性沥青技术的发展推向了新的高度, 相信未来更多的SBS复合改性沥青混合料会广泛应用于道路建设。

3 SBS复合改性沥青添加剂的分类

国内对于SBS复合改性的研究很多, 其中杨丽[4]对SBS复合改性添加剂进行了分类, 她从改善SBS改性沥青存储稳定性角度将复合改性添加剂分为4类: (1) 含硫化合物; (2) 聚烯烃类; (3) 无机酸及无机金属氧化物; (4) 无机黏土类。本文在归纳总结SBS复合改性沥青研究的基础上对复合改性添加剂进行了重新分类。

SBS复合改性沥青添加剂共分为七类: (1) 树脂类, 包括EVA、PE、SBR和PS; (2) 橡胶类包括橡胶粉; (3) 无机酸及无机金属氧化物类, 包括多聚磷酸、Ca CO3、Zn O; (4) 聚烯烃类, 包括聚低密度聚乙烯、聚丙乙烯; (5) 无机黏土类, 包括蒙脱土、有机蒙脱土、纳米蒙脱土; (6) 新型改性剂, 包括LDHS、Superflex、TPS (tafpack-super) ; (7) 其他类包括炭黑、特尼达湖沥青 (其他类是复合改性中不能划归类别的独立一类) 。

接枝改性是通过化学键结合SBS适当的支链或功能性侧基形成的接枝共聚物。有效提高了改性沥青软化点、粘度、针入度, 改善了SBS改性沥青的热贮存稳定性和相容性[5]。接枝改性是在SBS中加入将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、马来酸酐等接枝后再加入到沥青中制备成SBS改性沥青。因SBS复合改性沥青接枝改性不属于改性剂改性, 本文没有将接枝改性划分到SBS复合改性沥青添加剂类别中。

4 不同添加剂与SBS改性沥青复合改性性能

4.1 树脂类/SBS复合改性沥青性能

董允、王铁宝等人[6,7,8]研究发现EVA复配SBS改性沥青可以明显改善沥青的高温性能, 并且SBS和EVA的含量不同对改性沥青的各项性能指标影响较大, EVA比例越大高温性能改善越明显, 但低温性能有所降低。在SBS复配EVA基础上加入稳定剂, 可以改善沥青的高温储存性能, 提高改性沥青的感温性能、弹性恢复性能、粘弹转变温度和低温性能。于祥、张宝昌[9,10]对EVA复配SBS改性沥青动态硫化, 研究发现SBS/EVA复合改性沥青不仅提高了物理机械性能、高温弹性、热稳定性能和高温动态力学性能, 也降低了沥青试样的温度敏感性。随着硫磺用量的增大, 高温弹性和抗车辙变形能力增强, 温敏性下降。

杨朋, 郑雷[11,12]研究发现PE和SBS改性沥青复合改性后, 沥青混合料的高温性能、力学性能和抗水损害能力有较大提高, 而低温性能和抗疲劳性能有所降低, 而随着SBS和PE掺加量的增加对混合料路用性能的影响逐渐减弱。

李祝龙[13]研究发现SBR和SBS改性沥青复合改性后可明显提高沥青的高、低温性能和温度敏感性。

张鹏[14]研究发现PS和SBS改性沥青复合改性后其高温性能得到明显改善, 扛车辙能力增强。

4.2 橡胶类/SBS复合改性沥青性能

胡苗、杨平文等人[15,16]研究发现加入SBS可以显著改善橡胶沥青的感温性, 高、低温性能, 从黏度指标看, 复合改性橡胶沥青黏度值偏低。涂娟研究发现[17]加入胶粉可以提高沥青的耐热老化性能, 抗紫外线老化性能得到很大程度的提高。杨光、宋家楠[18,19]研究表明橡胶粉/SBS复合改性沥青具有良好的热稳定性;橡胶粉/SBS复合改性沥青混合料比SBS改性沥青混合料具有更优的高温稳定性能、低温抗塑性变形能力和疲劳性能, 适用于在季冻地区路面工程应用。

4.3 无机酸无机金属氧化物类/SBS复合改性沥青性能

马爱群、康爱红等人[20,21,22]研究发现纳米Zn O/SBS复合改性沥青的温度敏感性、高温性能和抗老化性等性能均优于SBS改性沥青, 表现出较佳的低温韧性与延展性。在一定程度上改善了SBS改性沥青热储存稳定性, 但是效果甚微。

游金梅、毛三鹏[23,24]研究发现多聚磷酸/SBS复合改性沥青可以改善沥青的高温性能、高温稳定性和抗老化性能, 但会降低SBS改性沥青的低温性能。而随着多聚磷酸掺量的增加, 复合改性沥青混合料的高温抗车辙能力增强, 水稳定性变差, 疲劳性能增强。

刘大梁、常海洲[25,26]研究发现纳米Ca CO3/SBS复合改性沥青的高温稳定性能、动态力学性能和低温抗裂性能得到显著提高。

4.4 聚烯烃类/SBS复合改性沥青性能

高光涛、牛冬瑜[27,28]研究发现低密度聚乙烯LDPE/SBS共混物的加入提高了原始沥青的高温性能, 并且随着共混物用量的增加, 沥青的高温性能也随之提高, 温度敏感性显著减弱。LDPE/SBS复合改性沥青混合料的高温性能、低温性能与抗水损坏能力都有所提高, 因其具有良好的力学性能, 可以提高路面使用寿命。

蒋元海[29]研究发现聚丙乙烯APP/SBS复合改性沥青具有较好的相容性能, 且复合改性沥青性能稳定, 具有较好的耐老化性能。

4.5 无机黏土类/SBS复合改性沥青性能

于祥、刘东明等人[30,31]研究发现蒙脱土MMT/SBS复合改性沥青复合改性有效地提高SBS改性沥青的高温弹性、高温抗车辙变形能力、耐热氧老化能力以及贮存稳定性, 但降低了其温度敏感性, 对其低温性能不利。唐新德[32]研究发现纳米蒙脱土Na-MMT/SBS复合材料加入沥青中, 形成稳定、均匀的网络结构, 使沥青在韧性、强度与热稳定性方面具有明显改善。纪轶来、余剑英等人[33,34]研究发现有机蒙脱土OMMT/SBS复合改性明显改善了SBS改性沥青耐热氧老化性能、高温稳定性能、低温性能, 同时储存稳定性能也有一定的改善。有机蒙脱土的加入对SBS改性沥青流变性能有显著影响, 在长期使用过程中有较好的抗疲劳开裂性能。

4.6 新型改性剂/SBS复合改性沥青性能

水滑石类化合物 (LDHs) 是一类具有层状结构的新型无机功能材料, 付建红[35]将新型改性剂水滑石LDHs加入SBS改性沥青中, 研究发现LDHs的加入提高了沥青的弹性成分, 减小了沥青的粘性成分。微观结构分析表明, LDHs基本均匀地分散在沥青中, 没有形成插层或改变分子结构等化学变化, 不会损害沥青分子结构。

Superflex (福莱斯) 是一种高分子聚合物改性沥青, 具有抗高温、抗水损、耐疲劳、制作简单等优点。曾理[36]比较了Superflex改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料以及Superflex/SBS复合改性沥青混合料性能, 结果表明Superflex/SBS复合改性沥青混合料有良好的高温性能、水稳定性以及抗滑性能, 但其低温性能较SBS改性沥青差。而良好的高温稳定性和水稳定性对于南方高温多雨地区来说是不错的选择。

TPS (全称TAFPACK-Super) 是日本一种专为排水性沥青路面OGFC而生产开发的沥青改良添加剂。它以热塑性橡胶为主要成分, 再配以粘结性树脂和增塑剂等其他成分, 用机械搅拌混合方式使普通沥青改良成为排水性沥青路面用的高粘度粘结剂[37]。郭铄[38]研究发现SBS/TPS复合改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能都有很大提高 (尤其是抗疲劳性能) , 水稳定性略有增加。因此, 该种复合改性沥青可用于交通量较大的高温重载路段, 也可用于钢桥面等特殊路段。

4.7 其他类/SBS复合改性沥青性能

严家伋、王仕峰等人[39,40]研究发现炭黑CB加入SBS复合改性沥青中不仅可改变其力学性质, 而且可提高沥青的耐久性。随着炭黑用量的增加, 高温稳定性提高, 改性沥青趋于高温贮存稳定, 但炭黑用量太多反而低温性能下降, 改性沥青也不稳定。

特立尼达湖沥青 (TLA) 可以作为一种沥青改性剂添加到石油沥青中。熊刚[41]研究表明TLA掺量对SBS复合改性沥青的性能有很大影响, 随TLA掺量的增加, 复合改性沥青高温性能和疲劳性能提高, 高温稳定性上升, 其抵抗永久变形的能力也得到增强, 低温性能稍有下降。TLA/SBS复合改性沥青的疲劳寿命随着TLA掺量的增加先增大后减小。王伟[42]研究发现TLA的加入能提高SBS沥青抵抗热老化和紫外老化的能力, TLA/SBS复合改性沥青具有更强的抗老化性能。陈一帆、蔡春华[43,44]研究表明SBS/TLA复合改性沥青混合料在实际应用的过程中表现出非常好的高温稳定性、低温性能、耐久性能和水稳定性等路用性能。适用于重交通和特重交通下的沥青路面。

5 结论与展望

SBS改性沥青复合改性可以有效改善SBS改性沥青的各项性能: (1) 树脂类添加剂可以有效改善SBS改性沥青的高温性能和物理性能, 比较适用于南方高温地带使用; (2) 橡胶类添加剂可以有效改善SBS改性沥青的高、低温性能和疲劳性能, 适用于在季冻地区路面工程应用; (3) 无机酸无机金属氧化物类添加剂有较强的高温稳定性和抗老化能力, 其中Zn O/SBS复合改性沥青表现出较佳的低温韧性与延展性, 可以在北方寒冷地区试用; (4) 聚烯烃类添加剂低密度聚乙烯LDPE与SBS改性沥青复合具有良好的力学性能, 可以提高路面使用寿命; (5) 无机黏土类添加剂表现出较好的高温存储稳定性、流变性和抗疲劳开裂性, 可用于南方高温重载路段; (6) 新型改性剂Superflex+SBS复合改性沥青混合料有良好的高温性能, 水稳定性以及抗滑性能, 但其低温性能较SBS改性沥青差, 对于南方高温多雨地区来说是不错的选择; (7) TPS/SBS复合改性沥青高温稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能都有很大提高, 可用于交通量较大的高温重载路段, 也可用于钢桥面等特殊路段。其他类添加剂中炭黑CB可以提高SBS改性沥青力学性质和耐久性;特立尼达湖沥青 (TLA) 可以提高SBS改性沥青各项性能, 具有更强的抗老化性能。