改性煤沥青（共12篇）
改性煤沥青 篇1
0 引言
我国风化煤资源分布广、储量大，但由于风化煤含氧量高，发热量低，已失去作动力燃料和炼焦煤的价值，一直未将风化煤作为有益矿产资源充分利用[1]，风化煤含有大量再生腐殖酸和多种含氧活性官能团，如羧基、酚羟基、醌基、醇羟基等，腐殖酸是一种内表面积很大的高分子有机物，是天然的羟基羧酸，具有很强的吸附、络合能力[2]。能将这一丰富的资源充分的利用起来，具有重要的现实意义。石油沥青具有良好的粘结性、抗老化性和防水防腐能力，长期以来被广泛的用作建筑、道路、防腐和密封材料。然而改性沥青具有高温流淌、低温冷脆开裂、耐候性不佳等缺点[3]，因此改善改性沥青材料的高温性能、低温性能和降低成本是该领域研究的重点。本研究将新疆风化煤用于改性沥青材料中，提高了沥青材料的高温性能和其他性能，降低了环境污染，并且未见有关文献报道。
1 实验部分
1.1 仪器和试剂
仪器:高剪切混合乳化机(ME-100L)，电脑全自动沥青针入度仪(HDLZ-IV)，数显全自动沥青软化点测定仪(DF-4)，沥青旋转薄膜烘箱(85型)，低温双数显沥青延伸度仪(SY-2(B))，红外光谱仪(Nicolet NEXUS 670 FT-IR)，透射电子显微镜(JEM-100SX)，扫描电子显微镜(S-450,HITACHI),X射线衍射(D/MAX-ⅢC)。试剂:风化煤(300目，新疆)，基质沥青(兰炼90号，中石油兰州炼油化工总厂)，丁苯橡胶SBR(中石油兰州石化公司)。
1.2 改性沥青的制备
将一定量的风化煤和改性剂加入到热融的沥青中，在165℃～175℃的温度下，经高剪切机在4 000 rpm/min～5 000 rpm/min的转速下剪切50 min，然后用筛子过滤除去混在改性沥青材料中的较大颗粒物质后，即得改性沥青材料。
2 改性沥青性能测试和讨论
2.1 风化煤改性沥青的性能
风化煤以300目粒度未经过处理直接加入，从表1可知，基质沥青软化点为47℃，当加入风化煤后，改性沥青的高温性能大有改善，特别是含量3%时，软化点达到58℃，能将软化点提高10℃左右。说明风化煤中的腐殖酸及其他成分能有效提高沥青的高温性能和抗氧化性能。继续增大风化煤的含量到6%时，软化点反而下降，说明腐殖酸量增大的同时，其他杂质的量也在增加，软化点反而降低。为了提高改性沥青低温及其他性能，本研究以风化煤复配粉末SBR进行探讨。
2.2 风化煤复配改性沥青的性能
从表2结果可知，随着SBR量的增加，改性沥青的耐低温性能大大提高，沥青的针入度指数有所减小，可能由于SBR本身分子量大和腐殖酸的络合作用，分子间的作用力增强，粘度增大，提高改性沥青高温性能和耐低温性能，降低了沥青的温度敏感性。
另外，本研究以粘韧性能对沥青评价，因为SBR改性沥青的粘韧性及韧性很难达到国家标准，由表3可知，风化煤复配粉末SBR(4%)改性沥青中，由于风化煤中腐殖酸的吸附和络合作用，在一定程度上增加了沥青的粘韧性和韧性。
N·m
3 风化煤改性沥青的结果分析
3.1 红外光谱分析(FT-IR)
从图1可知，风化煤在沥青中有一定的化学效应。风化煤改性沥青在1 216 cm-1出现一微弱吸收峰，认为COOH中C=O伸展振动，说明腐殖酸的表面羟基和沥青中的羧酸根形成酯;在870 cm-1处出现了新的吸收峰，归属苯环内δC-H面内吸收峰，说明改性沥青在某种程度上发生芳构化，芳香酚增加。风化煤复配粉末SBR改性沥青时，除了上述特征峰外，在1 315 cm-1处出现新的吸收峰，归属为烯烃δC-H面内弯曲振动，在967 cm-1处归属为芳环的δC-H面外弯曲振动，说明芳香酚增加并有利于增加改性剂与沥青的相容性，提高改性效果。
3.2 电子显微镜观察
从扫描电镜下可以看见，风化煤的孔隙中均被沥青所填充，这样的分布和吸附，能提高改性沥青的稳定性。但还是有部分固体颗粒没有被沥青包裹住而暴露出来。它们与沥青不相容。在透射扫描电镜下，风化煤颗粒均匀的分布在沥青中，颗粒的最大粒径为0.83μm，最小粒径为9 nm，风化煤颗粒以近似纳米分布在沥青中，改性沥青的一些性能提高[4,5]。本研究又从沥青稳定性实验探讨杂质的影响，风化煤改性沥青达到技术要求，但在离析实验结果中，下软化点略高于上软化点，说明改性沥青材料稳定，改性剂与沥青没有离析，可能由于杂质密度大而沉降下来导致上述结果，杂质包括无机盐等成分。
3.3 风化煤与改性沥青相容性机理
沥青是一种混合物，平均分子量500左右[6]。由于组成较多且性质差别较大，造成了沥青微观上的不均匀，性质相近，结构类似的组分聚集在一起。风化煤改性剂进入沥青时，腐殖酸的平均分子量在300左右，所以风化煤中的有机组分和沥青有一定的相容性。当风化煤以几乎纳米的微粒均匀分散于沥青中后，风化煤中的腐殖酸具有一定的吸附、络合功能，它与沥青相混合便将沥青吸附在风化煤微粒的表面，这种作用包括物理吸附和化学络合，风化煤中的碳黑对沥青的性能产生一定的影响，另外由于碳黑是由正六边形网状平面的层面构成的，层面与层面之间连接着一个结合体，并通过范德华力产生相互凝聚的倾向，其层面边缘上的氢原子、不配对电子和含氧基团的化学活性很大，可以和其他物质发生物理吸附和化学结合反应。因此可以改善沥青的粘附性，耐久性，抗磨性，抗氧化性等[3]。
4 结语
1)本研究以风化煤作为沥青改性剂，提高了沥青的高温性能和其他一些重要性能指标，并与沥青具有较好的相容性。表明风化煤中的腐殖酸具有化学络合和物理吸附作用，风化煤中的碳黑能提高改性沥青的粘附性，耐久性，抗磨性，抗氧化等。2)风化煤改性沥青具有价格低廉、性能优异等特点，可用于建筑、道路、防腐和密封材料等领域，不仅减少了环境的污染，同时扩大了风化煤的使用范围。
参考文献
[1]马秀欣,赵宏波.我国泥炭、褐煤和风化煤的资源优势及其应用领域[J].中国煤炭,2005(1):6-7.
[2]窦琇云.腐殖酸化学性质和结构分析[J].腐殖酸,1995(4):4.
[3]沈金安.改性沥青与SMA路面[M].北京:人民交通出版社,1999.
[4]徐国财,张立德.纳米复合材料[M].北京:化学工业出版社,2002.
[5]张玉龙,李长德.纳米技术与纳米塑料[M].北京:中国轻工业出版社,2002.
[6]原健安.改性剂与沥青的相互作用对改性沥青性质的影响[J].重庆交通学院学报,2000(3):37-38.
改性煤沥青 篇2
甲方：包头市公路工程股份有限公司（青乌线一级公路项目部）
乙方：
乙方承揽甲方青乌线一级公路透层油、粘层油工程，改性乳化沥青的供应与喷洒，根据《中华人民共和国合同法》及公路工程相关规定、规范及图纸说明等，经甲乙双方协商达成如下协议：
一、供应及喷洒范围
青乌线一级公路K0+000～K50+666.7
二、期限
2013年5月1日至2013年10月20日
三、产品及喷洒要求
1、乙方必须是巴彦淖尔市内稳定的、具有多年生产经验的、定型的生产企业。
2、乙方必须提供该产品生产的资质证书（复印件），提供原材剂、乳化剂的产品合格证和材质单，并符合青乌线一级公路施工要求：
①基质沥青为：②改性剂为：③乳化剂为：
3、生产工艺为快裂型：
透层油：①蒸发残留物不小于50%±3；②喷洒量为大于0.8kg/㎡；
粘层油：①蒸发残留物不小于50%±3；②喷洒量为0.3kg/㎡；
4、乙方必须使用全自动智能型沥青洒布机进行洒布；
5、喷洒程序：
洒布机到达→取样化验→过磅→含油率合格→到达现场预热，通管→按洒喷量喷洒→收车回程装乳化沥青。
改性沥青施工技术分析 篇3
关键词：沥青 路面 施工 技术 分析
0 引言
沥青玛蹄脂碎石混合料是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂，填充间断级配的粗集料骨架间隙而形成的眼挤型密实结构混合料。SMA改性沥青及SMA路面是一种新型的路面结构，改性沥青及SMA混合料冷却后非常坚硬，强度高。本文结合工程施工实例，谈谈如何对改性沥青及SMA路面的施工进行控制。
1 工程综述
某工程是一条城区大道，路幅红线宽度100米，为城市Ⅰ级主干道，双向8车道，总长2387米。车行道结构形式为沥青柔性路面，结构层组成为路基+15厘米砂砾垫层+40厘米二灰碎石基层+15厘米三层式沥青混凝土面层。面层组合如下：表面层为改性沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-16）4厘米；中面层为中粒式改性沥青砼（LH-25）6厘米；底面层为粗粒式改性沥青砼（CLH-35）6厘米；下封层1厘米。
2 改性沥青施工质量控制的难点
2.1 改性沥青混合料粘度较高，各工序的施工温度均比普通沥青混合料的施工温度要求高，贮存、运输期间的降温不应超过10℃，生产厂至施工现场的距离较长，上海交通繁忙，气候变化大，混合料贮藏温度控制难。
2.2 沥青路面施工质量与摊铺机械的性能密切相关，沥青摊铺机械型号多种，性能不一。如何选择性能良好的施工机械，是工程质量控制的重点。
2.3 沥青摊铺时，必须均匀、连续，工人素质必须高，要能正确判断摊铺界面。
3 SMA沥青的拌合及施工
3.1 沥青混合料拌合。
由于SMA与普通密级配沥青砼最大不同之处是SMA为间断级配，粗集料粒径单一、量多、细集料很少，矿粉用量多。细集料包括石屑和砂一共只需15%左右，给混合料的供料拌和带来不少困难。为此，料斗、料仓要重新安排，增加粒径为5～10毫米的骨料仓，以保证冷料数量，而细集料用量很少，冷料仓门开启很少，供料过程中要保持细集料干燥，以保证细集料顺利供料。主皮带把粗配料送入滚洞，通过燃烧器对骨料加热，有热电偶检测料温，自动调节燃烧器的风油比，使骨料温度达到190℃～200℃。热料经提升机进入振动筛，把热料按目标配合比的规格要求分筛到不同的热料仓（筛网尺寸可根据要求更换），有计算机控制各热料仓拉门，按输入的生产配合比自动配料、计量，由于SMA粗料粒径单一，细料很少，热料可能会发生粗集料仓经常不足（亏料），而细集料仓经常溢仓的不正常情况，控制室的操作人员不可调整放料的数量，使SMA的配合比不准。然后将木质素纤维加入到搅拌锅与骨料共同进行干拌，再添加经计算机控配比控制计量的石粉及沥青，拌和后，完成成品料的生产。SMA的干拌时间为4秒～5秒，湿拌30秒～45秒。
各种材料加热温度控制：沥青加热温度160℃～165℃，现场制作温度165℃～170℃，加工最高温度175℃，集料加热温度190℃～200℃，混合料出场温度175℃～185℃，混合料最高温度（废弃温度）195℃，摊铺温度不低于160℃，初始开始温度不低于150℃，复压最低温度不低于130℃，碾压终了温度不低于130℃，开放交通温度不高于60℃。
3.2 运输。
由于SMA沥青混合料的沥青玛蹄脂的粘性较大，运输车的车厢底部要涂较多的油水混合物，而且为了防止运输车表面混合料结成硬壳，运输车运输过程中必须加盖油布，同时车量要适当增加。
3.3 摊铺。
沥青必须缓慢、均匀连续不间断地摊铺。摊铺过程中，不得随意变换速度或中途停顿，摊铺速度应根据拌和机产量，施工机械配套情况及摊铺层厚度、宽度确定。摊铺速度为3.5米/分钟。做到均匀、连续不间断地摊铺，禁止随意变换速度或中途停顿。
沥青混合料在摊铺时应尽量连续不断的施工，以减少摊铺机和压路机的停顿，应尽量减少线缝，提高其面层平整度。为提高路面的平整度，表面层宜采用摊铺前后保持相同高差的雪橇式摊铺厚度控制方式。由于沥青粘度较大，粘附力强，用部分摊铺机的后雪橇是胶轮式结构，胶轮易粘附混合料细颗粒，影响平整度，所以摊铺机后雪橇是胶轮式结构的必须改成钢滑靴式结构。
提高摊铺过程中的预压密实度。改性沥青混合料在高温状态下主要是靠粗集料的嵌挤作用，可适当提高夯锤振捣频率，使剩余压实系数减少，初压的痕迹也极小，进而确保路面的最终平整度。
3.4 碾压的技术要求。
碾压过程是面层施工中的重要环节，碾压SMA的八字方针为“紧跟、碾压、高频、低幅”，并合理地选择压路机组合方式及碾压步骤。
压路机必须紧跟摊铺机的后面，只有在高温条件下碾压才能取得更好的效果，压实速度控制在4－5km/h。碾压速度均衡，倒退时关闭振动，方向要逐渐地改变，不许拧着弯行走，对每一道碾压起点或终点可稍微扭弯碾压，消除碾压接头轮迹。决不允许在新铺沥青混合料上转向、调头、左右移动位置。突然刹车或停车休息，对于密级配型混合料，其适宜的碾压温度范围是130℃－150℃，其最终碾压温度不低于110℃。特别注意：施工时若发现压路机粘轮时，用洗衣粉水较好。
3.5 接缝。
3.5.1 纵缝：根据本工程特点，我单位在沥青混合料摊铺过程中采用一台德国产ABG423摊铺机并排摊铺，采用此方式可以一次整幅摊铺，纵缝热接提高了路面的平整度，美化了路面的视觉效果。
3.5.2 横缝：SMA路面的接缝处理要比普通混合料困难一些，因此，摊铺时在边部设置挡板，也可以在沥青SMA层每天施工完工后，在其尚未冷却之前，即切割好，并利用水将接缝冲洗干净。第二天涂刷粘层油，即进行摊铺新混合料。
3.6 SMA沥青混合料施工中容易产生的问题：
3.6.1 过碾压：由于SMA路面的集料嵌挤作用，压实程度不大，压实度较易达到，但是随着碾压遍数的增加，集料不断地往下走，玛蹄脂一点点地向上浮，造成构造深度减小。在碾压过程中，特别注意表面构造保持在1～1.5毫米，以便有适宜的构造深度。
3.6.2 出现油斑：SMA路面通车后出现油斑也是常见的一种病害，这是由于SMA的纤维拌合不均匀造成的。因此在拌合时，要严格控制纤维的投放数量和投放时间，并延长干拌时间，确保纤维拌合均匀。还要注意储藏期间纤维干燥，防止纤维受潮成团。
煤沥青的改性及中间相结构研究 篇4
煤沥青炭化产率的高低及显微组织结构对电极材料的性能具有很大影响,而改性是提高其炭化产率和改变中间相组织结构的重要途径之一。如通过在煤沥青中加入聚苯乙烯[9]、二乙烯基苯[10]、不同种类聚合物[11,12]、单质碘[13或氧化焦油[14]]等进行改性,在一定程度上均能提高炭化产率,所得中间相光学组织呈现镶嵌型或小域结构。林起浪[15]等研究了用对甲基苯甲醛改性煤沥青,在一定程度上提高了炭产率,同时出现了超细纤维的光学组织结构,可提高煤沥青利用价值。但所用改性剂对甲基苯甲醛价格非常昂贵,因此,寻找价格低廉的改性剂改变煤沥青炭化材料的结构仍是改性过程需要探索的重点内容。
本工作使用苯甲醛作为改性剂,结构和对甲基苯甲醛结构有一定相似性,价格却是对甲基苯甲醛的三十分之一。实验表明,采用苯甲醛改性煤沥青与未改性煤沥青相比,其炭化产率提高了5%~10%,中间相呈现出不完全纤维组织结构,为煤沥青深加工以及获得低生产成本的高级焦炭提供科学依据。
1 实验方法
1.1 原料
中温煤沥青(CTP),取自某焦化厂。其性质见表1。所用试剂苯甲醛和对甲苯磺酸(PTS)均为化学纯。
*CY represents coking yield;**SP is softening point.
1.2 改性
将一定量CTP加入250mL三口烧瓶中,按其质量的5%加入固体对甲苯磺酸,加热、搅拌,待升到指定温度后缓慢加入苯甲醛。整个过程在N2(流量为60mL/min)环境下进行。对改性煤沥青用MCTP-X-Y表示,其中X代表100gCTP中所加苯甲醛的质量;Y为改性反应时间(h)。
1.3 中间相的制备
取适量MCTP放入反应器内,采用管式电阻炉(FSK-3-9K)进行加热,整个过程通N2保护(流量为60mL/min),CTP炭化产物用CTP-C表示,MCTP炭化产物用MCTP-X-Y-C表示,其加热过程如下:
1.4 分析表征
(1)显微结构分析:采用BK-POLR型偏光显微镜观察改性煤沥青中间相显微结构。炭化产物用树脂镶砌制片,经磨片、抛光后制得样片。不同光学组织结构的含量按照冶金行业标准(YB/T 077—1995)进行测定。
(2)XRD分析:采用D/max-2500型X射线衍射仪(Cu Kα靶,Ni滤波,电压为40kV,电流为100mA,扫描角度10~70°)对改性煤沥青中间相进行分析表征。
(3)FT-IR分析:采用NICOLET-6700型傅里叶变换红外光谱仪对改性煤沥青中间相进行分析。测定条件:KBr压片,分辨率4cm-1,扫描次数32次/s,扫描范围400~4000cm-1。
(4)1 H-NMR分析:1 H-NMR光谱是采用Bruker DRX-300型超导核磁共振仪,频率为300MHz,其中,氯仿做溶剂四甲基硅烷做标准物。
2 结果与讨论
2.1 中间相光学显微结构及XRD分析
图1是CTP-C和在150℃下反应10h制备的改性煤沥青经炭化后得到MCTP-20-10-C和MCTP-30-10-C的中间相光学组织结构。从偏光显微照片可以看出,CTP-C的中间相结构是以细粒镶嵌组织为主,而MCTP-20-10-C的中间相结构呈中粒镶嵌组织,由MCTP-30-10-C的中间相结构呈粗粒镶嵌组织。显然,改性后中间相光学显微组织得到了明显改善,且随着苯甲醛比例的增加,可形成了更多粗镶嵌组织结构。
图2为苯甲醛/煤沥青(CTP)质量比为30/100、在不同改性反应温度(120,150,180℃)下反应10h制备的改性煤沥青经炭化后的中间相光学组织结构。可以看出,改性反应温度为120℃时,中间相结构呈粗粒镶嵌组织;150℃时,中间相结构由粗粒镶嵌状转变为不完全纤维状组织;180℃时,中间相结构又转变为粗粒镶嵌组织。温度对反应速率影响很大。温度太高,一方面反应速率较快,会导致MCTP中芳环结构规整性变差,不利于炭化过程中间相有序结构的形成;另一方面,苯甲醛容易变为蒸气笼罩在CTP上部,不利于同CTP中的组分接触,从而影响苯甲醛与煤沥青聚合反应的进行。反应温度太低,聚合反应速率较慢,不利于改性反应的进行。因此,改性反应温度不能太低,也不能太高。
苯甲醛/煤沥青(CTP)质量比为30/100、在150℃反应不同时间得到的改性煤沥青经炭化后得到的中间相光学组织结构如图3所示。从图3可以看出,不同改性反应时间对中间相显微结构及各种结构的含量有一定的影响。当反应时间为7h,中间相中的粗粒镶嵌组织占60%,不完全纤维状组织和完全纤维状组织分别占30%和10%;反应10h时,粗粒镶嵌光学组织占40%、不完全纤维状组织和完全纤维状组织各占30%;反应15h时,粗粒镶嵌光学组织占20%、不完全纤维状组织和完全纤维状组织均占40%。因而,延长改性反应时间,有利于提高中间相纤维组织结构的含量。
图4为CTP-C和苯甲醛/煤沥青(CTP)质量比为30/100、在150℃反应不同时间得到的改性煤沥青经炭化后得到的MCTP-30-10-C和MCTP-30-15-C的XRD谱图。可以看出,在衍射角25.6°出现了石墨晶体结构的特征衍射峰(002)峰,通过Sherrely公式计算它们的晶格参数[16]列于表2。由表2知,改性后中间相微晶的002衍射峰的晶面面间距d002均增大,结晶性有了一定提高;MCTP-30-15-C的芳环晶间有序度L002和芳香簇中的芳核片数M均高于MCTP-30-10-C,说明MCTP-30-15-C中间相微晶结晶度高,有序性较好。
2.2 MCTP化学结构分析
对CTP和苯甲醛/煤沥青(CTP)质量比为30/100、在150℃下经不同改性反应时间得到的MCTP-30-7、MCTP-30-10及MCTP-30-15进行了红外光谱分析,结果见图5。从图5中可知,3030cm-1为芳烃C—H伸缩振动吸收峰[17],2920cm-1和2850cm-1为亚甲基伸缩振动吸收峰,1594~1611cm-1为芳环C=C骨架振动吸收峰;随反应时间的增加,在2920cm-1和2850cm-1处的吸收峰强度逐渐减弱,说明改性过程中芳烃分子间发生了聚合反应而导致饱和C-H键数目减少;对CTP而言,芳环骨架振动发生在1594cm-1处,随着反应时间的延长,该吸收峰逐渐向短波处移动,如MCTP-30-15的芳核骨架振动吸收发生在1611cm-1,说明随着反应时间的延长芳环的共轭程度增大。
图6为CTP和MCTP-30-15(150℃下反应)的1 H-NMR谱图,不同化学位移处对应氢的类型如图所示。容易发现,对MCTP-30-15,无论是HA还是Hα,其峰面积远小于CTP的峰面积,说明改性反应发生在芳环及α碳位置上。由1 H-NMR谱图中有关信息计算出结构参数列于表3,MCTP-30-15的性质见表1。芳香环系周边碳取代率δ值的增大以和芳香环部分未被取代的氢与碳之比HAU/CA值的减少,均说明改性反应主要发生在HA位上,有利于提高产物的共轭程度的。推测改性过程可能发生的反应如图7所示。在PTS存在下,富电子的多环芳烃受质子进攻易转变为亲电试剂,形成的亲电试剂可以同苯甲醛发生间位取代反应,其产物在酸性介质中仍可变为亲电试剂继续同其他芳烃分子反应,此过程不断进行,如此在HA位上发生了如图7所示的取代反应。
3 结论
(1)以苯甲醛为改性剂,PTS为催化剂能够将煤沥青进行成功改性。改性反应温度越高、改性反应时间越长越有利于改性反应的进行。当苯甲醛/CTP质量比为30/100,在150℃反应15h制备的MCTP与CTP相比,MCTP经炭化得到的中间相呈不完全纤维组织结构。XRD分析表明,该中间相结晶度明显高于未改性煤沥青中间相的结晶度,其有序性和芳核片数也得到一定的提高。
SBS 改性沥青防水施工方案 篇5
建筑物的功能有多方面，其中屋面防水是其一个重要功能，也是工程建设中重要的一项内容。目前，我国的房屋屋顶钢筋混凝土建筑中，常存在耐久性差、维修费用较高、漏雨等现象。针对这些问题，世界各国普遍采用SBS改性沥青防水卷材。SBS改性沥青防水卷材作为热塑性弹性体改性沥青防水卷材中的一种，是以聚酯毡或玻纤毡为胎基，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）热塑性弹性体为改性剂制成的沥青为涂盖料、两面覆以隔离材料制成的防水卷材。此类卷材具有很好的耐高温性能，有较高的弹性和耐疲劳性，低温柔性好，延伸性能好，使用寿命长，施工简便，污染小等特点，被广泛应用于各种防水工程中。本文对SBS改性沥青卷材屋面防水施工过程中的监理进行探讨。1 进入施工场地的相关要求
材料在高温环境下会出现受热变形，所以材料存放现场以及施工现场要严禁明火，同时要避免雨淋。卷材需要直立堆放，存放材料的地方一定要保持良好的通风。防水卷材进入场地后要按照相关规定进行取样复试。防水材料一定要有出厂检验报告、合格证以及使用说明书，而且需要标明材料的生产日期、批号以及材料规格。防水材料要符合相关的质量标准，如材料上不能有空皱折、断裂、剥离、涂盖不均匀、边缘不整齐等等质量问题。当材料所有外观质量指标都符合要求时，再对材料进行物理性能检测。2 屋面基层处理要求
在屋面防水层铺设之前，要保证基层没有凹坑、起鼓、掉灰、起砂以及松动等问题，而且基层表面要求干燥、干净、光滑、平整、均匀一致。可以用2m长的直尺来检
验基层的平整度，直尺与基层之间出现的空隙最大不能超过4mm，而且其空隙只能是平缓变化。基层表面的干燥度可以通过一定方法进行检验：把卷材干铺在找平层上，停留3～4h，如果铺设的卷材和找平层的铺盖部位没有出现水，那就证明基层表面是干燥的，适当延时后即可开始施工。下雨、刮风或者是雨后基层还没有干时不能进行施工。基层需要用一定比例混合的水泥砂浆找平，利用2m长的直尺对基层的平整度进行检验，其凹凸差异要小于5mm，并且要求平缓变化，没有比较明显的起坡现象。另外，找平层需要设置分格缝，同时用密封材料进行填实。分格缝需要设置在板端缝处，一般要小于6mm；沥青砂浆找平层的厚度不应超过4mm。在防水层与女儿墙交接处、防水层与突出屋面构件的交接处、屋面转角处、屋面板的支端等位置设置分隔缝，要求与板端缝对齐，均匀顺直，宽度为20mm，横向与纵向间距要小于6m，阴阳角的位置抹成半径大于150mm的圆弧形。找平层有断裂，如果裂缝小于0.5mm需要用密封材料涂刷，如果裂缝大于0.5mm的话需要沿缝凿开，填入密封材料。另外，排水口、阴阳角以及管道根等比较容易出现渗漏现象的位置可以选择同一卷材包封处理，之后再进行铺贴卷材。在内部排水的水落口周边位置，找平层需要设置成略低的凹坑。3 涂刷冷底子油的施工要求
在SBS改性沥青卷材屋面防水施工的过程中，选用的SBS改性沥青卷材冷底子油以及密封材料一定要符合国家相关质量标准。在干燥的基层上涂刷SBS改性沥青卷材冷底子油的时候要严格按照国家相关操作规范，先将节点、阴角，以及周边等位置清理干净，对于一些小细部可以利用毛刷蘸油涂刷。涂刷之前一定要把SBS改性沥青卷材冷底子油充分搅拌至均匀再进行涂刷，涂刷的时候一定要均匀，做到厚度一致，不能有气泡、空白、麻点或者是透底等等缺陷。然后根据天气情况，等到SBS改性沥青卷材冷底子油凉干且不黏脚的时候可以开始进行卷材铺贴。
利用热熔法铺贴卷材的相关要求 4.1 热熔条件下卷材的铺贴
在进行卷材铺贴工作时，要按照相关施工规定对卷材的宽度留出一定的搭接缝尺寸，然后设置好铺贴卷材的基准位置线，以便按照该基准线开展基层的铺贴工作。裁剪好要铺贴的改性沥青防水卷材的长度，卷好备用。利用30mm的管穿过卷材的卷心，弹出卷材的标准线，然后把卷材的端头摆在铺设的起始位置上对正，卷材的薄膜面要向下，长短方向上的搭接缝要对齐摆正，掀开已经展开的部分，点燃专业火焰喷枪或者是汽油喷灯，对卷材和基层的交接位置，卷材面距离火焰加热器的喷头大约300mm，与基层成30～40角。加热的时候要注意加热均匀，加热时间不能过长，也不能过短，待刚刚烤出沥青油的时候即可停止加热，然后慢慢放下卷材，铺贴于基层上，用手可控制着卷心两端开始向前滚动铺设。为了进一步确保卷材与基层之间粘结牢固，可以使用排汽辊进行压平、压实。如果屋面坡度太小，卷材的铺贴要与屋脊铺贴，而且上下层卷材不可以垂直铺贴。如果铺贴卷材时使用搭接法，上下层卷材的搭接缝以及相邻卷材的搭接缝需要错开三分之一的幅宽。4.2 搭接缝的施工要求
进行卷材铺贴时，热熔卷材的表面存在一层防粘隔离纸，当采用满粘法以保证搭接牢固时，首先一定要将热熔卷材表面的隔离纸烧掉。搭接宽度允许的最大偏差是10mm，满粘法搭接宽度是80mm，条粘法的搭接宽度是120mm。用密封材料将接缝口封严、填实，接缝口一般要超过10mm。卷材要铺贴平整，利用辊压确保基层与卷材之间粘贴牢固，排除其中的空气。铺贴好的卷材要平整、顺直，防水层要有超过250mm的上翻高度，利用热熔法对同一层上的卷材进行处理，平整焊缝。对屋面的一些复杂部位需要附加增强层的铺贴，为了更好地粘结增强层，要在需要增强的部位基层涂刷一层SBS冷底子油。要想加快冷底子油与基层的粘贴速度，可以在热熔前试贴，加强附加增强层卷材之后立刻粘贴。如果附加增强层的部位特别小，施工人员可以手拿汽油喷枪进行施工。在收头、穿墙套管、阴阳角以及天沟等接点位置一定要严格遵守相关施工规范，保证贴紧、压实、铺平、收头牢固可靠。利用喷枪对卷材的搭接缝部位进行加热，然后压合到边缘挤出沥青进行粘牢。5 施工注意事项
（1）工程施工要考虑到天气变化，气温低的情况下不宜施工；超过五级大风的环境下不能施工；雨雪天气里严禁施工。
（2）施工人员开始施工前先要对图纸进行认真核对，施工作业人员必须持有上岗证。
（3）施工前准备好高压吹风机、扫帚、汽油喷灯、手持压滚、压子、皮卷尺、小线绳、剪刀、消防器材以及铁棍等施工机具。
（4）施工人员必须严格遵循施工现场的各种文明施工和安全保卫相关规范制度，施工人员必须按照相关规定穿戴好施工保护用具，这样才能进入施工现场进行施工作业。
（5）为了消除安全隐患，选择没有人的环境点燃喷灯或者燃具，保证环境的良好通风。
（6）时刻具有保护成品的意识，施工人员不能穿帯钉的鞋在防水层上走动，不能在防水层上打孔。
（7）施工过程中多以平行作业与交叉作业工种为主，很容易造成已做好的防水材料被其他工种破坏的现象，所以需要对其严格管理。防水材料的管理和发放需要有
专人来负责，并且要进行分类保存。对于一些易燃易挥发的材料要保持安全距离，严格按安全材料管理要求进行管理。6 工程质量验收标准
（1）防水卷材铺贴完成之后要进行严格检查，不能出现渗漏和积水的现象，并且要进行闭水或者喷淋试验，如果24h不出现渗水漏水问题才算合格，如果出现渗漏或者积水的现象需要重新铺设。
（2）卷材要符合相关质量验收规范，要求顺直平整，卷材的搭接要粘结牢固，缝口处要封闭严实，不能出现翘边、鼓泡以及皱折等等缺陷。验收过程中每50m抽验一次，每处5m，验收抽验要在三处以上。
（3）防水层在女儿墙超出屋面处向上翻起的高度要超过250mm，防水层的收头需要和基层粘结牢固，两者之间的缝合处要封严实，不能出现翘边。
（4）檐口、檐沟、天沟、泛水和立面卷材的端头要裁整齐，塞入预先准备的凹槽里，然后利用金属压条进行定压固定，钉距最大不能超过900mm，还要利用密封材料填实、封严。
综上所述，SBS改性沥青卷材作为一种先进的建筑防水层材料，在很大程度上提高了建筑物防水层的质量和耐用性，是一种应用非常广泛的防水层材料。为确保屋面防水工程的质量，需综合考虑许多方面的因素，设计是前提，材料是基础，施工中的具体作业规范是关键。在SBS改性沥青卷材屋面防水施工过程中，应严格按照相关施工规范进行施工，严把施工质量关，并做好监理工作，才能保证屋面防水工程的质量，延长建筑的使用寿命，从而为住户提供一个良好的生活和工作环境。
试论SBS改性沥青路面施工工艺 篇6
关键词：SBS改性沥青路面;技术要求; 混合料配合比;施工工艺;质量控制
随着公路交通事业的发展，车辆日益大型化，交通流量日益增大，对路面的要求也越来越高。如何提高沥青路面的使用性能，解决沥青路面的高温抗车辙性能、低温抗开裂性能，以及防滑能力，是当前公路工作者不断研究的课题。SBS改性沥青的应用良好地解决这一难题。
1.SBS改性沥青路面原材料的技术要求
1.1材料质量要求
①改性沥青
改性沥青的基质沥青采用A-90级道路石油沥青,改性剂为SBS。
②粗集料
面层粗集料采用碱性碎石,具有良好的颗粒形状,必须采用锤式破碎机加工;石料洁净、干燥、表面粗糙,无有害杂质。质量符合规定。
③细集料
细集料采用天然砂、石屑,应干净、干燥、无风化、无杂质,并有适当的颗粒级配,其用量不应超过集料总量的20%。
④填料
矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉,不应含有泥土等杂质。矿粉应干燥、洁净,能自由地从矿粉仓流出。
1.2 材料贮存要求
①集料应按规格、村质分类堆放在坚实、平整、具有铺面的场地上,严禁堆入在泥土地上。料场应具有良好的防雨排水设施,保持集料干燥、洁净。
②矿粉填料应在室内贮存,贮存过程中应保持干燥、洁净、防止污染,受潮结块的填料不得使用。
③外购成品SBS改生沥青厂家应提供质量报告单,在进场时应取样检验,确定无明显的离析、凝聚等现象,且各项性能指标均符合规范要求时,方可使用。且做到一车一检验或一批一检验。在使用前还取样品检验,确定无明显的离析和凝聚等现象,且各项指标都符合技术要求后才能使用。
2.SBS改性沥青混合料配合比的确定
按照沥青路面设计的要求,在借鉴同类路面配合比和实践经验的基础上,通过马歇尔试验,确定改性沥青混合料配合比。沥青混合料配合比设计步骤如下:
①目标配合比设计阶段。
②生产配合比设计阶段。
③生产配合比验证阶段。
3.施工工艺
3.1 试验路铺筑
改性沥青混合料路面正式施工前,必须铺筑不少于200米的试验路段,进行试拌、試铺和试压,并据此制定施工工艺程序,填写试验路技术总结报告,经施工监理批准后正式开工。试验路应确定以下参数:
①确定试拌温度、拌和时间,验证矿料级配和沥青用量;
②确定混合料运达温度、摊铺温度、松铺系数和摊铺速度;
③确定压实温度(包括初压温度、复压温度和终压温度)、压路机类型组合、压路机振动频率与行走速度,振动和静压的最佳压实遍数和碾压时间;
④检测试验路施工质量,不符合要求时应找出原因,采取纠正措施,重新铺筑试验路,直到满足要求为止。
3.2 粘层油洒布
当上下面层间隔时间较长时应洒布粘层,采用快裂(或中裂)的洒布型乳化沥青。所使用的基质沥青标号宜与主层沥青混合料相同。喷洒时宜采用沥青洒布车,保持稳定的速度和喷洒量,喷油管宜与路表面形成约30°角,并有适当高度,以使路面上喷洒的粘层油形成重叠。
3.3 改性沥青混合料拌和
①改性沥青混合料必须采用间歇式拌和机拌和,配备配合比和温度的自动检测和记录设备,并进行沥青混合料生产质量及铺筑厚度的总量检验,数据异常波动时,应立即停止生产,分析原因。
②根据配合比设计,设置适宜规格尺寸的振动筛,确保材料配比准确,从而确保稳定度、流值及空隙率稳定。改性沥青混凝土混合料马歇尔试验指标为击实次数(双面)50次,试件尺寸为Φ101.6mm+63.5mm,空隙率VV=3～6%,稳定度MS不小于5KN,流值FL=2～4.5mm,沥青饱和度VFA=70～80%,改性沥青混合料每天至少进行一次马歇尔试验,检验各种原材料的配比是否满足马歇尔试验的质量标准,重点控制混合料的油石比和矿料级配,发现有不正常的现象应及时进行调整。
③改生沥青混凝土的拌和温度通常较普通沥青混合料的拌和温度提高10～20℃。改性沥青混合料的施工温度,在施工中应严格控制。
④改性沥青混合料应随拌随用,若因生产或其它原因需要短时间贮存时,贮存时间不宜超过24h,贮存期间温降不应超过10℃,且不得发生混合料老化、滴漏以及粗细集料颗粒离析,否则应予废弃。
⑤出厂时逐车检测沥青混合料的重量和温度,记录出厂时间,签发运料单。
3.4 改性沥青混合料运输
①改性沥青混合料宜采用不小于20吨的自卸车辆运输,车辆的数量应与摊铺机的数量、摊铺能力、运输距离相适应,在摊铺机前应形成一个不间断的供料车流。
②运料车每次使用前后必须清扫干净,在车厢底板和侧板涂一层隔离剂或防粘剂,但不得有余液积聚在车厢底部。
③从拌合机向运料车装料时,应多次挪动运料车位置,平衡装料,以减少混合料离析。一车料最少应分三次装载,对于大型运料车,可分多次装载。
④运料车运输混合料必须覆盖苫布,保温、防雨、防污染,苫布应覆盖整个运输车。
⑤运料车在中途不得随意停歇。混合料在摊铺地点凭运料单接收,若混合料不符合施工温度要求,或已经结成团块、已遭雨淋的不得铺筑。
3.5 混合料摊铺
①做好拌和机、运料车、摊铺机的生产、运输、摊铺能力计算,要求各生产环节能力尽量匹配。一般要求在摊铺机前至少有4台以上的运料车等候。必须做到宁可运料车等候摊铺,也不能让摊铺机等候运料车。
②摊铺机必须采用履带式,配备平衡梁的自动找平装置;具有足够容量的受料斗,在运料车换车时能够连续摊铺,并有足够的功率推动运料车;具有可加热的振动熨平板或振动夯等初步压实装置。摊铺机的受料斗应涂刷薄层隔离剂或防粘剂。
③摊铺机的铺筑不宜超过8.5m,9m以上宽路面严禁整幅摊铺,有条件的可采用两台摊铺机联机作业,同步摊铺,两台摊铺机前后错开10～20m,两幅之间应有30～60mm左右宽度的搭接,并尽量避开车道轮迹带。
④摊铺应缓慢、均匀、连续不间断地进行,不得随意变换速度或中途停顿,摊铺机行走速度应不大于3m/min,混合料摊铺温度不应低于160℃。运料车应在距摊铺机前20～30cm处挂空档等候,不得碰撞摊铺机。
⑤摊铺过程中,严禁人工找平、修整,如果出现特殊情况不能连续供料时,摊铺机应该将剩余的混合料摊铺完,抬起摊铺机,做好临时接头,将混合料压实,避免出现冷料结硬从而造成百压不实或出现波浪等现象。
3.6 混合料碾压
①每个作业面应保证至少3台压路机(其中两台为双驱双振压路机),有条件的可采用胶轮压路机进行复压,碾压路线及碾压方向不应突然改变而导致混合料推移。
②由于面层厚度比较薄,混合料温度下降较快,碾压必须及时到位,紧跟摊铺机进行,初压开始温度不应低于150℃。严禁在低温状态下反复碾压。
③初压、复压应采用同类压路机并列梯队压实,不得采用首尾相接的纵列方式。
④压路机应以慢而均匀的速度碾压,压路机的碾压速度应符合规定。碾压区长度应大体稳定,一般不应超过80m,两端折返位置应随摊铺机前进而推进,横向不得停留在相同的断面上。
⑤碾压轮在碾压过程中应保持清洁,有混合料沾轮应立即清除;当在轮上喷水时,应呈雾状喷洒,不得漫流,以防混合料温度下降过快。
⑥碾压的遍数应以压实度不小于98%时的实验段数据确定,现场取样的空隙率应不大于设计值,碾压终了路面表面温度不低于90℃。
⑦各种机械设备或车辆不得在未碾压成型的路面上停留、掉头、加水或转向。
3.7 接缝
①接缝应连续平顺、紧密,不得产生明显的接缝离析。上、下层纵缝应错开300～400mm以上。相邻两幅及上、下层的横向接缝均应错位1m以上。
②横向施工缝宜采用垂直的平接缝,在处理接缝时要特别注意接缝处的平整度要满足要求。单幅路面施工不宜过长,以当天施工的路面不留单幅为宜。
③接缝施工中必须随时用3m直尺进行检查,避免出现接缝跳车。
4 开放交通及其它
施工结束后待混合料自然冷却至表面温度低于50℃后方可开放交通,并加强早期交通控制,如控制大吨位、易掉落碎粒的、易漏油的、易产生轮印的车辆上路等。
5 结束语
总之，改性沥青路面固然有其优越性，但它对施工工艺也有特殊的要求，必须按照施工技术规范中的规定执行。施工组织不当，也达不到预期的目的。希望通过对SBS改性沥青施工技术要点的分析，能够加大其在国内高等级公路、城市干道和机场跑道等的应用
参考文献：
[1] 李志红 李锦新，SBS改性沥青混凝土路面的施工与质量控制[J].企业技术开发：下, 2010.11
改性煤沥青 篇7
研究表明,在煤直接液化过程中,除了得到汽油、柴油、航空煤油等液体燃料外,还会产生约占液化原煤质量分数30%左右的液化残渣。而液化残渣的组成与TLA有相似之处。如果可以回收利用煤炭液化残渣于沥青改性剂,理论上既可以解决液化工艺中残渣后处理,又可以为寻找沥青改性添加剂替换物提供可能。这从液化整体的经济性以及环境保护的角度都起到极大的积极作用。
1 道路沥青的组成、性质和性能指标
1. 1 道路沥青的组成和性质
我国道路沥青主要由沥青质、胶质、芳香分和饱和分组成,四组分相互作用,形成胶体结构。其中沥青质是复杂的芳香环物质,有很强的极性,能够提高沥青的感温性,使沥青在高温下保持较大的粘性,软化点上升; 胶质也称作树脂,比沥青质有更强的极性,能够增加沥青的延度; 芳香分是胶溶沥青质的分散介质,溶解能力很强,在沥青中可以起到溶胶的作用; 饱和分是一种非极性油分,它与芳香分统称为沥青中的油分,共同起到软化和润滑沥青的作用［4］。各组分在沥青中的相对含量将决定沥青的性质。当胶质和油分较多时,沥青的粘结性较好,但对温度很敏感; 当胶质和油分较少时,沥青的弹性和温度稳定性都较好［5］。因此,只有沥青中各组分相对含量适中,才能保证沥青具有较好的实用性。
我国沥青中蜡含量普遍较高,且对温度较为敏感,具有粘结力和延度较差,热稳定性和低温抗裂性不良的问题。使用时需要在沥青中添加组分相同或相似的添加剂,调节各组分的相对含量,从而对沥青的性能起到指向性的改进作用。
1. 2 道路沥青的性能指标
沥青的实际路用性能主要通过以下指标来评价:
( 1) 软化点: 反映沥青的粘度和温度敏感性。沥青的软化点越高,高温稳定性越好;
( 2) 针入度: 反映沥青的粘性。沥青的针入度越小,沥青粘性越大;
( 3) 针入度比: 反映沥青对温度的敏感程度和抗老化性能。针入度比越大,沥青对温度的敏感性越差,抗老化能力越强;
( 4) 延度: 反映沥青的柔韧性。沥青的延度越高,延展性越好,低温抗裂性能越好。沥青中的蜡会大大降低沥青的延度;
( 5) 溶解度: 反映沥青的有效成分。以沥青在溶剂中的溶解百分率表示;
( 6) 闪点: 指沥青加热后,油分挥发与空气混合发生闪火的温度。
2 煤液化残渣的组成及性质
煤液化残渣是煤直接液化过程中产生的重质副产物,占原料煤总量的30%左右。它是由煤直接液化过程中未反应的煤有机体、中间产物无机矿物质、外加催化剂及部分液化重质油构成的混合物。其典型组成为: 重质油20% ~30%、沥青烯20% ~30% 、前沥青烯5% ~ 10% 和45% 左右的四氢呋喃不溶物［6］。
液化残渣的性质是由液化煤的种类、液化工艺条件和固液分离方法共同决定的,其中固液分离方法是最主要的外在决定因素。煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院对神华煤在减压蒸馏工艺下产生的液化残渣性质进行了分析,并和其他液化工艺残渣进行了性质比较。通过数据分析得到结论: 液化残渣组成与原料煤及液化工艺有很大关系。液化残渣基本特征是: 残渣不含水,高灰高硫,挥发分含量较高,粘结性和膨胀性特强［7］。
3 煤液化残渣用于改性道路沥青
3. 1 改性沥青的制备与评价
混配工艺是煤液化残渣改性沥青通常采用的方式,既通过将基质沥青与煤液化残渣按一定比例、一定添加方式,采用加热剪切混合的方法来达到改性的目的［8］。中国科学院山西煤炭化学研究所［9］采用加热剪切混合法,在基质沥青滨州90#沥青中分别加入质量分数为7%的煤液化残渣和质量分数为20% 的TLA,制备改性沥青,并对两种改性沥青的性质进行了比较。
试验表明,煤直接液化残渣改性道路沥青的相关指标可以满足ASTM D5710( 特立尼达湖改性沥青规格) 和BSI BS3690( 英国工业用沥青标准) 标准［10］。在与TLA改性效果相当的情况下,液化残渣的用量更少,价格便宜,来源广泛易得。液化残渣中的沥青烯、前沥青烯和四氢呋喃不溶物可提高沥青的软化点,降低针入度,各组分之间存在协同效应。
3. 2 制备条件及其对改性沥青性能的影响
为研究不同制备条件对改性沥青性能的影响,中国神华煤制油化工有限公司北京研究院［11］选用90#重胶沥青作为基质沥青,TLA和煤直接液化液化残渣作为改性沥青添加剂,分别以不同的配混工艺、不同的配混比例和不同的配混温度进行了实验研究,通过比较制备的改性沥青性能———软化点、针入度、延度,确定适宜的制备条件。
3. 2. 1 配混工艺
分别采用的三种不同工艺制备改性沥青,如图1 所示。比较三种改性沥青的性能得出以下结论:
(1)工艺1制备的改性沥青的针入度比最小,延度最小;
(2)工艺3制备的改性沥青的针入度比最大,延度最大;
(3)三种工艺制备的改性沥青的软化点相差不大;
( 4) 工艺2 制备的改性沥青的性能介于工艺1 和工艺3 之间,且与工艺2 结果相近;
因此,不同配混工艺对改性沥青性能有较大影响,工艺3的性能最优。
3. 2. 2 配混比例
研究在液化残渣用量在0% ~ 15% 范围内制备的改性沥青性能的变化情况得出以下结论: 不同配混比例对改性沥青性能有一定影响。随体系中液化残渣含量的增加,改性沥青的软化点逐渐增大,针入度逐渐减小。当体系中液化残渣含量为5%、7% 时,可达到 “特立尼达湖沥青改性沥青质量技术要求” 中针入度等级为TMA - 50 的产品指标,当液化残渣含量为10%时,可以达到针入度等级为TMA - 70 的产品指标。其中当液化残渣含量为7%时针入度比最大。
3. 2. 3 配混温度
采用液化残渣含量为7% 的配混比例,用配混工艺3 制备改性沥青,研究配混温度分别在180 ℃、200 ℃和220 ℃时改性沥青的性质并进行比较,得出以下结论: 不同配混温度对改性沥青性能有一定影响。三种改性沥青的软化点和延度差别不大,但在200 ℃下混合而成的改性沥青的针入度比最高。因此200 ℃ 为最佳配混温度。
4 结语
将煤液化残渣作为道路沥青改性剂的工艺路线是具备一定可行性的,它对道路沥青的改性效果与TLA的改性效果相当,能够满足我国市场要求。且在达到相同指标的情况下,液化残渣耗用量更少。若能够将煤液化残渣用于道路沥青改性的工业化应用,不但解决了煤液化工艺中残渣的去处,增强环保性能,而且可以提高道路沥青的经济性。
目前,要把煤液化残渣应用于道路沥青的改性还存在以下问题:
( 1) 由于液化残渣的性质主要取决于固液分离方法,而目前都是以减压蒸馏的固液分离方法产生的液化残渣来进行研究的,因此结论的全面性还需要进行更深一步的研究;
( 2) 大多数对煤液化残渣的研究都是针对神华煤产品进行,覆盖种类不够全面,应对其他煤产品进行平行对比研究;
( 3) 目前对煤液化残渣的研究还处于实验阶段,是否适用于工业化仍需开展进一步的探索工作。
摘要：介绍了道路沥青的组成、性质和评价指标,以及煤直接液化残渣的来源和组成特性。简单介绍了煤直接液化残渣制备改性沥青的工艺,对国内的研究现状进行总结及分析,总结前人研究成果,并指出煤直接液化残渣作为沥青改性剂在实验研究中是可行的,但能否适用于工业化应用还需要开展更加深入的研究性工作。
改性煤沥青 篇8
关键词：纳米氧化锌,改性,煤沥青,延伸性能
沥青混凝土路面具有水泥混凝土路面所不具备的一系列优良性能[1]。煤焦油沥青(简称煤沥青)是一种优良的公路路面结合料[2]。
目前,国外对于煤沥青的研究一方面是和石油沥青的混合,但是以石油沥青为主体;另一方面是利用成本较高的有机聚合物对煤沥青进行改性[3,4],成本较高。将纳米材料应用于煤沥青改性中除任真等[5]报道外,还未见其它详细的研究报道,仅有李雪峰[6]、刘大梁[7]、张金升[8]等研究了纳米材料在石油沥青中的应用研究,结果显示纳米材料能改变石油沥青的部分性能。
纳米氧化锌是目前应用最广泛的纳米材料之一[9],不仅具有对抗紫外线的光学性能,它还可提高材料的抗老化性和耐化学性。本研究尝试用纳米氧化锌作为添加剂,对煤沥青进行改性研究,以期改善煤沥青延伸性能,提高其在道路铺设中的使用价值。
1 实验部分
1.1 仪器及设备
DW-2型调温电热器,高剪切搅拌机(永通机械厂),FW-4A型粉末压片机(天津市拓普仪器有限公司),JJ2000A接触角测量仪(上海中晨数字技术设备有限公司),Electron Microscope JEM-1011(JEOL日本电子株式会社),BA300Pol.型偏光显微镜(麦克奥迪实业有限公司),DZKW电热恒温水浴锅(北京市永光明医疗仪器厂)。
1.2 试剂及原料
纳米氧化锌(山西丰海纳米科技有限公司),乙酸乙酯改性纳米氧化锌(自制),苯甲酸改性纳米氧化锌(自制),萘乙酸改性纳米氧化锌(自制);硬脂酸改性纳米氧化锌(自制),中温煤沥青(山西金尧焦化有限公司)。
1.3 改性前后纳米氧化锌粉体的基本性质
表1为纳米氧化锌改性前后的基本性能。从表中可知,改性后纳米氧化锌的比表面积降低,堆密度升高,原始粒径除硬脂酸改性明显增大,其余基本不变。
1.4 纳米改性煤沥青的工艺流程
图1为纳米改性煤沥青工艺流程图。首先将纳米氧化锌进行改性,得到改性纳米氧化锌,之后将其加入煤沥青中,对煤沥青进行改性研究。
2 结果与讨论
2.1 煤沥青改性温度的选择
煤沥青未经改性时,高温下在空气中稳定性不好,容易氧化变质,降低使用性能,故加工温度范围要求较严,纳米材料改性温度的影响如表2。从表中看出,低温时沥青刚开始融化,黏度大,纳米氧化锌不易分散;高温时,沥青容易老化变质,因此,改性沥青制备温度应控制在120～140℃。
2.2 纳米氧化锌在煤沥青中分散方式的选择
对纳米氧化锌在煤沥青中分散效果,不同的搅拌方式影响不同,具体情况如表3所示。分散方式对结果的影响很大,高剪切分散方式对改性效果较好。
2.3 纳米氧化锌添加量的选择
在120～140℃将沥青熔化,加入纳米氧化锌,搅拌20min后,将沥青倒入模具中,制作10cm×1.5cm×0.1cm沥青条。在15℃ 恒温水浴中,匀速拉开沥青条,记录沥青条断裂时的长度。改变纳米氧化锌在煤沥青中的添加量,考察纳米氧化锌对煤沥青拉伸性能的影响,由此确定纳米氧化锌的添加量。
由表4可知,随着纳米氧化锌添加量的增大,沥青的断裂伸长度,先增加,后减小,最终确定纳米氧化锌的添加量为2%。因此,改性煤沥青的制备工艺为:120～140℃将沥青熔化,加入2%纳米氧化锌,高速剪切搅拌20min即可。
2.4 不同改性方式所得纳米氧化锌对煤沥青延伸性能的影响
由表5可知,加入2%纳米氧化锌后,煤沥青的延伸性能均得到明显改善。总体来看,苯环类化合物改性纳米氧化锌的效果,优于链状改性剂;其中,效果最好的是苯甲酸改性纳米氧化锌。
3 改性机理探讨
图2为苯甲酸改性前后纳米氧化锌的透射电镜图片。未改性的纳米氧化锌,粒径小,表面能高,粒子之间紧密排列,团聚非常明显。苯甲酸改性后的纳米氧化锌,团聚的粒子被打开,有很多单个粒子存在,自身分散状况有明显改善。
[(a)为未改性纳米氧化锌;(b)为苯甲酸改性纳米氧化锌]
图3是5μL二次蒸馏水在苯甲酸改性前后纳米氧化锌粉体压片上的接触角随时间的变化图片。从图中可以看出,改性前纳米氧化锌在0s时的接触角为22.33°,2min后接触角降为0°,即蒸馏水在氧化锌压片上完全铺展;苯甲酸改性后纳米氧化锌的初始接触角为81.59°,6min后降为22.16°,并趋于稳定,说明改性后纳米氧化锌的疏水性明显提高。
图4是煤沥青改性前后的偏光显微镜照片。如图所示,未改性的纳米氧化锌在煤沥青中自身团聚,分散性差;经过苯甲酸改性的纳米氧化锌,能够与煤沥青良好的相容在一起,改善了煤沥青的性能,验证了相似相容原理纳米添加剂材料(分散相)与沥青基质材料(分散介质)的相容性和分散稳定性,是纳米改性沥青优异性能得以发挥和体现的关键因素[10,11]。只有改善了相容性,才能使纳米粒子和沥青基质良好结合,提高材料性能;反之,相容性不好,不仅材料性能得不到提高,还会使材料性能变坏。若纳米材料不能在微观上均匀分散于沥青中,则可能以团聚体形式存在或引起纳米粒子局部富集或偏析,造成复合材料微观结构不均匀,引起力场畸变,不但影响纳米效应的正常发挥,有时还会起相反的作用。
[(a)为空白煤沥青,(b)为添加未改性纳米ZnO的煤沥青, (c)为添加苯甲酸改性纳米ZnO的煤沥青]
因此,相容性是分散性、稳定性的基础因素和必要条件。本研究中筛选出的最优的苯甲酸改性纳米氧化锌,正是因为含有苯环,与煤沥青具有良好的相容性,才能在煤沥青中分散良好,显著改善了煤沥青的延伸性能。
4 结论
(1)优化煤沥青的改性工艺:将煤沥青在120～140℃下软化,将2%苯甲酸改性好的纳米氧化锌加入煤沥青中,用高剪切分散机搅拌20min,即得复合的纳米改性煤沥青。此时,改性煤沥青的断裂伸长度为55.9cm。
(2)制备良好的沥青纳米复合材料,关键是使添加剂纳米组分的表面性能与沥青材料相似或相近,这样才能提高纳米材料与煤沥青的相容性。本研究中筛选出的最优的苯甲酸改性纳米氧化锌,正是因为含有苯环,与煤沥青组分类似,具有良好的相容性,才能在煤沥青中分散良好,显著改善了煤沥青的延伸性能。
参考文献
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改性煤沥青 篇9
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。
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天然沥青对基质沥青低温改性研究 篇10
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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改性煤沥青 篇11
【关键词】SBS；天然沥青；复合改性
SBS改性沥青路面具有良好的高低温性能，在应用过程中得到了广大业主的认同，但是因为其价格比普通沥青高20%，因此制约了其在一些资金较为紧张地区的应用。天然沥青改性沥青路面具有优异的高温性能，但其低温性能较差，冬季低温容易开裂，影响路面寿命。通过对改性沥青的试验研究，发现SBS与天然沥青共同改性后的改性沥青具有很好的高低温性能，且降低了使用成本。同时，天然沥青又可以作为一种抗剥落剂，在改性的过程中既起到改善高温性能，又起到增加与矿石粘附性的作用。
SBS是一种高聚物，是苯二烯与丁二烯共聚之后的产品。天然沥青是石油在自然条件下，经千百万年的时间，在温度、压力、气体、无机物触、微生物及水分的综合作用下氧化聚合而成的沥青类物质。由于它长年与自然环境共存，所以性质特别稳定。而天然岩沥青由于产生于岩石裂缝中，所受的压力与温度条件要比其他天然沥青高，故聚合程度很高，分子量也越大，软化点很高。天然岩沥青的基本性质取决于它的聚合程度和纯净度，即软化点的高低及灰份含量的多少。一般情况下，软化点越高，其聚合程度越高，平均分子量也越大。需要指出的是，含含灰份量不同的天然岩沥青不能用软化点的高低比较其性能之优劣，因为灰份也直接影响软化点的高低。只有含灰份量相同的天然岩沥青才可以用软化点来反映它们的氧化聚合程度，即组成情况。
1.试验仪器、材料
1.1试验仪器
沥青针入度仪（天津建筑仪器厂）
恒温烘箱（大连干燥箱厂）
软化点试验仪（北京科学实验仪器厂）
恒温水浴箱（无锡市医疗设备厂）
延度试验机（北京科学试验仪器厂）
电光分析天平（沈阳分析仪器厂）
1.2材料
山东宏润70#道路重交沥青，SBS，天然岩沥青
2.实验步骤
根据基质沥青与SBS、天然沥青的特点，采用加热的方法在基质沥青中分别加入不同比例的SBS和天然沥青，并适当加入一些助溶剂共混。然后在不同的温度下，通过对复合改性沥青的各项性能指标进行测定。
2.1延度实验[1-5]
在规定温度下，以一定的速度延伸至拉断时的长度，以厘米表示，延伸速度为5cm/min。
2.2软化点实验（环球法）
在规定尺寸的金属环内，上置规定尺寸和重量的钢球于水中，以每分钟生高5℃的速度加热至软化下沉达规定距离的温度，以℃表示。
2.3针入度实验
在规定温度和时间内，附加一定质量的标准针垂直穿入试样的深度，单位为1/10mm，实验温度为25℃，时间为5s，标准针、针的连杆与附加砝码的合重为100g。
2.4加热损失实验
在规定温度下受热一定时间后重量的损失，以百分率表示，加热时间为5h，加热温度为163℃，加热损失后的残留物需进行针入度实验，并计算残留物针入度占原试样针入度的百分率。
2.5抗剥落程度实验（水煮法）
试样的粘结力是根据其在矿料表面上的抵抗被水移动的情况，来判断与矿料表面的粘结能力。
3.结果与讨论
（1）复合改性沥青的延度实验结果如表1所示，0℃和5℃的延度是低温抗裂性能的重要指标。从结果来看，随着SBS含量增大，0℃和5℃的延度增加明显，而天然岩沥青的影响则不明显。从25℃的延度普遍降低，但拉伸时断裂形状与基质沥青四完全不同的，表现出十分明显的抗拉性能。这主要是因为SBS与天然岩沥青在基质沥青中形成网络结构，改变了基质沥青的变形特性的结果。
表1 SBS与天然岩沥青复合改性沥青延度数据
（2）复合改性沥青软化点实验结果如表2所示。从表中可以看出，当增大SBS和天然岩沥青的剂量时，复合改性沥青的软化点均有不同程度的改善，说明SBS和天然岩沥青与沥青共混的网络结构起了作用。
表2 SBS和天然岩沥青复合改性沥青软化点数据
（3）复合改性沥青的针入度结果如表3所示，可以看出在加入SBS和天然岩沥青后，针入度值普遍下降，说明复合改性沥青的硬度有所提高。
表3 SBS和天然岩沥青复合改性沥青针入度数据
（4）复合改性沥青的薄膜烘箱热损失实验，主要是检验沥青的抗老化能力。其结果如表4所示，当SBS的含量稍多于天然岩沥青的含量时，复合改性沥青的各项指标均好于基质沥青，说明其具有良好的抗老化性能。
表4 SBS和天然岩沥青复合改性沥青热损失后实验数据
（5）复合改性沥青抗剥落实验，是检验沥青石料的粘结能力的指标，其标准为5级。复合改性沥青的抗剥落等级均达到5级，说明其除具有良好的网状结构外，而且其粘结能力也是比较强的。
4.结论
（1）采用SBS和天然岩沥青作为改性剂与基质沥青混合形成的改性沥青，具有坚固的弹性空间网状结构，具有比较好的低温性能和良好的抗高温性能，使低温延度、软化点、脆点等性能均明显的得到改善。
（2）当SBS和天然岩沥青的含量不同时，对改性沥青的各项性能指标影响比较大，结合经济、气候、路面等级要求等因素，一般SBS含量在3%～4%、天然岩沥青在1%～2%时改性效果，经济性能均比较理想。
（3）经过综合评价，在加入3%SBS+1%天然岩沥青时，沥青的各项性能最佳，同时达到了国家关于改性沥青的指标要求。
【参考文献】
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道路改性沥青及改性剂的选择 篇12
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。