改性橡胶颗粒

改性橡胶颗粒（精选7篇）

改性橡胶颗粒 篇1

废旧橡胶轮胎的掩埋及堆放会严重污染环境, 将废旧橡胶轮胎经过一定的加工工艺制成橡胶颗粒掺入沥青混合料中铺筑路面是一种重要的处理方式。硅藻土作为一种工业矿料, 其作为一种良好的沥青无机改性剂已经得到较多学者的验证。将橡胶颗粒和硅藻土采用一定的工艺掺配入沥青混合料, 开发一种新型的橡胶颗粒和硅藻土复合改性沥青混合料, 有利于废旧资源再利用和环境保护。对其体积参数及力学指标的变化规律进行细致研究, 有利于该类复合改性沥青混合料的进一步研究。

1 原材料技术指标

(1) 沥青。针对季冻区气候, 试验中选用产自盘锦的优质AH-90﹟沥青。

(2) 矿料。矿料力学性能是混合料强度性能的重要指标, 其颗粒形状影响着混合料的构架, 从而影响混合料的路用性能。安山岩矿料与沥青之间具有优良的粘附性, 同时与沥青粘附层也具有较好的抗水性。试验选用优质安山岩。

(3) 矿粉。矿粉在混合料中起填充空隙、增加沥青胶浆粘结力的作用。试验选用由优质石灰石磨制而成的矿粉。

(4) 橡胶颗粒。橡胶颗粒的加入对于混合料获得破冰和降噪性能至关重要。试验选用生产成本相对较低的3-5mm粒径常温粉碎废旧轮胎橡胶颗粒。

(5) 硅藻土。硅藻土作为重要的沥青无机改性剂, 对复合改性量混合料的各项路用性能有重要影响。试验选用产自吉林地区的优质300#硅藻土, 呈白色粉末状。

(6) 级配组成设计。本文采用干捣实法确定粗集料骨架之间的间隙率VCA。细集料级配选取参照SMA对应的级配范围进行。最终确定设计级配如图1。

橡胶颗粒按照矿料质量3%进行掺入, 并按照等体积法替换相应尺寸的集料。硅藻土掺量确定为沥青用量的15%, 干法工艺掺入。

2 沥青混合料体积参数及力学指标

2.1 橡胶颗粒对体积参数及力学指标的影响

试验选用图1中采用的设计级配, 采用普通沥青混合料和单独添加占集料质量3%的橡胶颗粒改性的沥青混合料分别进行标准马歇尔试验。在相同5.5%油石比情况下, SMA-13-基质与SMA-13-胶粒的体积参数及力学指标对比如下:γ (g/cm3) :2.490/2.448;VV (%) :3.8/5.5;VMA (%) :14.1/15.8;VFA (%) :73.0/65.2;稳定度 (k N) :9.56/8.54;流值 (0.1mm) :26.4/42.5。由以上数据可知, 与基质沥青混合料相比, 加入橡胶颗粒的沥青混合料空隙率 (VV) 升高、矿料间隙率 (VMA) 升高、沥青饱和度 (VFA) 降低、马歇尔稳定度降低、流值增大。

2.2 硅藻土对体积参数及力学指标的影响

试验中采用单独添加占集料质量比3%的橡胶颗粒改性沥青混合料和另外添加硅藻土 (占沥青用量的15%) 复合改性沥青混合料分别进行标准马歇尔试验。在相同的5.5%油石比情况下, SMA-13-胶粒与SMA-13-胶粒-硅藻土的体积参数及力学指标对比如下:γ (g/cm3) :2.448/2.457;VV (%) :5.5/5.2;VMA (%) :15.8/16.3;VFA (%) :65.2/68.1;稳定度 (k N) :8.54/10.25;流值 (0.1mm) :42.5/40.5。由以上数据可知, 与SMA-13-胶粒沥青混合料相比, SMA-13-胶粒-硅藻土沥青混合料VV降低、VMA升高、VFA升高、马歇尔稳定度升高、流值减小。

2.3 不同级配对体积参数及力学指标的影响

采用图1中的设计级配的4.75mm筛孔通过率25%为中值, 采取粗集料各档料原比例和细集料各档料原比例, 设计出级配1 (4.75mm筛孔通过率21%) 和级配3 (4.75mm筛孔通过率29%) 。对三种级配的复合改性沥青混合料分别进行标准马歇尔试验。在相同的5.5%油石比的情况下, 对于间断级配, 随着粗骨料的逐渐减少, 复合改性沥青混合料的VV降低、VMA降低、VFA升高、稳定度降低、流值增加。

3 结论

经过对橡胶颗粒和硅藻土复合改性沥青混合料体积参数及力学指标研究, 初步得到以下结论: (1) 在相同的5.5%油石比情况下, 与基质沥青混合料相比, 加入橡胶颗粒的沥青混合料空隙率升高、矿料间隙率升高、沥青饱和度降低、马歇尔稳定度降低、流值增大。 (2) 在相同的的5.5%油石比情况下, 与SMA-13-胶粒沥青混合料相比, 加SMA-13-胶粒-硅藻土沥青混合料空隙率降低、矿料间隙率升高、沥青饱和度升高、马歇尔稳定度升高、流值减小。 (3) 在相同的5.5%油石比的情况下, 对于间断级配, 随着粗骨料的逐渐减少, 复合改性沥青混合料的空隙率降低、矿料间隙率降低、沥青饱和度升高、稳定度降低、流值增加。

参考文献

[1]聂浩, 唐新国, 陈云亮等.高耐久性铺装沥青混合料路用性能研究[J].公路与汽运, 2015 (1) .

[2]原健安, 张登良.沥青与矿料粘附性研究[J].中国公路学报, 1995 (4) :7-10.

[3]李平, 芦军, 张争奇等.沥青混合料用矿粉性能指标研究[J].中国公路学报, 2008, 21 (4) :6-11.

橡胶并用改性研究进展 篇2

1 硅橡胶与三元三乙丙橡胶的并用分析

三元三乙丙橡胶是一种机械强度高、耐臭氧性强的化学橡胶产品, 还具有较强的耐寒性与耐化学药品等优良特性, 价格比较便宜。我们可以考虑将三元三乙丙橡胶与硅橡胶进行并用改性获取性能更加优越, 更适合生产与发展需要的橡胶产品。首先要确保硅橡胶与三元三乙丙橡胶的相容性与共硫化性。我们对两者的特性分别进行了研究、分析, 分析了硫化剂、填料等物质对橡胶机理的机械性能的影响, 在获取分析数据的基础上将硅橡胶接枝丙烯酰胺、活性硅烷接枝乙丙橡胶等大分子物质作为此次并用改性的相容剂, 对硅橡胶特有的物理性能、易老化性、热稳定性差等综合性能进行了分析。最终证明选用硅烷接枝EPR等作为相容剂效果最明显, 能明显改善其分散相的微曲尺寸, 进而帮助提升硅橡胶的表面能。通过采用两步硫化的工艺明显改善最新并用胶的拉伸力度及实际的定伸力度, 这对于提高硅胶的抗老化性能十分有效。

通过此次并用改性, 实现了硅橡胶与三元三乙丙橡胶的分子链分别离子化。通过离子键、氢键的化学与物理双重作用不断增强两种橡胶之间的相互性作用, 最终实现了橡胶微观结构的改变, 获得比较接近的连续的稳定结构, 最终成功获取强度比较高、模量比较高, 具有良好耐溶胀性与热性的硅胶新产品。通过硅橡胶与三元三乙丙橡胶的并用改性, 新产品很好地实现了化学相容剂的相容性, 使得新橡胶产品具有优异的导电性能与物理机械效能, 是一次比较成功的并用改性研究尝试。

2 硅橡胶与丙烯酸酯橡胶的并用改性分析

丙烯酸酯橡胶是一种比较具有耐热性优势的橡胶产品, 除此之外, 还具有优良的耐油性与耐候性, 在汽车生产与制造中得到了广泛应用, 享有“车用橡胶”的美誉。但是不可否认的是丙烯酸酯橡胶最大的劣势是耐寒性很差, 遇冷变脆, 遇热变黏。要想最大程度发挥丙烯酸酯橡胶的优势性能又有效地避开其使用弊端, 可以考虑将其与常见的硅橡胶进行并用改性创造。在经过改性后可以获得同时具有良好耐热性、耐低温性与耐油性的综合性优势。在进行并用改性研究的过程中, 我们发现硅橡胶与丙烯酸酯橡胶在极性与内聚性上有很大的差异, 两者之间很难实现相容。

针对两者之间较差的相容性, 我们先用红外光谱对不同混凝温度下的硅橡胶与丙烯酸酯橡胶的分子链之间的化学性进行分析与探讨。通过大量的分析数据, 最终建立起三种比较可行的化学反应模型。通过研究建立起的化学反应模型, 发现当混凝温度不断上升时, 共混胶料化学作用也呈现出明显加强的趋势, 两者之间的相容性越来越高。在此次分析的基础上又采用熔体流变学的理论对其胶组分间之间的化学作用进行验证, 用新型的动态硫化技术制备了具备互穿网络结构的并用胶。用动态力学的理论、动态力学的效能与玻璃化转化最终确定了机械共混法的制胶技术。

此外, 我国的谭海生等人还研究了活性硅橡胶与丙烯酸酯橡胶的单体共聚性能, 提高两者相容性, 对并用改进方式及共聚条件进行了改性研究。最终结果显示, 质量分数在15%的硅橡胶能明显改善丙烯酸酯橡胶的耐热性与耐寒性, 这也是一次比较成功的橡胶并用改性尝试。

3 硅橡胶与其他橡胶种类的并用改性分析

除了上述两种橡胶并用改性的成功尝试, 实际研究与生产中还存在硅橡胶与其他橡胶种类的并用改性分析。二烯类橡胶就是一种机械性能优良、价格低廉易获取的橡胶产品, 在与硅橡胶并用以后可以产生多种具有性能优势的改性新胶。丁橡胶也是一种可供尝试的改性橡胶种类。丁基橡胶具有较低的回弹性, 在遇到冲击时一般会产生较大的回弹阻力, 正是这种回弹性低的特点使其具有明显的减灾抗震效果, 但是其只能在小范围内使用, 在适宜的温度范围内发挥作用。我们将其与具有良好耐热性与耐寒性的硅橡胶并用改性, 能够解决其温度限制, 在更大的温度范围内正常发挥功能。

4 结语

不同橡胶之间的并用改性可以改善橡胶自身的不足, 吸取其他橡胶种类的优势, 实现橡胶机械强度、耐油性、耐溶剂性、耐酸性、耐碱性等性能的优化与提升, 使橡胶产品在耐热性与耐寒性上更加突出。随着经济的发展, 我国化工行业也在不断深化, 针对生产与生活的实际需要, 借助一定的技术与化学、物理手段, 生产出满足生产与生活所需要的化学物质是必然趋势, 橡胶产品的并用改性只是其中的一个缩影与例证, 产品的改良与创新是必然化的趋势。我们要在今后的研究中, 加大对这方面研究的支持力度, 通过橡胶产品的并用改性, 研制出性能更加优化、种类更加多样、功能更加强大的合成橡胶产品, 迎来橡胶并用改进发展的新辉煌。

摘要：科技不断进步, 橡胶在人们的日常生活中得到广泛应用。其高弹性、耐弯曲等优点在我国众多行业中得到了充分发挥。单纯使用一种橡胶材料很难满足生产与发展需要, 橡胶并用改性作为一个新的研究方向, 极大地扩展了橡胶的应用空间。本文主要对当前的橡胶并用改性研究进展进行分析, 结合不同橡胶之间的并用改性尝试, 探讨橡胶下一步发展方向。

关键词：橡胶并用,改性研究,研究进展,分析探讨

参考文献

[1]方海珍.橡胶制品增强纤维改性研究进展[J].世界橡胶工业, 2010, 07:37-42.

橡胶环氧化改性的研究进展 篇3

1 橡胶环氧化的主要改性方法

橡胶环氧化的改性方法主要有3种[1]:一是直接加入过氧酸与底物反应;二是由原位法制备过氧酸与底物进行反应;三是由过渡金属催化下的环氧化反应。

通过直接法反应的各类环氧化试剂中,间氯过氧苯甲酸是最有效的,可通过定量使用过氧酸来进行橡胶环氧化反应。Meng等[2]采用间氯过氧苯甲酸对甲基乙烯基硅橡胶进行环氧化改性,制备环氧程度5%~20%的环氧硅橡胶。常用的直接法环氧化试剂有间氯过氧苯甲酸(m-CPBA)、叔丁基过氧化氢(TBPH)、过氧甲酸和过氧乙酸等。

直接环氧法操作简便,但易发生副反应,且过氧化物毒性较大。使用原位法制备过氧酸已经被用于制备环氧化产物,且更易控制反应速率、产物纯度和产物转化率。Jacobi等[3]将甲酸-过氧化氢体系对SBR进行了环氧化改性,合成不同环氧程度的SBR,研究表明环氧基团的引入可以改善白炭黑在橡胶中的分散。

第3种环氧化改性方法是过渡金属法[4]。在催化剂作用下,过氧化物与橡胶反应,使双键打开进行环氧化。过渡金属法避免使用腐蚀性的酸类化合物,具有反应选择性好、副反应少、反应产物纯度高的优点,但催化剂价格贵。常用的过渡金属-过氧化物体系有三氧化钼-TBPH、甲基三氧化铼-过氧化氢和钨酸盐-过氧化氢等。Gregório等[5]采用甲基三氧化铼-过氧化氢体系对聚二烯烃进行环氧化改性,发现该体系对于不同分子量的聚二烯烃都有较高的反应活性和选择性。

除在溶液中进行环氧化,对胶乳环氧化是更经济环保的方法。使用原位环氧法可对天然胶乳进行环氧化改性。环氧化天然橡胶[6]具有良好的相容性、抗湿滑性、低滚动阻力、耐油性和气密性等特点,在轮胎工业、胶粘剂和复合材料等领域有着广泛的应用前景。

2 橡胶环氧化的表征手段

(1)化学滴定法[7]。有多种化学滴定法来确定橡胶的环氧基团含量。一是溴化氢/冰乙酸法,先将定量称取的环氧化橡胶溶解,将溴化氢缓慢加入聚合物溶液,产物中含有的羧酸、酯类、过氧化物等对该反应没有影响,但残留的过氧化氢会缓慢参与反应;二是高氯酸/溴化四乙胺法,先将定量称取的环氧化橡胶溶解,加入定量的溴化四乙胺溶液,加入结晶紫作为指示剂,用高氯酸标准溶液进行滴定至绿色,同时进行空白实验;三是盐酸/丙酮法,先将定量称取的环氧化橡胶溶解,加入定量的盐酸溶液,静置后加入指示剂,用标准氢氧化钠溶液标定,并进行空白实验。

(2)红外表征法。红外法具有测量快速、方便等优点,采用压片法或涂膜法制样进行测试,或者直接将橡胶进行全反射测试。环氧基团的特征吸收峰在800~950cm-1,具体的吸收峰位置与主链结构有关。环氧基团的强度可以通过红外谱图的吸收峰面积来定量计算。

(3)核磁共振(NMR)法。NMR法[8]是测试聚合物结构的方法,具有快速、精确、用量少等特点。环氧化橡胶在氢核磁共振谱图(1H-NMR)上反映为,双键的化学位移(~5.1×10-6)强度变弱,出现环氧基团的化学位移(~2.7×10-6)。由于1H-NMR谱图上环氧基团的化学位移与部分亚甲基、甲基的峰存在重叠,因此通过分析重叠峰确定环氧基团的实际面积,与双键总面积相比,即得到环氧基团的含量。

Dorsey等[9]比较了不同环氧表征手段的优缺点。NMR法测试的精确性依赖于环氧值大小,在太低或太高环氧程度中环氧基团和双键的核磁共振积分面积出现较大偏差,误差偏大。在环氧程度20%~75%时,NMR法重复测试结果的误差在1.5%以内。对于化学滴定法,采用溴化氢/冰乙酸法在环氧程度较低时有较高的精确性,当环氧程度大于10%时,化学滴定法比NMR法测试结果要低,在高环氧化程度时,聚合物极性增强,在测试溶液中溶解性变差以及高环氧化程度时环氧基团的侧基效应更明显,因此NMR法测试结果偏高,但在低环氧化程度时溶解性差异和侧基效应就不明显。

3 环氧化橡胶的主要性能特点

(1)加工性能。随着环氧程度的增加,橡胶结构本身的玻璃化转变温度、比重、门尼黏度也会随之增加。环氧基团会降低橡胶本身的塑性保持率和抗热氧老化性。环氧基团的引入提高了橡胶的极性,环氧橡胶比未改性橡胶更易粘在加工设备表面。

(2)硫化性能。环氧化橡胶的硫化体系可采用硫磺硫化和过氧化物硫化体系,也可使用胺类进行交联改性。以环氧化天然橡胶(ENR)为例[10],采用硫磺硫化体系,ENR的硫化速度要比NR快,因为孤立双键比连续共轭的双键的硫化反应要快。ENR的焦烧时间比NR要短,且环氧程度越高,焦烧时间越短,这可能是因为环氧基团对相邻的双键具有活化作用。

(3)力学性能。硫化胶的使用性能取决于环氧化橡胶的主链结构、填料配方和交联体系。以ENR为例[11],ENR硫化胶具有与NR硫化胶相似的拉伸强度、硬度、压缩永久变形。但是,ENR硫化胶具有高的疲劳应力、磨耗较低。ENR硫化胶的撕裂强度与NR和其他具有拉伸结晶性的橡胶相似。Rocha等[12]在研究环氧化丁苯橡胶(ESBR)与白炭黑填料的相互作用时,发现环氧基团能与白炭黑表面的硅醇基相互作用,更加容易浸润,佩恩效应减弱,白炭黑在ESBR的分散要优于普通SBR。环氧化橡胶更容易与白炭黑这类极性填料形成浸润作用,可以减少或不用硅烷偶联剂来促进填料的分散。

(4)耐油性能。通用橡胶如SBR、顺丁橡胶、丁基橡胶(BR)分子链是非极性的,因此其耐油性能不是很好。环氧基团的引入可以提高橡胶极性,环氧化橡胶的耐油性能随着环氧程度的增加而增加。例如,50%ENR的耐油性能与32%丙烯腈的丁腈橡胶(NBR)相近。25%ENR,其优异的耐油性能也可以作为丁腈的替代品应用于耐油橡胶制品。

(5)气密性能。在橡胶分子链侧链上引入环氧基团,使橡胶分子链内旋困难,降低分子链柔顺性。此外,分子链上引入极性基团可以增强分子链间相互作用力,降低气体穿透橡胶分子的能力。例如,50%ENR气密性与BR相近,可以用作气密橡胶使用。

(6)结晶性能。Davies等[13]研究发现环氧聚异戊二烯的拉伸结晶性能明显减弱。X射线衍射研究表明,随着环氧程度的增加,聚合物晶胞体积也逐渐变大,这是由于在聚合物晶体中引入了环氧基团。环氧聚异戊二烯由于存在拉伸结晶性质,其拉伸强度很高,且其玻璃化转变温度也随环氧程度的增加而增加。

(7)抗湿滑性能。橡胶的抗湿滑性能与其滞后损失、黏度作用和玻璃化温度相关,这些都可以归拢到橡胶的损耗因子tanδ值,一般用0℃的tanδ值来表征橡胶的抗湿滑性能。Wang等[14]通过对不同环氧程度的ENR的动态力学性能的表征,可以看出,环氧化程度越高,硫化胶在0℃附近和60℃的tanδ值增大,但60℃的tanδ值增大幅度要小于0℃附近的tanδ值,说明环氧基团能够提高橡胶抗湿滑性能。

4 环氧化橡胶的应用前景

环氧基团的引入赋予了橡胶诸多优异的性能,如提高橡胶主链的极性,提高大分子对有机介质的抗耐性,提高耐油性。环氧基团可以提高大分子链与高表面能纳米颗粒(如普遍采用的纳米SiO2、新型增强体氧化石墨烯等)间的相互作用,提高纳米颗粒的分散性,克服传统橡胶与极性填料间分散不佳的问题。此外,借助环氧基团的多元反应的平台性,可进一步进行化学反应,获得多种功能的新型橡胶材料,也可以将环氧化橡胶作为助剂来使用,如用于增韧环氧树脂,改善环氧树脂的低温脆性。

目前,商业化的环氧化橡胶主要有ENR、环氧化异戊橡胶、环氧化顺丁橡胶等。以ENR为例,按环氧程度分,主要有ENR10、ENR25、ENR50和ENR75等4种产品。ENR在保留NR结构和性能的基础上,能与NR、SBR和顺丁橡胶等非极性橡胶产生部分相容和共硫化,又具有环氧基团的极性和反应性,能与极性橡胶如NBR有一定相容性,并能与极性填料如白炭黑的表面产生较强的偶极作用。

ENR的应用主要集中在与NR、NBR、SBR并用来提高复合材料的某些使用性能,如耐磨性、耐油性、抗湿滑性等。此外,ENR还可以作为一种界面相容剂来使用[15],可以改善无机填料在橡胶基体中的分散,增强基体与填料之间的相互作用,改善硫化胶的耐溶剂性、硫化特性及部分物理机械性能。ENR在耐油领域的发展如制备耐油软管、耐油衬垫、耐油、连接材料、耐油管路有广泛的应用。环氧化橡胶优异的气密性可以将其应用轮胎制造业、气密胎、内管制造等行业。此外,ENR的混炼胶对极性和非极性橡胶的粘接强度都很大,可将它用于粘结聚氯乙烯和原本不相容的材料如NR、SBR等。

5 总结

SBS橡胶复合改性沥青性能研究 篇4

随着我国汽车工业和道路建设的迅速发展,大规模的废旧轮胎将会带来巨大的社会环保问题;同时道路的使用性能也需要提高。将废旧轮胎橡胶粉用于公路建设是解决当前面临问题的有效途径之一。随着近年来橡胶粉加工工艺的改善,精细橡胶粉的生产成本不断降低,橡胶粉在公路中的应用研究已全面开展。本文介绍同时掺加橡胶粉和SBS的复合改性沥青。

橡胶粉来源于废旧轮胎,它是已经硫化的橡胶,具有空间网状结构,虽经机械粉碎变成粉末状,但其粒子的微结构仍保持着网状交联结构,并且还含有炭黑和防老化剂等化学成分。将这样的橡胶粉与沥青配合使用,可有效提高软化点、减轻车辙,而且对提高沥青的抗老化性,延长道路使用寿命有着实际应用意义。

不过,各种轮胎橡胶的不同成分影响橡胶改性沥青生产的质量稳定性。所用轮胎种类及部位的不同使得再生轮胎橡胶的成分可能会呈现很大不同,结果导致橡胶改性沥青的物理性质与相关性能受到影响。我国橡胶粉主要来源于斜交胎,占60%~70%。斜交胎与子午胎在化学成分上存在较大差别,斜交胎中天然胶与合成胶的比例一般为7∶3,而子午胎一般为2∶8,所以斜交胎好于子午胎。

2 橡胶粉、SBS在沥青中的作用机理分析

橡胶粉掺入到沥青中制成橡胶粉与沥青的共混物,成为橡胶改性沥青。目前橡胶粉与沥青之间的相互作用机理公认的有:物理共混、网络填充以及化学共混理论,每种说法各有千秋。所谓物理共混,是橡胶粉加入到沥青中后,橡胶粉的分子受到沥青组分中芳香烃、饱和烃的作用发生熔胀和溶解,而均匀分散在沥青中形成共混体系。在物理共混中没有发生化学作用,仅仅是物理作用,要求橡胶粉与沥青有较好的相溶性、相容性、溶解性和分散性,以达到较好的物理混合。网络填充,是指在橡胶粉加入到沥青中后,橡胶粉分子受到沥青油分和芳香分的作用而被分开,发生溶胀和部分溶解过程;然后是扩散或溶胀团粒的分散过程,是橡胶粉以微粒或丝状随即分布在沥青基体中。化学共混是指在沥青中不仅有烷属烃、烯属烃和芳香烃,还含有极性和非极性化合物,存在着羚基、脂基等有机官能团,可以和许多物质发生化学反应,产生化学交联或化学加成,生成新的化学键的结合。在橡胶沥青中加入硫化剂使橡胶发生硫化反应,可以形成硫化的大分子网络结构。这些学说所论及的橡胶粉与沥青的相互作用,在其共混过程中都有可能存在,只是程度不同。这与橡胶粉的成分、沥青的品质、添加剂的种类以及加工方式等因素有较密切的关系。

对经过加工的橡胶沥青采用40目(0.6mm)和200目(0.075mm)两极过滤网,基本能过滤出橡胶沥青中的橡胶颗粒,说明胶粉在橡胶沥青中有物理填充的作用;而且在过滤前不同掺量橡胶粉在橡胶沥青中的物理表现相当稳定,表明橡胶粉颗粒在沥青中分布状况良好;同时过滤后的橡胶沥青密度增大,说明橡胶粉对沥青的化学成分有一定的影响,其间存在化学作用。试验研究表明橡胶粉掺入沥青中不仅仅是简单的物理填充,也不完全会发生化学反应,而是处于两者共存的状态,其产物是橡胶粉和沥青的共混体系。

SBS改性沥青的相容性机理:改性沥青是由高分子聚合物改性剂作为分散相用物理的方法以一定的粒径均匀分散到沥青连续相中而构成的体系。聚合物与沥青之间仅仅存在部分地吸附、相容,而并非完全溶融。这种体系属于热力学不稳定体系,极易发生两相之间的分离,造成离析现象。

相容性好是指作为分散相的SBS聚合物能以一定的粒径,均匀的分布在沥青相中,改性效果显著。

3 SBS橡胶复合改性沥青性能的试验研究

试验采用中国石油辽河石化分公司90号道路石油沥青,湖南岳阳石化桑蚕生产的巴陵牌1301 YH-791H型SBS,用量分别为1.5%、2.0%、2.5%和3.0%。胶粉采用子午胎常温研磨法粉碎,胶粉的目数为60目,掺量为10%(外掺)。使用美国道维施MP-S8进口胶体磨在170~180℃的温度下研磨拌和,制备成不同掺量的SBS橡胶复合改性沥青进行各项性能试验,研究SBS和橡胶粉的掺入对沥青性能的影响情况(注:为了保证复合改性沥青的稳定性,生产中加入很小剂量的添加剂)。

3.1 对沥青高温性能的改善

(1)针入度

沥青中掺入橡胶粉和SBS后,沥青的针入度存在不同程度的变化,与基质沥青相比是明显变硬,相同的橡胶粉掺量,随SBS掺量增加针入度降低。

(2)软化点

软化点是道路沥青最基本的性质指标,数值表达的意义直接与路面发软变形的程度相关联,是说明沥青高温性能的指标之一。从试验结果看出,由于橡胶粉和SBS的加入,复合改性沥青的软化点明显提高,提高幅度一般为10℃左右。但橡胶粉量一定随SBS用量增加软化点增加不明显。

(3)粘度

粘度是沥青材料重要的技术指标,粘度大的沥青在荷载作用下产生较小的剪切变形,弹性恢复性能好,与沥青混合料的动稳定度有很好的相关关系。采用美国BROOKFIELD博力飞旋转粘度计测得的不同SBS掺量在不同温度下的布氏粘度,结果如表3,从中看出橡胶粉的掺入能够大大提高基质沥青的粘度,同时SBS对粘度也有不同程度的提高。随温度的提高复合改性沥青粘度降低,根据粘度值我们可以制定复合改性沥青的生产和发育温度、拌和温度、贮存温度、摊铺温度、碾压温度。

我站生产的SBS橡胶复合改性沥青的粘度介于SBS改性沥青和橡胶沥青(掺量为20%)之间,适合于沥青的生产和混合料拌和,不会在生产过程中堵塞管道。

从以上结果可以看出,在沥青中掺入橡胶粉和SBS后,对沥青的软化点、粘度等高温性能指标都有显著的改善。

3.2 低温性能的改善

延度反映沥青的柔韧性,延度越大,沥青的柔韧性越好,如在低温下延度越大,则沥青的抗裂性越好。沥青延度与其粘度、组分有密切关系。一般来说,延度大的沥青含蜡量低,粘结性和耐久性都好;反之,含蜡量大,延度小,粘结性和耐久性也差。因此延度是表征沥青性质的重要指标。

掺加橡胶粉和SBS后,5℃延度明显大于基质沥青的5℃延度,且橡胶粉掺量相同情况下,随SBS剂量增加5℃延度逐渐增加。从延度试验看出SBS橡胶复合改性沥青5℃延度大于橡胶沥青但小于SBS改性沥青。

3.3 弹性恢复

良好的弹性是橡胶沥青的一个重要性能,弹性恢复指标反应了橡胶沥青在受力后的弹性恢复性能。沥青的弹性恢复能力的提高可以减小荷载作用的残余变形,减少路面的损坏。

从弹性恢复的试验结果看,橡胶粉和SBS的掺入大大改善了沥青的弹性恢复能力,橡胶粉一定,SBS掺量的增加能显著提高弹性恢复性能。

3.4 老化性能的改善

沥青老化是一个逐渐发展的过程,它的速率直接影响路面的使用寿命,是影响路面耐久性的主要因素。本试验采用旋转式薄膜加热试验。从表2中老化指标看,老化后质量损失平均为0.63%,针入度比77.8%,软化点比为105%。从这些老化指标看,橡胶沥青的抗老化性十分优越,远远高于现行规范中SBS改性沥青的指标。

3.5 PG分级

为了增加可比性,试验同时选用辽河90#基质沥青和5%SBS辽河改性沥青横向比较(如表4)。

试验结果表明,5%SBS辽河改性沥青的高温性能比辽河基质沥青提高三个等级,低温性能没有变化。而SBS橡胶复合改性沥青的高温性能比辽河基质沥青提高两个等级,低温性能也提高一个等级。

通过大量的试验,我们最终确定SBS橡胶复合改性沥青的配方为基质沥青掺量87.7%,橡胶粉掺量10%,SBS2.0%,SWD稳定剂0.3%。

4 生产工艺

SBS橡胶复合改性沥青的生产工艺是首先预热基质沥青至170~180℃;预热好的基质沥青进入高

剪切胶体磨并加入预定剂量的SBS,与基质沥青进行高剪切搅拌混合;研磨后的SBS-沥青混合物进入发育罐进行发育;保持发育温度170~180℃,循环搅拌持续2h;发育好的SBS-沥青混合物进入高剪切胶体磨并加入预定剂量的轮胎橡胶粉和SWD稳定剂进行混合搅拌;SBS-沥青+轮胎橡胶粉+稳定剂混合物发育/反应3±0.2h,并不停搅拌;第二次发育完成后的沥青结合料便可用于热拌和。

5 总结

(1)采用SBS和废旧轮胎橡胶粉两种改性剂生产改性沥青,相比SBS改性沥青进一步提高沥青的高低温性能。

(2)该项技术利用废旧轮胎橡胶粉,有利于环保,同时减少了沥青用量,降低了工程造价。

(3)与常规橡胶沥青相比,加入稳定剂后可延长储存时间,降低了施工难度。

(4)通过铺筑试验路,总结了一套切实可行的生产和施工工艺。

摘要：简要介绍了营口市公路沥青拌合站生产的SBS橡胶复合改性沥青的特点及该沥青的作用机理,通过对四种不同配方的试验,定性分析了对沥青的高温性能、低温性能、弹性恢复性、抗老化性能等几个方面的改善作用。

浅析橡胶改性沥青面层施工技术 篇5

沥青由施工单位及监理组试验室对针入度、延度、软化点进行检测, 并由施工单位留样备检。基质沥青及橡胶改性沥青全套指标和PG分级检验由施工单位和监理组共同委托有资质单位进行。

粗集料应采用石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近立方体颗粒的碎石, 粒径大于2.36mm。应选用反击式破碎机轧制的碎石, 严格控制细长扁平颗粒含量。

注: (1) 有1个或以上破碎面为黄色节理面的集料颗粒含量应不大于5%

细集料采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质并有适当级配的人工轧制的玄武岩、辉绿岩或石灰岩细集料, 不能采用山场的下脚料。

矿粉采用石灰岩碱性石料经磨细得到的矿粉。矿粉必须干燥、清洁, 拌和机回收的粉料不能用于拌制沥青混合料, 以确保沥青面层的质量。

2 生产配合比设计结论

依据工程建设指挥部对技术服务工作的要求, 技术服务单位按照施工指导意见要求全面参与了上面层Sup13橡胶改性沥青混合料生产配合比设计, 设计结果如表:

生产及目标配合比级配合成曲线见图1。

本次生产配合比设计结果见表6。

注:*表示当级配通过限制区下方, 粉胶比可增加到0.8~1.6。

3 现场施工控制

在生产配合比设计和试拌试验符合要求的条件下, 指挥部组织技术服务单位、施工单位及监理单位开展了上面层Sup13橡胶改性沥青混合料的试铺工作, 试铺桩号为K18+960~K19+260左幅, 计长约300m, 上面层设计厚度4.0cm。试铺采用一台西筑3000型拌合楼, 拌和过程全部采用计算机自动控制, 生产周期约为60S, 其中干拌10S, 湿拌40S, 从沥青混合料外观看, 沥青裹覆得较为均匀、无花白料、无结块和离析现象。

混合料运输采用双桥车, 料车均采用双层油布覆盖, 运距约为30KM, 出场温度检测约为180℃, 摊铺温度约为170℃。采用两台ABG8620摊铺机并排行驶, 采用非接触式平衡梁的找平方式, 靠中分带一侧的摊铺机在前, 两台摊铺机间距约控制在5米, 摊铺速度在1.1m/min左右。从摊铺后上面层的表观看, 整体上基本均匀, 摊铺接缝处有轻微的条状离析。

根据试铺准备会议的要求, 采用两种碾压方案, 碾压组合见表:

沥青路面上面层施工现场设置明显的初压、复压、终压标志, 压路机的碾压速度符合施工指导意见的要求, 初压温度约为167℃, 终压温度约为100℃。碾压过程中沥青混合料没有产生明显推移现象, 复压时随时喷洒油水混合物, 胶轮粘轮现象控制较好。

4 施工质量指标检测

对本试铺段路面渗水试验进行检测:第一方案碾压段落K19+060距中央分隔带距离3、6、9m处渗水系数分别为9、0、6 (ml/min) ;第二方案碾压段落K19+200距中央分隔带距离5、11、14m处渗水系数分别为0、23、0 (ml/min) ;均≤70ml/min施工指导意见要求。

5 结束语

通过对整个施工过程的检查, 认为沥青混合料的生产、运输、摊铺及碾压过程基本正常;沥青混合料摊铺能做到均匀、连续地摊铺, 温度控制基本满足要求;碾压能做到高温紧跟压实, 碾压过程中沥青混合料基本无推移现象。从混合料检测情况看沥青用量满足要求, 各类物理及力学指标均符合要求。芯样厚度满足要求;芯样的马氏压实度有1/6不满足要求, 理论压实度均满足要求。从渗水试验来看, 渗水系数均满足要求。

建议大规模施工时采用方案二碾压方式, 增加胶轮压路机自身配重, 做到高温紧跟碾压, 碾压段落长度控制在20米以内, 并确保胶轮的碾压遍数, 保证路面的密水性和压实度。为了避免接缝处存在离析, 后面摊铺机应跨缝20cm以上摊铺, 螺旋布料器内混合料表面略高于布料器约2/3。由于橡胶改性沥青高温下气味难闻, 做好现场工人劳动保护工作。

参考文献

液态施工的聚合物改性橡胶沥青 篇6

液态施工的聚合物改性橡胶沥青有多种叫法, 通常称作“热施工橡胶沥青”, 还有其他一些称谓, 包括:液态施工热熔防水、液态施工单层防水膜、橡胶沥青防水膜以及这些词的各种组合。

早期聚合物改性橡胶沥青的两大主要改性材料为非氧化沥青软化油和丁苯橡胶。曾经, 这两种物质被认为是不相容的。当沥青软化油和丁苯橡胶放在一起时, 沥青软化油中的轻馏分会迁移到橡胶中, 发生一种经典的不相容反应, 结果为橡胶膨胀和变形, 在混合物中, 橡胶由小组分变为大组分。

首款具有实用价值的沥青改性材料出现于19世纪50年代早期;到了60年代晚期, 第2代改性沥青用聚合物———SBS, 由美国德州的“Shell's West Hollow研究中心”发明。然而, SBS应用于改性沥青的更多的研究工作是在欧洲开展的, 由Shell的法国子公司在1972年左右开始进行。

19世纪50年代以后, 随着产品技术的发展, 化学工程师慢慢认识到如何利用高剪切混合设备来制备稳定的橡胶改性沥青体系。在此反应器中, 橡胶分子吸收沥青中的油分并膨胀, 从而能够生成一直稳定的、像橡胶的弹性、热塑性兼具的改性沥青材料。同时, 化学工程师开始尝试将这种材料应用在高速路上, 紧接着又扩大应用领域, 包括屋面。SBS改性沥青屋面卷材在1977左右由欧洲引进到美国和加拿大。液态施工的橡胶沥青在屋面上的应用当时不被重视。

再往前回溯一下, 大约1963年, 美国Uniroyal公司将SBR改性沥青实验性地用到了公司自己的屋面上, 通过几年的观察, Uniroyal开始在加拿大出售这种适用于屋顶的液态施工的防水材料。

橡胶沥青和氧化沥青屋面材料相比, 它的优越性能之一是低温柔性好, 通常可达-20°F (-29℃) 甚至更低。氧化沥青屋面材料通常的玻璃化温度是38~40°F (3~4℃) 。

热熔施工的橡胶沥青首先在寒冷的加拿大被接受了, 很快, Uniroyal加拿大公司有了竞争对手Flintkote公司。到19世纪70年代, 加拿大至少有5个大型的橡胶沥青供应商。

直到70年代晚期, 橡胶沥青才在美国开始迅速发展。目前, 美国有12家橡胶沥青供应商, 其中有一些也服务于加拿大市场。但是, 美国目前仍然有一半以上的橡胶沥青从加拿大进口。

原材料

聚合物改性橡胶沥青的化学组成可能随生产商的不同而不同, 需要考虑的因素包括:

·原材料和非氧化沥青软化油在混合过程中的相容性

·所用的特定聚合物以及聚合物的量

·所用填料的种类和数量 (如果有的话)

·所用的任何可以改变性能的添加剂

人们普遍认为, 仅有50%~60%的沥青软化油与沥青改性工艺是相容的, 且在相容的沥青软化油中, 相容的程度也有很大的不同, 从轻微相容的“硬”沥青到高度相容的“软”沥青。高度相容的“软”沥青大约占所有沥青的10%, 由于来自“低硫原油”石油, 价格也更贵。

北美市场上, 只有一家生产商因使用“吹制”氧化屋面沥青 (ASTM D312型) 生产橡胶沥青而著名。屋面沥青的氧化过程是屋面施工时, 采用蒸汽和加热提高沥青软化油的软化点, 加速其老化, 使其不像老化前那样容易流淌。用非吹制沥青软化油理论上可提高橡胶沥青的使用寿命, 和氧化屋面沥青软化油相比, 在改性过程中更相容。

聚合物组分和软化油的相容性一样重要。在橡胶沥青发展早期, 聚合物主要采用SBR, 其分子链以不同的方式组合可以有不同的性能。当聚合物在高剪切混合器中和足够多的相容的沥青软化油混合时, 形成一种橡胶聚合网络。在这一过程中, 橡胶聚合物分子吸收沥青的轻馏分, 体积膨胀大于800%, 并且形成橡胶沥青的聚合网络。复合材料的总体积是不变的, 但是由于吸收了沥青轻馏分, 原来属于次要成分的橡胶聚合物小分子, 通过相转变跃升为主要成分。在显微镜下, 这种材料的横截面呈海绵状, 沥青组分和吸收了轻馏分的膨胀橡胶聚合物间的空隙由海绵状物填充。一个简单直观的例子是, 假设10%的聚合物与90%的沥青混合, 将形成80%~90%的橡胶网络和10%~20%的沥青填充区。

早在20世纪70年代, Shell Oil's Kraton集团在法国的Shell沥青有限公司引进了SBS聚合物, 然后联合欧洲屋面工业界一起推出了一种划时代的屋面材料———SBS改性沥青屋面卷材。紧接着, 许多橡胶沥青卷材制造商逐渐用SBS替代SBR聚合物。SBS比SBR具有更加多样化的构造, 具有更高的强度和更优异的弹性, 且是一种比SBR更容易形成聚合物相的材料。毫无疑问, SBS也具有较高的成本。

Shell Oil's Kraton集团在70年代晚期也引进了苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯 (SEBS) , 将其作为下一代适合与沥青进行混合的橡胶聚合物。该产品对制备过程中的热损伤和紫外线的降解作用具有更高的抵抗力 (对于SBS来说, 这两个性能较弱) 。由于SEBS聚合物具有非常高的成本 (为SBS的3倍) , 它在橡胶沥青市场的机会就十分渺茫。但是, SEBS作为一种升级的聚合物改性热施工沥青的改性剂, 已在叠层改性沥青卷材体系中建立了自己的市场;同时, SEBS作为一种与SBS改性沥青卷材完全相容的材料, 它也在SBS改性沥青粘结剂市场中得到认可。

值得注意的一个问题是, 现今改性沥青产品中的聚合物正在被汽车轮胎低温胶粉取代。从生态学角度来看, 这种设想是非常好的, 这种低温胶粉的加入, 能提供改性沥青系统很多需要的橡胶属性。然而, 这种系统是有缺陷的, 它没有发生聚合过程或者聚合物网络的交联, 只有悬浮于沥青中的膨胀橡胶颗粒。这种产品在业内被称作“沥青-橡胶”, 不同于经过聚合物改性的橡胶沥青, 无法满足CAN/CGSB—37.51—M90规范要求 (ASTM D 6622中唯一认可的关于聚合物改性沥青的质量标准) 。汽车轮胎低温胶粉改性沥青虽然没有被大量应用于防水或者屋面, 但已经作为一种低成本的公路路面材料被广泛接受。

橡胶沥青中除沥青和聚合物这两个基本组分之外, 还有一个组分是填料。似乎每一个供应商都有它自己的最佳填料选择及添量。有的用黏土, 有的用碳酸钙或者碎石灰石, 有的用滑石粉和矿粉, 有的用大理石粉, 有的用石灰粉, 还有不少用再生轮胎胶粉, 也有完全不使用任何填料的。

橡胶沥青中填料的主要技术价值是提高了橡胶沥青的黏度, 使其应用时容易形成一个较厚的构造, 这是没有填料时所无法形成的。黏度越大时, 形成的防水层越厚, 就会有更好的裂缝桥接性能和自愈性能, 防水层抵抗机械损伤的能力越强。填料也能改善橡胶沥青的均匀性, 降低流动性, 有些填料甚至还能提高材料的强度。使用再生轮胎胶粉作为第二填充物的生态效益是不言而喻的。还有一个不被注意到的好处是, 一定大小的再生橡胶粉可以被看做是小的“轴承滚珠”, 帮助调节施工时的厚度。由于大多数填料是惰性的, 且在混合过程中填充颗粒被涂上了橡胶沥青, 所以惰性填充物彼此之间的差别是不明显的。同时, 填料的成本比沥青软化油要低, 且大幅低于聚合物。当然, 有时也要求不使用任何填充物, 以使橡胶沥青有更好的拉伸强度和粘结强度, 可以做成薄涂层, 而这正是某些特定应用领域所需要的。

当这2~4个组分在高剪切混合器中混合时, 有许多专有添加剂可以用于补偿沥青软化油的低相容性, 改变材料的表面张力, 提高材料的附着力, 使材料更坚硬或者柔软, 改变软化点, 提高耐火性, 以及其他需要改进的性能。

大多数生产商除了对成品的性能和质量作测试外, 在沥青软化油原料进厂之前也会有一系列质量控制测试。当橡胶沥青不能达到规范要求时, 通常会将合适的添加剂加入配方中, 以符合产品规范的要求, 一般是指符合CAN/CGSB—37.51—M90的要求。

令人惊讶的是, 在过去30年来, 不论是ASTM C24建筑密封剂委员会, 还是ASTM D—08屋面防水委员会, 都没有为液态施工用聚合物改性橡胶沥青编制一份共用的标准, 而是仅以CAN/CGSB—37.51—M90作为一个默认的标准。CAN/CGSB规范在ASTM D 6622《满粘法热施工增强防水系统应用指南》中被引用, CAN/CGSB—37—GP—51M是在1979年首次出版, 已在1990年被加拿大通用标准委员会的CAN/CGSB 37.51—M90取代。标准为橡胶沥青设置了最低性能, 包括:

闪点———ASTM D92

渗透性———ASTM D119 D3407试验方法

流动性———ASTM D1191或者D3407试验方法

韧性———CGSB试验方法

最大载荷时的韧性保持率———CGSB试验方法

粘附等级———CGSB试验方法

水蒸气透过量———ASTM E96 (E试验方法)

吸水性———CGSB试验方法

针孔———CGSB试验方法

低温柔性———CGSB试验方法

裂纹桥接能力———CGSB试验方法

热稳定性———CGSB试验方法

粘性测试———CGSB试验方法

只有少数实验室具有完成CAN/CGSB—37—GP—51M全部试验方法的能力, 费用一般在1万到1.5万美元。

应用

加拿大市场最先使用聚合物改性橡胶沥青后, 美国几家大型建筑公司以及著名建筑师, 在重大工程和重要建筑采用倒置式屋面或者卷材上设置保护层的系统中, 一般指定用这种材料。一般来说, 这些工程会有结构型混凝土面板, 包括屋面板、广场顶板、地下停车场顶板、桥梁面板等。屋面保温板由于抗压强度和粘结强度较低, 以及尺寸稳定性差, 不适合作为聚合物改性橡胶沥青的基层;轻质隔热混凝土板同样不适合作为此类防水材料的基层。

早期应用液态施工的橡胶沥青时, 是不增强的, 平均厚度为180 mil (4.6 mm) , 泛水部位采用丁基-EPDM复合材料铺设在橡胶沥青的上面, 丁基面朝下 (与橡胶沥青接触) 。现在, 大多数泛水采用60 mil (1.5 mm) 厚非固化氯丁橡胶, 或将热熔搭接施工的SBS改性防水卷材直接铺设在冷粘结剂或橡胶沥青上。

橡胶沥青受到青睐是因为其易于安装, 具有自愈性、自疏水的特性, 能够抑制防水层下湿气的迁移, 对不规则基面具有良好的适应性, 与其他种类的防水材料相比具有厚度可调的优势, 冬天可以在零下温度使用, 不需要养护, 具有热塑性等等。这些性能上的优点已在成功应用橡胶沥青的案例中得到证实。

工艺———被忽视的元素

施工工艺在许多技术规范中都没有被重视, 而它却几乎与所有种类防水系统的绝大多数屋面和防水问题息息相关。聚合物改性橡胶沥青也不例外。

80年代后期, 橡胶沥青的施工工艺得到进一步改进, 增加了液态施工的橡胶沥青的厚度规格, 从180 mil (4.6 mm) 单道涂层, 增加到90 mil (2.3 mm) 和125 mil (3.2 mm) 两道涂层, 两道涂层中间加一层纺粘法聚酯增强织物。这样做虽有些冗余, 但增加了防水层的强度, 减少了因为施工误差引起防水层缺陷的几率。经过改进后, 防水层厚度规格最小为215 mi (5.5 mm) , 如果再加上保护层, 这样一个具有自愈功能的防水系统的总厚度将超过300 mil (7.6 mm) 。

施工工艺方面最常见的问题往往与基面处理、细部节点有关。要保证基层混凝土已得到充足养护, 所有的施工基面 (包括墙、管、下水道等) 必须是洁净、无污染物的, 所有附属物已经安装完毕, 排水通道已具备, 连接墙已构筑, 凹凸处以及其他基面缺陷已得到修缮处理。混凝土表面的处理, 可参考ASTM D5295《满粘法施工卷材防水系统中混凝土表面处理指南》。

关于施工工艺的第2个常见问题, 就是泛水材料的施工, 如泛水材料没有完全粘附在基层上, 使泛水材料与基层之间形成了许多空隙。泛水施工对于经验丰富的施工人员并不是什么难题, 但遇到缺乏责任心的工人, 往往就容易造成泛水材料的施工质量问题。因此, 所有的泛水构造施工需在质检员和材料商的密切监督下进行。

其他的一些问题是, 建筑粉尘对已打好底的施工基面的污染;产品在橡胶熔炉中温度过高、时间过长, 会造成永久性交联或硫化;橡胶熔炉中缺少有效的搅拌措施, 会使制备出的产品组分不均一, 有部分聚合物过多、有部分聚合物过少。如果聚合物改性沥青中未掺加任何填料, 或施工时温度过高 (黏度会变小) , 应注意材料的施工厚度是否能得到保证。

建筑师正越来越倾向于注重建筑的美观, 这就意味着基层泛水是不允许可见的, 一般可以通过遮掩基层泛水来实现。如果在构造设计阶段没有考虑到这一点, 往往会导致非常不幸的“设计变更”, 这多半意味着基层泛水构造高度将被调低, 这就有可能导致渗漏从泛水上方绕到泛水后面渗入基层。如果基层泛水高度达不到最低要求8英寸 (20.3 cm) , 就很有可能产生进水通道和由此引起渗漏。在这个细节上的争论实际上从来没有止息过。

细部节点处理好了, 聚合物改性橡胶沥青大面的液态施工, 对于半熟练的工人来说可能是最简单的活了。液态施工的聚合物改性橡胶沥青防水膜非常易于施工, 形成一层厚厚的、无接缝的、完全粘附于基层的防水层, 其长期性能也已得到充分认可与证实, 而且不会显现出任何传统煤沥青涂层的弊端, 因此, 毫不夸张地讲, 这是一种应用传统施工技术的现代工程材料。

商业化

在美国, 随着橡胶沥青市场景气的持续, 材料供应商的数量增速已经高于市场需求的增长。于是, 该产品领域的市场竞争加剧, 其实际效应就是该防水技术的彻底商业化。

商业化是一把双刃剑。持续的竞争不断提高市场效率, 促进改革, 降低了用户的成本。另一方面, 商业化也导致了产品和安装细节质量的下降。

目前市场上的橡胶沥青材料, 如果严格按照CGSB规范进行检查, 鲜有能以满分通过的, 大部分可能刚好达标, 还有一些明显不合格的。其根源在于生产商有降低成本的意图, 通过降低聚合物用量, 减少必须使用的添加剂的量, 或者使用一定数量的填料来替代沥青, 以实现节省成本的目标。

未来

预测橡胶沥青的未来是很困难的, 就像其他关于未来发展方向的预测一样。

冷施工液态单组分或双组分柔性防水膜, 已经在一定程度上挤占了聚合物改性橡胶沥青的市场, 并展现了许多与后者相同的特性。但是, 它们在北美积累起一二十年成功应用的业绩之前, 是不可能大规模取代聚合物改性橡胶沥青的市场份额的。

冷施工的SBS橡胶沥青变得如此流行, 有点不可思议。这类冷施工材料要么是溶剂型的, 含有挥发性有机物 (VOC) , 要么是水乳型的, 与热施工橡胶沥青在性能与特性上相差很大。溶剂型产品对生态环境不利;而作为水乳型产品, 在某些应用上易发生再乳化现象。

目前, 聚合物改性橡胶沥青最重要的增长领域可能是种植屋面的防水工程。实际上, 如《NRCA种植屋面系统年鉴》所建议的, 作为一种选择方案, 聚合物改性橡胶沥青能够100%粘附于混凝土板上, 可以给种植屋面系统带来数十年的防水保护。事实上该材料已在北美种植屋面系统中得到应用。

结论

一般来讲, 对橡胶沥青有正反两方面基本的看法:一方面它是一种高效、施工要求不高、经长期证实为可靠的防水系统;另一方面它是一种热施工、有难闻气味、施工有一定危险性的古老防水系统。

作为防水系统, 它守护了北美众多的纪念性建筑、博物馆、数据中心、桥梁和其他重要建筑结构许多年。因此, 对第一种看法有值得支持的理由。

改性橡胶颗粒 篇7

近年来,由于SBS改性沥青大量的使用,对于提高公路路面使用性能,改善路用使用质量,延长路面使用寿命,发挥了重要作用。但随着我国汽车工业高速发展,大量的旧轮胎被废弃,已经给社会带来了巨大的环保压力。旧轮胎是一种难以分解的高分子化工材料,无论是采用堆放填埋,还是采用焚烧的方法处理都将带来新的污染,不但污染环境,而且占用土地,将废旧轮胎制成橡胶粉作为沥青改性剂是解决当前社会面临环境污染问题的有效途径,不仅提高沥青品质和路面使用质量,而且废物利用,治理污染,节约资源,符合公路建设与环境保护的可持续发展的要求。为此,我们借鉴了国外经验,结合桓盖线路面工程的实际,在原来的SBS改性沥青基础上,进行了SBS橡胶粉复合改性沥青性能的研究。

2 SBS橡胶复合改性沥青混合料配合比设计

在实际工程中复合沥青混合料的配合比设计流程与一般的沥青混合料和改性沥青混合料的流程基本一样,一般应分为四个步骤:

(1)理论配合比设计试验。主要的目标是根据当地的气候和交通环境及石料情况,确定混合料的技术要求,进而选择材料,确定混合料的级配、评价混合料的技术性能。该阶段试验主要在试验室完成。

(2)目标配合比设计。主要目的是根据上阶段试验确定的混合料级配和材料,确定拌和楼冷料仓的比例,并验证混合料的主要技术指标。该阶段试验应在拌和场的试验室完成。

(3)生产配合比试验。主要目标是确定拌和楼热料仓的比例,并确定混合料实际生产的油石比。该阶段试验应在拌和场完成。

(4)试生产并铺筑试验路段。主要目标是验证混合料配合比的设计参数,如:冷热料仓的比例在实际生产中是否合适,是否会出现严重的等料、溢料现象,如有则需要及时调整;生产出的混合料技术指标是否满足设计要求等。同时确定大规模生产的工艺参数,如:拌和的温度、运输的车辆、摊铺的温度、混合料的松铺系数、碾压机械的配套及碾压程序等。

2.1 混合料级配确定

国际上橡胶粉改性沥青混合料无论是干拌还是湿拌都采用断级配类型,这是考虑到橡胶粉在混合料中的填充作用,需要代替一部分细集料。断级配可以提高空间容纳胶粉,减少碾压弹性。

2007年盖州桓盖线试验段,根据设计我们仍采用连续级配AC-16,进行混合料配合比设计。配比设计仍采用马歇尔击实试验方法,着重研究AC-16橡胶粉复合改性沥青混合料马歇尔指标。通过沥青试验表明,沥青中掺加SBS和橡胶粉后粘度增加。因此,混合料的击实温度仍比一般混合料击实温度高,可通过测定改性沥青粘温曲线确定混合料的击实温度。一般击实温度可控制在145～155℃。

我们研究采用测量马歇尔试件击实后高度的变化,计算相应的膨胀率,来表征混合料是否能碾压成型,但是在10%橡胶粉掺量条件下24h后再量取马歇尔试件的高度,与普通沥青混合料试件的高度并无较大的差别,这可能与我们采用连续级配有关,应该容易碾压成型。

表1～表6为试验用原材料技术指标。

2.2 AC-16橡胶粉复合改性沥青马歇尔试验指标

试验结果表明(如表7～表10),随沥青用量增加,空隙率减小,沥青饱和度增加,稳定度逐渐增加后降低,流值逐渐增加。

根据试验结果,我们认为选定2.0%SBS+10%橡胶粉复合改性沥青为最佳方案,最佳油石比为5.0%。下一步进行沥青混合料路用性能的研究,油石比皆采用最佳油石比5.0%。

3 SBS橡胶复合改性沥青混合料的路用性能研究

沥青混合料的路用性能主要指沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和低温性能。

3.1 沥青混合料的高温性能

橡胶粉在沥青混合料中的作用比较复杂,一般简化为两个方面,一是作为填充料,填隙矿料结构中的空隙;二是与沥青发生一定的反应,吸收沥青中的轻质油分,增加沥青的粘度。填充空隙使混合料更加密实,增加混合料的内摩擦角,而增加沥青的粘度,则有利于提高混合料的粘聚力,因此,可以认为橡胶粉掺加到沥青混合料中,对其高温稳定性的改善是有利的。随着沥青混合料高温稳定性研究的不断深入,多数国家认为用传统的马歇尔方法预估混合料高温性能是不充分的,为此,采用车辙试验来评价沥青混合料的高温性能。

从表11这些数据可以看到:橡胶粉掺量一定,随着SBS掺量增加,混合料的高温稳定性逐渐提高。高温性能远远高于公路沥青路面施工技术规范JTG F40-2004中改性沥青混合料2-2区大于2400次/mm的技术要求。

在实际工程中,影响SBS橡胶粉复合改性沥青高温稳定性的因素,除一般混合料的因素外(油石比、级配、压实度),主要有橡胶粉、SBS的来源、橡胶粉的目数和掺量以及工艺方法等。

3.2 沥青混合料水稳定性能

沥青混合料在浸水条件下,由于沥青与石料的粘附性降低导致沥青混合料的物理力学性能降低的程度称作沥青混合料的水稳定性。沥青混合料的水稳性不好容易导致沥青面层产生局部松散和坑槽等现象。主要通过48h残留稳定度和冻融劈裂试验评价混合料的水稳定性能。残留稳定度和冻融劈裂是在接近静态荷载的状态下测定混合料的水稳定性。冻融劈裂是经过极端负温条件后评价混合料的水稳定性。

3.2.1 48h残留稳定度试验

从表12试验结果表明,60℃浸水48h后对混合料稳定度的影响很小,全部符合湿润区改性沥青混合料要求的浸水马歇尔残留稳定度不小于85%的要求。

3.2.2 冻融劈裂试验

从表13试验结果看,2.0%SBS的橡胶粉改性沥青混合料的冻融劈裂试验结果高于普通沥青混合料75%的要求,低于改性沥青混合料80%的要求。综合48h浸水马氏试验和冻融劈裂试验,说明沥青中掺加了部分SBS和橡胶粉的沥青混合料水稳定性比较好。

3.3 沥青混合料的低温性能

位于路面面层的沥青结构层,直接受到气温变化的影响,当温度下降时,沥青面层就会产生收缩变形。同时沥青混凝土具有应力松弛,在一般的温度范围内,由温度降低而产生的拉应力,会由于应力松弛而减小,但是当出现寒潮时,过快的降温速率将使路面内的应力来不及松弛,出现过大的应力积聚,待温度应力积聚到超过沥青混凝土的极限抗拉强度时,路面就会产生裂缝。主要通过沥青混合料低温弯曲试验破坏应变(με)试验来研究SBS橡胶粉改性沥青混合料的低温性能。

从表14试验结果看,两种掺量的SBS橡胶粉复合改性沥青混合料的低温弯曲试验破坏应变均远远高于规范中改性沥青混合料不小于2500(με)的技术要求,说明大大改善了混合料的低温性能。

4 SBS橡胶复合改性沥青路面施工技术要求

4.1 路面施工温度

SBS橡胶粉复合改性沥青路面的施工特点之一是施工温度要比普通的沥青混合料高,如果温度不够,混合料不可能拌和均匀,摊铺无法平整,碾压不可能达到压实度,施工质量就根本无法保证。

SBS橡胶复合改性沥青路面施工温度可参照表15:

综合国内外研究成果,为了保证施工温度,应该注意以下环节:添加胶粉的改性沥青制作温度应满足胶粉充分融化及分散均匀的需要。SBS橡胶粉复合改性沥青宜随配随用,不得长时间存放,对现场制作必须不间断地搅拌,以防沥青离析。制作好的沥青温度应该满足沥青泵输送及喷嘴均匀喷出的需要。在满足施工的前提下,沥青的加热温度尽可能不要太高。通常情况下,SBS橡胶粉复合改性沥青的加工温度需控制在170℃～180℃左右,才不用过分担心沥青的老化影响。

4.2 沥青混合料运输

SBS橡胶粉复合改性沥青应采用自卸车辆运输,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。为了便于卸料,运输车的车辆底板和侧板应抹一层隔离剂。运料车装料时,应通过前后移动运料车来消除粗细料的离析现象。一车料最少应分三次装载,对于大型运料车,可分多次装载。混合料在运输过程中应采取保温措施,雨季施工时应采用防水布遮盖整个运料车,用以保温、防雨和防污染。在连续摊铺过程中,运料车在摊铺机前10～30cm处停住,不得撞击摊铺机。卸料过程中运料车应持空档,靠摊铺机推动前进。

4.3 沥青混合料摊铺与压实

SBS橡胶粉复合改性沥青混合料的摊铺应符合公路沥青路面施工技术规范的有关规定。混合料应保持连续、均匀、不间断的摊铺。摊铺速度2～4m/min。摊铺成型碾压完成前严禁人员在路面上行走,确保路面平整度。

SBS橡胶粉复合改性沥青混合料的压实应根据路面宽度、厚度、混合料温度、气温、拌和、运输、摊铺能力等条件综合确定压路机数量、类型以及压路机组合、编队等。宜采用双轴双钢轮压路机,沥青混合料的压实度按初压、复初、终压三个阶段进行,初压在混合料摊铺后较高温度下进行,紧跟摊铺机进行碾压,碾压长度不大于30m,不得产生推移、开裂,压路机应从下坡脚向上坡脚碾压,相邻碾压带应重叠30 cm。碾压时应将驱动轮面向摊铺机。碾压路线及碾压方向不应突然改变而导致混合料产生推移。压路机起动、停止必须减速缓慢进行。复压采用钢轮振动压路机配合轮胎压路机。碾压遍数应经试压确定,不少于4～6遍,达到要求的压实度,并无显著轮迹。轮胎压路机总质量不宜小于15t。轮胎充气压力不小于0.5MPa,相邻碾压带应重叠1/3～1/2的碾压轮宽度。振动压路机振动频率宜为35～50HZ,振幅宜为0.3～0.8mm,并根据混合料种类、温度和层厚选用。终压采用钢轮压路机碾压,碾压不少于两遍,至无轮迹。在有超高的路段施工时,应先从低的一边开始,逐步向高的一边碾压。

废橡胶粉用于沥青改性剂在公路行业中使用是废轮胎资源无害化利用的主要途径之一,并且橡胶具有明显的抗老化能力和降低噪音的能力,能够增强高温稳定性和低温抗裂性,具有良好的水稳性,能明显减少路面的破损,推迟路面维修周期,延长路面使用寿命,大大地改善行车安全性和舒适性。SBS橡胶粉复合改性沥青具有的独特优良使用性能,充分展示了它在公路路面应用中的广阔前景。

摘要：通过SBS橡胶粉复合改性沥青混凝土配合比设计及室内试验对其路用性能分析与评价,为SBS橡胶粉复合改性沥青使用提供可靠的理论依据。