橡胶改性沥青

橡胶改性沥青（精选9篇）

橡胶改性沥青 篇1

橡胶沥青较早应用于发达国家。美国亚利桑那州提出了一整套完整的橡胶沥青应用施工体系。在南非,超过60%的沥青路面使用胶粉改性沥青技术[1—3]。我国在橡胶改性沥青领域的研究也有一定的历史。1980和1981年,分别在我国山西铅山和贵溪铺设了低等级橡胶沥青路面;但鉴于当时道路等级较低,胶粉质量较差等原因,橡胶粉改性沥青在我国的应用较为缓慢,我国研究者在橡胶沥青及其混合料领域的研究尚缺乏突破[4]。鉴于此,对橡胶粉改性沥青技术的分析和研究显得尤为重要[5—8]。

橡胶粉改性沥青包括干拌(Dry process)和湿拌(Wet process)两种。大量研究表明,“湿拌法”改性效果更佳,所制得胶粉改性沥青混合料具有较好的低温抗裂性能。本文采用湿拌工艺,在不同胶粉细度、胶粉掺量条件下,通过改变制备工艺,研究橡胶沥青性能变化规律。

1 橡胶沥青改性机理

国内外对橡胶粉改性沥青机理的研究较为广泛,目前,学术界对橡胶粉改性沥青的原理通常认为有三种,分别为:物理共混、网络填充和化学共混[9,10];其中胶粉和沥青在高温下共混改性为主。胶粉改性沥青过程中主要发生溶胀和脱硫反应,溶胀过程中,胶粉颗粒体积膨胀,脱硫反应是在高温条件下,橡胶粉中的C—S—C交联键断裂,沥青黏度降低、胶粉颗粒失去弹性。橡胶对沥青的改善主要表现在结构改性、增强改性和相容改性等方面。橡胶粉颗粒与沥青属于两种形态的高聚物,且力学相容性差,在改性沥青中,胶粉颗粒均匀分散于沥青当中,并吸收沥青中的轻质组分,沥青胶体结构发生改变,由溶胶型变为溶/凝胶型结构,形成沥青-胶粉稳定体系。粗细胶粉均匀分散与沥青胶体结构过程当中,由于增强体与基体模量差异,诱发银纹和剪切带,能够显著提高沥青混合料抗冲击性能和黏韧性。

2 材料与方法

2.1 沥青与集料

本试验所用基质沥青为埃索90#,其各项技术指标如表1所示。

试验所用集料和矿粉来自贵阳料场,其基本技术指标如表2所示。

2.2 废旧胶粉

胶粉来自太原某胶粉厂,采用机械粉碎法生产。细度为40目和60目,外观为黑色,密度为1.12 kg/m3,金属含量0.005%,橡胶含量40%~55%,炭黑含量7%~10%。

2.3 改性工艺

基质沥青加热至一定温度,将不同细度的橡胶粉按量(14%,16%,18%,20%,质量百分比)掺入其中,通过机械搅拌的方法使胶粉均匀分散,将上述混合物在室温条件下静置、溶胀,便可制得橡胶粉改性沥青。

2.4 试验过程

本文主要研究橡胶粉改性沥青及其基本性能,实验过程中,严格依照文献[11]测试橡胶沥青的针入度、软化点和延度三大指标,再选择其中一组较为理想的胶粉改性沥青,研究其混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性,所用混合料为开级配的SMA—13,沥青混合料各项指标均符合规范要求。

3 结果与分析

3.1 胶粉掺量对沥青性能的影响

图1所示为不同胶粉掺量下沥青针入度情况。显然,随着胶粉掺量的逐渐增加(14%~20%),沥青针入度急剧下降。和基质沥青针入度(93)相比,橡胶改性沥青针入度下降近50%。40目胶粉改性沥青的针入度大于60目胶粉改性沥青针入度。在改性沥青过程中,胶粉与沥青基体以两相形式存在,胶粉颗粒越大,独立胶粉相越多,胶粉颗粒越细,胶粉比表面积越大,吸收的沥青轻质组分越多,更易形成溶胶-凝胶结构,胶粉与沥青基体之间结合更紧密。

图2所示为不同胶粉掺量与沥青针软化点关系曲线,显然,随着胶粉掺量增加,沥青软化点增高,由基质沥青的47.1℃升至67℃,软化点增长约50%。当胶粉掺量为18%时,改性沥青软化点最高,表明此时“沥青-胶粉”体系达到溶胀-脱硫最佳平衡点。胶粉改性沥青的不同细度改性沥青的软化点相比,60目胶粉改性沥青的软化点略低。

图3所示为不同胶粉掺量下的沥青延度变化情况,随着胶粉掺量的增加,沥青延度逐渐升高,且60目胶粉对沥青改性效果更佳。在“沥青-胶粉”体系中,胶粉以混合状态均匀分散与沥青基体中,胶粉颗粒越粗时(40目),胶粉的颗粒相与沥青的溶液相之间形成两相分离状态,体系越不稳定。在外力作用下,由于胶粉与沥青两种材料模量差异,产生早期裂纹,并形成应力集中,从而导致沥青延度较低。相反,当胶粉颗粒为60目时,胶粉颗粒吸收较多的轻质组分,体系能量低,更稳定,且胶粉与沥青之间模量较为接近,在应力作用下产生大量银纹,提高了沥青低温性能。

3.2 搅拌温度对沥青性能的影响

图4所示为不同搅拌温度下沥青的针入度,在相同搅拌温度下,60目胶粉改性沥青的针入度远大于40目胶粉改性沥青针入度。对40目胶粉改性沥青,随着搅拌温度的升高,胶粉改性沥青的针入度先降低,后升高,在180℃时达到最低值(4.63cm)。对60目胶粉改性沥青,针入度随搅拌温度逐渐升高,先增大后减小,在190℃达到最大值(5.94cm)。这一规律差异是由胶粉在不同温度下C—S键裂解程度不同所致。

图5为胶粉改性沥青软化点,在不同搅拌温度下,沥青软化点均随温度的升高而降低。但对40目胶粉而言,170℃和180℃下软化点变化不明显,表明胶粉颗粒较大时,制备改性沥青难度更大。比较两种胶粉的改性效果,60目胶粉改性沥青软化点依然低于40目改性沥青,原因如前文所述。

图6为搅拌温度对沥青延度的影响,随搅拌温度的逐渐升高,沥青延度逐渐升高。特别的是,随着温度升高,40胶粉改性沥青的延度逐渐接近60目胶粉改性沥青,当搅拌温度为200℃时,40目胶粉改性沥青的延度反而超过60目胶粉改性沥青。胶粉改性沥青的制备过程,就是胶粉裂解和沥青轻质组分被溶胀的动态过程。当搅拌温度过高(200℃)时,胶粉越细,裂解越充分,反而破坏了胶粉对沥青的改性效果。

3.3 搅拌时间对沥青性能的影响

表3所示为不同搅拌时间下沥青针入度情况,很明显,橡胶粉对沥青针入度影响较大。总体而言,60目改性沥青的针入度略高于同条件下的40目改性沥青,但对40目改性沥青,搅拌时间对针入度影响规律不明显,60目改性沥青的针入度随搅拌时间升高而增大。

表4所示为沥青软化点与搅拌时间之间的关系,对40目改性沥青,搅拌时间60 min时,软化点最大,此后随着搅拌时间的延长,沥青与胶粉之间溶胀越充分,软化点越低。对60目改性沥青,软化点随搅拌时间的增大而逐渐增大。对胶粉改性沥青,存在一个溶胀和发育的过程,上述结果表明,60目胶粉与沥青之间的溶胀和发育发生早于40目胶粉。

表5所示为改性沥青延度受搅拌时间影响情况,不论是40目还是60目胶粉,改性沥青延度均随搅拌时间的增大而变长,但60目胶粉改性沥青的延度大于40目胶粉改性沥青。对基质沥青,5℃下的沥青延度极小,仅为3.2 cm,胶粉改性沥青的延度增长极为明显。

3.4 橡胶沥青混合料路用性能研究

为研究胶粉改性沥青的实际应用效果,本文采用SMA—13沥青混合料评价胶粉改性沥青的路用性能,所用胶粉为60目,搅拌温度190℃,搅拌时间90 min,胶粉掺量18%。试验结果见表6。和基质沥青混合料相比,胶粉改性沥青能够明显提高沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性。

4 结论

(1)橡胶沥青改性过程也是胶粉裂解与溶胀的过程,搅拌温度和搅拌时间对裂解和溶胀影响较大;

(2)搅拌温度越高,胶粉裂解和溶胀越充分,但在200℃时,60目胶粉裂解过度,对沥青性能不利;

(3)在60目胶粉、18%掺量、190℃搅拌温度及90 min搅拌时间下,“沥青-胶粉”体系最稳定,裂解和溶胀达到最佳平衡;

(4)试验制备的胶粉改性沥青能够显著改善沥青混合料的高温稳定性,低温抗裂性和水稳定性。

参考文献

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橡胶改性沥青 篇2

沥青及改性沥青混凝土路面施工技术

以襄荆、漳诏高速公路沥青混凝土路面施工为例阐述沥青及改性沥青混凝土路面施工技术.

作 者：王红军 WANG Hong-jun 作者单位：葛洲坝集团第一工程有限公司,湖北,宜昌,443002刊 名：工程建设与设计英文刊名：CONSTRUCTION & DESIGN FOR PROJECT年，卷(期)：2009“”(5)分类号：U416.217关键词：沥青混凝土路面 碎石分级 优化配合比 施工组织 质量管理

橡胶改性沥青 篇3

关键词 热改性 ；橡胶木 ；压力蒸汽

中图分类号 S781.7 文献标志码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.11.022

Abstract In order to determine the effects of steam pressure in wood heat-treated process， thermally modified rubber wood in pressurized steam at 155℃/0.4 MPa， 170℃/0.4 MPa and 170℃/0.8 MPa was investigated in the present study. The physical and mechanical properties of heat-treated rubber wood such as color， mass loss， modulus of rupture and modulus of elasticity were conducted. The results show that rubber wood treated in pressurized steam performed similar properties as that in atmospheric steam while the treated temperature was relatively lower than that. As the steam pressure increased to 0.8 MPa， the mechanical properties decreased sharply and mass losses increased significantly， which suggested that a much more severe degradation occurred inside rubber wood in the condition. The research findings indicated that the properties of heat-treated wood were dramatically affected by treating pressure and thermal modification process could be undertaken at lower temperature when the pressure was accordingly increased.

Keywords thermal modification ； rubber wood ； pressurized steam

高温热改性可有效提高炭化处理材的尺寸稳定性，耐腐性，使木材颜色加深，赋予其热带硬木的外观色泽。高温热改性采用物理手段对木材进行处理，与化学改性相比，处理过程更为环保，处理成本不高，便于大规模工业化生产。

根据炭化过程中介质压力状况，木材炭化生产主要有常压工艺和压力工艺2种，常压工艺生产炭化木研究报道较多[1-3]。近年来，有学者开展了压力条件下木材热改性炭化工艺。顾炼百等[4]研究表明，采用0.35 MPa压力条件，分别于185和205℃炭化柞木和樟子松1.5 h，可以更显著改善木材的耐腐性。Ding Tao等[5]采用0.32 MPa压力于200℃热改性马尾松锯材2 h，与常压工艺相比，木材的抗吸湿性和尺寸稳定性更好，处理材的颜色更深，虽然抗弯强度略有减小，但不具有统计学意义上的显著差异。涂登云等[6]研究了常压设备与罐式压力设备炭化水曲柳板材性能变化。结果表明，在180和190℃炭化水曲柳木材2～3 h，当压力由0.1增加到0.2 MPa，木材的干缩系数降低，在相同处理温度和时间条件下，压力增大，木材稳定性提高。杨洁等[7]报道了温度150～200℃的过热蒸汽，压力0.1～0.6 MPa条件下，橡胶木的抽提物可以减少51%。王晓旭[8]发现，压力高温热改性与常压热改性条件相比，马尾松木材内部的升温速率比常压处理快7%～50%，可提高处理效率及炭化木材的整体均匀性。而采用氮气提高设备内部压力热改性欧洲云杉及研发高温高压热处理装置的发明专利也有报道[9-11]。

结合文献报道和前期预实验结果，本文选择了适当的温度、压力开展实验，对压力条件处理的橡胶木热改性材性能进行研究，探讨蒸汽压力条件与蒸汽常压条件的热改性工艺差异及其对热改性材性能的影响，为进一步优化橡胶木热改性工艺提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试材为人工林橡胶树（Hevea brasiliensis），树龄35年，采自中国热带农业科学院试验场5队，品系‘PR107’。取树杆通直、无风害断头的橡胶树1株作为试样，取其离地1.3～2 m的一段原木，径锯法下锯，厚度2.5 cm，低温窑干至含水率12%，窑干工艺为阶段式干燥基准，初期干球温度55℃，末期干球温度80℃。选无黑线、节子的试材，备用。

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1.2 方法

1.2.1 压力热改性

将试材堆垛置入不锈钢热处理罐中，待测试件放置在处理罐中间一层，规格为65 cm×10 cm×2.5 cm，数量5块；并放入橡胶木商品材，规格100 cm×14 cm×2.5 cm，数量5块，每次处理共放入板材10块。设备为2组热源：（1）电加热导热油热源；（2）电加热蒸汽热源。处理开始阶段通入蒸汽0.5 h，排出罐内空气，然后启动导热油炉，升温，通过调节蒸汽发生器蒸汽压力，导热油温度和设备压力控制阀达到试验设定的压力。

試验分3次：（1）155℃、0.4 MPa处理2 h；（2）170℃、0.4 MPa处理2 h；（3）170℃、0.8 MPa处理2 h。木材初含水率、升温速度、降温过程等其它工艺均相同，每次试验周期为5～6 h。

1.2.2 性能检测

（1）质量损失率测定：每个处理条件取5个试件，尺寸为50 mm×50 mm×22 mm（L×T×R），分别测得热改性前后试件的绝干质量，计算其质量损失率。

（2）颜色变化测定：用精密色差仪分别测得不同工艺热改性试件的色度指标，主要分析明度指数L*的变化。

（3）参考国家标准“GB 1936.1-1991木材抗弯强度试验方法”和“GB 1936.2-91木材抗弯弹性模量测定方法”，将热改性材置于室内8个月自然平衡后，制备力学性能试件，试件尺寸为300 mm×20 mm×20 mm（L×T×R），取自树木的边材部分，位于树木年轮大致相同的位置，每组试件10个重复，分别测得对照组与不同工艺热改性材的抗弯强度（modulus of rupture， MOR）和抗弯弹性模量（modulus of elasticity， MOE）。

2 结果与分析

表1为不同压力条件热改性橡胶木的质量损失率和颜色变化。从表1数据可知，与常压热改性处理材的结果类似，经过压力条件热改性后，热改性材的质量减小。在0.4 MPa压强下，170℃处理的质量损失率较155℃处理的试材略有升高，而当压强增加到0.8 MPa时，同样170℃处理2 h，热改性材的质量损失率急剧增加到12.22%，超过同等温度0.4 MPa热改性材的1倍，说明其改性程度大大增加。分析其颜色变化可以发现相似的规律，不同条件处理的热改性材颜色明度值较素材均有所降低，说明其材色均不同程度加深；170℃/0.4 MPa处理的试材与155℃/0.4 MPa处理的试材L*值比较相近；而170℃/0.8 MPa处理的试材L*值显著降低。分析治理损失率和明度数据，3个条件处理的试材之间均存在显著差异，同等压力条件，温度越高，质量损失率越大，颜色越深；同等温度条件，压力越大，质量损失率也越大，颜色也越深。 表2为不同压力条件热改性橡胶木的力学性能。分析其中MOE数据可以看出，0.4 MPa压强下，随着处理温度的升高，热改性材的MOE有所增加，但显著性分析显示，155℃处理的试材与素材间的差异不显著；而170℃/0.8 MPa条件下处理的试材MOE有较为显著的下降。橡胶木热改性材的MOR较素材均出现显著下降，其中0.8 MPa压强下170℃处理的热改性材MOR下降幅度最大，0.4 MPa压强下155和170℃处理的试材MOR下降幅度相对较小，二者间差异不显著。从力学性能分析，0.4 MPa压强下，不同温度处理的试材力学性能不存在显著差异；而保持温度为170℃不变，压强增加到0.8 MPa时，力学强度出现显著降低。

随着压强的增加，热改性橡胶木的质量损失率、颜色变化、抗弯强度损失均增大，说明压强越大，热改性程度越剧烈。其机理可能是由于压强增加，介质的传热效率提高；也可能是由于随着压强增加，木材含水率升高、或介质中有机酸等热降解产物浓度增加，从而加剧催化木材的热降解，最有可能是多种因素共同影响的结果，有待于将来进一步研究验证。

表3为蒸汽压力条件下炭化与蒸汽常压条件炭化橡胶木部分性能比较。芬兰国家技术研究中心（VTT）将热改性木材分为2个等级，以提高木材尺寸稳定性为目的的稳定级别（ThermoWood-S级）和以提高木材耐腐朽性及稳定性的耐久级别（ThermoWood-D级），其中阔叶材S级处理温度推荐185℃，阔叶材D级处理温度推荐200℃，最高温度阶段保持2～3 h，S级推荐用于室内，木材颜色浅，抗弯强度损失小，D级更适合户外不接地场合，木材颜色深，耐久性好，但抗弯强度损失较大。前期研究表明，采用VTT推荐的2个经典温度常压工艺热改性橡胶木，其处理材的质量损失率和颜色的变化是反映橡胶木材炭化程度的重要指标。本实验研究结果表明，采用0.4 MPa，0.8 MPa的压力于155和170℃炭化橡胶木，其木材的颜色、质量损失率、抗弯强度损失与185～215℃处理接近。如155℃/0.4 MPa/2 h炭化橡胶木性能与185℃/常压/3 h处理接近，170℃/0.4 MPa/2 h炭化橡胶木性能与200℃/常压/3 h处理相当，170℃/0.8 MPa/2 h炭化橡胶木性能与215℃/常压/3 h处理接近，即在该压力范围，采用低于VTT推荐的经典处理温度，可达到常压高温度的炭化程度，同时处理时间相应减少。

3 结论与讨论

采用压力蒸汽为传热介质，于155℃/0.4 MPa，170℃/0.4 MPa，170℃/0.8 MPa处理条件热改性橡胶木2 h，测试其各项物理力学性能，结果表明，介质压强对于橡胶木热改性材的性能有着显著影响。在压力条件下，较低温度处理的试材，其性能可以达到或接近常压条件下更高温度热处理材的性能。提高蒸汽压力可以在较低的环境温度下加快橡胶木的热改性过程，实现橡胶木材的高效热改性处理。本实验选择有代表性的温度、压强等处理条件开展研究，对未来制定橡胶木压力热改性工艺有一定借鉴意义。

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顾炼百[4，14]指出，木材压力蒸汽介质热改性，在高温压力蒸汽炭化过程中，木材的终含水率会显著提高。程万里[4]在其专著中建立了高温高压环境木材平衡含水率与相对湿度的关系，根据其回归方程推算，常压185～215℃条件下炭化，木材的平衡含水率要低于1%，可视为接近绝干，则木材要经历含水率从窑干材到绝干再经过调湿到4%～6%过程。压力条件下炭化，温度170℃，压力0.8 MPa时，其木材的平衡含水率超过6%[15]，由此表明，蒸汽压力条件下于155～170℃炭化，可在较高的平衡含水率条件下热改性木材，木材横断面上含水率梯度平缓，减少木材因为干燥失水引起的变形和开裂，同时温度较低时炭化，高效节能，生产成本低。

另外，高压密闭罐体内炭化，木材释放的有机酸和水蒸气得到积累，可能使其作为催化剂加速炭化进程，这亦可能是170℃/0.8 MPa/2 h炭化橡胶木其质量损失超过215℃/常压/3 h处理的原因。谢延军[9]研究表明：在0.2～0.8 MPa条件下，随着介质氮气与水蒸气压强增加，欧洲云杉木材的质量损失率增大；在相同处理温度下，木材本身的含水率越高，达到相同处理效果（相同的失重率）所需要的时间就越短，能节约时间，提高生产效率，但木材的强度也降低较多。虽然压力设备制造成本较高，且安装及生产运行要求高于常压设备，但高压高湿环境热处理，具有木材平衡含水率高，传热快，保护气体不排放而散热少、能耗小，炭化温度可以低于VTT推荐的经典温度范围等特点。蒸汽压力介质炭化是否对易变形和开裂的小叶桉、柳桉等硬杂木和厚方材炭化有一定优势，有待进一步试验研究。

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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。

橡胶改性沥青 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。

橡胶改性沥青 篇8

关键词：橡胶颗粒,改性沥青,工艺参数,性能指标

1 概述

随着交通荷载的不断增加以及极端天气条件频繁出现, 对道路建筑材料的性能提出了更高要求。近些年来, 道路损坏现象日趋严重, 路面车辙、泛油、拥包等路面灾害屡见不鲜。因此, 如何提高沥青混合料的性能, 延长路面使用寿命, 成为道路建筑材料方向研究重点[1]。

随着我国汽车数量的不断增长, 废旧橡胶轮胎的数量不断增加。相关资料显示, 在2010年, 我国新产生的废旧橡胶轮胎2.5亿条, 总量在520t。我国现有的废旧橡胶轮胎回收水平偏低, 大量轮胎通过焚烧等处理, 容易导致环境污染。并且废旧橡胶轮胎中包含有效成分, 如果将其用于沥青改性可以变废为宝。因此针对橡胶改性沥青的研究得到国内外学者广泛关注[2]。

废旧橡胶轮胎中包含有天然橡胶、合成橡胶、炭黑等成分, 是比较理想的沥青改性剂。现有研究成果表明, 将橡胶轮胎制成颗粒加入沥青中可以显著改善沥青及其混合料的相关性能。这些改善作用体现在橡胶颗粒的加入能够提升沥青柔韧性及弹性恢复性能, 提升路面耐久性, 改善沥青的抗老化性, 提高混合料抗车辙能力, 降低路面噪声等[3,4]。

橡胶改性沥青工艺主要包含干法和湿法两种不同类型, 湿法工艺在实际工程中应用广泛。考虑到橡胶颗粒制备改性沥青工艺参数的不同会对改性沥青的性能产生影响, 本文研究了剪切温度、剪切时间、剪切速率参数对改性沥青性能的影响, 为橡胶改性沥青的制备提供参考[5,6]。

2 原材料性质

本试验选用90#基质沥青, 沥青性质如表1所示。

本次试验选用的橡胶颗粒采用常温粉碎方法, 30目的通过率达到72%, 40目为31%, 50目为17%。

3 试验结果分析

3.1 剪切温度对改性沥青性能影响

剪切温度的不同会对橡胶改性沥青的性质产生重要影响, 剪切温度特别高时, 沥青容易老化;当剪切温度较低时, 沥青稠度比较大, 流动性能受到限制, 不利于沥青的吸附。为了降低其它因素的影响, 剪切时间、剪切速率为固定值。剪切温度选用160℃、170℃、180℃、190℃, 测试得到了不同剪切温度条件下, 橡胶改性沥青的基本性能变化。针入度、软化点以及延度随剪切温度的变化曲线如图1所示。

从图中可以看出, 针入度值随剪切温度的变化比较小;软化点随剪切时间的增加而增加, 180℃以后变化比较平缓;5℃延度在170~180℃时处于峰值, 随后呈现下降趋势。

3.2 剪切时间对改性沥青性能影响

固定剪切温度、剪切速率, 剪切时间选用30min、40min、50min及60min, 测试得到橡胶改性沥青的基本性能变化曲线, 如图2。

从图中可以看出, 针入度值随剪切时间的增加先下降后上升, 在剪切时间40~50min时处于谷值;软化点随剪切时间的增加而逐渐增大, 40min以后的增长趋势放缓;5℃延度随剪切时间的增加而增加, 40min以后变化较小。

3.3 剪切速率对改性沥青性能影响

固定剪切温度、剪切时间, 剪切速率选用4500r/min、5000r/min、5500r/min及6000r/min, 测试得到橡胶改性沥青的基本性能变化曲线, 如图3。

从图3中可以看出, 针入度随剪切速率的升高先下降后上升, 在5000r/min时最小;软化点指标随剪切速率升高先增大后降低, 5500r/min为拐点;5℃延度指标随剪切速率的升高而升高, 5000r/min以后延度的变化相对较小。

4结论

考虑到制备工艺参数不同会对橡胶改性沥青的性能产生影响, 本文选取剪切温度、剪切时间以及剪切速率为研究对象, 分析了这些工艺参数的不同而引起沥青性能的变化, 为橡胶改性沥青的指标提供参考。

参考文献

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[2]杨志峰, 李美江, 王旭东.废旧橡胶粉在道路工程中应用的历史和现状[J], 公路交通科技, 2005, 22 (7) :19-22.

[3]张小英, 徐传杰, 孔宪明.废橡胶粉改性沥青研究综述[J].石油沥青, 2004, 18 (4) :1-4.

[4]黄文元, 张隐西.路面工程用废胶粉改性沥青的反应机理与进程控制[J].公路交通科技, 2006, 23 (11) :5-9.

[5]王岚, 常春清, 邢永明.胶粉改性沥青混合料弯曲蠕变试验研究[J].工程力学, 2011 (28) :40-43.

橡胶改性沥青 篇9

我国从20世纪80年代开始研制废旧轮胎橡胶粉改性沥青,以沥青作为橡胶粉的分散剂,将高掺量的硫化橡胶粉与沥青在高温条件下混溶制成改性沥青。橡胶粉的掺入改善了沥青的高低温性能、弹性及抗老化性能,提高了沥青的路用性能指标。另一方面,橡胶粉大量用于公路工程中,可以有效解决大规模废旧轮胎带来的固体废弃物污染问题,且废胶粉改性沥青相对其它改性沥青成本低廉,可降低筑路成本,具有显著的环保效益和社会经济效益[1]。废胎橡胶粉橡胶沥青应用的具体方案、技术开发等还处于原创性研究、探索之中。特别是关于橡胶粉改性沥青流变性能的研究还较少,充分了解废胶粉改性沥青的微观结构及流变性能,可以为合理应用废胶粉改性沥青提供理论支持和技术保障。

1 实验

1.1 改性沥青的制备

基质沥青采用滨州70#沥青,改性剂为30目废轮胎橡胶粉,掺量为18%。采用FM300型高剪切分散乳化机制备改性沥青,其主要技术性质见表1。制备方法采用研磨共混方法,即利用高剪切分散乳化机使改性剂溶解分散于沥青中,其加工温度为180℃。

1.2 改性沥青的微观形态

采用日本紫台Hitachi S-3400NⅡ型扫描电子显微镜(SEM)观测胶粉改性沥青的微观形态。将基质沥青和改性沥青样品涂片,然后在扫描电镜下进行观察、拍照,放大倍数为500~100 000倍。

1.3 动态力学性能

采用Physical MCR101型动态剪切流变仪测试样品的动态力学性能。分别在-20~80℃下进行频率扫描,角频率范围为0.01~100 rad/s。

2 结果分析

2.1 微观形态观察结果

基质沥青和改性沥青的扫描图像见图1。从图1可以直观地看出,基质沥青十分均质,接近于均相结构;而废胶粉改性沥青的表面绝大部分已被沥青中的轻组分所溶胀,少量轻质组分深入了胶粉内部,胶粉颗粒通过凝胶膜连接,形成一个黏度很大的半固态连续相的体系。同时也以看出,经过与沥青的混合,废胶粉颗粒体积减小,这是由于在加速搅拌和高速剪切的过程中发生解聚和脱硫[2,3],胶粉颗粒会分裂,分子变小,所以改性后的沥青表观不再均质,可以明显地看到橡胶颗粒在沥青中分散得十分均匀,在高放大倍数下可以观察到废胶粉颗粒表面被沥青均匀地包裹,沥青表面形态模糊。由于橡胶粉不能溶解于沥青中,只能以弹性微粒形式填充在沥青中,因此,橡胶粉改性沥青在本质上为非均相,是一种不均匀体系。

2.2 DSR试验结果分析

动态剪切流变试验(DSR)能够较好地模拟交通条件,反映沥青胶浆高低温变形特性。

2.2.1 动态模量及相位角的变化规律(见图2)

由图2可知,废胶粉改性沥青胶浆的复数模量随着试验频率的增加而逐渐增大,随着温度的升高逐渐减小,沥青逐步转变为粘流态。相位角随频率增加逐渐减小,随温度升高逐渐增大;且在双对数坐标下不同温度的沥青胶浆复数模量及相位角随角频率的增加具有相似的变化曲线。储存模量G'与损失模量G〃随温度的升高逐渐减小,随着荷载作用角频率的增加逐渐增大。温度低于0℃时,储存模量G'大于损失模量G〃,这能很好的体现出低温时沥青的弹性性能。随着角频率降低,沥青的损失模量与储存模量的差距逐渐减小,表明随角频率降低,沥青的粘性成分逐渐增加。当温度达到10℃时,随着角频率的减小,损失模量G〃大于储存模量G';温度高于20℃时,损失模量均大于储存模量,从不同温度、不同角频率下储存模量和损失模量的变化规律,可以很明显地看出沥青粘弹性能的变化。

2.2.2 复数模量主曲线及移位因子拟合

根据试验结果,采用时间温度换算法则[4],通过水平位移叠加合成参考温度为低温0℃及高温50℃宽频率范围内的主曲线,这样得到的主曲线频率范围远远超过了实测的频率范围。研究表明,剪切频率可以和路面交通量建立相互关联,当剪切频率在0.01~100 Hz时,可以模拟路面正常交通,高频模拟重交通,低频模拟轻交通[5],因此,由图3和图4得到的频率主曲线可以涵盖路面整个交通状况。

1955年,由化学家M.L.Wiliams、R.T.Lanbel和J.D.Ferry共同提出以他们名字第1字母组合命名的WLF方程:

式中:T0——参考温度,℃;

T——试验温度,℃;

C1、C2——材料常数,随不同材料和参考温度而改变。

WLF方程在材料粘弹性力学性能的温度相关性研究中被广泛应用。

根据不同温度下角频率扫描曲线的移位因子,采用Origin软件对移位因子进行WLF方程拟合,结果见图5和图6。

从图5和图6移位因子曲线可以看出,当温度在30~80℃时WLF方程的拟合效果较好,当温度在-20~30℃时WLF方程的拟合效果较差。这表明WLF方程较适用于高温时沥青的移位因子,当温度较低时,采用二次多项式拟合可达到更好的拟合效果。

3 结论

(1)废胶粉在基质沥青中分散均匀,能很好地吸附沥青,形成稳定的非均相结构。

(2)废胶粉改性沥青胶浆的复数模量随着试验角频率的增加而逐渐增大,随着温度的升高逐渐减小,沥青逐步转变为粘流态。

(3)温度低于0℃时,储存模量大于损失模量,体现出低温时沥青的弹性性能,随着角频率降低,损失模量与储存模量的差距逐渐减小,表明沥青的粘性成分逐渐增加。当温度达到10℃时,随着频率的减小,损失模量大于储存模量;温度高于20℃时,损失模量均大于储存模量。

(4)采用Origin软件对移位因子进行WLF方程拟合,高温[(30~80)℃]时WLF方程拟合效果较好,温度较低[(-20~30)℃]时采用二次多项式拟合能达到更好的拟合效果。

参考文献

[1]郭朝阳,何兆益,曹阳.废胎胶粉改性沥青改性机理研究[J].中外公路,2008,28(2):172-176.

[2]龚敬统,林高伟.废胶粉-SBS复合改性沥青改性机理分析[J].物流工程与管理,2009,31(8):152-153.

[3]张登良.改性沥青机理及应用[J].石油沥青,2003,17(2):36-38.

[4]张肖宁.沥青与沥青混合料的粘弹力学原理及应用[M].北京:人民交通出版社,2006:72-76.