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        高性能SBS改性瀝青的制備及配伍性能探索

        2018-02-26 00:35:48王正敏
        建筑施工 2018年11期
        關(guān)鍵詞:延度針入度改性劑

        王正敏

        中建七局(上海)有限公司 上海 201812

        1 問題的提出

        巴基斯坦PKM公路項(xiàng)目所在位置屬于炎熱干旱區(qū),夏季氣溫較高,6月平均氣溫為38 ℃,最高超過47 ℃,路面溫度超過70 ℃,是亞洲實(shí)測(cè)資料中的最高氣溫,排全球第四。由于該極端高溫氣候的存在,對(duì)于以瀝青混凝土作為主要路面結(jié)構(gòu)的該工程項(xiàng)目而言,對(duì)路面高溫穩(wěn)定性要求極為嚴(yán)格。SBS改性瀝青軟化點(diǎn)和延度的提高有助于改善其高溫性能和低溫性能。若改性瀝青配伍性選擇不當(dāng),將可能影響SBS改性瀝青的質(zhì)量,導(dǎo)致路面出現(xiàn)大面積的車轍、泛油和擁包等因高溫穩(wěn)定性不足而引起的病害,直接影響該項(xiàng)目的投資效益,并產(chǎn)生不良的社會(huì)影響[1-3]。

        2 改性瀝青配伍及改性機(jī)理

        配伍性與相容性不同,相容性反映的是改性瀝青的熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性,而配伍性反映了改性劑對(duì)基質(zhì)瀝青性能的改善效果。瀝青的三大指標(biāo)反映的是瀝青的性能指標(biāo),但并不能反映瀝青的組分及其性質(zhì),由于SBS與基質(zhì)瀝青之間的密度、極性、分子量與溶解度參數(shù)等性質(zhì)差異較大,絕大部分SBS與瀝青之間相容性較差,這便要求選擇的基質(zhì)瀝青都要進(jìn)行四組分試驗(yàn),同時(shí)進(jìn)行剪切試驗(yàn),最終選出配伍性好的基質(zhì)瀝青和改性劑,并確定生產(chǎn)工藝參數(shù)。

        2.1 測(cè)試相容性方法

        在1根玻璃管內(nèi)灌入瀝青,在163 ℃高溫條件下存放48 h,冷凍后,取試管上部和下部1/3處取樣,測(cè)定軟化點(diǎn)之差要求≤2.5 K。反之若存在凝聚和分層現(xiàn)象,則說明配伍有問題。

        2.2 解決方式

        加入橡膠油的多少可適當(dāng)提高芳香酚含量,改善其相容性??刹扇∫韵?種方法提高其相容性:一是加入增溶劑,二是采用化學(xué)穩(wěn)定劑來避免兩相之間的離析現(xiàn)象。

        2.3 SBS改性瀝青的熱貯存穩(wěn)定性

        加入穩(wěn)定劑降低瀝青相與SBS之間的界面能,促進(jìn)SBS相的分散并阻止SBS相的凝聚,能夠強(qiáng)化黏結(jié)從而提高熱貯存穩(wěn)定性。不同助劑也應(yīng)進(jìn)行匹配,才能取得良好的效果。所以研究SBS改性瀝青生產(chǎn)制備原理,是獲得性能優(yōu)越改性瀝青的一個(gè)重要方面。同時(shí)選擇適合用于生產(chǎn)制備SBS改性瀝青的基質(zhì)瀝青和SBS改性劑[4-6]。

        3 基質(zhì)瀝青選擇

        1)盡量選用較低瀝青質(zhì)含量和較高芳香酚、膠質(zhì)含量的基質(zhì)瀝青。

        2)60~70號(hào)基質(zhì)瀝青實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)延度(5 cm/min,5 ℃)達(dá)到了5 cm,軟化點(diǎn)46 ℃。除軟化點(diǎn)和延度技術(shù)指標(biāo)低于設(shè)計(jì)SBS類I-D改性瀝青技術(shù)指標(biāo)要求外,其余指標(biāo)均高于設(shè)計(jì)要求,所以基質(zhì)瀝青選用60~70號(hào)石油瀝青。

        4 I-D型改性瀝青技術(shù)性能測(cè)試

        本工程采用SBS苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段工聚合物,即熱塑性丁苯橡膠。該橡膠具有良好的熱穩(wěn)定性和低溫抗裂性,可增加瀝青的黏附性,有較大的彈性恢復(fù)率,表現(xiàn)在出現(xiàn)車轍和低溫開裂后,有較強(qiáng)的自我恢復(fù)能力,能有效地延長(zhǎng)路面的使用壽命。根據(jù)選定的原材料分別配制不同質(zhì)量百分比組合(外摻)的改性劑組合(表1)。

        表1 不同摻量組合

        改性瀝青通常要經(jīng)過下列步驟:配料→溶脹→研磨細(xì)化→孕育→檢測(cè)。

        研磨細(xì)化時(shí),原料研磨得越細(xì),其軟化點(diǎn)、延度越好。孕育流程為:溶脹40 min→研磨20 min→孕育(添加穩(wěn)定劑)。

        4.1 改性瀝青小樣的制備

        加工SBS改性瀝青時(shí),首先把檢測(cè)合格的基質(zhì)瀝青加熱到165~175 ℃,加入已稱量好的SBS改性劑,機(jī)械攪拌溶脹時(shí)間為40 min,溫度為165~175 ℃。然后用高速剪切機(jī)剪切研磨15~20 min,溫度控制在170~180 ℃,剪切速度3 000~5 000 r/min。剪切完成后加入穩(wěn)定劑和抽出油,再次剪切15 min。最后在150~160 ℃環(huán)境下攪拌孕育1~3 h即成成品改性瀝青。

        4.2 改性瀝青小樣的檢測(cè)

        采用改性瀝青三大指標(biāo)(針入度、軟化點(diǎn)、延度)及儲(chǔ)存穩(wěn)定性離析(48 h軟化點(diǎn)差)和殘留延度(5 ℃)初步驗(yàn)證,若上述5個(gè)指標(biāo)均合格,則再對(duì)該配比的改性瀝青的其他指標(biāo)(針入度指數(shù)PI、運(yùn)動(dòng)黏度135 ℃、閃點(diǎn)、溶解度、彈性恢復(fù)25 ℃、老化后質(zhì)量變化、延度5 ℃、針入度比25 ℃)進(jìn)行檢測(cè),指標(biāo)全部符合要求者為擬試生產(chǎn)改性瀝青配方和加工工藝(表2)。

        表2 改性瀝青主要性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

        5 結(jié)語

        分析了改性瀝青的性能隨改性劑劑量變化的規(guī)律,從滿足I-D型SBS改性瀝青技術(shù)要求的角度出發(fā),驗(yàn)證不同SBS劑量組合小試主要性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果。提出了合理的SBS劑量組合范圍;分析經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和技術(shù)指標(biāo),選擇基質(zhì)瀝青∶SBS改性劑∶橡膠油∶穩(wěn)定劑∶=100∶4.3∶3∶0.12。

        但在成套設(shè)備的生產(chǎn)過程中,單純依靠小試給出的SBS劑量組合范圍很難控制改性瀝青中改性劑和助劑的劑量。在生產(chǎn)過程中我們提出了多重控制指標(biāo),即軟化點(diǎn)≥80 ℃;5 ℃延度(5 cm/min)不小于20 cm;軟化點(diǎn)離析≤2.5 K;老化延度≥15 cm。

        同時(shí),在不同改性劑量組合下,改性瀝青主要性能指標(biāo)會(huì)有相應(yīng)變化。檢測(cè)結(jié)果顯示:加入橡膠油,增加了基質(zhì)瀝青中芳香酚的含量,改善了瀝青的延展性。由表中可以看出,橡膠油增大,延度增加,針入度增加,軟化點(diǎn)有下降;改性劑增加,軟化點(diǎn)明顯上升,針入度下降,若繼續(xù)增加,延度變化曲線將呈拋物線形狀。以上結(jié)論為SBS改性瀝青質(zhì)量控制提供了方向。

        基質(zhì)瀝青延度(5 cm/min,5 ℃)達(dá)到5 cm,加入改性劑后5 ℃的延度提高到20 cm以上,軟化點(diǎn)從45 ℃提高到80 ℃以上,提高了高溫性能和低溫性能,其他各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)檢驗(yàn)均合格。

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