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        基于固有與改善性能的SBS改性劑最佳摻量確定

        2020-08-02 08:50:12
        黑龍江交通科技 2020年7期
        關(guān)鍵詞:針入度改性劑基質(zhì)

        吳 迪

        (黑龍江省泰斯特森工程檢測有限公司,黑龍江 哈爾濱 150028)

        1 材料設(shè)計(jì)與試驗(yàn)方法

        1.1 材料設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)用瀝青采用遼河油田重交90#瀝青,及購買的岳化SBS改性劑。岳化SBS改性劑技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

        表1 SBS改性劑的技術(shù)指標(biāo)

        1.2 試驗(yàn)方法

        進(jìn)行2%SBS改性瀝青、4%SBS改性瀝青、6%SBS改性瀝青、8%SBS改性瀝青的配置。

        在配置過程中,考慮可能影響改性瀝青性能的因素,經(jīng)多次對比試驗(yàn)分析,對拌和溫度、攪拌速率與時(shí)間的調(diào)試探究。采用線型SBS添加劑進(jìn)行拌制,最終確定最佳配置方案為:拌合溫度160 ℃、高速剪切儀轉(zhuǎn)速6 500轉(zhuǎn)/分、拌合時(shí)間2 h。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1 三大指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

        對90#基質(zhì)瀝青、為2%、4%、6%、8%的SBS改性瀝青,在同等試驗(yàn)條件下進(jìn)行三大指標(biāo)的試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

        表2 瀝青三大指標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

        由圖1可明顯觀察到在25 ℃溫度下90#瀝青、2%、4%、6%、8%摻量的SBS改性瀝青測得的針入度由較大區(qū)別。90#基質(zhì)瀝青所測得的針入度最大,摻有SBS改性劑的改性瀝青隨SBS改性劑摻量的增加成拋物線趨勢,所測得的針入度試驗(yàn)結(jié)果隨摻量的增加先增加后降低。5 ℃溫度下、15 ℃溫度下五種瀝青測得的針入度試驗(yàn)結(jié)果波動(dòng)較小。15 ℃溫度條件下不同摻量的SBS改性瀝青針入度試驗(yàn)結(jié)果均優(yōu)于90#基質(zhì)瀝青試驗(yàn)結(jié)果,但改善增幅較小。

        圖1 瀝青三大指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

        對比不同SBS摻量的改性瀝青,在三種溫度條件下針入度均有所改善,對于軟化最高溫度及延度試驗(yàn)時(shí)拉伸斷裂時(shí)的長度也表面隨著SBS改性劑摻量的增加逐漸增加,代表SBS改性瀝青其對應(yīng)粘度、熱穩(wěn)定度、塑性等性能較90#基質(zhì)瀝青固有性能得到改善。

        2.2 密度試驗(yàn)結(jié)果

        對90#基質(zhì)瀝青、為2%、4%、6%、8%的SBS改性瀝青在同等條件下瀝青性能方面進(jìn)行密度,收集瀝青物理性能。綜合評定測定五種瀝青的功能性。

        圖2 瀝青密度試驗(yàn)結(jié)果

        對比90#瀝青、2%、4%、6%、8%摻量的SBS改性瀝青密度測量結(jié)果,可觀察出,隨著SBS改性劑摻量的增加瀝青的密度先降低,后隨著SBS摻量的增加密度又逐漸回升,在SBS改性劑摻量達(dá)到6%時(shí)所測得的瀝青密度最低,為變化曲線的谷底。

        2.3 流變模型及粘度試驗(yàn)結(jié)果分析

        (1)瀝青流變學(xué)模型

        在瀝青流變性的理論研究中,一般用塑性元件,彈性元件和粘性元件或串聯(lián)或并聯(lián)或串聯(lián)加并聯(lián)的方式組成相應(yīng)的模型來分析不同種材料的流變學(xué)特征。通過流變學(xué)模型可以建立流變學(xué)方程,明確應(yīng)變與應(yīng)力、時(shí)間等之間的關(guān)系,隨之可以分析不同時(shí)間下的各種材料的變化特征。

        圖3 Burgers模型

        (1)

        Burgers模型在其它現(xiàn)有的模型中應(yīng)用較廣的模型,由一個(gè)Maxwell模型和一個(gè)Kelvin模型串聯(lián)形成,其本構(gòu)方程如式(1)所示。根據(jù)美國的SHRP規(guī)范通過確定E1、Z1、E2、Z2四個(gè)參數(shù),可以了解各種瀝青的粘彈性能。而經(jīng)粘度試驗(yàn)所測得的運(yùn)動(dòng)粘度及表觀粘度則可明顯的說明瀝青的粘彈特性。

        (2)粘度試驗(yàn)結(jié)果分析

        通過運(yùn)動(dòng)粘度和表觀粘度試驗(yàn),確定改性瀝青粘度及其適合的拌和溫度和壓實(shí)溫度,進(jìn)行改性瀝青工程施工方面的數(shù)據(jù)收集。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

        表3 瀝青運(yùn)動(dòng)粘度和表觀粘度試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

        由圖4可明顯觀察到,五種瀝青所測得的運(yùn)動(dòng)粘度呈二次方程式曲線關(guān)系,90#所測得的結(jié)果最小,同時(shí),僅針對SBS改性瀝青而言,隨著摻量的逐漸增加,SBS改性劑的運(yùn)動(dòng)粘度越大,表征SBS改性劑在混合料中能與集料有較強(qiáng)的粘附性。

        圖4 瀝青粘度試驗(yàn)結(jié)果

        圖4(a)可表明改性后的瀝青抗變形能力得到了大幅度的提升,同時(shí)也說明了基質(zhì)瀝青的抗變形能力不如改性瀝青。從另一個(gè)角度解釋就是,經(jīng)SBS改性劑改性后的瀝青的運(yùn)動(dòng)粘度較90#基質(zhì)瀝青固有的運(yùn)動(dòng)粘度有較大的改善,且隨著改性劑摻量的增加,所需拌合及壓實(shí)溫度增幅較大。

        2.4 動(dòng)態(tài)剪切模量試驗(yàn)結(jié)果

        通過動(dòng)態(tài)剪切模量試驗(yàn)確定改性瀝青高溫方向的PG分級,進(jìn)行各摻量改性瀝青適宜溫域方面的試驗(yàn)。瀝青的動(dòng)態(tài)剪切模量試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

        表4 瀝青動(dòng)態(tài)剪切模量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

        瀝青動(dòng)態(tài)剪切模量作為評價(jià)改性瀝青的高溫指標(biāo),利用動(dòng)態(tài)剪切模量G*和相位角來評價(jià)在試驗(yàn)溫度條件下的粘性和彈性性質(zhì)。由圖5b可明顯觀察到經(jīng)SBS改性劑改性后的改性瀝青所測得的高溫剪切模量與90#基質(zhì)瀝青所測得的動(dòng)態(tài)模量相差較大。SBS改性瀝青的動(dòng)態(tài)剪切模量的變化趨勢與SBS改性劑的摻量有較大聯(lián)系,隨著SBS改性劑摻量的增加,動(dòng)態(tài)剪切模量成拋物線形式變化,隨著SBS改性劑摻量的增加動(dòng)態(tài)模量先增加后減小。

        圖5 瀝青動(dòng)態(tài)剪切模量試驗(yàn)結(jié)果

        3 結(jié) 論

        (1)經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得的SBS改性劑改性后的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)所表征的瀝青性能優(yōu)于90#基質(zhì)瀝青試驗(yàn)結(jié)構(gòu)所表征的瀝青性能,具體可概括為經(jīng)SBS改性劑改性后的瀝青所獲得的改善性能優(yōu)于瀝青固有性能的結(jié)論。

        (2)SBS改性瀝青的流變性能會受到很多因素的影響,對比SBS改性瀝青的車轍因子明顯比基質(zhì)瀝青的大,說明SBS瀝青比基質(zhì)瀝青具備更好的抗高溫車轍能力。

        (3)對比不同摻量的SBS改性瀝青各試驗(yàn)結(jié)果,將實(shí)測結(jié)構(gòu)與實(shí)際工程相聯(lián)系,綜合評價(jià)認(rèn)為在SBS改性劑產(chǎn)量為4%時(shí),SBS改性劑所得到的綜合改善性能最優(yōu)。在后續(xù)的實(shí)際工程中采用4%摻量的SBS改性瀝青。

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