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        濕熱地區(qū)高性能薄層改性瀝青路用性能研究

        2021-11-02 02:55:12王富強(qiáng)李衛(wèi)寧
        西部交通科技 2021年7期
        關(guān)鍵詞:針入度環(huán)氧樹脂乳化

        王富強(qiáng) 李衛(wèi)寧

        文章選用SBS、PAV、環(huán)氧樹脂三種不同類型的改性材料,制備了七種不同摻量的改性瀝青進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),研究其粘附性、高溫穩(wěn)定性能和耐腐蝕性能,旨在制備高性能瀝青以滿足濕熱地區(qū)薄層罩面的路用要求。研究結(jié)果表明:復(fù)摻3% SBS+3% PVA+4%水性環(huán)氧樹脂改性瀝青的綜合性能優(yōu)于其他摻入方案,推薦采用。

        改性材料;高性能瀝青;耐腐蝕

        U416.217A020043

        基金項(xiàng)目:

        2021年度廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目

        (2021KY1138);2019年度廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究重點(diǎn)課題

        (JZY2019KAZ06)

        作者簡(jiǎn)介:

        王富強(qiáng)(1971—),工程師,在職研究生,主要從事建筑材料研究工作;

        李衛(wèi)寧(1974—),教授,碩士,主要從事再生混凝土材料研究工作。

        0 引言

        薄層罩面能夠在較短的施工周期內(nèi)修復(fù)道路的輕型病害,提高道路行駛安全和使用壽命,因此被越來越廣泛地應(yīng)用于公路工程中。濕熱地區(qū)全年高溫時(shí)間長(zhǎng)、降雨分布集中,則要求使用更高性能的改性瀝青,避免薄層罩面過早損壞。本文選用SBS、PAV、環(huán)氧樹脂三種不同類型的改性材料,由基質(zhì)瀝青與一種或一種以上改性材料混合進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究其性能,旨在制備高性能瀝青乳液滿足濕熱地區(qū)薄層罩面的路用要求。研究結(jié)果可為以后的實(shí)際工程和進(jìn)一步的理論研究提供參考。

        1 原材料及制備

        1.1 原材料

        本文以中石油重交瀝青70#為基質(zhì)瀝青,由基質(zhì)瀝青與一種或一種以上改性材料混合,配制高性能改性瀝青,進(jìn)而進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究其路用性能?;|(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

        1.2 制備

        基質(zhì)瀝青與改性材料混合方法和混合順序?qū)Ω男詾r青的性能有重要影響,本次試驗(yàn)研究中采用先改性后乳化的制備方法。首先用乳化機(jī)將常溫下的改性材料和熱乳化劑溶液(60 ℃~70 ℃)進(jìn)行混合,然后立即將混合物和熔融瀝青(120 ℃~130 ℃)放入相容劑中,按指定剪切時(shí)間進(jìn)行剪切攪拌,取出后發(fā)育一定時(shí)間,制備完成。

        2 試驗(yàn)方法與結(jié)果分析

        2.1 粘附性和高溫穩(wěn)定性能試驗(yàn)

        按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)T0604-2011、T0606- 2011對(duì)乳化瀝青進(jìn)行粘附性、高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表2及圖1、圖2所示。

        表2及圖1結(jié)果表明,改性瀝青的針入度較基質(zhì)瀝青和未改性乳化瀝青有所提高。環(huán)氧樹脂、SBS、PAV三種改性材料均提高了乳化瀝青的針入度和軟化點(diǎn)。表2、圖1及圖2結(jié)果表明,無論SBS為10%或3.0% ,隨著SBS摻量的增大,都呈現(xiàn)出針入度增大、軟化點(diǎn)升高的變化趨勢(shì),表明SBS摻量增大,瀝青粘附性和高溫穩(wěn)定性逐漸提高。對(duì)于單摻改性材料,SBS從0%增加到10%時(shí)較其他單摻改性材料粘附性和高溫穩(wěn)定性提高64%和55%。對(duì)于復(fù)摻改性材料,無論水性環(huán)氧樹脂為5.0%或4.0% ,隨著SBS摻量的增大,都呈現(xiàn)針入度增大、軟化點(diǎn)升高的變化趨勢(shì);隨著PVA摻量的增大,都呈現(xiàn)針入度減小、軟化點(diǎn)降低的變化趨勢(shì)。

        這是由于水性環(huán)氧樹脂具有良好的黏性而SBS具有良好的柔韌性;環(huán)氧樹脂與 SBS相互作用形成空間網(wǎng)絡(luò),制約了乳化瀝青顆粒的位移和乳化瀝青膠體的流動(dòng),因此均可改善其粘附性和高溫穩(wěn)定性能。而PVA的加入使瀝青中的飽和酚及膠質(zhì)減少,瀝青質(zhì)增加,芳香酚幾乎不變,外觀上表現(xiàn)為瀝青變硬且流動(dòng)性變小,導(dǎo)致針入度、軟化點(diǎn)降低。

        對(duì)比以上三種改性材料分析可知,單摻SBS和復(fù)摻SBS+PVA+水性環(huán)氧樹脂的針入度和軟化點(diǎn)相差不大,在同時(shí)滿足技術(shù)要求的情況下考慮成本應(yīng)優(yōu)先選用SBS+PVA+水性環(huán)氧樹脂復(fù)合改性瀝青。

        2.2 耐腐蝕性試驗(yàn)

        瀝青路面長(zhǎng)期裸露在大自然中,大量的汽車尾氣及生活使用煤使大氣中氮氧化物含量逐年提升,雨水的pH值大部分為酸性。水、空氣及路面上汽車燃油和機(jī)油撒漏等綜合作用,使瀝青路面粘結(jié)力降低,路面使用壽命縮短。

        基于以上原因,試驗(yàn)制備試件與表2材料用量相同,所有試件的初始重量均為2.5 g±0.1 g。將試件分別浸泡在75 ml煤油和75 ml 5%鹽酸的燒杯中,以檢驗(yàn)其耐腐蝕性。按時(shí)間間隔分別為10 min、20 min、40 min、60 min、90 min和120 min,從浸泡溶液中取出試件,用濾紙沁干,隨后稱重。試驗(yàn)結(jié)果如表3及圖3、圖4所示。

        根據(jù)式(1)計(jì)算重量損失比:

        Rwt=Wi(t)/W0(1)

        式中:

        Rwt——重量損失比(%);

        Wi(t)——浸泡時(shí)間 t(min)時(shí)試樣的重量(g);

        W0——初始重量(g)。

        耐腐蝕性試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。

        表3及圖3、圖4結(jié)果表明,對(duì)于所有樣本的Rwt隨浸泡時(shí)間增長(zhǎng)而減小。

        在煤油浸泡120 min后,單摻改性材料的Rwt為50%~70%;復(fù)摻改性材料的Rwt為75%~85%。復(fù)摻SBA+PVA+環(huán)氧樹脂后Rw較未改性提高了88%。改性材料在煤油中的重量損失是由于改性材料和瀝青的相互作用,瀝青分子有部分?jǐn)U散滲入到改性材料顆粒中。煤油可溶于瀝青組分中的芳烴和飽和烴,但其中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)幾乎不溶于煤油,因此并不是所有的瀝青分子都能夠完全擴(kuò)散滲入到改性材料顆粒中,仍然保留較高重量比的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。Rwt值表明摻入改性材料可提高改性瀝青的耐燃性能為82%~88%。

        在5%鹽酸中浸泡120 min后,單摻改性材料的Rwt為45%~65%;復(fù)摻改性材料的Rwt為90%~95%。復(fù)摻SBA+PVA+環(huán)氧樹脂后Rw較未改性提高了93%。當(dāng)改性材料與瀝青混合,改性材料中的聚合物顆粒吸附瀝青中的油分,基質(zhì)瀝青部分油分因?yàn)槲蕉兊谜吵?。鹽酸作用下瀝青質(zhì)含量增大、芳香酚含量減小,飽和酚和膠質(zhì)含量基本不變。Rwt值表明摻入改性材料可將改性瀝青的耐酸性能提高87%~93%。

        3 結(jié)語

        本文以 SBA、 PVA、環(huán)氧樹脂三種不同類型的聚合物為原料,制備了七種不同摻量的改性瀝青。上述研究與分析可知單摻或復(fù)摻改性材料的影響如下:

        (1)在乳化瀝青中按不同摻量單摻或復(fù)摻改性材料均可改善改性瀝青的粘附性和高溫穩(wěn)定性。

        (2)單摻 10% SBS和復(fù)摻3% SBS+3% PVA+4% 水性環(huán)氧樹脂改性瀝青,軟化點(diǎn)溫度從41 ℃分別提高到130 ℃和126 ℃。

        (3)在煤油浸泡120 min后,復(fù)摻SBA+PVA+環(huán)氧樹脂后Rw較未改性提高了88%。Rwt值表明摻入改性材料可將改性瀝青的耐燃性能提高82%~88%。

        (4)在5% 鹽酸中浸泡120 min后,復(fù)摻SBA+PVA+環(huán)氧樹脂后Rw較未改性提高了93%。Rwt值表明摻入改性材料可將改性瀝青的耐酸性能提高87%~93%。

        (5)對(duì)比以上三種改性材料分析可知,復(fù)摻3% SBS+3% PVA+4% 水性環(huán)氧樹脂改性瀝青綜合性能優(yōu)于其他摻入方案,推薦采用。

        [1]李衛(wèi)寧,王富強(qiáng),復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下再生混凝土多軸試驗(yàn)研究[J],西部交通科技,2014(9):65-69.

        [2] 王富強(qiáng),陽利君,莫品疆.提高花崗巖瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)研究[J].公路,2020(11):328-330.

        [3] 王富強(qiáng),李衛(wèi)寧.PVA纖維與鋼纖維對(duì)剛性路面路用性能的影響研究[J].西部交通科技,2020(10):6-8.

        [4] 王富強(qiáng).耐候鋼橋典型表面腐蝕層厚度的試驗(yàn)研究[J].西部交通科技,2020(9):91-93.

        [5] 張海波,王富強(qiáng).基于ANN預(yù)測(cè)模型快速檢測(cè)改性瀝青SBS含量的方法研究[J].西部交通科技,2020(7):1-3.

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