朱 坤,孟憲越,高 輝,王 琳,馬在勇,耿麗娟,武瑞甜,羅航宇

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院,長(zhǎng)春 130012; 2.吉林省土木工程抗震減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)春 130012;3.吉林省寒冷地區(qū)住宅工程建筑技術(shù)研究中心,長(zhǎng)春,130012)

0 引言

改性瀝青作為道路工程建設(shè)應(yīng)用最廣泛的材料,需求量巨大,但改性瀝青的資源較少,較難獲得,且其應(yīng)用到路面工程的質(zhì)量問(wèn)題尚未得到充分解決,這就更加需要我們?nèi)ジ纳片F(xiàn)在已有的配合比方案,并擇取最優(yōu)方案來(lái)進(jìn)一步解決各種路面問(wèn)題。

SBS 改性瀝青主要是通過(guò)在基質(zhì)瀝青中摻入SBS改性劑,經(jīng)過(guò)攪拌等過(guò)程制備而成,能夠達(dá)到改善瀝青性能的目的。因?yàn)榫酆衔锔男詾r青很難與基質(zhì)瀝青充分融合,并且兩者的相互聯(lián)系也較為脆弱,這樣就會(huì)對(duì)瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性造成很大的影響,而且這類問(wèn)題屬于聚合物改性瀝青的通有問(wèn)題,因此,需要對(duì)改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性進(jìn)行改善。

1 改性瀝青的制備流程

1)通過(guò)已有的改性瀝青為研究基礎(chǔ),制備符合本試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的基質(zhì)瀝青。

2)將已經(jīng)準(zhǔn)備好的基質(zhì)瀝青加熱至160 ℃,將其攪拌均勻,按體積摻量比為6%的基質(zhì)瀝青的量取SBS作為改性劑,按體積摻量比為3%的基質(zhì)瀝青的量取芳烴油作為增溶劑,混合于燒瓶中。

3)將已經(jīng)取好的基質(zhì)瀝青、芳烴油以及SBS充分?jǐn)嚢? h。

4)攪拌完成后,將其放入烤箱中,靜置烘烤30 min,通過(guò)烘烤使得SBS和芳烴油能夠在基質(zhì)瀝青中充分溶解。

5)烘烤完畢,SBS和芳烴油充分地溶解在了基質(zhì)瀝青之中,然后倒入相應(yīng)的容器內(nèi)。改性瀝青制備完成。

使用過(guò)氧化二異丙苯(DCP)、間亞苯基雙馬來(lái)酰亞胺(PDM)和過(guò)氧化氫異丙苯這3種穩(wěn)定劑以不同比例制備SBS改性瀝青。3種穩(wěn)定劑樣品如圖1～3所示。

圖1 過(guò)氧化二異丙苯

2 SBS改性瀝青穩(wěn)定劑的工作原理及作用

2.1 工作原理

改性瀝青中都會(huì)摻入相應(yīng)的相容劑和穩(wěn)定劑,相容劑會(huì)使SBS在改性瀝青中分布得相對(duì)均勻,但由于物理作用,SBS與瀝青相互之間的作用力會(huì)下降,伴隨著作用力的下降,使得摻入相容劑的SBS改性瀝青在長(zhǎng)期儲(chǔ)存時(shí),SBS與瀝青之間產(chǎn)生相應(yīng)的聚變以及離析現(xiàn)象。

圖2 過(guò)氧化氫異丙苯

圖3 間亞苯基雙馬來(lái)酰亞胺

2.2 穩(wěn)定劑的作用

穩(wěn)定劑的作用機(jī)理就是使SBS相應(yīng)的分子之間以及分子與瀝青之間產(chǎn)生起穩(wěn)定作用的化學(xué)鍵,使得外加相容劑與瀝青之間產(chǎn)生的物理作用,能夠不再產(chǎn)生聚變以及相互離析的現(xiàn)象,使SBS改性瀝青能夠在穩(wěn)定劑以及相容劑的作用下達(dá)到更佳穩(wěn)定的效果。

SBS在改性瀝青中所起到的穩(wěn)定作用的主要產(chǎn)生方式在于穩(wěn)定劑在SBS之間產(chǎn)生相應(yīng)的交聯(lián)反應(yīng),能夠使SBS自身之間連接得更加牢固,另外一個(gè)主要的產(chǎn)生方式還在于SBS與瀝青之間的接枝反應(yīng),同時(shí),SBS在穩(wěn)定劑的作用下,還可以形成自身的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),相互聯(lián)結(jié),使SBS與瀝青連接得更加緊密,并將其包裹在其中,阻止SBS與瀝青在物理作用下分離。同時(shí),SBS與瀝青可以進(jìn)行交互反應(yīng),但這種反應(yīng)僅僅局限在接觸面之間,而反應(yīng)的生成物在表面可以起到活性劑的作用,降低表面張力,以有效防止SBS與瀝青之間因?yàn)槲锢碜饔枚a(chǎn)生的相互分離以及聚集的現(xiàn)象。

3 置備實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)的樣品為不添加穩(wěn)定劑和添加不同體積分?jǐn)?shù)的穩(wěn)定劑,分別以3%、5%、7%來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)照試驗(yàn),具體試驗(yàn)樣本見(jiàn)表1。首先將制備好的改性瀝青的樣品放入一定規(guī)格的鋁管中,在高溫163 ℃的條件下放置2 d,再繼續(xù)將其放入-5 ℃寒冷的條件中冷卻4 h,將鋁管中的上下兩端試件分別取出來(lái)進(jìn)行軟化點(diǎn)試驗(yàn)以及針入度測(cè)試。通過(guò)軟化點(diǎn)的差值,進(jìn)一步對(duì)過(guò)氧化二異丙苯、間亞苯基雙馬來(lái)酰亞胺和過(guò)氧化氫異丙苯這3種穩(wěn)定劑以及其不同的摻量對(duì)SBS改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響進(jìn)行研究。聚合物改性瀝青離析試驗(yàn)樣品如圖4所示。

圖4 聚合物改性瀝青離析試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)樣本見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)樣本

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

按照前文試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)方案完成聚合物改性瀝青離析試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2的數(shù)據(jù)可以看出:樣本A為不加入任何穩(wěn)定劑的SBS改性瀝青,經(jīng)過(guò)聚合物改性瀝青離析試驗(yàn),其上下部軟化點(diǎn)差值為5.6 ℃,>2.5 ℃,不滿足規(guī)范要求。上部針入度為36.8 mm,下部針入度為26.1 mm,針入度差值已經(jīng)達(dá)到10.7 mm。

表2 聚合物改性瀝青離析試驗(yàn)結(jié)果

導(dǎo)致軟化點(diǎn)出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是在過(guò)熱的情況下,SBS改性劑的內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)速度加快,而改性劑的相對(duì)密度又比基質(zhì)瀝青小,就會(huì)出現(xiàn)上浮聚集現(xiàn)象。其頂部試樣富含改性劑,相彈性增大導(dǎo)致軟化點(diǎn)增大,由于底部富含瀝青相從而使軟化點(diǎn)減小黏性點(diǎn)增大,這就導(dǎo)致了下部軟化點(diǎn)明顯低于上部軟化點(diǎn)。

影響針入度的因素是多種多樣的,溫度、重量、冷卻時(shí)間都會(huì)影響針入度的數(shù)值,若冷卻的時(shí)間不夠充分,便會(huì)使針入度的數(shù)值降低,進(jìn)而影響瀝青的性能,而由于上浮聚集現(xiàn)象的產(chǎn)生,同樣也使得上部的針入度明顯大于下部的針入度。

軟化點(diǎn)差值試驗(yàn)結(jié)果分析如圖5所示。

圖5 軟化點(diǎn)差值變化

從圖5中可以發(fā)現(xiàn),DCP、PDM、過(guò)氧化氫異丙苯這3種穩(wěn)定劑都可以有效地對(duì)SBS改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性起到明顯的促進(jìn)和改善作用。DCP與PDM在摻量為3%和5%的軟化點(diǎn)差值下降較大,但當(dāng)摻量提升至7%時(shí),軟化點(diǎn)的差值同時(shí)也提高較大。過(guò)氧化氫異丙苯的軟化點(diǎn)差值在0～7%都呈下降狀態(tài)。

所以,結(jié)合前述圖文描述,在穩(wěn)定劑摻量為0的情況下,SBS改性瀝青軟化點(diǎn)的差值相對(duì)較大,而隨著穩(wěn)定劑逐漸摻入,軟化點(diǎn)的差值也會(huì)相對(duì)減小,但是DCP、PDM這兩種穩(wěn)定劑需要添加到一個(gè)適合的摻量,如果高于5%,其軟化點(diǎn)差值繼而會(huì)變大。

針入度差值變化如圖6。由圖6可見(jiàn),在穩(wěn)定劑摻量為0～5%時(shí),針入度差值會(huì)隨著穩(wěn)定劑摻量的增加而減小,而在摻量為5%～7%時(shí),針入度差值會(huì)隨著穩(wěn)定劑摻量的增加而增加。由此可見(jiàn),3種穩(wěn)定劑在不同摻量狀態(tài)下針入度差值以摻量為5%的過(guò)氧化二異丙苯為最佳,在其他摻量的條件下都處于較高的狀態(tài)。

由前述條件可以得出,當(dāng)DCP的摻入量為5%時(shí),改性瀝青的針入度差值最小,結(jié)合圖5穩(wěn)定劑摻量對(duì)軟化點(diǎn)差值變化的對(duì)比,可以看出改性瀝青針入度差值也可以反應(yīng)改性瀝青儲(chǔ)存的穩(wěn)定性,并且結(jié)合圖5和圖6可以得出,當(dāng)穩(wěn)定劑DCP的摻量為5%時(shí),SBS改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性為最佳狀態(tài)。

圖6 針入度差值變化

5 結(jié)論

本文在確定了SBS改性瀝青制備工藝的基礎(chǔ)上,通聚合物改性瀝青離析試驗(yàn),使用過(guò)氧化二異丙苯、間亞苯基雙馬來(lái)酰亞胺和過(guò)氧化氫異丙苯這3種物質(zhì)作為穩(wěn)定劑,對(duì)SBS改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性進(jìn)行了研究,得到的主要結(jié)論:

1)添加過(guò)氧化二異丙苯(DCP)、間亞苯基雙馬來(lái)酰亞胺(PDM)和過(guò)氧化氫異丙苯的SBS改性瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性均優(yōu)于未添加任何穩(wěn)定劑的SBS改性瀝青。過(guò)氧化二異丙苯、間亞苯基雙馬來(lái)酰亞胺和過(guò)氧化氫異丙苯均能有效改善其儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

2)當(dāng)這3種穩(wěn)定劑摻量過(guò)少或者過(guò)多時(shí),都會(huì)引起針入度的差值增大,同時(shí)也會(huì)引起DCP和PDM的軟化點(diǎn)差值變大,而過(guò)氧化氫異丙苯的軟化點(diǎn)會(huì)隨著摻量的增大而減小。

3)當(dāng)DCP的摻量為5%時(shí),過(guò)氧化二異丙苯(DCP)的軟化點(diǎn)差值以及針入度差值最小,所以,相較于其他兩種穩(wěn)定劑而言,過(guò)氧化二異丙苯(DCP)的摻量為5%時(shí),其穩(wěn)定性最佳。