SBS品种对改性沥青技术性能影响的比较研究

SBS品种对改性沥青技术性能影响的比较研究

SBS品种对改性沥青技术性能影响的比较研究 篇1

SBS品种对改性沥青技术性能影响的比较研究

采用YH-791、YH-792和道改2#三种SBS改性剂对镇海AH-70沥青进行改性,对三种SBS改性沥青的针入度、延度、软化点、针入度指教PI、当量软化点、当量脆点、弹性恢复等主要技术性能进行了试验和比较分析.并将SBS含量为5%的三种SBS改性沥青的主要技术性能指标与现行规范的`指标进行了比较,为SBS改性沥青生产中改性剂品种的选择及改性沥青的生产质量控制提供依据.

作 者：刘大梁 严伟 阎光辉 吴连民 LIU Da-liang YAN Wei YAN Guang-hui WU Lian-ming  作者单位：刘大梁,严伟,LIU Da-liang,YAN Wei(长沙理工大学,交通运输工程学院,长沙,410076)

阎光辉,吴连民,YAN Guang-hui,WU Lian-ming(河南省交通基本建设质量检测监督站,郑州,450005)

刊 名：湖南理工学院学报（自然科学版） 英文刊名：JOURNAL OF HUNAN INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： 22(2) 分类号：U414.75 关键词：道路工程   SBS   改性沥青   技术性能  

SBS品种对改性沥青技术性能影响的比较研究 篇2

弹性体SBS改性沥青防水卷材由于其优异的延伸性能、 弥合裂缝能力、容易保证质量、施工方便、价格适中等优点,而逐渐成为主要的建筑防水材料。SBS是聚苯乙烯(PS)与聚丁二烯(PB)的嵌段共聚物,其独特的结构能够显著降低沥青的渗透性,同时有效提高沥青的高低温性能、拉伸强度及延展性,成为目前使用广泛和综合性能良好的沥青改性剂[1]。我国常用的SBS改性剂主要有星型和线型2种。SBS与基质沥青存在配伍性,不同的基质沥青组成对SBS改性沥青的性能影响很大,国内对此研究较多,并得出芳香分含量高的沥青与SBS相容性好的结论。但对于不同类型的SBS与基质沥青混合后制备改性沥青性能的研究较少。因此,研究不同型号的SBS对改性沥青性能的影响有着积极的意义[2,3]。

本文分别从SBS改性机理、SBS掺量,SBS型号的影响对SBS改性沥青进行深入研究分析。

1主要原材料性质及改性沥青制备工艺

1.1基质沥青

采用秦皇岛AH-90#基质沥青,25 ℃针入度89(0.1 cm), 软化点45.5 ℃,10 ℃延度>100 cm。

1.2 SBS改性剂

星型SBS:北京燕山石化生产的SBS4402,嵌段比4/6, 不具有充油性,天津乐金渤天化工有限责任公司生产的LG412S,嵌段比4/6,具有充油性;线型SBS:天津乐金渤天化工有限责任公司生产的LG501S,嵌段比3/7,不具有充油性。

1.3主要的仪器设备

电脑数控沥青软化点测定仪,北京航天科宇测试仪器有限公司;低温柔性测试仪,QSX-23,天津华银建工仪器科技有限公司;微机控制电子万能拉力机,CMT6104,美特斯工业系统(中国)有限公司。

1.4改性沥青的制备

取定量基质沥青和减三线油加热至180 ℃,加入SBS,在2000 r/min下剪切2~3 h,充分溶胀,加入抗老化剂和填料搅拌0.5 h,整个过程控温在180~188 ℃,需要3~4 h。

1.5性能测试

软化点测试(环球法):在5 ℃甘油中,以5 ℃/min的速率升温,样品环上的钢珠下落至下层底板接触时,立即读取温度,即为软化点。

低温柔性测试:将试件放置在冷冻液中的机械弯曲装置上以(360±40)mm/min的速度弯曲180°后,检查试件涂盖层存在的裂纹。

卷材与卷材的剥离强度:在(23±2)℃条件下,制备尺寸为150 mm×50 mm的试样,要求改性沥青涂盖料厚度2 mm, 在150 ℃烘箱内放置2 h,取出将上表面与上表面粘结,粘结面积为50 mm×75 mm,用质量为2 kg、宽度为50~60 mm的压辊反复压3次,在(23±2)℃条件下养护24 h,以剥离试验最大拉力值计算卷材与卷材的剥离强度。

2 SBS改性机理分析

SBS是由聚苯乙烯链段(PS)与聚丁二烯链段(PB)组成的嵌段聚合物,PS段提供自补性能,强度高,能够改善沥青抵抗高温永久变形,PB段提供柔韧性能,耐低温,能够改善沥青的低温柔性。在SBS分子中,硬段PS聚集成结晶相,均匀分布在软段PB连续相中,形成物理交联的网状结构,但是PS段与PB段互不相溶,微观上呈两相分离体系,由于SBS这种微观上的物理交联网状结构和两相分离体系,才使SBS呈现热塑性能[4,5]。

在SBS改性沥青过程初期,SBS分子中的PS段出现软化并呈现流动性,而PB段则会吸收沥青中的轻质组分(饱和分、 芳香分等小分子组分),打破沥青的动态平衡,同时轻质组分进入SBS网络使SBS分子链间距增大,从而使SBS自身体积膨胀至原来的7~10倍[6]。此时,分散相SBS与连续相沥青形成共混复相结构体系,在两相界面上浸润溶胀的SBS仍将吸附部分组分相似的沥青而逐渐形成一定厚度的表面吸附膜, 使SBS与基质沥青之间产生良好的过渡结合,从而使SBS与基质沥青具有相容性[7,8]。

在SBS与基质沥青互溶体系中,由于SBS的玻璃化温度远低于基质沥青,当外界温度降低至沥青的玻璃化温度以下时,基质沥青中的分子运动将被冻结,而SBS分子仍具有良好的柔韧性,能够有效吸收温度应力,从而使改性沥青具有优异的低温柔性[9,10];同时由于SBS在基质沥青中形成三维网状结构,其与沥青分子之间产生协同作用,从而使SBS改性沥青具有优异的延伸率、拉伸强度和耐疲劳性[11,12]。

3结果与讨论

3.1 SBS对改性沥青高温性能的影响(见图1)

由图1可以看出,随着SBS掺量的增大,改性沥青的软化点升高,耐热性得到提高,不同种类SBS对耐热性的提升幅度依次为4402>LG501S>LG412S。嵌段比同为4/6的星型SBS对改性沥青的耐热性影响受是否充油影响较大,充油后的LG412S对改性沥青的耐热性提升效果明显低于非充油的SBS4402;将同为非充油的线型LG501S与星型SBS4402进行比较,线型LG501S对改性沥青耐热性的提升明显低于星型SBS4402。

3.2 SBS对改性沥青低温柔性的影响(见图2)

由图2可以看出,SBS的掺量越大,改性沥青的低温柔性越好。不同型号SBS对改性沥青低温柔性的提升幅度依次为LG501S>4402>LG412S。线型LG501S对改性沥青低温柔性的提升效果明显高于星型4402与LG412S;对于嵌段比同为4/6的星型SBS4402与LG412S对改性沥青低温柔性的提升效果受SBS是否充油的影响,充油的LG412S比非充油SBS4402的提升改性沥青低温柔性效果差。

3.3 SBS对改性沥青防水卷材与卷材剥离强度的影响(见图3)

由图3可以看出,随着SBS掺量的增大,改性沥青卷材与卷材的剥离强度提高。不同型号SBS对卷材与卷材剥离强度的提升幅度依次为LG501S>4402>LG412S。线型LG501S对改性沥青卷材与卷材剥离强度的提升效果明显大于星型4402与LG412S;对于嵌段比同为4/6的星型SBS4402与LG412S对改性沥青卷材与卷材剥离强度的提升效果受SBS是否充油的影响较大,充油的LG412S对改性沥青卷材与卷材剥离强度的提升效果明显小于非充油SBS4402。

4结论

(1)随着SBS掺量的增大,改性沥青的耐热性提高,3种类型SBS对耐热性的提升幅度依次为4402>LG501S>LG412S。

(2)随着SBS掺量的增大,改性沥青的低温柔性提高。3种类型SBS对低温柔性的提升幅度依次为LG501S>4402>LG412S。

SBS 改性沥青防水施工方案 篇3

建筑物的功能有多方面，其中屋面防水是其一个重要功能，也是工程建设中重要的一项内容。目前，我国的房屋屋顶钢筋混凝土建筑中，常存在耐久性差、维修费用较高、漏雨等现象。针对这些问题，世界各国普遍采用SBS改性沥青防水卷材。SBS改性沥青防水卷材作为热塑性弹性体改性沥青防水卷材中的一种，是以聚酯毡或玻纤毡为胎基，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）热塑性弹性体为改性剂制成的沥青为涂盖料、两面覆以隔离材料制成的防水卷材。此类卷材具有很好的耐高温性能，有较高的弹性和耐疲劳性，低温柔性好，延伸性能好，使用寿命长，施工简便，污染小等特点，被广泛应用于各种防水工程中。本文对SBS改性沥青卷材屋面防水施工过程中的监理进行探讨。1 进入施工场地的相关要求

材料在高温环境下会出现受热变形，所以材料存放现场以及施工现场要严禁明火，同时要避免雨淋。卷材需要直立堆放，存放材料的地方一定要保持良好的通风。防水卷材进入场地后要按照相关规定进行取样复试。防水材料一定要有出厂检验报告、合格证以及使用说明书，而且需要标明材料的生产日期、批号以及材料规格。防水材料要符合相关的质量标准，如材料上不能有空皱折、断裂、剥离、涂盖不均匀、边缘不整齐等等质量问题。当材料所有外观质量指标都符合要求时，再对材料进行物理性能检测。2 屋面基层处理要求

在屋面防水层铺设之前，要保证基层没有凹坑、起鼓、掉灰、起砂以及松动等问题，而且基层表面要求干燥、干净、光滑、平整、均匀一致。可以用2m长的直尺来检

验基层的平整度，直尺与基层之间出现的空隙最大不能超过4mm，而且其空隙只能是平缓变化。基层表面的干燥度可以通过一定方法进行检验：把卷材干铺在找平层上，停留3～4h，如果铺设的卷材和找平层的铺盖部位没有出现水，那就证明基层表面是干燥的，适当延时后即可开始施工。下雨、刮风或者是雨后基层还没有干时不能进行施工。基层需要用一定比例混合的水泥砂浆找平，利用2m长的直尺对基层的平整度进行检验，其凹凸差异要小于5mm，并且要求平缓变化，没有比较明显的起坡现象。另外，找平层需要设置分格缝，同时用密封材料进行填实。分格缝需要设置在板端缝处，一般要小于6mm；沥青砂浆找平层的厚度不应超过4mm。在防水层与女儿墙交接处、防水层与突出屋面构件的交接处、屋面转角处、屋面板的支端等位置设置分隔缝，要求与板端缝对齐，均匀顺直，宽度为20mm，横向与纵向间距要小于6m，阴阳角的位置抹成半径大于150mm的圆弧形。找平层有断裂，如果裂缝小于0.5mm需要用密封材料涂刷，如果裂缝大于0.5mm的话需要沿缝凿开，填入密封材料。另外，排水口、阴阳角以及管道根等比较容易出现渗漏现象的位置可以选择同一卷材包封处理，之后再进行铺贴卷材。在内部排水的水落口周边位置，找平层需要设置成略低的凹坑。3 涂刷冷底子油的施工要求

在SBS改性沥青卷材屋面防水施工的过程中，选用的SBS改性沥青卷材冷底子油以及密封材料一定要符合国家相关质量标准。在干燥的基层上涂刷SBS改性沥青卷材冷底子油的时候要严格按照国家相关操作规范，先将节点、阴角，以及周边等位置清理干净，对于一些小细部可以利用毛刷蘸油涂刷。涂刷之前一定要把SBS改性沥青卷材冷底子油充分搅拌至均匀再进行涂刷，涂刷的时候一定要均匀，做到厚度一致，不能有气泡、空白、麻点或者是透底等等缺陷。然后根据天气情况，等到SBS改性沥青卷材冷底子油凉干且不黏脚的时候可以开始进行卷材铺贴。

利用热熔法铺贴卷材的相关要求 4.1 热熔条件下卷材的铺贴

在进行卷材铺贴工作时，要按照相关施工规定对卷材的宽度留出一定的搭接缝尺寸，然后设置好铺贴卷材的基准位置线，以便按照该基准线开展基层的铺贴工作。裁剪好要铺贴的改性沥青防水卷材的长度，卷好备用。利用30mm的管穿过卷材的卷心，弹出卷材的标准线，然后把卷材的端头摆在铺设的起始位置上对正，卷材的薄膜面要向下，长短方向上的搭接缝要对齐摆正，掀开已经展开的部分，点燃专业火焰喷枪或者是汽油喷灯，对卷材和基层的交接位置，卷材面距离火焰加热器的喷头大约300mm，与基层成30～40角。加热的时候要注意加热均匀，加热时间不能过长，也不能过短，待刚刚烤出沥青油的时候即可停止加热，然后慢慢放下卷材，铺贴于基层上，用手可控制着卷心两端开始向前滚动铺设。为了进一步确保卷材与基层之间粘结牢固，可以使用排汽辊进行压平、压实。如果屋面坡度太小，卷材的铺贴要与屋脊铺贴，而且上下层卷材不可以垂直铺贴。如果铺贴卷材时使用搭接法，上下层卷材的搭接缝以及相邻卷材的搭接缝需要错开三分之一的幅宽。4.2 搭接缝的施工要求

进行卷材铺贴时，热熔卷材的表面存在一层防粘隔离纸，当采用满粘法以保证搭接牢固时，首先一定要将热熔卷材表面的隔离纸烧掉。搭接宽度允许的最大偏差是10mm，满粘法搭接宽度是80mm，条粘法的搭接宽度是120mm。用密封材料将接缝口封严、填实，接缝口一般要超过10mm。卷材要铺贴平整，利用辊压确保基层与卷材之间粘贴牢固，排除其中的空气。铺贴好的卷材要平整、顺直，防水层要有超过250mm的上翻高度，利用热熔法对同一层上的卷材进行处理，平整焊缝。对屋面的一些复杂部位需要附加增强层的铺贴，为了更好地粘结增强层，要在需要增强的部位基层涂刷一层SBS冷底子油。要想加快冷底子油与基层的粘贴速度，可以在热熔前试贴，加强附加增强层卷材之后立刻粘贴。如果附加增强层的部位特别小，施工人员可以手拿汽油喷枪进行施工。在收头、穿墙套管、阴阳角以及天沟等接点位置一定要严格遵守相关施工规范，保证贴紧、压实、铺平、收头牢固可靠。利用喷枪对卷材的搭接缝部位进行加热，然后压合到边缘挤出沥青进行粘牢。5 施工注意事项

（1）工程施工要考虑到天气变化，气温低的情况下不宜施工；超过五级大风的环境下不能施工；雨雪天气里严禁施工。

（2）施工人员开始施工前先要对图纸进行认真核对，施工作业人员必须持有上岗证。

（3）施工前准备好高压吹风机、扫帚、汽油喷灯、手持压滚、压子、皮卷尺、小线绳、剪刀、消防器材以及铁棍等施工机具。

（4）施工人员必须严格遵循施工现场的各种文明施工和安全保卫相关规范制度，施工人员必须按照相关规定穿戴好施工保护用具，这样才能进入施工现场进行施工作业。

（5）为了消除安全隐患，选择没有人的环境点燃喷灯或者燃具，保证环境的良好通风。

（6）时刻具有保护成品的意识，施工人员不能穿帯钉的鞋在防水层上走动，不能在防水层上打孔。

（7）施工过程中多以平行作业与交叉作业工种为主，很容易造成已做好的防水材料被其他工种破坏的现象，所以需要对其严格管理。防水材料的管理和发放需要有

专人来负责，并且要进行分类保存。对于一些易燃易挥发的材料要保持安全距离，严格按安全材料管理要求进行管理。6 工程质量验收标准

（1）防水卷材铺贴完成之后要进行严格检查，不能出现渗漏和积水的现象，并且要进行闭水或者喷淋试验，如果24h不出现渗水漏水问题才算合格，如果出现渗漏或者积水的现象需要重新铺设。

（2）卷材要符合相关质量验收规范，要求顺直平整，卷材的搭接要粘结牢固，缝口处要封闭严实，不能出现翘边、鼓泡以及皱折等等缺陷。验收过程中每50m抽验一次，每处5m，验收抽验要在三处以上。

（3）防水层在女儿墙超出屋面处向上翻起的高度要超过250mm，防水层的收头需要和基层粘结牢固，两者之间的缝合处要封严实，不能出现翘边。

（4）檐口、檐沟、天沟、泛水和立面卷材的端头要裁整齐，塞入预先准备的凹槽里，然后利用金属压条进行定压固定，钉距最大不能超过900mm，还要利用密封材料填实、封严。

综上所述，SBS改性沥青卷材作为一种先进的建筑防水层材料，在很大程度上提高了建筑物防水层的质量和耐用性，是一种应用非常广泛的防水层材料。为确保屋面防水工程的质量，需综合考虑许多方面的因素，设计是前提，材料是基础，施工中的具体作业规范是关键。在SBS改性沥青卷材屋面防水施工过程中，应严格按照相关施工规范进行施工，严把施工质量关，并做好监理工作，才能保证屋面防水工程的质量，延长建筑的使用寿命，从而为住户提供一个良好的生活和工作环境。

SBS品种对改性沥青技术性能影响的比较研究 篇4

该文研究了一种自制温拌剂(4A沸石)对SBS改性沥青基本路用性能、燃烧性能及流变性能的影响,为这种温拌剂的应用及推广提供更好的理论依据和技术支持。

1 试 验

1.1 原材料

试验采用武汉思立特公路物资有限公司PG76-22 SBS改性沥青。性能试验结果符合技术规范要求。

本研究使用的温拌剂为一种自主制备的4A沸石,以武汉阳逻电厂的粉煤灰为主要原材料,通过碱熔融-水热法制备而成[4]。主要晶相为Na96Al96Si96O384·216H2O,密度为2.43 g/cm3,其中SiO2的含量为30.6%,Al2O3的含量为29.2%,Na2O含量为16.1%,在120 ℃烘干2 h的失水量为10.3%,在200 ℃连续干燥2 h失水量达19.8%。

1.2 方法

沥青的燃烧性能采用测试极限氧指数来评价。极限氧指数的测定采用HC-2型氧指数测定仪,测试方法参照石油化工行业标准NB/SH/T 0815-2010的规定进行。氧指数OI定义为:在规定的试验条件下,氧氮混合气流中刚好维持试样燃烧所需最低氧浓度,以体积百分比表示。氧指数OI按公式(1)计算

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式中,[O2]为临界氧浓度时条件下,混合气流中氧气的体积流量;[N2]为临界氧浓度时条件下,混合气流中氮气的体积流量。

沥青的流变性能用动态剪切流变仪温度扫描试验来评价,其试验原理是:利用转子与底盘之间沥青胶浆的剪切作用来模拟集料与集料之间沥青胶浆所受到的剪切作用。一般采用复数剪切模量G*和相位角δ来描述沥青胶浆的流变特性[5,6]。沥青材料加载时应力应变曲线如图1所示。在-10~30 ℃范围内,采用Φ8 mm的试样盘,试样厚度2 mm;在30~80 ℃范围内,采用Φ25 mm的试样盘,试样厚度1 mm,试验频率一律采用10 rad/s。

2 结果与分析

2.1 温拌剂对SBS改性沥青物理性能的影响

由表1及图2可以看出,自制温拌剂的掺加,使SBS改性沥青的25 ℃针入度和5 ℃延度均降低,且掺量越大降低越多。这表明自制温拌剂的掺入会使沥青的稠度增加,掺量越大稠度越大。此外,当温拌剂掺量由4%增大至6%时,二者急剧减小;但是当掺量由6%增大至8%时,二者减小的程度趋于缓和。

由表1及图3可知,自制温拌剂的掺加能够提高沥青的软化点,但是总体来说,对软化点的影响较小,未掺自制温拌剂时软化点为84 ℃,而当掺量达8%时,软化点仅仅增大了2.5 ℃,由此可判断自制温拌剂能提高SBS改性沥青的高温性能,但提高作用有限。随着自制温拌剂的掺量增加,沥青的针入度指数有稳步增大的趋势,虽然变化幅度较小,但是仍然能反映自制温拌剂的掺入能降低沥青的温度敏感性,提高沥青的耐高温性能。

2.2 温拌剂对SBS改性沥青燃烧性能的影响

图4给出了SBS改性沥青极限氧指数随自制温拌剂掺量变化的曲线,由图4可知,自制温拌剂掺入后,沥青的极限氧指数有增大趋势,说明自制温拌剂具有一定的阻燃效果。因为自制温拌剂的主要结晶矿物为含结晶水的4A沸石,自制温拌剂在参与沥青燃烧的过程发生释水吸热,导致沥青燃烧中断。

2.3 温拌剂对SBS改性沥青流变性能的影响

在较低温度(-10~30 ℃)和较高温度(30~80 ℃)下,温拌剂对SBS改性沥青的复合剪切模量G*和相位角δ的影响分别如图5和图6所示。

由图5可知,在较低温度(-10~30 ℃)条件下,沥青胶浆的复合剪切模量随着温度的升高呈现出下降的趋势,而其相位角则呈相反的变化趋势。这是由于温度升高,沥青的自由体积增大,沥青从低温时的高弹性状态向高温时的粘流性状态转变,导致沥青在剪切试验中所受的最大剪切应力变小,最大剪切应变却增大,故复合模量出现降低的现象;同时,随着温度的升高,沥青材料的粘弹性体中的粘性成分增加,弹性成分减小,从而使得沥青材料的相位角出现增大趋势。温拌剂掺入后,SBS沥青的复合模量G*值增大,说明自制温拌剂能够提高沥青胶浆的劲度和模量。在-10~0 ℃范围内,自制温拌剂对沥青胶浆的复合模量G*的增强效果比较明显;随着温度的升高,自制温拌剂对SBS改性沥青的复合模量的影响越来越小。在-10~30 ℃范围内,温拌剂的掺入对SBS改性沥青的相位角δ的影响较小,虽然都有一定的降低,但是降幅很小。相位角的降低表明温拌剂的加入使SBS改性沥青弹性增强,具有更好的弹性恢复能力。

由图6可知,在较高的温度(30~80 ℃)条件下,SBS沥青的复合模量变化规律与低温条件下基本相同。在此温度范围内,沥青胶浆的相位角变化规律发生了变化。SBS改性沥青胶浆的相位角出现了增大减小交错进行,最后趋于稳定的现象,这主要由于SBS改性剂弹性网络结构对沥青胶浆力学性能产生了影响[7]。温拌剂掺入后,SBS改性沥青的复合模量G*值增大,说明自制温拌剂能够提高沥青胶浆的劲度和模量,这与低温时实验结果一致。在整个温度范围内,掺入温拌剂后,SBS改性沥青的相位角δ降低,尤其是在50~80 ℃范围内,相位角降低的趋势越来越明显。这可能是由于制备自制温拌剂改性沥青胶浆时,自制温拌剂释放的水分被包含在沥青胶浆中没有蒸发完全,导致在温度较高的试验过程中释放出来,使沥青胶浆溶胀变稀而使相位角减小。

SHRP胶结料技术规范采用车辙因子(|G*|/sin δ)表征沥青胶结料抵抗高温永久变形的能力,采用疲劳因子(|G*|·sin δ)表征沥青胶结料的疲劳性能。相同温度条件下车辙因子越大,代表其抗高温变形的能力越强;疲劳因子越大,说明其疲劳性能越好。由于车辙主要发生在较高温度范围内,而疲劳破坏发生在中低温范围内,故图7和图8分别给出了(40~80 ℃)车辙因子和(-10~30 ℃)疲劳因子随温度变化的关系。由图7可知,与SBS改性沥青相比较,自制温拌剂掺入能提高沥青胶浆的车辙因子。这说明温拌剂的掺入能够提高SBS改性沥青的抗车辙性能和高温性能。由图8可知,自制温拌剂的掺入能够增大SBS改性沥青的损耗模量和疲劳因子。这说明温拌剂的掺入改善了SBS改性沥青的疲劳性能。

3 结 论

a.通过针入度、软化点和延度试验研究了自制温拌剂对SBS改性沥青基本路用性能的影响,结果发现:随着自制温拌剂掺量的增加,沥青的针入度减小、针入度指数PI 增大、软化点增大、低温延度减小,这说明自制温拌剂的加入能使沥青的稠度增加,能降低沥青的温度敏感性,提高沥青的高温性能。

b.极限氧指数试验结果表明:自制温拌剂的加入能提高SBS改性沥青的极限氧指数,掺量越大,极限氧指数越大。这说明自制温拌剂对沥青胶浆的阻燃性能有积极作用。

c.DSR温度扫描试验结果表明:自制温拌剂的加入使SBS改性沥青的复合模量增大,相位角降低,车辙因子和疲劳因子提高,因而改善了沥青胶浆的抗高温变形能力和疲劳性能。

参考文献

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SBS品种对改性沥青技术性能影响的比较研究 篇5

关键词：改性沥青,糠醛抽出油,技术指标

丁苯热塑性橡胶SBS是一种常用的沥青改性剂, 它能显著改善沥青的高温性能, 但是它与基质沥青混溶的过程仅仅是物理的混合过程, 没有发生明显的化学反应, 其改性出来的沥青没有良好的储存稳定性, 因此在提高SBS改性剂在沥青中的分散性更为重要。在改性沥青生产过程中, 为了促使SBS与沥青的更好相容, 通过加入增溶剂来使SBS更好的溶胀[1], 增强其在沥青中的分散能力, 根据相似相容理论, 改性沥青相容剂一般选择富含芳香分的石油馏分, 糠醛抽出油就是这样一种石油馏分[2]。糠醛抽出油因为芳香分含量高[3], 本文选取两种减四线糠醛抽出油, 对其性能测试, 提出了现场时用糠醛抽出油的技术指标要求。

1 原材料

基质沥青选择韩国SK90#A级沥青, 其技术指标见表1, SBS选用YH-791, 稳定剂选用甘肃路桥建设集团养护科技公司自主生产的“兆力”牌。

糠醛抽出油是润滑油生产过程中的副产品, 从基础油加工成润滑油的过程中, 要经过糠醛催化反应塔, 一般是四个反应层, 每一线都抽出对润滑油有害的成分, 所以叫抽出油, 用于改性沥青生产的主要是三线和四线产品, 本研究选用A和B两种减四线糠醛抽出油, 其技术检测指标见表2。

2 实验方案

选用韩国SK为基质沥青, 以岳阳石化生产的线性SBS为改性剂, 增溶剂为减四线糠醛抽出油A和B, 其配方如表2所示 (糠醛抽出油为基质沥青总量计) 。生产工艺:SBS在沥青+抽出油中溶胀10min, 加以搅拌, 再在180℃的温度下让高速剪切机以5000r/min的速度剪切, 加入稳定剂, 然后放入175℃的烘箱中静置发育2.5h, 通过溶胀-剪切-发育等步骤制得改性沥青试样。

3 结果分析与讨论

不同含量糠醛抽出油对改性沥青24h软化点差的影响见图1。从图中可以看出没有添加抽出油时, 改性沥青24h软化点差接近12℃, 说明改性剂SBS在沥青中还没有很好相容。这是因为当改性沥青体系中轻组分较少时, SBS不能充分溶胀以至于不能分散均匀, 随着时间的推移SBS因重力作用结团, 漂浮。当抽出油加到1%时, 24h软化点差降到2.5℃以下, 表明随着糠醛抽出油掺入量的增加, 颗粒间形成了相互贯通的空间网络结构[5], 稳定的网络结构阻碍了SBS颗粒和沥青分子的相对移动, 提高了改性沥青的粘度, 使得离析后的软化点差明显减少, 逐步控制在2.5℃以内, 表现出良好的储存稳定性。

3.2 改性沥青三大指标

通过加入两种不同的抽出油, 观察其不同掺量对改性沥青性能的影响, 其三项性能指标检测结果如图2与图3所示。

由图中可以看出, 随着抽出油含量的增加, 改性沥青的软化点下降。当加入抽出油后, 改性沥青中芳香分等轻组分含量增加, 而轻组分与软化点相关, 当糠醛抽出油加到2%以上时, 软化点明显下降, 表明改性沥青粘稠度明显降低, 说明加入少量抽出油时能提高SBS在沥青中的分散程度, 但是加入较多时起稀释降粘作用。针入度随着抽出油含量的增加而增加, 这也是与改性沥青中轻组分含量呈现正相关;延度主要受SBS分子在沥青中的分散影响, 随糠醛抽出油的增加, 体系中自由SBS分子链含量越高, 延度越高。

3.3 RTFOT后性能

SBS改性沥青老化前与老化后针入度的对比情况见图4。

从图4可以看出, 老化前后针入度都随着糠醛抽出油含量的增加而增加, 老化后的针入度比老化前的针入度明显减少, 针入度比减少, 这一现象表明老化过程中对糠醛抽出油的老化比较严重, 一部分芳香烃向树脂转变, 树脂再向沥青质转变, 最终使沥青质含量明显增多[6], 稠度变大, 针入度变小。

4 结论

1) 综合SBS改性沥青性能分析, 在SBS改性沥青生产时加入糠醛抽出油可以提高其轻组分含量, 它能改善SBS与沥青的相容性, 提高其在沥青中的分散度, 在糠醛抽出油掺入量为1%时储存稳定性显著增加, 再加入抽出油时稳定性上升较缓慢, 且离析控制在2.5℃以内。

2) SBS改性沥青中加入糠醛抽出油后, 其粘稠度减小, 针入度和5℃延度增大, 软化点降低, 经过RTFOT后, 使其针入度和5℃延度减小, 针入度比减小。

3) SBS改性沥青中添加糠醛抽出油, 在适当的添加量下会起积极作用, 但添加较多时车辙因子下降, 对沥青路面抗车辙能力不利, 因此在SBS改性沥青现场生产时不宜添加太多糠醛抽出油, 抽出油添加量为1%-2%时各项性能达到较佳。

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[3]刘跃伟.润滑油糠醛精制萃取技术与应用[J].润滑油, 2003, 18 (2) :13~17.

SBS品种对改性沥青技术性能影响的比较研究 篇6

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。

SBS改性沥青老化性能分析 篇7

改性沥青作为现代交通尤其是高等级道路材料,可以很有效增强路面的抗害能力,同时大大延长养护周期,减少养护工作量和养护费用。丁二烯—苯乙烯—丁二烯共聚物(SBS)被公认为是最为理想的改性剂,它与沥青具有良好的相容性并形成非常微细的分散体系,具有较好的储存稳定性,兼有较好的高温性能和低温性能,能同时改善沥青的高温、低温性能和抗老化性能[1]。因此,SBS改性沥青是目前国内外使用最广泛的改性沥青。然而,SBS改性沥青在生产及长期使用过程中,会受到各种自然因素,如氧、温度、水、紫外线以及车辆荷载等的作用,发生一系列的挥发、氧化、聚合,乃至内部结构变化,导致沥青的性质逐渐发生变化(老化)[2]。对于基质沥青的老化,有关学者已进行了大量研究,成功分析了沥青老化的影响因素、评价指标,揭示了沥青老化机理[3,4,5]。然而,对于国内大量使用的改性沥青的老化规律及其影响因素还有待于进一步深入的研究与探讨。因此,本文对SBS改性沥青的性能老化规律进行深入分析,为进一步深入认识SBS改性沥青老化机理,提高其耐久性提供有力参考。

1 试验材料与方法

选取AH90号基质沥青,进行SBS改性得到SBS70号改性沥青,为了进行更有效的对比分析,同时选取AH70号基质沥青进行试验分析。

为了直观有效的对比评价SBS改性沥青老化后的性能变化规律,对选用的AH90基质沥青及其相应的SBS改性沥青SBS70,以及与改性沥青处于同一针入度级别的AH70基质沥青,进行RTFOT短期老化(RT)和PAV压力长期老化试验,压力老化时间分别取5 h(P5 h),10 h(P10 h),20 h(P20 h),30 h(P30 h),并对原样沥青(Ori)和不同老化阶段(RT,P5 h,P10 h,P20 h,P30 h)的沥青试样进行性能测定。

为了系统全面评价SBS改性沥青的老化性能,分别采用常规性能指标测试试验包括针入度,软化点,延度和弹性恢复,以及SHRP性能指标测试试验包括粘度试验,DSR试验以及BBR试验对老化沥青进行性能测试分析。

2 常规性能指标变化规律分析

首先对沥青试样在不同老化阶段的包括针入度、软化点及延度在内的沥青三大指标以及弹性恢复性能进行测试。相应的试验结果如图1所示。

从图1中各指标的变化情况可以看出:

1)改性沥青与基质沥青具有相似的性能老化规律,随着老化的进行,针入度减小,软化点增大,延度及弹性恢复均减小,而各指标的衰变速率随老化时间逐渐减缓,表明改性沥青中基质沥青的老化应该是导致改性沥青老化的主导因素;

2)基本上在整个老化过程中,改性沥青在各指标所表征的性能绝对值上均优于基质沥青,同时各性能指标的衰变速率均弱于基质沥青,表明改性沥青不仅具有优于基质沥青的使用性能,同时具有更好的抗老化性能;

3)随着老化深度的不断增加,改性沥青性能逐渐的趋近于基质沥青,尤其是在5 ℃延度和弹性恢复两个指标中得到了更充分的体现,随着老化的进行,改性沥青优良的低温延度变形特性不断丧失,而其弹性恢复衰变速率甚至超过了基质沥青,表明对这两项指标起主导改善作用的SBS改性剂在老化作用下也在逐步失效劣化。

3 SHRP性能指标变化规律

结合SHRP沥青结合料测试方法,通过布氏旋转粘度试验(RV),动态剪切流变试验(DSR)和弯曲梁流变试验(BBR)测试得到不同沥青及相应的不同老化阶段的135 ℃粘度,70 ℃高温车辙因子G*/sinδ,-18 ℃低温蠕变劲度S和蠕变劲度变化速率m。通过各指标的变化规律进一步对比分析改性沥青老化性能变化规律。尽管与常规性能指标相比,SHRP性能指标在测试与应用过程中被赋予了更多的与实际使用温度相关联的含义,但是单就指标本身的变化程度而言,不同老化深度的性能指标的对比仍然能够反映出老化对沥青性能的影响规律。相应的试验结果如图2所示。

可以看出,图2中SHRP性能指标所反映的沥青老化规律基本可以得到与常规性能指标类似的结论:随着老化的不断进行,粘度及车辙因子不断增加,低温劲度S不断增大的同时,蠕变速率m不断减小,表明老化后沥青高温性能进一步增强但是低温性能则表现为劣化。结合前述的常规性能指标分析以及相关研究结论[6],可以认为沥青相在改性沥青与基质沥青中以相同的方式老化。

而从不同老化阶段各指标与原样沥青的变化比值可以看出,改性沥青的指标变化或衰变速率明显小于基质沥青,表明改性剂的存在大大提高了改性沥青的抗老化性能。[]

基于SBS改性沥青的改性机理[7],SBS在沥青中形成的趋于连续相的交联网络结构,对基质沥青性能影响非常明显,尤其是对高温性能的影响要比沥青相大得多,这一点可以从基质沥青和改性沥青原样沥青粘度及车辙因子的测试结果对比中看出,可以认为两种指标能够在一定程度上反映SBS改性剂的影响。

由于改性沥青中基质沥青相也在不断老化,因此,单纯从图2a)和图2c)的粘度及车辙因子的测试结果难以完全判断出两种指标的增长是由于基质沥青老化还是改性剂与基质沥青相的相互作用增强所造成。但从图2b)和图2d)中两种指标的增长速率可以看出,改性沥青的增长速率明显小于基质沥青,尤其是在PAV老化后期表现的更加明显,结合前述的延度及弹性恢复变化规律分析及SBS改性机理,可以认为,造成这一现象的主体原因应该是SBS改性剂老化造成其形成的优良结构被破坏。而结合相关研究[8],SBS改性剂作为一种聚合物,受热老化作用重组成的较小颗粒以及发生的亚结构变化存在于改性沥青中会造成改性沥青稠度的进一步增长,因此改性沥青仍然会表现出高于老化基质沥青的粘度及车辙因子。

4 结语

本文通过常规性能试验和SHRP性能试验对SBS改性沥青的性能老化规律进行了深入分析。通过试验测试结果分析发现:SBS改性剂的加入能够有效改善基质沥青的使用性能;SBS改性沥青具有与基质沥青类似的老化规律,表现为高温性能的改善和低温性能的劣化,表明其性能老化仍然受其中的基质沥青影响;但是相同老化因素作用下,其老化程度明显较基质沥青低,表明其中的SBS改性剂发挥了抗老化作用;然而随着老化的不断进行,SBS改性剂也会出现劣化,导致SBS改性沥青性能劣化,失去原有的改性性能。因此,SBS改性剂的老化由其中的基质沥青老化和SBS改性剂劣化共同组成,与此同时基质沥青和SBS改性剂之间的相互保护作用延缓了其老化速度,起到了提高耐久性的作用。

摘要：采用针入度、软化点、延度和弹性恢复等常规性能试验以及粘度、DSR和BBR等SHRP性能试验对SBS改性沥青的性能老化规律进行了系统评价,结果表明,SBS改性沥青的老化包含了两个部分,基质沥青的老化和SBS改性剂的劣化,但是二者的相互保护作用也有效的提高了SBS改性沥青的抗老化性能。

关键词：SBS改性沥青,老化,常规性能试验,SHRP性能试验

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