直投式SBS改性沥青性能及改性机理研究.pdf

文章编号:():./.直投式 改性沥青性能及改性机理研究郭少华王 莹马克政雷俊文易军艳(.辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市.哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院 哈尔滨市)摘要:常规湿法 改性沥青通常由厂家提前生产再运输到拌合现场使用 这一流程影响施工人员对 改性沥青生产质量的掌控 直投式 改性沥青是直接将改性剂现场投放至拌合缸中生产质量能够得到有效管控近年来应用广泛 文章通过三大指标试验及流变试验研究了国路、辽河两种直投式 改性沥青的性能 通过红外光谱试验研究了直投式 改性沥青的改性机理 结果表明直投式 改性沥青性能满足相关规范及使用要求掺量的两种直投式 改性沥青性能与 掺量的常规湿法 改性沥青的性能相近 关键词:直投式 改性剂改性沥青机理研究中图分类号:文献标识码:基金项目:辽宁省交通科技项目()引言商用湿法 改性沥青无法在拌和楼内制备在工程应用中存在诸多问题如工厂提供的成品因改性剂离析而影响存储稳定性又如 掺量在施工现场难以准确检验质量无法得到有效监管以及能源大量消耗和环境污染等问题 直投式 改性技术将 与沥青分离使用直接将 一并投入拌和楼中同时保证各储存材料不变质品质和用量均得到透明开发 厂家设备生产、运输等成本降低也符合节能环保可持续发展战略可改善沥青生产过程中的污染问题国外相关学者研究了聚烯烃添加剂()干法和湿法工艺对改性沥青混凝土的力学响应影响结果表明干法工艺具有更好的抗变形能力相对于湿法工艺产生的改性沥青混合物具有更好的抗老化性 德国研发了可替代 改性剂的 干法改性剂产品 张小帅等对其性能进行研究并结合工程实际通过大量的试验数据和使用经验证明了此添加剂的抗负载能力和持久能力强于其他沥青混凝土路面可延长沥青混凝土使用寿命降低工程造价具有良好的经济和社会效益 赵玥对 干法改性沥青混合料的路用性能进行研究发现其在抗水损害与耐久性方面有较大优势崔洪兵以阿拉善地区高等级公路路面为例对直投式改性工艺的技术优势和经济优势进行分析 蒋永春等研究了直投式干法橡胶沥青混合料并与 改性沥青混合料进行性能对比 研究发现干法橡胶沥青混合料相比于 改性沥青混合料具有更好的抗滑性平整度满足施工规范要求路用性能和经济效益也更好综上现有研究大多集中在直投式改性沥青的技术工艺及经济效益对直投式改性沥青的性能及改性机理研究较少 文章通过三大指标试验和流变试验对辽河、国路两种直投式改性沥青的性能进行研究通过红外光谱研究直投式改性沥青的改性机理以期对直投式 改性沥青的推广应用起到积极推动作用 原材料.基质沥青试验采用我国东北地区常用的辽河石化 基质沥青 参考公路工程沥青及沥青混合料试验规程()(以下简称“试验规程”)辽河 基质沥青的指标检测结果汇总见表.改性剂试验使用的 改性剂有两种分别为国路高科直投式改性剂(以下简称“”)和辽河北方交通 年 第 期表 辽河 基质沥青技术指标类型检测指标实测值试验规程辽河基质沥青针入度()/(.).软化点(环球法)/().延度(/)密度/(/).直投式 改性剂(以下简称“”)直投式 改性剂主要技术指标如表 所示表 直投式 改性剂技术指标试验项目技术指标 规范值外观颗粒均匀颗粒均匀颗粒均匀 含量约 灰分含量.干拌分散性无颗粒残留无颗粒残留无颗粒残留 试验方法进行基质沥青、常规湿法 沥青、直投式 与 改性沥青三大指标测试开展对比分析 利用直投式工艺制备、掺量的 和 常规湿法 改性沥青改性剂掺量为.三大指标测试()针入度通常针入度可以在一定程度上反映沥青的高温性能 通过对比常规湿法改性沥青和直投式 改性沥青的针入度大小间接评价其高温性能()软化点软化点是评价沥青材料最基础、最广泛的指标沥青软化点越高表示耐热性越好 通过对比常规湿法改性沥青和直投式 改性沥青的软化点大小评价其温度稳定性()延度采用 延度对 改性沥青的低温性能进行评价 一般情况下延度越大沥青的低温抗裂性能相对越好 通过对比常规湿法改性沥青与直投式 改性沥青的延度大小评价其低温性能.动态剪切流变试验动态剪切流变仪中的频率扫描试验是通过对沥青试样加载连续变化的频率得到沥青材料的粘弹性特征由此反映服役过程中沥青路面在承受动态荷载情况下的粘弹特性 研究对不同温度下的沥青试样进行频率扫描测试测试温度分别为、和 加载频率为.应变水平为.低温弯曲梁流变试验弯曲梁流变仪在加载过程中会记录荷载值和小梁中部的挠度值通过计算出的蠕变劲度 和劲度模量随时间的变化率 评价沥青低温性能 值用来表征沥青材料在恒定沥青荷载作用下的低温抗变形能力 值越大证明沥青更易开裂 值反映了在荷载作用下沥青的劲度随时间变化的敏感性及应力松弛能力 值越大证明沥青的应力松弛能力越好抗裂性也就越好 应用梁分析理论计算沥青小梁 时荷载的蠕变劲度.红外光谱测试()使用红外光照射样品时样品内部会发生振动能级跃迁可用来研究物质的分子组成 研究采用 的 全反射法对不同种类沥青样品进行测试测试温度为室温()对每份试验样品重复 次扫描试验以验证结果准确性 试验结果分析.直投式 改性沥青基本性能分析()针入度不同沥青在 下的针入度见表 所示表 各沥青的针入度测试结果试验 针入度/(.).对比以上沥青试样的针入度发现相对于基质沥青改性沥青的针入度均有不同程度的降低各试样针入度大小排序为:基质沥青 ()软化点不同改性剂种类和掺量下改性沥青的软化点试验结果如表 所示表 各沥青的软化点测试结果试验 软化点/().分析结果可知 掺量下 与 的软化点温度均高于 改性沥青而其他掺量下的 年 第 期 郭少华等:直投式 改性沥青性能及改性机理研究软化点温度则低于 改性沥青其中 掺量下 和 的软化点温度与常规 改性沥青接近 此外研究发现 种掺量下 的软化点温度均高于 但相差不大()延度不同改性剂种类及掺量下沥青的延度见表 表 各沥青的延度测试结果试验 延度/.分析试验结果发现 改性剂的加入明显增加了沥青的延度 与 的延度相近改性沥青的延度大于 和 的延度小于 和 的延度证明直投式 改性剂的加入可有效提高沥青的延度且延度随改性剂掺量的增加而增大.直投式 改性沥青高温流变性能分析不同温度下各沥青试样频率扫描主曲线拟合结果如图、图 所示图 不同掺量 与对照组的复数模量主曲线从图、图 可知相较于基质沥青改性沥青的复数模量均有明显提高 随着掺量的提高两种直投式改性沥青的复数模量随之增大由图 可知低频时复数模量的大小为 时温等效原理中低频代表高温低频时的复数模量越大证明高温时的抗剪切变形能力越强 高频时 改性沥青与 改性沥青的表现相当其余沥青试样复数模量的大小排序与低频时相同 整体而言 对沥青的抗剪切变形能力提升最大 改性沥青介于 改性沥青和 图 不同掺量 与对照组的复数模量主曲线 改性沥青之间通过图 可知整体上复数模量的大小关系为:在高频和低频阶段 与 改性沥青的复数模量相当.直投式 改性沥青低温流变性能分析不同种类沥青的劲度模量和蠕变速率见表 表 不同沥青的劲度模量和蠕变速率试样掺量 劲度模量/蠕变速率/.通过表 数据可以发现在 、下所有改性沥青的劲度模量较基质沥青均有所减小蠕变速率较基质沥青有所增大 基质沥青只有在 时满足 .的规范要求而 、与 改性沥青在 和 时满足规范要求但在 时不满足规范要求 以 下加载 时各沥青试样的蠕变劲度和蠕变速率为例进行对比分析 的加入使劲度模量减小蠕变速率增大 劲度模量减小表明沥青的低温柔性提升蠕变速率增大表明沥青的抗裂性能和应力松弛能力得到加强 对于 和 随着掺量的增大 值逐渐减小而 值逐渐北方交通 年 第 期增大 下两种直投式 改性剂的掺量为时可以达到与 常规 改性沥青相当的低温蠕变性能 由此说明 的加入使沥青具有更好的低温变形能力且更不易发生脆性断裂破坏直投式 可以有效增强沥青的低温蠕变性能.直投式 改性沥青作用机理分析各沥青样品的 测试结果对比见图 图 种改性剂红外光谱测试对比图对比发现三者均存在可以用来表征 的波长为 的丁二烯非共轭碳碳双键()振动峰 改 性 剂 存 在 特 有 的、酮基()振动峰 酮基是醛、酮、羧酸衍生物等官能团的组成部分可以发生加成反应和还原反应 醛酮的氧原子可以与水形成氢键低级醛酮能够与水反应并且酮类物质可以对氧化反应起到抑制作用对沥青的抗老化性能有一定程度的提升 推测该官能团的出现是由于 改性剂中含有可以增强改性剂水溶性的物质能够使改性剂更好地熔融分散在沥青中 改性剂存在特有的 甲基()伞式振动峰推测是因为 改性剂中加入了蒸馏油组分对基质沥青、常规湿法 改性沥青、改性沥青和 改性沥青进行红外光谱测试结果见图、图 由以上红外光谱图可知:常规湿法、与 改性沥青红外光谱主要峰值位置基本相同表征基质沥青的、处的特征峰与表征 的、处的特征峰均有明显体现基质沥青在加入常规湿法 和 改性图 基质沥青、改性剂与改性沥青对比图图 湿法 改性沥青与直投式改性沥青对比图剂后红外光谱图基本为简单叠加状态由此证明改性剂与沥青主要发生物理共混 改性剂存在酮基()振动峰但 改性沥青的光谱图中该特征峰消失这是因为酮基在酸性条件下会反应生成酸或醇由此证明 改性剂与基质沥青混合过程中发生了少量化学反应 结论()两种直投式 改性沥青性能均较好能够满足规范及使用要求()掺量的两种直投式 改性沥青的性能与 掺量的常规湿法 改性沥青性能相当()常规湿法 和 改性剂与基质沥青主要发生物理共混而 改性剂与基质沥青混合过程中发生少量化学反应参考文献 向丽.废橡胶粉/复合改性沥青的机理和性能研究.青岛:中国石油大学(华东).肖凤 肖春发 邓星鹤.直投式改性沥青研究进展综述.广东公路交通():.年 第 期 郭少华等:直投式 改性沥青性能及改性机理研究 张小帅.沥青混凝土添加剂及性能的简介.黑龙江交通科技():.赵玥王璐琳.沥青改性剂 的试验结果分析.山西建筑():.崔红兵.直投式 沥青混合料改性技术在沥青混凝土路面施工中的推广应用.内蒙古公路与运输():.蒋永春.直投式干法橡胶沥青混合料工艺与 改性沥青的对比研究.珠江水运():.():.(.).(上接第 页).北方交通 年 第 期