SBS改性阻燃瀝青的感溫性能研究

廖克儉

(遼寧石油化工大學石油化工學院,遼寧撫順 113001)

SBS改性阻燃瀝青的感溫性能研究

廖克儉

(遼寧石油化工大學石油化工學院,遼寧撫順 113001)

SBS改性阻燃瀝青是一種集路用性能與難燃性能于一體的新型瀝青產(chǎn)品,可廣泛應用于隧道路面。分別考察了由茂名70#和歡喜嶺90#瀝青為基質(zhì)瀝青的SBS改性阻燃瀝青的溫度敏感性、高溫穩(wěn)定性與低溫抗裂性,并與SBS改性瀝青以及其它幾種國內(nèi)外普通瀝青進行了比較。結(jié)果表明,SBS改性阻燃瀝青與SBS改性瀝青相近,遠遠優(yōu)于普通瀝青,具有良好的感溫性能。另外,由茂名70#生產(chǎn)的SBS改性阻燃瀝青的3種感溫性能均優(yōu)于由歡喜嶺90#所生產(chǎn)的產(chǎn)品。

改性瀝青; 阻燃瀝青; 感溫性能

截至2006年年底,中國公路隧道達3788處、1 841.8 km,較1999年隧道里程增長了2.6倍。其中特長隧道49處、191.8 km。其它隧道情況分別為:長隧道444處、723.2 km,中隧道577處、409.4 km,短隧道2 718處、517.5 km。由于隧道的封閉特性,處于消防安全角度考慮,通常不在隧道內(nèi)使用瀝青鋪筑路面,約90%以上的隧道路面采用水泥混凝土路面,但是水泥混凝土路面存在抗滑性差、行車噪音大、路面接縫破壞較多、容易積水等問題[1-6]。

SBS改性阻燃瀝青是一種集改性瀝青的路用性能與阻燃瀝青的難燃性能于一體的新型瀝青產(chǎn)品,可用于替代目前廣泛應用于隧道路面的水泥混凝土,消除了水泥混凝土路面的儲多問題,同時還兼顧了隧道路面的消防要求[7]。

實驗中發(fā)現(xiàn),SBS改性阻燃瀝青的黏度或稠度隨溫度改變而變化,表征這種隨溫度變化而發(fā)生的性質(zhì)變化指標就是感溫性能。通常,道路瀝青的感溫性能主要包括溫度敏感性、高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性。

使用茂名70#和歡喜嶺90#瀝青為基質(zhì)瀝青,調(diào)配出5種瀝青試樣,與茂名70#改性瀝青、歡喜嶺90#改性瀝青、茂名70#、歡喜嶺90#、科威特70#、科威特90#、埃索90#瀝青的感溫性能進行對比。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

茂名70#瀝青,歡喜嶺90#瀝青,SBS(中石化巴陵石化),主阻燃劑,協(xié)同阻燃劑,抑煙劑,調(diào)和劑。

1.2 儀 器

BM E100L型高剪切混合乳化機(上海威慷機械電子有限公司);SYD-2801C針入度試驗器(上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司)。

1.3 SBS改性阻燃瀝青試樣

將SBS改性瀝青加熱到140℃,緩慢加入復合阻燃劑,以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30 min,即制得阻燃SBS改性瀝青,如表1所示。

表1 5種SBS改性阻燃瀝青試樣配比Table 1 Ingredient of five SBSmodifiedflame-retardant asphalt

1.4 感溫性能測試

SBS改性阻燃瀝青的針入度及針入度指數(shù)按GB/T 0604方法測量并計算。

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度敏感性考察

不同類型的瀝青對溫度的敏感性不同。從道路瀝青的使用角度出發(fā),較小的溫度敏感性使瀝青能夠適用于更為廣闊的溫度范圍,但是,若溫度敏感性過小卻會在鋪路過程中帶來不便。本文選用針入度指數(shù)來表征SBS改性阻燃瀝青的溫度敏感性。

大多數(shù)瀝青的針入度統(tǒng)計結(jié)果表明,不同的溫度下針入度對數(shù)和溫度呈線性關(guān)系[8],即:

式中:P—針入度,0.1 mm;

T—溫度,℃;

K—截距;

A—感溫系數(shù)。

測定同一瀝青試樣在3個不同溫度下的針入度值,按(1)式進行一元線性回歸,可計算得到截距K、斜率A,針入度指數(shù)(PI)可通過截距K、斜率A由(2)式得出:

殼牌公司根據(jù)瀝青的針入度指數(shù)將瀝青分為3類:當PI<-2時,為黏性的溶膠型瀝青,也稱焦油型瀝青(因為大多數(shù)煤焦油的PI值均小于-2);當-22時,由于膠體結(jié)構(gòu)的生成,故有很強的彈性和觸變性,為凝膠型瀝青。大部分的氧化瀝青屬于此類,而且瀝青氧化程度越高,瀝青質(zhì)的濃度越大,則PI值越大。

所制得的5種SBS改性阻燃瀝青試樣與其它基質(zhì)瀝青針入度指數(shù)對比如圖1所示。

Fig.1 Penetration index of asphalt圖1 瀝青試樣的針入度指數(shù)

由圖1中的針入度指數(shù)PI值看出,試制的5種SBS改性阻燃瀝青中除樣5外,大部分屬于溶膠凝膠型瀝青,即在溫度觸變性并不十分明顯的前提下,還保留了一定的彈性。從流變學角度看,PI反映了瀝青偏離牛頓型流體的程度。樣5偏離牛頓型流體的程度較大,雖然瀝青的低溫脆性較小,但耐久性變差。因此具有較大PI值的樣5并不是路用瀝青的首選。

2.2 高溫穩(wěn)定性考察

瀝青的高溫穩(wěn)定性是指路面溫度高時,瀝青混合料的抗塑流性、抗車轍凹陷等破壞現(xiàn)象。評價瀝青高溫性能的關(guān)鍵性指標通常用當量軟化點T800來表示,T800越大,瀝青的高溫穩(wěn)定性越好,T800低的瀝青在夏季易產(chǎn)生塑性流動。當量軟化點可由式(3)計算:

其中:T800—當量軟化點,℃;

K—截距;

A—感溫系數(shù)。

所制得的5種SBS改性阻燃瀝青試樣與其它基質(zhì)瀝青的當量軟化點如圖2所示。

通過對比圖2中的數(shù)據(jù)可知,加入質(zhì)量分數(shù)5%的SBS后的改性瀝青的T800均比相應的基質(zhì)瀝青(茂名70#、歡喜嶺90#)高出15℃左右,說明加入SBS后瀝青的高溫穩(wěn)定性得到了很好的改善,而加入不同配比的復合阻燃劑后,只有樣5的T800高于加入阻燃劑之前瀝青的T800,其余4種均有相應的減小,說明加入阻燃劑,對SBS改性瀝青的高溫性能有所影響,但通過比較進口瀝青的T800后得知, SBS改性阻燃瀝青的T800仍然高于所列進口瀝青與基質(zhì)瀝青,即所研制的5種阻燃瀝青穩(wěn)定性優(yōu)于其他幾種進口和國產(chǎn)瀝青,具有較好的高溫穩(wěn)定性。

Fig.2 Equivalent soften point of asphalt圖2 瀝青試樣的當量軟化點

2.3 低溫抗裂性考察

當量脆點T1.2用以表征瀝青低溫開裂性,T1.2高的瀝青在冬季路面溫度低時會產(chǎn)生開裂。T1.2值越小,瀝青低溫抗裂性能越好。當量脆點可由(4)式計算:

其中,T1.2—當量脆點;

K—截距;

A—感溫系數(shù)。

所制得的5種SBS改性阻燃瀝青試樣與其它基質(zhì)瀝青的當量脆點如圖3所示。

Fig.3 Equivalent brittle point of asphalt圖3 瀝青試樣的當量脆點

通過對比圖3的數(shù)據(jù)可知,加入質(zhì)量分數(shù)5%的SBS后的改性瀝青的T1.2比相應的基質(zhì)瀝青(茂名70#、歡喜嶺90#)低出15℃甚至更多,說明加入SBS后瀝青的低溫穩(wěn)定性得到了很好的改善,而加入不同配比的復合阻燃劑后,樣4、樣5的T1.2仍繼續(xù)降低,樣1、樣2、樣3的T1.2略有升高,說明加入阻燃劑后,對SBS改性瀝青的低溫性能有一定影響,但影響程度并不大,通過比較進口瀝青的T1.2后得知,SBS改性阻燃瀝青的T1.2仍然遠遠低于所列進口瀝青與基質(zhì)瀝青。

[1] 陸學元,張素云,孫立軍.隧道阻燃改性瀝青上面層(AC-13C)路用性能研究[J].中外公路,2008,28(2):180-185.

[2] 石洪波,王洪國,廖克儉,等.廢橡膠粉改性瀝青配方與工藝條件研究[J].石化技術(shù)與應用,2005,23(4):274-276.

[3] 郭進存,廖克儉,戴躍玲.阻燃瀝青的研制[J].遼寧石油化工大學學報,2005,25(2):5-8.

[4] 孔憲明,余劍英,程松波,等.阻燃劑對SBS改性瀝青混合料路用性能影響[J].武漢理工大學學報,2007,29(8):19-23.

[5] 張銳,黃曉明.新型無鹵阻燃瀝青的開發(fā)與性能試驗[J].公路交通科技,2007,24(11):40-43.

[6] 徐世法,羅曉輝.SBS改性瀝青混合料路用性能評價[J].北京建筑工程學院學報,1998,14(4):26-32.

[7] 杜正軍.SBS改性阻燃瀝青制備工藝的研究[D].撫順:遼寧石油化工大學,2010.

[8] Bukka K,M iller JD,Hanson F V,et al.The influence of carboxylic acid content on bitumen viscosity[J].Fuel,1994, 73(2):257-267.

(Ed.:YYL,Z)

廖克儉,男,1956年出生,1989年畢業(yè)于東北工學院獲碩士學位,2002年畢業(yè)于東北大學獲博士學位,1999年晉升為教授,碩士生導師,現(xiàn)任遼寧石油化工大學石油化工學院副院長。遼寧省應用化學專業(yè)帶頭人,遼寧省專用石油化學品工程技術(shù)研究中心主任,撫順市民盟副主委,遼寧石油化工大學民盟主委,遼寧省應用化學專業(yè)帶頭人,中國石油化工集團公司院校優(yōu)秀骨干教師,遼寧石油化工大學學科帶頭人,撫順市自然科學青年學科(專業(yè))帶頭人。近五年來組織完成和正在進行的科研項目20項,其中獲得省部級獎2項,鑒定2項,工業(yè)化2項,科研進款額200余萬元,發(fā)表論文100余篇,其中EI收錄25篇,SCIE收錄10篇,出版專著4部。

Temperature Serviceability of SBSModified Flame-Retardant A sphalt

L IAO Ke-jian
(School of Petrochem ical Engineering,L iaoning Shihua University,Fushun L iaoning 113001,P.R.China)

18 M ay 2010;revised 21 June 2010;accepted 1 July 2010

SBS modified flame-retardant asphalt is a new p roduct w hich has the roadway performance and the flameretardation,designed as a substitute of cement concrete in highway tunnel.Compared w ith base asphalt of MaoM ing 70#and huanxiling 90#and SBS modified asphalt,the temperature sensibility,high-temperature stability,low-temperature crack resistance of the SBSmodified flame-retardant asphalt are similar to the SBSmodified asphalt and better than base asphalt. The three temperature serviceability of the SBSmodified flame-retardant asphalt w hich used Maoming 70#as base asphalt is better than w hich used Huanxiling 90#.

Modified asphalt;Flame-retardant;Temperature serviceability

.Tel.:+86-13904138359;fax:+86-413-6864309;e-mail:lkejian@126.com

TQ522.64

A

10.3696/j.issn.1006-396X.2010.03.012

1006-396X(2010)03-0052-03

2010-05-18

廖克儉(1956-),男,遼寧丹東市,教授,博士。

SBS改性無鹵阻燃瀝青的研制與開發(fā)(JH4/201. 2)。