SBS與天然瀝青復(fù)合改性性能研究
2013-07-05 05:27:52呂良江
呂良江
【摘 要】SBS改性瀝青因為具有良好的高溫低溫性能，是現(xiàn)在應(yīng)用較為廣泛的一種瀝青改性方法；而天然瀝青因為具有良好的高溫性能，最近幾年發(fā)展比較快的一種瀝青改性技術(shù)。本文通過對SBS和天然瀝青的復(fù)合改性來進(jìn)行研究，通過一系列的試驗得到具有良好的高低溫性能且具有良好經(jīng)濟(jì)效益的配方。
【關(guān)鍵詞】SBS；天然瀝青；復(fù)合改性
SBS改性瀝青路面具有良好的高低溫性能，在應(yīng)用過程中得到了廣大業(yè)主的認(rèn)同，但是因為其價格比普通瀝青高20%，因此制約了其在一些資金較為緊張地區(qū)的應(yīng)用。天然瀝青改性瀝青路面具有優(yōu)異的高溫性能，但其低溫性能較差，冬季低溫容易開裂，影響路面壽命。通過對改性瀝青的試驗研究，發(fā)現(xiàn)SBS與天然瀝青共同改性后的改性瀝青具有很好的高低溫性能，且降低了使用成本。同時，天然瀝青又可以作為一種抗剝落劑，在改性的過程中既起到改善高溫性能，又起到增加與礦石粘附性的作用。
SBS是一種高聚物，是苯二烯與丁二烯共聚之后的產(chǎn)品。天然瀝青是石油在自然條件下，經(jīng)千百萬年的時間，在溫度、壓力、氣體、無機(jī)物觸、微生物及水分的綜合作用下氧化聚合而成的瀝青類物質(zhì)。由于它長年與自然環(huán)境共存，所以性質(zhì)特別穩(wěn)定。而天然巖瀝青由于產(chǎn)生于巖石裂縫中，所受的壓力與溫度條件要比其他天然瀝青高，故聚合程度很高，分子量也越大，軟化點(diǎn)很高。天然巖瀝青的基本性質(zhì)取決于它的聚合程度和純凈度，即軟化點(diǎn)的高低及灰份含量的多少。一般情況下，軟化點(diǎn)越高，其聚合程度越高，平均分子量也越大。需要指出的是，含含灰份量不同的天然巖瀝青不能用軟化點(diǎn)的高低比較其性能之優(yōu)劣，因為灰份也直接影響軟化點(diǎn)的高低。只有含灰份量相同的天然巖瀝青才可以用軟化點(diǎn)來反映它們的氧化聚合程度，即組成情況。
1.試驗儀器、材料
1.1試驗儀器
瀝青針入度儀（天津建筑儀器廠）
恒溫烘箱（大連干燥箱廠）
軟化點(diǎn)試驗儀（北京科學(xué)實(shí)驗儀器廠）
恒溫水浴箱（無錫市醫(yī)療設(shè)備廠）
延度試驗機(jī)（北京科學(xué)試驗儀器廠）
電光分析天平（沈陽分析儀器廠）
1.2材料
山東宏潤70#道路重交瀝青，SBS，天然巖瀝青
2.實(shí)驗步驟
根據(jù)基質(zhì)瀝青與SBS、天然瀝青的特點(diǎn)，采用加熱的方法在基質(zhì)瀝青中分別加入不同比例的SBS和天然瀝青，并適當(dāng)加入一些助溶劑共混。然后在不同的溫度下，通過對復(fù)合改性瀝青的各項性能指標(biāo)進(jìn)行測定。
2.1延度實(shí)驗[1-5]
在規(guī)定溫度下，以一定的速度延伸至拉斷時的長度，以厘米表示，延伸速度為5cm/min。
2.2軟化點(diǎn)實(shí)驗（環(huán)球法）
在規(guī)定尺寸的金屬環(huán)內(nèi)，上置規(guī)定尺寸和重量的鋼球于水中，以每分鐘生高5℃的速度加熱至軟化下沉達(dá)規(guī)定距離的溫度，以℃表示。
2.3針入度實(shí)驗
在規(guī)定溫度和時間內(nèi)，附加一定質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)針垂直穿入試樣的深度，單位為1/10mm，實(shí)驗溫度為25℃，時間為5s，標(biāo)準(zhǔn)針、針的連桿與附加砝碼的合重為100g。
2.4加熱損失實(shí)驗
在規(guī)定溫度下受熱一定時間后重量的損失，以百分率表示，加熱時間為5h，加熱溫度為163℃，加熱損失后的殘留物需進(jìn)行針入度實(shí)驗，并計算殘留物針入度占原試樣針入度的百分率。
2.5抗剝落程度實(shí)驗（水煮法）
試樣的粘結(jié)力是根據(jù)其在礦料表面上的抵抗被水移動的情況，來判斷與礦料表面的粘結(jié)能力。
3.結(jié)果與討論
（1）復(fù)合改性瀝青的延度實(shí)驗結(jié)果如表1所示，0℃和5℃的延度是低溫抗裂性能的重要指標(biāo)。從結(jié)果來看，隨著SBS含量增大，0℃和5℃的延度增加明顯，而天然巖瀝青的影響則不明顯。從25℃的延度普遍降低，但拉伸時斷裂形狀與基質(zhì)瀝青四完全不同的，表現(xiàn)出十分明顯的抗拉性能。這主要是因為SBS與天然巖瀝青在基質(zhì)瀝青中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改變了基質(zhì)瀝青的變形特性的結(jié)果。
表1 SBS與天然巖瀝青復(fù)合改性瀝青延度數(shù)據(jù)
（2）復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)實(shí)驗結(jié)果如表2所示。從表中可以看出，當(dāng)增大SBS和天然巖瀝青的劑量時，復(fù)合改性瀝青的軟化點(diǎn)均有不同程度的改善，說明SBS和天然巖瀝青與瀝青共混的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)起了作用。
表2 SBS和天然巖瀝青復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)數(shù)據(jù)
（3）復(fù)合改性瀝青的針入度結(jié)果如表3所示，可以看出在加入SBS和天然巖瀝青后，針入度值普遍下降，說明復(fù)合改性瀝青的硬度有所提高。
表3 SBS和天然巖瀝青復(fù)合改性瀝青針入度數(shù)據(jù)
（4）復(fù)合改性瀝青的薄膜烘箱熱損失實(shí)驗，主要是檢驗瀝青的抗老化能力。其結(jié)果如表4所示，當(dāng)SBS的含量稍多于天然巖瀝青的含量時，復(fù)合改性瀝青的各項指標(biāo)均好于基質(zhì)瀝青，說明其具有良好的抗老化性能。
表4 SBS和天然巖瀝青復(fù)合改性瀝青熱損失后實(shí)驗數(shù)據(jù)
（5）復(fù)合改性瀝青抗剝落實(shí)驗，是檢驗瀝青石料的粘結(jié)能力的指標(biāo)，其標(biāo)準(zhǔn)為5級。復(fù)合改性瀝青的抗剝落等級均達(dá)到5級，說明其除具有良好的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)外，而且其粘結(jié)能力也是比較強(qiáng)的。
4.結(jié)論
（1）采用SBS和天然巖瀝青作為改性劑與基質(zhì)瀝青混合形成的改性瀝青，具有堅固的彈性空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有比較好的低溫性能和良好的抗高溫性能，使低溫延度、軟化點(diǎn)、脆點(diǎn)等性能均明顯的得到改善。
（2）當(dāng)SBS和天然巖瀝青的含量不同時，對改性瀝青的各項性能指標(biāo)影響比較大，結(jié)合經(jīng)濟(jì)、氣候、路面等級要求等因素，一般SBS含量在3%～4%、天然巖瀝青在1%～2%時改性效果，經(jīng)濟(jì)性能均比較理想。
（3）經(jīng)過綜合評價，在加入3%SBS+1%天然巖瀝青時，瀝青的各項性能最佳，同時達(dá)到了國家關(guān)于改性瀝青的指標(biāo)要求。
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