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    SBS改性瀝青復(fù)合改性研究進(jìn)展

    2016-03-11 12:51:00王有國(guó)
    廣東建材 2016年11期
    關(guān)鍵詞:改性劑添加劑低溫

    郭 欣 王有國(guó)

    (新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院)

    SBS改性瀝青復(fù)合改性研究進(jìn)展

    郭欣 王有國(guó)

    (新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院)

    國(guó)內(nèi)關(guān)于SBS改性瀝青中加入各種改性劑進(jìn)行復(fù)合改性的研究已有很多,然而對(duì)SBS復(fù)合改性瀝青卻缺乏系統(tǒng)的分類。文章介紹了SBS改性瀝青復(fù)合改性研究進(jìn)展,將SBS復(fù)合改性的改性研究添加劑劃分為七類,并總結(jié)歸納不同類型改性劑對(duì)SBS改性瀝青性能的影響。

    SBS改性瀝青;復(fù)合改性;分類;性能

    1 引言

    苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)改性瀝青具有全面改善瀝青高低溫、疲勞和老化性能被廣泛應(yīng)用于道路建設(shè)中[1]。隨著復(fù)合改性技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用,對(duì)SBS改性瀝青二次復(fù)合改性已成為研究熱點(diǎn),復(fù)合改性技術(shù)可以改善SBS改性瀝青的不足,進(jìn)一步提高它的各項(xiàng)使用性能,研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了不同改性劑下SBS改性瀝青復(fù)合改性的性能并取得多項(xiàng)成果。在已有研究成果上可以根據(jù)不同地區(qū)不同使用要求,使用不同改性劑對(duì)SBS改性瀝青復(fù)合改性提高SBS改性瀝青的性能,使之滿足環(huán)境使用要求,擴(kuò)大SBS改性瀝青的使用范圍。本文在已有相關(guān)研究基礎(chǔ)上對(duì)SBS改性瀝青復(fù)合改性添加劑分類,歸納總結(jié)不同類型SBS復(fù)合改性瀝青的性能。

    2 改性瀝青

    現(xiàn)在道路改性瀝青一般是指聚合物改性瀝青,在瀝青或?yàn)r青混合料中加入天然的或人工的有機(jī)或無(wú)機(jī)材料,可熔融、分散在瀝青中,改善或提高瀝青路面性能,使瀝青或?yàn)r青混合料的性能得以改善[2]。按照改性瀝青改性劑的不同一般可分為3類[1]:①熱塑性橡膠類,即熱塑性彈性體;②橡膠類;③樹(shù)脂類。其中熱塑性彈性體SBS可以全面改善瀝青高低溫、疲勞和老化的性能,成為目前應(yīng)用最為廣泛的改性劑。據(jù)國(guó)外資料表明,SBS改性瀝青占改性瀝青使用總量的60%[3],在我國(guó)SBS改性瀝青使用比例更高。

    然而單一改性劑的改性瀝青普遍存在問(wèn)題,為了改善和提高SBS改性瀝青的使用性能,國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)SBS改性瀝青進(jìn)行了大量復(fù)合改性研究。復(fù)合改性技術(shù)使各改性劑之間互補(bǔ),充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì),改善普通改性瀝青的性能。復(fù)合改性技術(shù)的應(yīng)用也將改性瀝青技術(shù)的發(fā)展推向了新的高度,相信未來(lái)更多的SBS復(fù)合改性瀝青混合料會(huì)廣泛應(yīng)用于道路建設(shè)。

    3  SBS復(fù)合改性瀝青添加劑的分類

    國(guó)內(nèi)對(duì)于SBS復(fù)合改性的研究很多,其中楊麗[4]對(duì)SBS復(fù)合改性添加劑進(jìn)行了分類,她從改善SBS改性瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性角度將復(fù)合改性添加劑分為4類:①含硫化合物;②聚烯烴類;③無(wú)機(jī)酸及無(wú)機(jī)金屬氧化物;④無(wú)機(jī)黏土類。本文在歸納總結(jié)SBS復(fù)合改性瀝青研究的基礎(chǔ)上對(duì)復(fù)合改性添加劑進(jìn)行了重新分類。

    SBS復(fù)合改性瀝青添加劑共分為七類:①樹(shù)脂類,包括EVA、PE、SBR和PS;②橡膠類包括橡膠粉;③無(wú)機(jī)酸及無(wú)機(jī)金屬氧化物類,包括多聚磷酸、CaCO3、ZnO;④聚烯烴類,包括聚低密度聚乙烯、聚丙乙烯;⑤無(wú)機(jī)黏土類,包括蒙脫土、有機(jī)蒙脫土、納米蒙脫土;⑥新型改性劑,包括LDHS、Superflex、TPS(tafpack-super);⑦其他類包括炭黑、特尼達(dá)湖瀝青(其他類是復(fù)合改性中不能劃歸類別的獨(dú)立一類)。

    接枝改性是通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合SBS適當(dāng)?shù)闹ф溁蚬δ苄詡?cè)基形成的接枝共聚物。有效提高了改性瀝青軟化點(diǎn)、粘度、針入度,改善了SBS改性瀝青的熱貯存穩(wěn)定性和相容性[5]。接枝改性是在SBS中加入將甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、馬來(lái)酸酐等接枝后再加入到瀝青中制備成SBS改性瀝青。因SBS復(fù)合改性瀝青接枝改性不屬于改性劑改性,本文沒(méi)有將接枝改性劃分到SBS復(fù)合改性瀝青添加劑類別中。

    4 不同添加劑與SBS改性瀝青復(fù)合改性性能

    4.1樹(shù)脂類/SBS復(fù)合改性瀝青性能

    董允、王鐵寶等人[6-8]研究發(fā)現(xiàn)EVA復(fù)配SBS改性瀝青可以明顯改善瀝青的高溫性能,并且SBS和EVA的含量不同對(duì)改性瀝青的各項(xiàng)性能指標(biāo)影響較大,EVA比例越大高溫性能改善越明顯,但低溫性能有所降低。在SBS復(fù)配EVA基礎(chǔ)上加入穩(wěn)定劑,可以改善瀝青的高溫儲(chǔ)存性能,提高改性瀝青的感溫性能、彈性恢復(fù)性能、粘彈轉(zhuǎn)變溫度和低溫性能。于祥、張寶昌[9-10]對(duì)EVA復(fù)配SBS改性瀝青動(dòng)態(tài)硫化,研究發(fā)現(xiàn)SBS/EVA復(fù)合改性瀝青不僅提高了物理機(jī)械性能、高溫彈性、熱穩(wěn)定性能和高溫動(dòng)態(tài)力學(xué)性能,也降低了瀝青試樣的溫度敏感性。隨著硫磺用量的增大,高溫彈性和抗車轍變形能力增強(qiáng),溫敏性下降。

    楊朋,鄭雷[11-12]研究發(fā)現(xiàn)PE和SBS改性瀝青復(fù)合改性后,瀝青混合料的高溫性能、力學(xué)性能和抗水損害能力有較大提高,而低溫性能和抗疲勞性能有所降低,而隨著SBS和PE摻加量的增加對(duì)混合料路用性能的影響逐漸減弱。

    李祝龍[13]研究發(fā)現(xiàn)SBR和SBS改性瀝青復(fù)合改性后可明顯提高瀝青的高、低溫性能和溫度敏感性。

    張鵬[14]研究發(fā)現(xiàn)PS和SBS改性瀝青復(fù)合改性后其高溫性能得到明顯改善,扛車轍能力增強(qiáng)。

    4.2橡膠類/SBS復(fù)合改性瀝青性能

    胡苗、楊平文等人[15-16]研究發(fā)現(xiàn)加入SBS可以顯著改善橡膠瀝青的感溫性,高、低溫性能,從黏度指標(biāo)看,復(fù)合改性橡膠瀝青黏度值偏低。涂娟研究發(fā)現(xiàn)[17]加入膠粉可以提高瀝青的耐熱老化性能,抗紫外線老化性能得到很大程度的提高。楊光、宋家楠[18-19]研究表明橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青具有良好的熱穩(wěn)定性;橡膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青混合料比SBS改性瀝青混合料具有更優(yōu)的高溫穩(wěn)定性能、低溫抗塑性變形能力和疲勞性能,適用于在季凍地區(qū)路面工程應(yīng)用。

    4.3無(wú)機(jī)酸無(wú)機(jī)金屬氧化物類/SBS復(fù)合改性瀝青性能

    馬愛(ài)群、康愛(ài)紅等人[20-22]研究發(fā)現(xiàn)納米ZnO/SBS復(fù)合改性瀝青的溫度敏感性、高溫性能和抗老化性等性能均優(yōu)于SBS改性瀝青,表現(xiàn)出較佳的低溫韌性與延展性。在一定程度上改善了SBS改性瀝青熱儲(chǔ)存穩(wěn)定性,但是效果甚微。

    游金梅、毛三鵬[23-24]研究發(fā)現(xiàn)多聚磷酸/SBS復(fù)合改性瀝青可以改善瀝青的高溫性能、高溫穩(wěn)定性和抗老化性能,但會(huì)降低SBS改性瀝青的低溫性能。而隨著多聚磷酸摻量的增加,復(fù)合改性瀝青混合料的高溫抗車轍能力增強(qiáng),水穩(wěn)定性變差,疲勞性能增強(qiáng)。

    劉大梁、常海洲[25-26]研究發(fā)現(xiàn)納米CaCO3/SBS復(fù)合改性瀝青的高溫穩(wěn)定性能、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和低溫抗裂性能得到顯著提高。

    4.4聚烯烴類/SBS復(fù)合改性瀝青性能

    高光濤、牛冬瑜[27-28]研究發(fā)現(xiàn)低密度聚乙烯LDPE/SBS共混物的加入提高了原始瀝青的高溫性能,并且隨著共混物用量的增加,瀝青的高溫性能也隨之提高,溫度敏感性顯著減弱。LDPE/SBS復(fù)合改性瀝青混合料的高溫性能、低溫性能與抗水損壞能力都有所提高,因其具有良好的力學(xué)性能,可以提高路面使用壽命。

    蔣元海[29]研究發(fā)現(xiàn)聚丙乙烯APP/SBS復(fù)合改性瀝青具有較好的相容性能,且復(fù)合改性瀝青性能穩(wěn)定,具有較好的耐老化性能。

    4.5無(wú)機(jī)黏土類/SBS復(fù)合改性瀝青性能

    于祥、劉東明等人[30-31]研究發(fā)現(xiàn)蒙脫土MMT/SBS復(fù)合改性瀝青復(fù)合改性有效地提高SBS改性瀝青的高溫彈性、高溫抗車轍變形能力、耐熱氧老化能力以及貯存穩(wěn)定性,但降低了其溫度敏感性,對(duì)其低溫性能不利。唐新德[32]研究發(fā)現(xiàn)納米蒙脫土Na-MMT/SBS復(fù)合材料加入瀝青中,形成穩(wěn)定、均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使瀝青在韌性、強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性方面具有明顯改善。紀(jì)軼來(lái)、余劍英等人[33-34]研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)蒙脫土OMMT/SBS復(fù)合改性明顯改善了SBS改性瀝青耐熱氧老化性能、高溫穩(wěn)定性能、低溫性能,同時(shí)儲(chǔ)存穩(wěn)定性能也有一定的改善。有機(jī)蒙脫土的加入對(duì)SBS改性瀝青流變性能有顯著影響,在長(zhǎng)期使用過(guò)程中有較好的抗疲勞開(kāi)裂性能。

    4.6新型改性劑/SBS復(fù)合改性瀝青性能

    水滑石類化合物(LDHs)是一類具有層狀結(jié)構(gòu)的新型無(wú)機(jī)功能材料,付建紅[35]將新型改性劑水滑石LDHs加入SBS改性瀝青中,研究發(fā)現(xiàn)LDHs的加入提高了瀝青的彈性成分,減小了瀝青的粘性成分。微觀結(jié)構(gòu)分析表明,LDHs基本均勻地分散在瀝青中,沒(méi)有形成插層或改變分子結(jié)構(gòu)等化學(xué)變化,不會(huì)損害瀝青分子結(jié)構(gòu)。

    Superflex(福萊斯)是一種高分子聚合物改性瀝青,具有抗高溫、抗水損、耐疲勞、制作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。曾理[36]比較了Superflex改性瀝青混合料、SBS改性瀝青混合料以及Superflex/SBS復(fù)合改性瀝青混合料性能,結(jié)果表明Superflex/SBS復(fù)合改性瀝青混合料有良好的高溫性能、水穩(wěn)定性以及抗滑性能,但其低溫性能較SBS改性瀝青差。而良好的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性對(duì)于南方高溫多雨地區(qū)來(lái)說(shuō)是不錯(cuò)的選擇。

    TPS(全稱TAFPACK-Super)是日本一種專為排水性瀝青路面OGFC而生產(chǎn)開(kāi)發(fā)的瀝青改良添加劑。它以熱塑性橡膠為主要成分,再配以粘結(jié)性樹(shù)脂和增塑劑等其他成分,用機(jī)械攪拌混合方式使普通瀝青改良成為排水性瀝青路面用的高粘度粘結(jié)劑[37]。郭鑠[38]研究發(fā)現(xiàn)SBS/TPS復(fù)合改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗疲勞性能都有很大提高(尤其是抗疲勞性能),水穩(wěn)定性略有增加。因此,該種復(fù)合改性瀝青可用于交通量較大的高溫重載路段,也可用于鋼橋面等特殊路段。

    4.7其他類/SBS復(fù)合改性瀝青性能

    嚴(yán)家伋、王仕峰等人[39-40]研究發(fā)現(xiàn)炭黑CB加入SBS復(fù)合改性瀝青中不僅可改變其力學(xué)性質(zhì),而且可提高瀝青的耐久性。隨著炭黑用量的增加,高溫穩(wěn)定性提高,改性瀝青趨于高溫貯存穩(wěn)定,但炭黑用量太多反而低溫性能下降,改性瀝青也不穩(wěn)定。

    特立尼達(dá)湖瀝青(TLA)可以作為一種瀝青改性劑添加到石油瀝青中。熊剛[41]研究表明TLA摻量對(duì)SBS復(fù)合改性瀝青的性能有很大影響,隨TLA摻量的增加,復(fù)合改性瀝青高溫性能和疲勞性能提高,高溫穩(wěn)定性上升,其抵抗永久變形的能力也得到增強(qiáng),低溫性能稍有下降。TLA/SBS復(fù)合改性瀝青的疲勞壽命隨著TLA摻量的增加先增大后減小。王偉[42]研究發(fā)現(xiàn)TLA的加入能提高SBS瀝青抵抗熱老化和紫外老化的能力,TLA/SBS復(fù)合改性瀝青具有更強(qiáng)的抗老化性能。陳一帆、蔡春華[43-44]研究表明SBS/TLA復(fù)合改性瀝青混合料在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中表現(xiàn)出非常好的高溫穩(wěn)定性、低溫性能、耐久性能和水穩(wěn)定性等路用性能。適用于重交通和特重交通下的瀝青路面。

    5 結(jié)論與展望

    SBS改性瀝青復(fù)合改性可以有效改善SBS改性瀝青的各項(xiàng)性能:①樹(shù)脂類添加劑可以有效改善SBS改性瀝青的高溫性能和物理性能,比較適用于南方高溫地帶使用;②橡膠類添加劑可以有效改善SBS改性瀝青的高、低溫性能和疲勞性能,適用于在季凍地區(qū)路面工程應(yīng)用;③無(wú)機(jī)酸無(wú)機(jī)金屬氧化物類添加劑有較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性和抗老化能力,其中ZnO/SBS復(fù)合改性瀝青表現(xiàn)出較佳的低溫韌性與延展性,可以在北方寒冷地區(qū)試用;④聚烯烴類添加劑低密度聚乙烯LDPE與SBS改性瀝青復(fù)合具有良好的力學(xué)性能,可以提高路面使用壽命;⑤無(wú)機(jī)黏土類添加劑表現(xiàn)出較好的高溫存儲(chǔ)穩(wěn)定性、流變性和抗疲勞開(kāi)裂性,可用于南方高溫重載路段;⑥新型改性劑Superflex+SBS復(fù)合改性瀝青混合料有良好的高溫性能,水穩(wěn)定性以及抗滑性能,但其低溫性能較SBS改性瀝青差,對(duì)于南方高溫多雨地區(qū)來(lái)說(shuō)是不錯(cuò)的選擇;⑦TPS/SBS復(fù)合改性瀝青高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗疲勞性能都有很大提高,可用于交通量較大的高溫重載路段,也可用于鋼橋面等特殊路段。其他類添加劑中炭黑CB可以提高SBS改性瀝青力學(xué)性質(zhì)和耐久性;特立尼達(dá)湖瀝青(TLA)可以提高SBS改性瀝青各項(xiàng)性能,具有更強(qiáng)的抗老化性能。

    面對(duì)我國(guó)高速發(fā)展的交通行業(yè),改性瀝青已成為道路瀝青的不二選擇,而SBS改性瀝青優(yōu)異的路用性能也必將成為我國(guó)改性道路瀝青的首要選擇。復(fù)合改性技術(shù)為SBS改性瀝青的研究發(fā)展推波助瀾,打破了地域環(huán)境對(duì)SBS改性瀝青的限制。深入理解詮釋SBS改性瀝青復(fù)合改性的作用機(jī)理對(duì)于復(fù)合改性研究具有重大的意義,現(xiàn)在意義上的SBS復(fù)合改性都僅僅只是兩種改性劑對(duì)瀝青改性,如果能借此揭示復(fù)合改性的機(jī)理,對(duì)多種改性劑復(fù)合改性具有十分重要的指導(dǎo)作用,為SBS復(fù)合改性的研究應(yīng)用打開(kāi)更廣闊的前景,未來(lái)也會(huì)出現(xiàn)多種改性劑復(fù)合改性的改性瀝青,甚至生產(chǎn)出適用于各種環(huán)境地區(qū)使用的優(yōu)質(zhì)復(fù)合改性瀝青用于道路建設(shè)中。因此對(duì)于SBS改性瀝青復(fù)合改性的研究需要更加深入透徹,揭示復(fù)合改性的結(jié)構(gòu)組成、作用機(jī)理對(duì)改性瀝青的研究發(fā)展非常重要?!?/p>

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