SMC常溫瀝青改性劑性能分析

謝朝陽, 徐培強(qiáng)

(西南交通大學(xué)， 四川成都 610000)

SMC常溫瀝青改性劑是以從廢舊塑料、廢舊橡膠等甲基苯乙烯類高分子材料中提煉出來的甲基苯乙烯類嵌段共聚物(Styreneic Methyl Copolymers, SMC)為主要原料，與環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂固化劑及其他助劑按一定比例配合而成的聚合物溶液。在當(dāng)今“節(jié)能、低碳、環(huán)保”的大環(huán)境下，SMC常溫改性劑憑借其優(yōu)良的節(jié)能減排效果，優(yōu)秀的路用性能，便利的施工特性，于四川、新疆、西藏、云南、貴州、北京、重慶、甘肅、寧夏、陜西、河南等二十多個(gè)省、市、區(qū)得到推廣和應(yīng)用。本文對于SMC常溫瀝青改性劑的理化性能進(jìn)行了相關(guān)分析研究。

1 國內(nèi)外常溫改性劑現(xiàn)狀

在上世紀(jì)初葉已經(jīng)開始常溫瀝青混合料的研發(fā)，而常溫瀝青結(jié)合料的研究關(guān)鍵在于常溫瀝青改性劑的研究，其中美國和蘇聯(lián)最具代表性。成功研制了可用于道路基層又可用于路面修補(bǔ)的儲存式常溫混合料。日本及部分西歐發(fā)達(dá)國家也投身其中，并取得了一定成效。如英國 Heriot-Watt 大學(xué)、英國 Emcol 國際有限公司側(cè)重于乳劑型冷拌冷鋪瀝青混合料的研究，并得到廣泛應(yīng)用。常溫瀝青主要分為乳劑型和溶劑型兩大類常溫瀝青。但其技術(shù)存在種種缺陷：破乳時(shí)間長、造價(jià)高、抗重載、疲勞性差、路用性能不佳而尚未形成較好的成套應(yīng)用技術(shù)。

我國對常溫混合料的研究起步較晚。自從國外材料供應(yīng)商進(jìn)入中國市場、大力推銷常溫瀝青混合料，而以往的以水介質(zhì)的乳化瀝青類混合料往往路用性能表現(xiàn)不佳。我國也開始進(jìn)行廣泛研究。但技術(shù)上存在一定的困難，特別是高分子添加材料的研制一直沒有更大的進(jìn)展。

SMC常溫瀝青改性劑區(qū)別于傳統(tǒng)乳化瀝青類以及溶劑型瀝青改性劑。其拌合機(jī)理是橡膠油對瀝青類材料的溶解、降粘，固化機(jī)理是單組分樹脂在荷載擠壓、空氣接觸氧化條件下逐漸使混合料形成強(qiáng)度。于是對SMC常溫瀝青改性劑的理化性能研究就很有必要了。

2 SMC改性劑性能試驗(yàn)

2.1 改性劑配方分析

2.1.1 差示掃描量熱法

物質(zhì)在受熱或冷卻過程中，當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí)，往往會發(fā)生熔化、凝固、晶型轉(zhuǎn)變、分解等物理或化學(xué)變化，并伴隨著有焓的改變，因而產(chǎn)生熱效應(yīng)，其表現(xiàn)為物質(zhì)與環(huán)境(樣品與參比物)之間有溫度差。差示掃描量熱法就是通過溫差測量來確定物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)的一種熱分析方法。由于參比物在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)沒有相態(tài)的變化，所以試樣在程序控制溫度下，由于內(nèi)部發(fā)生物理或化學(xué)變化而較參比物或多或少吸收熱量，吸收熱量的差表現(xiàn)在DSC曲線圖上就是曲線峰。

采用差示掃描量熱法來測量樣品的熔點(diǎn)以及熔融范圍，升溫速率為10 ℃/min。當(dāng)隨著溫度的升高，樣品開始熔化時(shí)，就會伴隨著吸熱(或放熱)峰的產(chǎn)生。

從圖譜也可以看出初始吸熱溫度為57.5 ℃，而且?guī)讉€(gè)峰之間更加靠近，形狀也更加明顯。這表明材料的純度較高，且小分子物質(zhì)的含量較少(圖1)。

圖1 差熱分析

2.1.2 紅外光譜圖

將一束不同波長的紅外射線照射到物質(zhì)的分子上，某些特定波長的紅外射線被吸收，形成這一分子的紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨(dú)有的紅外吸收光譜，據(jù)此可以對分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和鑒定。本研究中采用紅外光譜儀，用于研究樣品分子的結(jié)構(gòu)，鑒別化學(xué)組成。

由紅外光譜圖原理，對SMC常溫瀝青改性劑的紅外光譜圖分析可知：出現(xiàn)-CH2-(s)、-CH2-(vs)(剪式振動(dòng))和CH2面外搖擺的三個(gè)峰值。三個(gè)峰值都是CH振動(dòng)無C-C振動(dòng)。根據(jù)飽和直鏈烷烴振動(dòng)的主要特征，可判斷該改性劑主要組成為飽和直鏈烷烴。從小的吸收峰值可判斷有O-H、-SH、-C≡C-或-C≡N-可能有>C=O、C=C、-CH(CH3)2、-C(CH3)3。說明改性劑中含有少量不飽和雙鍵以及少量的醇、酚、醚類物質(zhì)(圖2)。

圖2 常溫改性劑紅外光譜

綜合以上數(shù)據(jù)，該常溫改性劑是以廢舊輪胎、塑料煉制的橡膠油為主要成份，約占改性劑重量的80 %，其他輔助化工原材料占重量的20 %。

2.2 SMC常溫改性劑與瀝青的相容性

為了測試SMC常溫改性劑與瀝青的相容性，對改性瀝青進(jìn)行了離析試驗(yàn)。通過停止攪拌、冷卻的過程，觀察常溫瀝青的離析情況(表1)。

表1 常溫瀝青離析情況

從試驗(yàn)結(jié)果看出，幾種常溫瀝青在試驗(yàn)過程中均勻，無結(jié)皮和沉淀，這表明SMC常溫改性劑與基質(zhì)瀝青相容性較好，無離析現(xiàn)象。

2.3 SMC常溫瀝青與集料的粘附性

瀝青混合料的剝離是瀝青路面的幾種常見破壞現(xiàn)象之一。對于瀝青路面來說，瀝青必須與集料表面牢牢的粘結(jié)，瀝青膜不能漸漸的剝離，是非常重要的性質(zhì)。

采用規(guī)范的水煮法用于檢驗(yàn)改性瀝青與集料表面的粘附性，以此評價(jià)改性劑的添加對原樣瀝青與集料粘附性的影響(表2)。

表2 瀝青粘附性試驗(yàn)結(jié)果

從上表數(shù)據(jù)可以看出，SMC常溫改性劑沒有降低基質(zhì)瀝青與石料的粘附性等級。

3 結(jié)論

(1)SMC常溫瀝青改性劑的主要成分為飽和直鏈烷烴即橡膠油約占80 %，含有少量不飽和雙鍵以及少量的醇、酚、醚類物質(zhì)約占20 %。

(2)SMC常溫改性劑與基質(zhì)瀝青相容性良好。

(3)SMC常溫改性劑并未降低基質(zhì)瀝青于集料的粘附性。

SMC常溫瀝青改性劑不會對基質(zhì)瀝青的基本性能產(chǎn)生改變，適合作為常溫瀝青改性劑。