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    納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的主要技術(shù)性能研究

    2021-01-28 08:26:34李海峰孫吉書張雪妮
    黑龍江交通科技 2021年1期
    關(guān)鍵詞:延度針入度技術(shù)指標

    肖 田,李海峰,孫吉書,張雪妮

    (1.天津市市政工程設(shè)計研究院,天津 300051;2.天津高速公路集團有限公司,天津 300384;3.河北工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院,天津 300401)

    0 引 言

    對基質(zhì)瀝青摻入適量的添加劑,指標高性能的改性瀝青是提高瀝青混合料性能的常用方法,納米膨潤土是一種良好的改性瀝青添加劑,可以有效提高瀝青的高溫性能。但納米膨潤土的摻入對于瀝青混合料的低溫性能有負面影響,瀝青的延度會隨著納米膨潤土摻量的增大而減小。而SBR(丁苯橡膠)是一種高分子橡膠材料外摻劑,在瀝青中加入SBR可以有效改善瀝青的低溫抗裂性,對瀝青的柔韌性也具有改善效果。本文在先前研究的基礎(chǔ)上,以納米膨潤土最佳摻量時的改性瀝青為基礎(chǔ),系統(tǒng)研究SBR摻量對復(fù)合改性瀝青針入度、軟化點、延度指標的影響規(guī)律,確定SBR的最佳摻量,得出高性能的納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青,進而提高瀝青路面的使用性能。

    1 原材料性質(zhì)

    1.1 基質(zhì)瀝青

    本文試驗采用的基質(zhì)瀝青為倫特70#,其主要技術(shù)性能如表1所示。

    表1 基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標

    1.2 SBR

    本文采用兩種SBR改性劑分別進行試驗,一種為液體SBR(SBR-A),另一種為固體粉末(SBR-B),兩種SBR的主要技術(shù)指標分別如表2、表3所示。

    表2 SBR-A的技術(shù)指標

    表3 SBR-B的技術(shù)指標

    1.3 納米膨潤土改性瀝青

    試驗研究結(jié)果表明,有機納米膨潤土產(chǎn)量為4%時,納米膨潤土改性瀝青的技術(shù)與經(jīng)濟性能最佳,因而本文研究的納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青是以有機納米膨潤土摻量為4%時改性瀝青為基礎(chǔ),進而摻加不量的SBR進行復(fù)合改性。納米膨潤土改性瀝青的主要技術(shù)指標如表4所示。

    表4 納米膨潤土改性瀝青的技術(shù)指標

    2 試驗方案

    將納米膨潤土改性瀝青加熱至加熱170~180 ℃,摻量分別為0%、4%、6%、8%和10%的SBR,開啟高速剪切乳化機,進行攪拌,轉(zhuǎn)速為5 000轉(zhuǎn)/min,持續(xù)30 min結(jié)束;繼續(xù)控制瀝青的溫度在170~180 ℃,并且人工攪拌30 min以確保改性瀝青發(fā)育良好。

    3 試驗結(jié)果與分析

    3.1 針入度

    根據(jù)相關(guān)試驗方法,測得不同SBR摻量情況下,納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的針入度試驗結(jié)果,如圖1所示。

    圖1 SBR摻量對針入度的影響規(guī)律

    試驗結(jié)果表明,隨著SBR摻量的增大,納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的針入度逐步降低。說明有SBR能明顯改善改性瀝青的高溫性能。相對于基質(zhì)瀝青和僅摻4%有機膨潤土的納米膨潤土改性瀝青而言,當(dāng)SBR-A摻量為6%時,納米針入度分別降低了膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的25 ℃針入度分別降低了9.7%和4.0%,而當(dāng)SBR-B摻量為6%時,復(fù)合改性瀝青的25 ℃針入度分別降低11.1%和5.3%。這主要是因為SBR是一種橡膠制品,將其摻入瀝青后,可以改善瀝青的黏度,使得針入度降低,高溫性能提高。另外,SBR-B對針入度的影響大于SBR-A。

    3.2 軟化點

    試驗測得不同SBR摻量情況下,納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的軟化點,如圖2所示。

    圖2 SBR摻量對軟化點的影響規(guī)律

    從圖2中的試驗結(jié)果可以看出,納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的軟化點隨著SBR的摻量的增大而提高,并且當(dāng)SBR摻量超過6%之后,軟化點上升趨勢變緩慢。因為隨著SBR的摻量增大,改性瀝青的黏度增大,軟化點提升,而SBR本身是一種橡膠產(chǎn)品,受自身熔點限制,當(dāng)摻量達到一定程度之后,復(fù)合改性瀝青的軟化點提升速度變得緩慢。

    3.3 延度

    試驗測得不同SBR摻量時,納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青10 ℃時的延度,如圖3所示。

    圖3 SBR摻量對延度的影響規(guī)律

    圖3的試驗結(jié)果表明,隨著SBR的摻量的增大,納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的延度先增大后減小,在6%摻量時達到最大,此時低溫性能最佳,超過此摻量后延度稍有降低。這主要是因為,隨著SBR摻入量的增加,納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的黏度、低溫時的韌性和抵抗裂縫生成的能力均增大,但當(dāng)摻量超過一定劑量之后,SBR在瀝青基體中的存在形式由剝離型變?yōu)椴鍖有?,穩(wěn)定性增大,而低溫抗裂性能和韌性降低,表現(xiàn)為納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的延度先增大后減小。同時,相同摻量情況下,SBR-B對復(fù)合改性瀝青的延度增大值明顯大于SBR-A;相對于SBR摻量為0%的延度,在摻量為6%時,兩種SBR的納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的延度分別提高了9.1%和19.7%。

    因而,綜合考慮不同SBR摻量情況下改性瀝青針入度、軟化點、延度瀝青三大指標的試驗結(jié)果,可以確定納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青中的SBR最佳摻量為6%。

    4 結(jié) 論

    針對納米膨潤土改性瀝青的低溫性能缺陷,本文采用兩種SBR作為復(fù)合改性劑,對納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的軟化點、針入度和延度進行了系統(tǒng)的實驗研究,確定了SBR的最佳摻量。主要結(jié)論如下。

    (1)納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的針入度隨著SBR摻量的增大而降低。說明有SBR能明顯改善改性瀝青的高溫性能。相對于基質(zhì)瀝青和僅摻4%有機膨潤土的納米膨潤土改性瀝青而言,當(dāng)SBR-A摻量為6%時,納米針入度分別降低了膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的25 ℃針入度分別降低了9.7%和4.0%,而當(dāng)SBR-B摻量為6%時,復(fù)合改性瀝青的25 ℃針入度分別降低11.1%和5.3%。

    (2)納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的軟化點隨著SBR的摻量的增大而提高,并且當(dāng)SBR摻量超過6%之后,軟化點上升趨勢變緩慢。

    (3)納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青的延度先增大后減小,在6%摻量時達到最大,此時低溫性能最佳,超過此摻量后延度稍有降低。

    (4)綜合考慮不同SBR摻量情況下改性瀝青針入度、軟化點、延度瀝青三大指標的試驗結(jié)果,可以確定納米膨潤土-SBR復(fù)合改性瀝青中的SBR最佳摻量為6%。

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