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高粘助剂对高粘高弹沥青性能的影响规律研究
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高粘助剂对高粘高弹沥青性能的影响规律研究
2022年07月26日    阅读量:23865    新闻来源:时敬涛  |  投稿

摘  要:利用SBS与高粘助剂复合改性工艺,考察了不同高粘助剂加量对高粘高弹沥青常规性质的影响,利用沥青剪切流变仪测试了较优条件下样品在不同温度下的G*/sinδ值,利用弯曲梁流变仪测试了样品不同温度下的劲度模量S和劲度模量变化率m,并与SBS与胶粉复合改性沥青进行了性质对比。结果表明:高粘助剂与SBS复合改性制备的高粘高弹沥青具有较好的高低温性能和高温储存稳定性,PG等级达到PG88-28等级。

关键词:高粘高弹沥青;常规性能;流变性能


一引言一

目前道路沥青材料的性能逐渐往低针入度和高粘度方向发展,如高粘高弹沥青等具有高温抗车辙性能并兼顾低温抗裂性能的沥青材料,受到市场的青睐[1-3]沥青网sinoasphalt.com。高粘高弹沥青是指60℃动力粘度大于20000Pa·s、25℃弹性恢复大于85%的改性沥青,常被用于高等级公路的应力吸收层、排水路面以及桥面铺装等领域,能有效提高路面的高温抗变形能力和弹性恢复能力,减少沥青混合料的变形累积 [4] 。


本文通过不同类型聚合物复合改性制备高粘高弹沥青产品,考察了不同类型改性剂对高粘高弹沥青60℃动力粘度等常规性能的影响,并对优化配方条件下的样品进行了PG等级分析,为产品的工程应用提供技术支持。


一实验部分一

试验原料

本试验选用南美玛瑞-16原油生产的70号沥青作为基质沥青,SBS改性剂选用中国石油独山子石化公司生产的6302H型SBS,胶粉选用国内某厂家生产的40目胶粉,高粘助剂选用中石油燃料油有限责任公司研发的新型增粘剂(灰色粉末)。基质沥青关键指标情况见表1,SBS技术指标见表2,胶粉技术指标见表3:


表1 基质沥青性质

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表2 SBS技术指标

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表3 胶粉性质

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样品的制备

称取一定质量的基质沥青和相容剂,倒入圆形容器内,将圆形容器置于加热套内加热至185-190℃,加入称量好的SBS和胶粉或SBS和高粘助剂,搅拌均匀后,开启剪切机,在4000r/min的转速下剪切30分钟,加入交联剂,180℃下搅拌发育3小时,倒样分析。


分析测试方法

样品的针入度、软化点、延度、粘韧性和60℃动力粘度等常规指标以及SHRP试验分别按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中所规定的方法进行测试。


一结果与分析一


高粘助剂对高粘高弹沥青性质的影响

SBS固定加量为3%(外掺,下同),相容剂加量为4%,高粘助剂加量分别选取3%、5%、7%、9%和11%,制备高粘高弹沥青样品,考察高粘高弹沥青各指标的变化情况。


针入度

高粘高弹沥青针入度随高粘助剂的变化如图1所示:

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图1 高粘助剂掺量对沥青针入度的影响规律


由图1可知,随着高粘助剂加量的提高,聚合物交联程度增大,改性沥青的稠度增加,针入度下降。


软化点

高粘高弹沥青软化点随高粘助剂加量的变化如图2所示:

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图2 高粘助剂掺量对沥青软化点的影响规律


由图2可知,随着高粘助剂加量的提高,改性沥青的软化点升高,但是升高的幅度随着高粘助剂加量的提高逐渐降低。


延度

高粘高弹沥青的延度随高粘助剂加量的变化规律如图3所示:

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图3 高粘助剂掺量对沥青延度的影响规律


由图3可知,改性沥青的低温延度随着高粘助剂加量的提高先升高后降低,低温延度存在极值点。


粘韧性和韧性

高粘高弹沥青的粘韧性和韧性随高粘助剂加量的变化规律如图4所示:

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图4 高粘助剂掺量对沥青粘韧性和韧性的影响规律


由图4可知,随着高粘助剂加量的提高,改性沥青的粘韧性先升高后降低,韧性显著降低。


60℃动力粘度

高粘高弹沥青的60℃动力粘度随高粘助剂加量的变化规律如图5所示:

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图5 高粘助剂掺量对沥青60℃动力粘度的影响规律


由图5可知,高粘助剂的加入增强了改性剂的交联程度,聚合物网状结构的密实度增强,60℃动力粘度明显增加。


胶粉对高粘高弹沥青性质的影响

目前大部分生产厂使用SBS和胶粉复合改性工艺生产高粘高弹沥青,但是由于胶粉在高温条件发生降解,导致高粘高弹沥青粘度不稳定,影响产品的稳定性,急需寻找替代助剂生产稳定型高粘高弹沥青。为进一步考察高粘助剂对沥青性能的影响,利用SBS与胶粉复合改性的工艺制备高粘高弹样品,并选取SBS与高粘助剂改性和SBS与胶粉复合改性两种工艺条件下制备的60℃动力粘度相近的沥青样品进行性质对比,代号分别为HVA-1和HVA-2,其中,SBS加量为4.5%,交联剂加量为0.25%,结果如表4所示:


表4 两种改性工艺条件下高粘高弹沥青性质

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由表4数据可知,在60℃动力粘度相当的情况,相较于HVA-2,使用高粘助剂制备的高粘高弹沥青HVA-1具有较高的软化点和低温延度,高低温性能较好,135℃动力粘度较低,利于泵送和压实,同时粘韧性和韧性较好;在180℃下储存10小时后,样品的粘度未出现明显下降,表明该样品的抗老化性能较好。


高粘高弹沥青流变性能测试

PG分级中关于沥青胶结料试验是通过工程学原理测量物理性质,并同现场性能直接联系在一起。沥青在使用过程中要经历三个阶段,首先是新鲜的基质沥青,其次是经过现场拌合过后轻微老化的沥青,最后是路面长时间使用过后的深度老化沥青。


动态剪切试验(DSR)由奥地利安东帕公司生产的MCR旋转流变仪测定, 将少量样品放在直径为25mm的平板夹具的下平板上,调节上平板至1000μm,用热刀将平板周围挤出的样品刮净,恒温10min后进行流变性能测定;低温弯曲梁试验(BBR)由美国cannon公司生产的TE型流变仪进行测定,先将沥青试样制成6.25×12.5×125mm的小梁,在某一负温条件下用980mN的荷载进行加载,测试加载一定时间后的挠度和蠕变劲度S(t)等参数。结果如表5所示。


表5 高粘高弹沥青PG分级测试结果

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由表5数据可知,HVA-1的PG等级达到PG88-28等级,高低温性能优良,适用的温度区域更广。


一 结论一

(1)随着高粘助剂加量的提高,沥青中的聚合物交联程度提高,网络结构密实度提高,高粘高弹沥青的60℃动力粘度增大,高温性能增强;

(2)高粘助剂与SBS复合改性沥青具有较好的高温稳定性,能够抵抗高温储存条件下的性能衰减;

(3)高粘助剂制备的高粘高弹沥青的PG等级达到PG88-28等级,高低温性能兼顾,适用区域广。


参考文献

[1] 豆怀兵,陈拴发,祝斯月等. 高粘改性沥青胶浆粘弹特性研究[J]. 武汉理工大学学报,2014,36(4):53-57.

[2] 叶伟. 高粘改性沥青及排水性沥青混合料的路用性能对比试验研究[J]. 石油沥青,2018,32(1):38-42.

[3] 熊子佳,程金梁,邓成等. 高粘改性剂对沥青及OGFC混合料性能的影响[J]. 大连交通大学学报,2017,38(5):94-97.

[4] 黄绍龙,金帆,李明等. 活性橡胶粉改性高粘度改性沥青的开发[J]. 中外公路,2015,35(1):268-271.

标签:综合论文技术中心沥青混凝土
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