改性沥青的种类及改性效果评价和比较分析

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  摘要:改性沥青混凝土路面由于具有其他传统沥青路面不能够比拟的优越性能,目前已得到了公路工程界的广泛关注和高度重视。

  本文主要介绍改性沥青的种类、改性效果评价指标及不同改性沥青技术性能比较分析

  改性沥青包括改性沥青混合料,指“掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂,或采取对沥青轻度氧化加工等方式,使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料”。改性剂是指“在沥青或沥青混合料中加人的天然的或人工的有机或无机材料,可熔融、分散在沥青中,改善或提高沥青路面性能,如为了更好的提高沥青的机械性能(强度和韧性等),就加入树脂、塑料、炭黑、无机盐等增加强度和韧性的材料。

  (1)热塑性橡胶类:热塑性弹性体主要是苯乙烯类嵌段共聚物,如苯乙烯---丁二烯--苯乙烯(SIS)、苯乙烯—聚乙烯—/丁基—聚乙烯(SE/BS),由于它兼有橡胶和树脂两类改性沥青的结构与性质,故也称为橡胶树脂类,最具代表性的是SBS,它的功能主要是改善柔性,增强抵抗永久变形并减小温度敏感性。

  树脂类:乙烯一醋酸乙烯(EVA),聚乙烯(PE),聚氯乙烯(PVC)。它主要

  (3)橡胶类:丁苯橡胶(SBR)丁二烯橡胶(BR)环氧树脂(EP)等。它主要增加弹性及黏聚力,减小感温性。

  沥青路面高温稳定性、低温抗裂性等必然的联系到路面耐久性,它主要根据沥青材料性能。

  改性沥青的针入度作为改性沥青的技术指标分级的主要是根据,改性沥青的性能以改性后沥青对于温度的敏感程度,即针入度指数PI的变化为关键性评价指标,从改善温度敏感性的要求出发,改性后希望沥青软化点有所提高,但同时针入度降低不要太多。

  沥青结合料所承受高低温范围越宽,表明它抵抗夏季酷暑和冬季严寒的能力越高,既不会因为高温软化发生永久车辙变形,也不会在冬季发生低温开裂。现在一般会用针入度指数 PI 值进行评价。

  沥青材料的应力松弛性能在温度比较高条件下较好,但在温度较低时应力松弛能力较高温时差。当冬季温度骤降,沥青混合料的应力松驰不能适应温度收缩应力的增长,与此同时劲度急剧增大,当温缩应力增长超过混合料的破坏强度或极限拉应变时,路面便会有裂缝了。裂缝会随着温度的不断降低而增加,同时缝宽也随温度的降低持续不断的增加。一般都会采用拉伸速度为 5cm/min、5℃时的延度作为评价改性沥青低温性能的主要指标。

  沥青混凝土的低温抗裂性能与沥青的低温脆性有很大关系,通常沥青的低温脆性用弗拉斯脆点(Fr)表示,它实际上相当于一种一定荷载条件下的等劲度温度,沥青在弗拉斯脆点温度时的针入度为 1.2,并称该脆点为当量脆点()。

  密级配沥青混合料在路面温度比较高条件下,可看成是一种热流变形材料。保持沥青混合料稳定的重要的因素是结合料的胶结作用,而骨架的相互嵌挤作用处于次要位置,选用针入度低、软化点高、低含蜡量的高粘度沥青对沥青混合料的高温稳定性是很重要的。 60℃粘度是评价改性沥青高温稳定性的重要指标,它能充分说明改性沥青在高温稳定性方面的改善效果。

  软化点是沥青达到规定条件粘度时的温度,它是沥青材料表征温度敏感性的另一个指标,也是沥青粘度的一种量度。规定条件的粘度为P (25℃,100g,5s)=800(0.1mm),此时的温度称为当量软化点, 值越大改性效果越好。

  ④ 热稳定性(耐老化)指标:旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)(163℃、75min)

  旋转薄膜烘箱试验是模拟改性沥青在拌和过程中发生的老化 ,研究沥青性质的变化。一般经过旋转薄膜烘箱试验后改性沥青的性质会发生如下变化:质量一般会减少(有的也会增加);软化点及粘度增大;针入度变小。

  良好的弹性恢复性能是指荷载作用下路面产生的变形大部分能在荷载通过后迅速恢复,从而留下的残余变形小,即有良好的自愈性。试验以 5cm/min 的规定速率 25℃试验温度下拉伸试样达 l0cm 后,把试件剪断成两半,待试件恢复一小时,在此期间可恢复变形的百分率。

  粘韧性是衡量改性沥青改性效果好坏的重要指标。沥青粘韧性试验是测定沥青在规定温度条件下高速拉伸时与金属半球的黏韧性及韧性,沥青黏韧性试验的结果是评价橡胶类改性沥青效果的一种比较好的方法。

  改性沥青的闪点和 135℃运动粘度可以反映改性沥青施工安全性及可操作性,具体实际的要求为闪点须大于 230℃、135℃运动粘度不超过 3Pa·s。沥青加热到一定温度时沥青材料中挥发的油分蒸汽与周围空气组成混合气体,此种气体与空气组成的混合气体遇火焰极易燃烧而引起火灾或导致沥青烧坏老化,因此必须测定沥青闪点。控制 135℃运动粘度使其不易过高来确保施工顺利。

  由于聚合物改性沥青在停止搅拌、冷却过程中,聚合物会从沥青中离析,因此,当 SBS 聚合物改性沥青在生产后如不能立即使用,必须冷却、储存、运输、再加热后使用,并进行改性沥青离析试验,以评价改性剂与基质沥青的相容性。

  ①作为主要评价改性效果好坏的感温性指标一针入度指数 PI 值:SBS 使 PI 值增大最明显,其次是EVA,再次是 PE;

  ②高温稳定性指标:SBS 使软化点提高最大,其次是 SBR,而 PE 与 EVA 大体上相仿,3%的 SBS能够达到 6%的 PE 或 EVA 的效果;3%的 SBS 能够达到 6%的 PE 的效果,而EVA, SBR 剂量增大对粘度增大效果较小。

  ③低温抗裂性能指标:SBS 使 5℃延度大幅度增大,而 PE 使延度降低,EVA 则略有增加,但剂量太大又使延度降低,SBR 的最大特点是低温延度特别大;

  ④弹性恢复性能:SBS 改性沥青的弹性恢复性能极好,PE 基本上没有弹性,EVA 有一定的弹性恢复,但 8%的弹性恢复还不如 2~3%的 SBS 的弹性恢复好。

  结 语: 一般通过参加不同的改性剂来改善沥青混合料某些方面的性能。且研究表明SBS 改性沥青拥有非常良好的低温抗裂和高温抗变形力,同时增加了与石料的粘附性,并拥有非常良好的弹性(即变形的自愈性),有效地改善了路面的耐久性和水稳性,增强了路面抗病害能力,提高了路面舒适性,应用比较广泛。

  [1] 赵晶,王抒音,彭永恒,张肖宁。SBS 改性沥青技术与效果评价。中国公路学报.1997, 12.

  [2] 沈金安,李福普。改性沥青混合料的研究及其在道路技术中的应用(第六次全国石油沥青技术交流会论文集.1997,9).

  [3] 胡晋川.改性沥青混合料工程应用研究。长安大学硕士学位论文。2004.

  作者简介:张玲燕 ,女,1988年09月出生,长安大学公路学院研究生, 专业:道路与铁道工程


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