高掺量胶粉复合改性沥青制备及存储稳定性研究.pdf
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1、2023.24 科学技术创新高掺量胶粉复合改性沥青制备及存储稳定性研究林大军(烟台市公路事业发展中心,山东 烟台)引言近年来,随着橡胶改性沥青在路面工程中的广泛应用,如何提高橡胶粉利用率,同时保证沥青路面的性能稳定性和使用寿命成为研究的热点问题。高掺量橡胶改性沥青技术应运而生,高掺量橡胶改性沥青指的是将大量橡胶粉或废旧轮胎颗粒加入沥青中,通常掺量可达到 20%30%甚至更高,以达到增加路面弹性模量、改善路面抗裂性和降低路面噪声等目的。高掺量橡胶改性沥青路面技术可以提高橡胶粉的利用率,使沥青路面具有较高的抗老化性、抗疲劳性、高温稳定性1-3。但高掺量橡胶改性沥青性能较差,存储不稳定,在高温存储条
2、件下易发生离析4-6,影响场地上的存储、运输及施工等。目前国内外研究和应用中,胶粉改性沥青的掺量一般集中于 20%左右7。有研究者选择 SBS 改性沥青和掺量为 18%的胶粉改性沥青8-9,并从宏观角度对比分析了老化对改性沥青微观结构和疲劳性能的影响。本文旨在制备高掺量胶粉复合改性沥青,使其胶粉掺量达到 28%且性能优于传统的橡胶改性沥青。1试验1.1试验原材料试验采用金陵 70#道路石油基质沥青、40 目脱硫胶粉,其技术指标见表 1耀表 2。橡胶油为糠醛抽出油,改性剂包括 SBS 为线性 791-H,塑料阻隔润滑剂 HPT(主要成分为乙撑硬脂酸酰胺),稳定剂采用常用的硫磺类稳定剂。表 1金陵
3、 70#基质沥青技术指标表 2脱硫胶粉化学技术指标1.2改性沥青的制备首先,将金陵 70#基质沥青加热至 160 益保温 1h 使基质沥青完全融化,然后称取 500 g 基质沥青放入陶瓷缸中,将占基质沥青质量分数 28%的脱硫橡胶粉慢慢加入到熔融状态的沥青中,利用高速剪切仪在180190 益的温度下进行剪切,剪切速率为 5 000rpm,待剪切至无明显大颗粒时,加入占基质沥青质量分数为 3%的 SBS 改性剂,保证橡胶粉和 SBS 改性剂混合均匀,接着依次加入橡胶油及其他添加剂,总剪切时间为 2 h。剪切完成后缓慢加入占基质沥青质量分数 0.5%的硫磺稳定剂,放入温度恒定为 180 益的搅拌箱
4、中搅拌发育 1 h,制备了高掺量胶粉复合改性沥青(CR-SBS/HPT)、高掺量胶粉/HPT 复合改性沥青(CR-HPT)、高掺量胶粉/SBS 复合改性沥青(CR-SBS)、高掺量胶粉改性沥青(CR)4 种橡胶改性沥青。主要成果:山东省地方标准 环保稳定型胶粉改性沥青及混合料施工技术规程。作者简介院林大军(1973-),男,本科,工程技术应用研究员,工程科科长,研究方向:道路工程。摘要:针对高掺量胶粉改性沥青性能差、离析严重等问题,对橡胶沥青的制备及存储稳定性能展开研究。制备了 4 种橡胶改性沥青,通过针入度、延度、软化点指标及存储稳定性试验对比研究并分析了 SBS 及 HPT 对橡胶改性沥青
5、的性能的影响。结果表明 CR-SBS/HPT 整体性能最佳且存储最稳定性。关键词:高掺量胶粉;SBS;乙撑硬脂酸酰胺;存储稳定性;复合改性中图分类号院U414文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤24-0169-04技术指标 规范值 实测 值 试验方法 针入度/0.1 mm 6080 68.3 T0604-2011 针入度 指数 PI-1.51.0-0.15 T0604-2011 延度(15)cm 100 150 T0605-2011 延度(10)cm 20 24.6 T0605-2011 软化点/46 48.1 T0606-2011 试验项目 技术要求 试验结果 试验方法 加
6、减热量(80)%1.5 0.3 GB/T13460-2008 灰分/%8 7.2 GB/T4498-1997 丙酮抽出物/%20 16.4 GB/3516-2006 门尼粘度 ML100(1+4)60 48 GB/T1232.2-2000 炭黑含量/%18 28.4 GB/T14837-1993 橡胶烃含量/%40 48 GB/T14837-1993 169-科学技术创新 2023.242结果与讨论2.1常规指标测试表 3 为样品的指标测试结果,可以看出,相同的胶粉掺量下 4 种改性沥青 CR 沥青样品针入度最高,沥青体系相对较软,而加入了 SBS 和 HPT 的橡胶改性沥青针入度明显下降,其
7、中 HPT 的下降趋势更加明显,其中 CR-SBS/HPT、CR-HPT、CR-SBS 较 CR 样品分别降低了 22.5%、13.8%、10.0%。从软化点结果可以看出,CR 软化点最低,加入 HPT 和 SBS 后的 CR-HPT及 CR-SBS 的软化点均得到了提高,其中 CR-SBS/HPT、CR-HPT、CR-SBS 的软化点比 CR 软化点分别提高了 58.9%、20.8%、48.7%,从延度测试结果可以看出,CR-HPT 延度最低,相比 CR 降低了 21%,说明HPT 的加入对橡胶沥青的低温延度有一定损伤,而CR-SBS/HPT 和 CR-SBS 相比 CR 延度分别提升了35
8、%、50%。表 3四种橡胶复合改性沥青测试结果2.2存储稳定性测试图 1 为样品的离析软化点测试结果,可以看出CR-SBS/HPT 和 CR-SBS 样品在热存储 48 h 内的软化点差值均小于 3 益,且随着存储时间的增加没有太大变化。而 CR-HPT 和 CR 样品在存储期间发生了严重的离析现象,说明 HPT 的加入对橡胶改性沥青的热存储稳定性具有一定的改善效果,但 CR-SBS 的存储稳定性最佳,这是因为在橡胶改性沥青中,SBS 会与沥青中的多环芳烃分子发生相互作用,从而降低了沥青中多环芳烃分子的浓度,进而减少了离析现象的发生。此外,SBS 在橡胶改性沥青中还可以形成物理交联,增加沥青分
9、子之间的相互作用力,使得沥青变得更加粘稠,整体体系更加稳定。同时 SBS 与 HPT 复合可以形成密实的聚合物相网络结构,降低沥青分子的自由度,使其更难流动,形成稳定的网格结构,从而改善了改性沥青整体的稳定性。图 14 种橡胶改性沥青延度测试结果2.3FM 测试图 2 展示了 4 种不同配方的橡胶改性沥青的荧光显微镜测试图像,其中发光部分物质主要代表 SBS颗粒。从图中可以看出,CR-SBS/HPT 和 CR-SBS 中发光物质较多,其中 CR-SBS/HPT 荧光颗粒大小及其分布较为均匀,而 CR-SBS 中有较大颗粒且略有团聚现象。说明 CR-SBS/HPT 和 CR-SBS 沥青体系已经
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