ZLP增强剂对SBS改性沥青性能影响研究.pdf
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1、2023年6 月石油沥青PETROLEUMASPHALT第37 卷第3期ZLP增强剂对 SBS 改性沥青性能影响研究庞一朋,潘友强(中路交科科技股份有限公司,南京2 118 0 0)摘要:为研究自主研发的ZLP增强剂对SBS改性沥青性能的影响,分别以不同掺量ZLP增强剂制备SBS改性沥青,通过基本指标试验、老化试验及PG分级等试验评价ZLP增强剂对改性沥青的性能影响。结果表明:ZLP增强剂可有效提升改性沥青的软化点和6 0 动力黏度及针入度指数,提升沥青的高温性能,降低温度敏感性,但会降低沥青针入度、5延度;动态剪切流变试验表明ZLP增强剂对改性沥青的抗剪切变形能力有所提升,综合试验结果考虑,
2、推荐ZLP增强剂的应用掺量在1.5%2.5%之间。关键词:增强剂改性沥青高温性能温度敏感性随着人们生活水平地提高,交通轴载日益繁重,传统沥青混凝土路面已渐渐无法满足使用需求,迫切需要进一步提升沥青路面铺装材料的性能,从而提升沥青路面的服役能力,改性沥青作为沥青混凝土路面的胶结料对于沥青混凝土路面高温抗车辙性能和低温抗开裂性能有着不可或缺的作用。目前国内外常规使用的 SBS 改性剂因为对改性沥青的高低温性能皆有所裨益,性价比高,市场广阔。但目前国内SBS改性剂的常规掺量已经达到3.5%5.0%,特殊品种改性沥青的SBS掺量更高,更高的SBS掺量易带来沥青黏度的大幅度上升,无论是拌和或者施工都较为
3、困难,且成本昂贵,难以普遍使用。目前国内使用石油树脂及温拌剂等特殊改性剂对沥青进行改性 ,在节省成本的同时拥有一些增溶、降黏等优势效果,但综合来看,成本较高,因此,需要一种性价比更高的沥青改性剂对沥青进行改性。本文通过对自研ZLP增强剂对改性沥青的性能进行试验评估,确定ZLP增强剂的优缺点,根据试验结果,推荐一个改性剂合理掺量范围。1试验原材料及样品制备1.1沥青采用SBS(I-D)改性沥青作为基质沥青进行制备,I-D改性沥青来自江苏扬子公路沥青有限责任公司,其性能指标见表1。表1SBS改性沥青基础指标试验项目规范值实测值针人度(2 5)(10-1mm)40 60PI0软化点/60延度(5)/
4、cm20动力黏度(6 0)(Pas)20 000布氏黏度(135)(Pas)3.0老化质量变化/%1.0老化残留针人度比(2 5)%65老化残留延度(5)/cm15PG分级1.2ZLP 增强剂本研究采用的增强剂为本公司自主开发的一种白色颗粒状沥青添加剂,由多链聚烯烃材料与树脂合成的高熔点蜡质材料,见图1。其熔点范围在130 140 之间,在高温拌和时,可有效降低沥青的拌和黏度,利于改性沥青对石料的裹附,亦可明显改善沥青的高温性能。1.3改性沥青样品制备将I-D改性沥青放人17 0 烘箱烘至流动状态,使用玻璃棒搅拌1min,确保改性沥青状态均匀,然后分样至5个5L铁罐中,每个铁罐收稿日期:2 0
5、 2 2-11-2 4。作者简介:庞一朋(1995一),男,本科,助理工程师,主要从事道路材料开发工作。Email:p y p s i n o r o a d.c o m560.128033385202.355-0.127017PG70-22第3期分样2 0 0 0 g,放人提前预热至18 0 的油浴锅中,开启搅拌机搅拌,分别加人1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的ZLP增强剂,搅拌2 h后,测试改性沥青性能 2 。庞一朋等.ZLP增强剂对SBS改性沥青性能影响研究39程(JTGE202011)中T0625进行改性沥青135布氏旋转黏度试验,评价沥青胶结料的施工和易性能;按照T0
6、628进行沥青流变性质(D SR)试验,评价沥青结合料的高温性能;按照T0627及T0630进行弯曲梁变劲度(BBR)试验,评价沥青结合料低温性能。试验仪器见图2。图1颗粒状ZLP增强剂图2 动态剪切流变仪(上)和弯曲梁流变仪(下)2试验方法2.1基础指标按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTGE202011)中T6004、T 0 6 0 5、T0606及T0620的相关规定,分别对制备完成的改性沥青样品针入度、针人度指数、5延度、软化点及6 0 旋转黏度进行试验。2.2老化指标按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTGE202011)中T0610的相关规定进行旋转薄膜加热试验,并对改性
7、沥青的质量损失、针人度比及5延度指标进行试验。2.3PG分级指标性能按照公路工程沥青及沥青混合料试验规试验项目规范值针人度/(10-1mm)40 60PI00.12软化点/60延度(5)/cm20动力黏度(6 0)(Pas)20000由表2 可以看出,ZLP增强剂对于改性沥青针人度起到降低作用,原因在于ZPL增强剂在搅拌混溶于沥青中后,增加了改性沥青的黏稠度,导致针人度指标变小;改性沥青的针人度指数变大,沥青的温度敏感性变小,改性沥青在夏热季节不会因为温度过高而变软,在冬冷季节不会因为温度过低而变脆,因此抗车辙及抗开裂性3结果与讨论3.1基础指标对添加了ZLP增强剂的改性沥青基础指标性能进行试
8、验评估,试验指标参数见表2。表2 ZLP增强剂改性沥青基础指标原样1.0%ZLP56530.348083333238 52052.280能较优;改性沥青的软化点指标和黏度指标发生大幅度增加,原因在于增强剂分散于改性沥青中,与沥青中溶胀完成的SBS改性剂发生网络嵌锁作用,沥青冷却后,增强剂嵌锁了改性沥青中的轻质组分,软化点提升幅度约33.7%,6 0动力黏度大幅提高,约为原来的9倍,大幅提升了改性沥青的高温稳定性。1.5%ZLP520.5289281285702.0%ZLP510.759727191 5602.5%ZLP501.2310527281 5203.0%ZLP481.451072532
9、215040改性沥青的低温延度指标有所降低,降低幅度为3.0%2 4.2%,说明ZPL增强剂会对改性沥青的低温柔性产生负面影响,但仍然满足改性沥青低温柔性需求。改性沥青的高温提升幅度在1.0%时提升不大,原因可能在于ZPL增强剂需要达到一定掺量,完成空间网络的整体构建才能对改性沥青的整体性能产生提升,在1.5%时,老化后试验项目质量变化/%残留针入度比(2 5)/%残留延度(5)/cm由表3可知,改性沥青的整体性能变化趋势为沥青的质量变化逐渐上升,意味着改性沥青的质量损失增加,但仍然满足I-D改性沥青的指标需求。老化后残留针人度比值逐渐上升,说明改性沥青的抗老化性能随着ZLP增强剂的掺量提升而
10、增强;老化后残留延度指标随着增强剂地掺量提升逐渐降低,在ZLP增强剂掺量为3.0%时,已不满足I-D传统改性沥青延度指标需求,仅为13cm,损失幅度为2 7.8%,到2.5%达到峰值,因此建议ZLP增强剂的掺量不宜超过2.5%。3.3PG分级指标性能3.3.1135布氏旋转黏度改性沥青的布氏旋转黏度可确定改性沥青的黏温曲线,从而确定改性沥青的拌和温度与压实温度。一般沥青的135黏度越低,沥青越易碾压密实。改性沥青的布氏黏度值随增强剂掺量变化见图3。2.402.352.3302.252.202.152.102.05图3 2ZLP增强剂对改性沥青135布氏旋转黏度影响趋势由图3可知,改性沥青的13
11、5布氏旋转黏石油沥青沥青的高温软化点提升了9,6 0 动力黏度提升约90 0 0 0 Pas,5延度减少5cm,可见1.5%的掺量时,改性沥青的整体性能发生了质的变化。3.2老化指标对添加了ZLP增强剂的改性沥青老化后指标进行试验评估,试验指标参数见表3。表3ZLP增强剂改性沥青老化指标规范值原样1.0%ZLP1.0-0.126570151801.0ZLP增强剂掺量/%2023年第37 卷1.5%ZLP2.0%ZLP-0.15-0.3072741716度随着ZLP增强剂的增加而减少,说明ZLP增强剂对改性沥青的黏度可以起到一定的降黏效果,在2.5%左右降黏效果最优,3.0%时效果不再增加,说明
12、ZLP增强剂对改性沥青的降黏效果上限值,整体能够满足改性沥青应用需求。3.3.2PG高温性能采用车辙因子G*/sins评价沥青结合料高温性能指标,它要求原样沥青和旋转薄膜烘箱(R T FO T)残留沥青在最高路面设计温度下的G*/sing值分别不得小于1.0 kPa和2.2 kPa3,一般改性沥青在短期老化之后,其车辙因子因为改性沥青中的改性剂衰减而变小,PG高温等级会相比原样低12 个等级,因此本研究以残留沥青的车辙因子确定改性沥青PG高温等级。不同掺量ZLP增强剂下改性沥青短期老化后车辙因子见图4。3.0Fed/(g urs/d)2.52.01.51.01.52.02.53.02.5%ZL
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