什么是改性沥青?
随着国民经济的发展,车流量越来越大,车荷载越来越重,气温逐渐变暖,重交通道路沥青已不能满足高等级公路和特殊路段的使用要求,为了提高路面的抗永久变形、抗车辙、抗拥包、抗推移、抗疲劳、抗低温开裂、抗老化、抗水侵害等病害能力,沥青材料的研究部门和应用部门提出了对道路沥青进行改性,以此来提高沥青材料的综合性能。
所谓改性沥青就是在基质沥青中添加适当和适量的改性剂(一种或多种),以提高或改善沥青的某些性能,达到路用要求的过程或手段。
沥青改性剂的种类
树脂类热塑性塑料:聚乙烯PE、EVA等;热固性塑料:酚醛树脂、环氧树脂等;橡胶类:天然橡胶NR、SBR、CR、BR、IIR等;热塑性弹性体:SBS、SIS、SEBS等;天然沥青:湖沥青、岩沥青等。热塑性弹性体SBS与沥青具有较好的相溶性和储存稳定性,兼有较好的高温性能和低温性能;目前在国内外,SBS是应用量最多、最广泛的沥青改性剂。
SBS是一种热塑性弹性体,是以丁二烯和苯乙烯为单体,环己烷为溶剂,正丁基锂为引发剂,四氢呋喃为活化剂,采用阴离子聚合得到的线型或星型嵌段共聚物。SBS高分子链具有串联结构的不同嵌段,即塑性段和橡胶段,形成类似合金的组织结构。由于这种独特的结构,使其既具有塑料的刚性和塑性,又具有橡胶的柔性和弹性。
SBS即苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(Styrene-Butadiene-Styrene block copolymer, 简称SBS)
SBS结构有线型与星型,苯乙烯和丁二烯的比例在生产时可以控制,其分子量从5万到30万。所以,在生产改性沥青时,要根据基质沥青的性质来筛选SBS,以达到比较理想的改性效果。
改性剂的选择原则:气候,交通状况,路面破坏形式,改性设备,改性目的,经济效益。。
改性剂的选择原则
气候条件:《公路改性沥青路面施工技术规范》规定不同改性沥青的登记要求根据气候区进行选择;男方夏季炎热,高温稳定性要求较高,SBS/PE/EVA等改性效果较好;低温寒冷区,抗裂性能要求较高,SBS/SBR的改性效果较好;交通荷载条件:载重小,抗裂要求是重点,SBS/SBR;载重大,抗车辙等永久变形是重点, SBS/PE/EVA。改性设备,目的,经济性:成本,改性剂单价和重量等等因素。SBS的性能不同于其它橡胶,它在常温下不需要硫化就可以具有良好的弹性,当温度升到180℃ 以上时,它可以变软、熔化,易于加工。
SBS物理改性沥青就是将SBS与沥青按一定的比例,在180℃ 左右搅拌溶涨,通过胶体磨研磨,使SBS颗粒达到10微米以下,与沥青混合的过程。所形成的沥青体系是非稳定体系,产品需要不停搅拌,停止搅拌SBS就凝聚成大胶粒从沥青中析出。在物理改性的基础上,引入化学稳定剂,使SBS与沥青发生交联反应,形成相对稳定的胶体体系,使SBS既不发生离析又不发生SBS降解,以实现产品长期储存、长距离运输。离析和降解是物理-化学改性沥青的技术核心。
离析:聚合物析出、分层;降解:聚合物降解性能衰减。
稳定剂组成:
引发剂(A)+活化剂(B)+交联剂(C)
稳定剂反应机理:
在一定的温度下,将SBS粉碎到一定细度吸取沥青中的饱和烃、芳烃,体积溶胀,形成网状结构,在引发剂和活化剂的存在下,交联剂参与反应,SBS与沥青中的烯键、官能团发生交联,形成稳定的胶体体系,使沥青与SBS胶体体系既不发生离析又避免了SBS降解,从而达到SBS改性沥青体系稳定和长期热储存的目的。
SBS优化与筛选 :改性剂与基质沥青有较好相溶性只是改性沥青生产的前提,要想生产出优质的产品,必须对SBS进行优化筛选,由于SBS有线型和星型,分子量从5万到30万,十多个品种,对于一种基质沥青而言,可与之配伍的改性剂有一定的局限性。目前多数采用中分子量的线型。
SBS改性沥青的生产与质量控制 :改性剂与基质沥青有较好相溶性只是改性沥青生产的前提,要想生产出理想的产品,必须对SBS进行优化筛选,由于SBS有线型和星型,分子量从5万到30万,十多个品种,对于一种基质沥青而言,可与之配伍的改性剂有一定的局限性。改性沥青产品有八个指标(针入度、软化点、延度、粘度、弹性恢复 、针入度指数、延度,弹性恢复)与基质沥青和改性剂的选择有关,这八个指标既相互联系又相互矛盾。
改性剂与基质沥青的相溶性主要取决于两者之间的界面作用、基质沥青的组分以及聚合物的极性、颗粒大小、分子结构等因素。一般地,聚合物的极性强,分子结构与沥青愈接近,则它与沥青的相容性愈好、相应地改性效果也较好。
国内研究: 表明聚稀烃类改性剂与高饱和分的沥青相容性较好,而SBR、SBS等与高芳香分的基质沥青相容性较好。
国外研究: 比利时FINA公司在对大量的SBS改性剂研究后发现,基质沥青中沥青质的含量越高,相容性愈好,沥青质对改性效果影响极大。美国化学家布尔(Brule)甚至给出了相容性较好的基质沥青的组分比例:
饱和分 :(芳香分+胶质):沥青质=(8-12%) :(85-89%) :(3-7%)
聚合物SBS对改性沥青的影响
线型的SBS与沥青相容性较好,易加工,产品的综合性能较好,一般选择分子量为11—14万的SBS产品;星型的SBS与沥青相容性一般,加工较难,如选择适当,产品的综合性能比线型的好,一般选择分子量为17—25万的SBS产品;结构相同的SBS,分子量越小,越易与沥青相容,加工容易,产品的软化点低,低温延度小,弹性恢复差,只有提高SBS的加入量,增加成本,来提高产品的综合性能。分子量越大,与沥青相容越难,但产品的综合性能好,生产技术条件相对苛刻。
改性沥青的发展趋势
高性能,针对性强:不同的病害采用不同的改性材料和改性技术;高性价比:同样的效果采用价格低低廉的改性材料,降低工程造价;绿色环保:废旧材料的循环利用,废旧混合料再生技术的研发与推广应用;节能低碳:温拌、冷拌技术的发展,乳化沥青的应用-微表处、稀浆封层、冷再生技术的研发与推广应用。近年研究的几种特种沥青:
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什么是乳化沥青?乳化沥青与改性沥青两者之间的区别?
乳化沥青和改性沥青更大的区别,乳化沥青有水,改性沥青没水。可以在常温下使用,具有较好的流动性,易于使用,这是乳化沥青更大的优势。待水挥发后乳化沥青中的沥青再次团聚,将集料包裹住,形成稳定的路面结构。相比普通的改性沥青,乳化沥青在施工中具有方便、节约时间的优点。
乳化沥青是一种乳液,简单地说,一个小的沥青液滴悬浮在水中。连续阶段是水,分散阶段是沥青。沥青在室温下表现出与固体相似的性质,在高温下表现出与液体相似的性质。因此,将沥青分散到水中后,可在室温下使用,这是乳化沥青更大的优点。乳化沥青的制造工艺如下图所示,一般是将加热成液体的沥青与乳化剂、稳定剂、酸或碱胶体混合,得到乳化沥青。
沥青的密度跟水很接近,所以沥青可以悬浮在水中,乳化剂就是一种表面活性剂,跟肥皂,洗衣粉是一个系列的。这货的分子一头亲水,一头亲油,一旦跟沥青和水混合会被吸附到沥青与水的界面,把沥青团团包住,亲水的那头带电荷,使得乳化之后能保持稳定。乳化沥青本质上跟牛奶一样,牛奶就是很小的脂肪粒被蛋白质包裹悬浮在水中。
改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物等改性剂的手段对沥青进行改性后的沥青结合料。通过改性剂,均匀分布沥青内使之形成特殊的网格结构,提高了沥青分子抗降解裂变能力,延长了材料的使用寿命。
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