1 影响SBS改性沥青效果的因素[1]

2003年6月山西交通科技

SHANXISCIENCE&TECHNOLOGYOFCOMMUNICATIONSNo.3

June影响SBS改性沥青效果的因素

张宏武1,李彦青2

(1.山西省交通科学研究院,山西　太原　030006;2.山西远方路桥集团有限责任公司,山西　大同　037006)

　　摘要:在理论分析SBS改性沥青混合体系的基础上,对施工工艺中影响SBS改性沥青效果的因素进行了探讨。

关键词:SBS改性沥青;相容性;分散性;溶胀

中图分类号:U414.01　　　文献标识码:A　　文章编号:100623528(2003)03200045202

　　目前,国内外对沥青路面均采用改性沥青来提高路面的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等性能,其中最为常见的是SBS改性沥青。现代沥青化学和化学热力学的研究成果认为沥青是以固态的沥青质为溶质相和液态软沥青质为溶剂相所组成的混合体系,这两相相容性的优劣与沥青技术性质有直接的关系,根据这一观点,在改性沥青这种聚合物与沥青质、软沥青质的混合体系中,聚合物与沥青相容性以及聚合物在沥青中的分散性决定着体系的改性效果。不仅沥青和改性剂的性质影响改性沥青混合体系的改性性能,施工工艺对此也有明显的作用。

1　混合体系的热力学相容性1.1　相容性优劣的判断

1.2　相容性对聚合物改性沥青影响SBS是苯乙烯—丁二烯嵌段共聚物,苯乙烯段

溶解度参数为9.1,与软沥青质的溶解度参数相差较大,丁二烯的溶解度参数为8.4,与软沥青质比较接近,所以从热力学角度综合考虑,SBS同沥青的相容性较差,SBS改性沥青为亚微观结构上的多相体系,沥青本身就是一个多相体系,其中沥青质是分散相,油分是连续相,而树脂起保护作用。当把沥青作为一种材料,在与SBS进行混合时,由于沥青本身结构十分复杂,只有部分与聚合物有相亲作用,能与沥青均匀分散,而大部分组分与SBS是不相容的,但是由于沥青材料的分子量分布很宽,可以采用一定的加工工艺使SBS与沥青相容,因此从工艺角度来讲,仍然有一定的工艺相容性。2　聚合物在沥青中的分散性

从热力学角度来看,相容性是指两种或两种以上的物质按任意比例都能形成匀质体系的能力。两种物质混合时,有以下的热力学关系:

∃Fm=∃Hm-T∃Sm,式中:∃Fm、混合热、∃Hm、∃Sm分别为混合自由能、

混合熵。只有∃Fm为负值,混合(此时为溶解)过程才能自发进行。溶解过程中熵总是增大的,∃Sm总是负值,无定形高聚物溶解热∃Hm总是正值(吸热),为了使∃Fm为负值,∃Hm值愈小或趋于零愈好,这说明高聚合物大分子间内聚力与溶剂作用力接近,有利于相容,低分子的分子数远大于高分子的分子数,因此低分子的混合熵比高分子的混合熵大得多。

收稿日期:2002204222;修回日期:2003203205

在改性沥青中,聚合物的比例较小(一般少于10%),因此它们之间的相容性可以理解为聚合物在基质沥青中的溶解,这种溶解包括两个过程:先是溶胀过程,然后是扩散过程或是溶胀团粒的分散,如果聚合物掺量少,易分散且又可溶胀于沥青的软沥青中。二是从沥青中析出胶质和油分并吸附于聚合物的表面,形成类似沥青本身的另一种胶体结构。

用SBS类热塑性弹性体改性沥青时,如果聚合物能够与沥青形成相互交联的网状结构,不但能在一定程度上改善沥青的高温性质,而且能够提高沥青的低温变形能力,表现在改性沥青的低温延度的

作者简介:张宏武(1973-　),男,山西太原人,工程师,2001年长安大学硕士研究生毕业;

李彦青(1968-　),男,山西大同人,工程师,1991年毕业于太原理工大学。

・46・　　　　　　　　　　　　山西交通科技　　　　　　　　　　　　　　2003年第3期

间的增加得到逐步改善,而在搅拌2h后,继续增加搅拌时间,P.I值变化不大,其感温性没有得到更进一步明显改善;延长搅拌时间可以增加改性沥青的高温稳定性,在搅拌3h后,继续增加搅拌时间,其T800的增长变化幅度明显减少,所以从高温稳定性考虑,搅拌时间为3h;随搅拌时间的增加,改性沥青在2h前T1.2变化不大。改性沥青搅拌2h后继续延长搅拌时间,其低温延度的增幅明显减小。

综合考虑改性沥青的感温性、高温稳定性及低温抗裂性3项指标,在搅拌温度180℃条件下,SBS进行改性时的合理搅拌时间为3h。

4.2　搅拌温度对SBS改性沥青性能的影响随搅拌温度的升高,改性沥青的P.I值均有明显提高,这说明提高搅拌温度有利于改善改性沥青的感温性。考虑到搅拌温度过高改性沥青的老化严重,为此混合温度一般以不超过204℃为宜;提高搅拌温度,改性沥青的T800均可有所提高,T800的变化规律与P.I几乎一致;随着搅拌温度的提高,T1.2均有下降的趋势。从低温延度指标分析,提高搅拌温度可显著增加SBS改性沥青的10℃和5℃延度。4.3　不同研磨遍数对SBS改性沥青性能的影响

提高。从流变学角度来讲,沥青材料在一定的形变速率下,流动速度大于形变速度时,材料作均匀流动延伸为细丝而不断裂,当其允许流动速度低于形变速度时,沥青则产生颈缩而断裂。低温下沥青的流动速度很慢,但由于受到均匀分散呈交联或部分交联状的橡胶丝扭结作用的增强,通过剪切力的传递,仍由弹性的橡胶承受拉力,从而可使改性沥青表现出较大的形变弹力。当聚合物在沥青中分散不均匀或出现凝聚时,哪怕是速度很低,也会由于应力集中而使延度降低。

聚合物能否在沥青中很好地分散,取决于它与沥青的相容性,并与加工工艺条件有关。3　改性剂剂量对改性效果的影响

改性剂剂量是影响改性效果的重要因素,当聚合物含量很少时,且沥青具有高的芳香性时,聚合物是可溶的,聚合物沥青呈单相体系,表现为聚合物相分布在呈连续相的沥青中,此时聚合物相被沥青中的轻质组分所溶胀,进而形成网状结构,沥青性能得到改善。剂量继续增大,特别是对于橡胶类则形成相互贯通的网络,体系表现为双连续相,在此区域性能指标大幅度变化,可以将此区的剂量上限称为临界含量,如剂量再增大,沥青相成为非连续相而分布在呈连续相的聚合物相中,在此区性能指标变化幅度明显较小。

4　加工工艺对聚合物分散状态的影响

即使在相同的温度下,不同的研磨遍数对改性沥青的性质影响也是较大的。在制作改性沥青时,不同设备对改性沥青的研磨遍数是不相同的,在达到技术要求的前提下,对于胶体磨式的改性沥青设备,不易增加研磨次数,随研磨次数增加,磨机升温从而会导致沥青劣化。

由上述结果可知,改性沥青的性能不仅与聚合物本身的性能有关,而且还与加工工艺密切相关,为此在注重改性沥青本身改性效果的同时,应加强对其加工工艺的研究和施工设备的选择。

参考文献:

[1]　交通部阳离子乳化沥青课题协作组.阳离子乳化沥青

要使聚合物发挥改性效果,就必须使聚合物充

分分散均匀地分布于沥青中,这是工艺所必须要解决的问题。可以初步认为聚合物与沥青的混溶改性是以物理改性为主,聚合物首先吸收沥青中的低分子物质溶胀,体积增加,然后在热力和机械力下以一定状态分散于沥青中,如果忽视聚合物的分散状况,聚合物的改性作用就会降低到最小,甚至产生负面作用。

4.1　搅拌时间对SBS改性沥青性能的影响

路面[M].北京:人民交通出版社,1997.

[2]　张登良.沥青与沥青混合料[M].北京:人民交通出版

室内试验时,SBS改性沥青的感温性随搅拌时

社,1993.

TheFactorsofInfluencingonSBSModifiedBitumenEffects

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ZHANGHong-wu,LIYan-qing

(1.ShanxiProvincialResearchInstituteofCommunications,Taiyuan,Shanxi　030006,China;

2.ShanxiYuanfangRoad&BridgeGroupCo.Ltd,Datong,Shanxi　037006,China)Abstract:OnthebaseoftheoreticalanalyzingSBSmodifiedbitumenmixingsystem,thepaperdis2cussedthefactorswhichinfluencingonitseffectsinconstructiontechnology.

Keywords:SBSmodifiedbitumen;compatibility;dispersity;swelling