《不同相容剂掺量下沥青改性效果研究》-工学论文，化学工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

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不同相容剂掺量下沥青改性效果研究

范文

邹媛丽金吉海

摘 ?????要：以减三糠醛抽出油为相容剂，90# 沥青为基质沥青，LG501S为改性剂，考察了相容剂的不同掺入量（占基质沥青质量）0，1.0%，2.0%，3.0%，4.0%，5.0%对改性沥青性能的影响，分析了增加相容剂掺入量沥青相与SBS相的形态特征。结果表明，增加相容剂掺入量后，改性沥青针入度、弹性恢复逐渐升高，软化点、针入度比逐渐降低，经过旋转薄膜烤箱（RTFOT）后，改性沥青5 ℃延度、5 ℃老化后延度逐渐增加，提高了改性沥青的延伸性能。随着相容剂掺入量的增加，改性沥青的高温抗车辙因子能力降低，低温抗裂性能提高;改性剂SBS在沥青中的粒径逐渐减小，分布律逐渐增加，使改性沥青的储存稳定性得到显著提高。

关 ?键 ?词：动态剪切流变;改性沥青;减三抽出油;荧光显微镜

中图分类号：TE624 ??????文獻标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）06-1197-04

Abstract： The furfural extract oil was used as the compatibilizer， the 90# asphalt was used as the matrix asphalt， and the LG501S was used as the modifier， modified asphalt was prepared. The influence of different blending amounts of compatibilizer （0，1.0%， 2.0%， 3.0% 4.0% and 5.0%） on the performance of modified asphalt was investigated. The morphological characteristics of asphalt phase and SBS phase with the addition of compatibilizer were analyzed. The results showed that after adding the compatibilizer， the penetration and elastic recovery of the modified asphalt gradually increased， and the softening point and penetration ratio gradually reduced. After the rotary film oven test （RTFOT）， the ductility of modified asphalt at 5 °C and the ductility of modified asphalt at 5 °C after the aging increased gradually， which improved the elongation performance of the modified asphalt. With the increase of the amount of compatibilizer，the high-temperature anti-rutting factor of the modified asphalt reduced， and the low-temperature crack resistance increased. The particle size of the modifier SBS gradually reduced in the asphalt， and the distribution gradually increased， which could improve the storage stability of modified asphalt.

Key words： Dynamic shear rheology; Modified asphalt; Extract oil; Fluorescence microscope

热塑性丁苯橡胶SBS是一种常用的沥青改性剂，通过改性剂的掺加使沥青的高、低温性能得到改善，由于SBS改性剂的分子质量、极性与沥青差别较大，改性剂在沥青中较难溶胀分散 [1，2]，影响改性沥青的储存稳定性。增加相容剂可以使改性剂SBS在沥青中的溶胀、分散状态得到改善，利于改性沥青的高、低温性能以及PG路用性能的提高。

本文选取绥中减三糠醛抽出油（下文简称相容剂），以绥中90#沥青为基质沥青、LG501S为改性剂，通过增加相容剂掺量考察对改性沥青性能的影响，并通过荧光显微镜观测在相容剂掺量增加时沥青相与SBS相的形态特征。

1 ?实验部分

1.1 ??实验原材料

试验中使用的基质沥青为中海沥青绥中90#沥青;SBS改性剂为LG公司线形LG501S;稳定剂HMD-1;相容剂为绥中减三糠醛抽出油（表1）。

1.2 ?改性沥青制备工艺

将基质沥青加热至160 ℃后，加入4%的SBS进行4 000 r/min高速剪切，待温度升高至185 ℃时开始计时，加入占基质沥青质量0.0%的相容剂，保持温度不变并剪切2 h后加入稳定剂，将剪切速率降到1 000 r/min进行发育，制得改性沥青样品1。通过改变相容剂的掺量为1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%，从而制得样品2、样品3、样品4、样品5、样品6。

1.3 ?改性沥青的性能评价

软化点与135 ℃运动黏度是改性沥青生产过程中常用的检测指标，试验过程简便快速，经常被用作在线质量控制与调整的依据，能够比较真实的反映改性沥青高温性能。

动态剪切流变试验，采用美国TA公司生产的AR2000EX沥青动态剪切流变仪，通过对试验进行一定频率下的动态温度扫描，考察复数剪切模量G*与相位角δ两个物理量。复数剪切模量是材料抵抗变形的综合能力的物理量，tanδ是损耗模量与弹性模量之比，G*和δ值随温度变化越大，沥青对温度越敏感，反之沥青的温度敏感性小，同时动态剪切流变试验中得到的参数G*/sinδ是SHRP（美国公路战略研究计划）中关于沥青胶结料高温性能判定的指标。并规定在该温度下得到的原样沥青G*/sinδ≥1.0 kPa，老化沥青G*/sinδ≥2.2 kPa则认为该沥青可用于该温度环境。

低温弯曲流变试验，采用日本cannon公司生产的TE-BBR-F低温弯曲流变仪，通过对沥青路面低温开裂进行预估得到沥青材料的劲度模量，考察劲度模量S与松弛性能m两个物理量为评价沥青低温性能的核心指标。根据Superpave性能分级的标准规定，低温弯曲流变试验（BBR）将沥青样品经过TFOT和PAV老化后制备小梁试件，在环境极限低温T以上10 ℃进行试验，并规定在试验温度下得到的沥青结合料满足劲度模量S≤300 MPa，且m≥0.3则认为该沥青可用于该温度环境。

荧光显微镜在不同波长区段的激发光，能够使改性沥青中的SBS材料激发出黄绿色的荧光，从而观测到改性剂混合过程中不同阶段SBS的形态变化。

2 ?实验结果与讨论

2.1 ?相容剂掺量对沥青常规指标的影响

以减三抽出油为相容剂，进行相容剂掺量的考察实验，不同相容剂掺量下改性沥青常规性能如表2。

由图1可知，随相容剂掺量增加，改性沥青针入度、弹性恢复逐渐升高，软化点、针入度比逐渐降低。这是由于相容剂掺量的增加，使改性沥青中芳烃组分含量增加，促进了改性剂的溶胀、分散，使改性沥青弹性恢复、软化点、针入度发生变化;经过薄膜烘箱老化沥青中轻质组份更易挥发或氧化成沥青质、胶质等大分子，使得老化后沥青的针入度比下降。

随着相容剂量的增加，改性沥青的5 ℃延度逐渐增加、5 ℃老化后延度前期逐渐增大，但老化后延度增加到一定指标后变化不明显。分析原因如下，在相容剂掺量较低时，相容剂促进了改性剂的溶胀、分散，利于改性剂与沥青的相容性[3，4]。随着相容剂掺量的继续增加，改性沥青硬度下降，延度提高，而在老化过程中，多余的相容剂散失，未起到提高延伸性的作用。

2.2 ?相容剂掺量对沥青高低温性能的影响

以减三抽出油为相容剂，进行相容剂掺量的考察实验，不同相容剂掺量下改性沥青高温剪切流变性能及低温弯曲梁流变性能如表3、4所示。

由高温剪切流变性能测试结果可知，在相同相容剂掺入量下，随着剪切温度的升高，改性沥青的高温抗车辙因子性能逐渐降低[5];在相同剪切温度下，随着相容剂掺入量的增加，改性沥青的高温抗车辙因子性能逐渐降低，当相容剂掺量由0%增加到2.0%时，改性沥青的高温性能由70 ℃降为64 ℃。由低温弯曲梁流变性能测试结果可知，同等相容剂掺量下，随着试验温度的降低，改性沥青的低温抗裂性能逐渐降低;同等试验温度下，随着相容剂掺量的增加，改性沥青的低温抗裂性能逐渐提高，当相容剂掺量由0%增加到2.0%时，低温性能由-12℃降为-18 ℃。

2.3 ?相容剂掺量对改性沥青微观结构的影响

通过不同相容剂掺量下改性沥青储存稳定性的变化可知，增加相容剂掺量利于改性剂与沥青的相容性[6]。通过荧光显微镜可以观测在相容剂掺量增加时改性沥青的微观结构（图5）。

3 ?结论

（1）随着相容剂掺量的增加，改性沥青的针入度、弹性恢复、5 ℃延度、5 ℃老化后延度升高;软化点、旋转黏度、离析软化点差、老化针入度比下降。

（2）在同等测试温度下，随着相容剂掺量的增加，改性沥青高温抗车辙性能降低、低温抗开裂性能升高。当相容剂掺量为2.0%时，改性沥青的高温性能由70 ℃降为64 ℃;改性沥青的低温性能由-12 ℃降为-18 ℃。

（3）随着相容剂掺量的增加，SBS在沥青中溶胀程度增加，分散更均匀，SBS-沥青共混体系更稳定。当相容剂掺量为2.0%时，SBS在沥青中分散状态由团絮状分散到均匀分散。

参考文献：

[1] 郭淑華，曾赘.聚合物对改性沥青性能影响的综合评价[J].公路交通科技，2003，6（3）：5-9.

[2]张玉霞.聚合物结构对改性沥青新能的影响[D].东营：中国石油大学（华东）重质油研究所，2007.

[3]张富彬，李小兰，施杨，张登峰.SBS改性剂与沥青的相容性分析[J].建材世界，2011，32（6）：10-13.

[4]饶枭宇，周进川，张永兴，张智强. SBS改性沥青常规指标与SHRP性能指标的关系[J].重庆交通学院学报，2006，25（1）：48-51.

[5] Lewadowski L H.Polymer Modification of Paving Asphalt Binders [J]. Rubber Chemistry and Technology， 1994， 67： 347-380.

[6]杨国明，裴晓光，李福起. 多聚磷酸对沥青性能影响研究[J].当代化工，2017，46（3）：422-425.

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