改性瀝青講義三

改性瀝青一改性瀝青概述改性瀝青——指摻加橡膠、樹脂等高分子聚合物、磨細(xì)的橡膠粉或其他填料等外攙劑（外摻劑），并與瀝青均勻混合，使得瀝青的性質(zhì)得以改善而制成的瀝青混合物。改性劑——指“在瀝青或?yàn)r青混合料中加入的天然的或人工的有機(jī)或無機(jī)材料，可熔融、分散在瀝青中，改善或提高瀝青路面性能的材料”。一、改性瀝青的目標(biāo)及應(yīng)用場合1．目標(biāo)改善感溫性提高水穩(wěn)定性提高耐久性2．應(yīng)用場合自然條件或交通條件嚴(yán)厲機(jī)場跑道橋面鋪裝SMA、OGFC路面二、改性瀝青分類和國內(nèi)外研究應(yīng)用情況1)1845年，天然橡膠（NR），英國、法國、荷蘭1947年，廢膠粉（CRM），美國丁苯橡膠（SBR），蘇聯(lián)，日本(1997，27.4萬噸)越來越多的改性瀝青專例，形成商品的四十多種。2)兩個(gè)核心改性劑SBS改性瀝青多達(dá)數(shù)十種。加工工藝NOVOPHALTPE。三、我國改性瀝青的發(fā)展“六五”SBR改性瀝青母體，七五期間得到較多的應(yīng)用，80年代后期，NOVOPHALT改性瀝青的應(yīng)用，新的高潮(改性劑，改性工藝，試驗(yàn)路)。90年代，改性瀝青的技術(shù)成熟00年代，大面積應(yīng)用改性瀝青加工設(shè)備等：改性瀝青生產(chǎn)廠改性瀝青現(xiàn)場加工設(shè)備二改性瀝青分類SBSSBRPE、EVA一、改性瀝青二、常用的改性劑（聚合物類）熱塑性橡膠類：如苯乙烯、丁二烯嵌段聚合物（SBS）橡膠類：如丁苯橡膠（SBR）熱塑性樹脂類：如聚乙烯（PE）、乙烯、乙酸、乙烯脂（EVA）二、常用的改性劑（聚合物類）改性劑品種針入度指數(shù)PI高溫穩(wěn)定性低溫抗裂性彈性恢復(fù)性SBSSBRPEEVA＋000＋0+－＋＋－0＋?－＋1．SBS特點(diǎn)可改善高高溫與低低溫以丁二烯烯—1.3苯乙烯為為單體，，通過離離子聚合合而成的的嵌段聚聚合物結(jié)構(gòu)：硬段（S段）—聚苯乙烯烯段軟段（B段）—聚丁二烯烯段玻璃化溫溫度有兩兩個(gè)：Tg1—－80℃（聚丁二烯烯）Tg2—+80～+100℃（聚苯乙烯烯）型號（1401）第一位：：類型1——線型4——星型第二位：：嵌段比比（S/B）3——3/74——4/6第三位：：充油與與否0——未充油、、1——充油第四位：：分子量量1—<10萬2—14～16萬3—23～28萬選型星型分子子量大，，高溫效效果好，，但加工工困難S/B視改性目目的而定定，高溫溫——4/6，低溫——3/71．SBS改性劑殼拍公司司KratonCaribit、菲納公公司Finaprene、意大利利埃尼公公司Europrene等。初用線型型，后用用星型。。我國：燕燕山石石化(3個(gè)牌號)；岳陽石石化(4個(gè)牌號)。2．SBS改性瀝青青的改性性效果高彈性，高高溫下不不軟化，低低溫下不發(fā)發(fā)脆。指標(biāo)變化：：劑量增加加，針入度度減?。ㄒ灰粋€(gè)等級））臨界含含量軟化點(diǎn)增大大（星型和和線型的差差別）;延度有最大大值（25℃，15℃，5℃）。2．SBR——丁苯橡膠，，世界上最最先使用的的改性瀝青青，我國較較早使用的的改性瀝青青1．難以加工工，采用常常規(guī)機(jī)械攪攪拌很難加加工按加工工藝藝分：溶劑劑法（母體體法）改性性瀝青膠乳改性瀝瀝青。2．溶劑法八十年代初初，六五期期間科技公公關(guān)項(xiàng)目，，溶劑法生生產(chǎn)SBR丁苯橡膠的的方法，20%的高度的改改性瀝青母母體。七五期間，，廣深一級級公路，1991-1993年期間，400萬平方米。。規(guī)模最大的的為青藏二二級汽車專專用路157萬平方米。。陜西、西寧寧等多家單單位研發(fā)了了溶劑法生生產(chǎn)改性瀝瀝青的設(shè)備備2．SBR主要改善低低溫加工工藝（1）攪拌法（2）溶劑法SBR切片→與溶劑（二二甲苯）溶溶脹→與液態(tài)瀝青青共混→回收溶劑（3）母體法用溶劑法制制成橡膠母母體（橡膠膠∶瀝青=1∶4），施工時(shí)時(shí)與瀝青拌拌和（4）膠乳法直接加入法法預(yù)混法用于稀漿封封層，方法法有三：將膠乳與乳乳化瀝青直直接混合；；乳化已經(jīng)制制成的聚合合物改性瀝瀝青；將聚合物膠膠乳、水穩(wěn)穩(wěn)定劑、乳乳化劑與瀝瀝青一起進(jìn)進(jìn)入乳化機(jī)機(jī)、膠體磨磨制得。與普通相比比，低溫性性能，耐久久性有了很很大的改善善。效果：１)低溫效果好好，15，25℃延度可達(dá)到到100cm以上。２)易老化，RTOF后，延度會會顯著降低低。3．PE改性瀝青1）類型LDPE，HDPE，再生聚乙乙烯，回收收聚乙烯LM，柔性、伸伸長率、耐耐沖擊性能能好，結(jié)晶晶度小，溶溶解度參數(shù)數(shù)較寬，外外觀乳白色色圓柱狀顆顆粒2）性能粘度增加，，高溫性能能好。指標(biāo)變化：：針入度減減小軟化點(diǎn)增加加延度減小對多蠟瀝青青較好類型：高密（HDPE）低密（LDPE）線型低密（（LLDPE）再生PE成分復(fù)雜、、加工困難難廢PE薄膜、分類類、洗凈4．EVA主要改善高高溫，低溫溫適當(dāng)改善善透明狀顆粒粒，略帶酸酸味，較之之PE富有彈性和和柔性容易融于瀝瀝青乙烯支鏈上上引入醋酸酸基團(tuán)，EVA改性瀝青的的性能與EVA的分子量以以及乙酸乙乙烯（VA）的含量有關(guān)關(guān)（VA＜5％，改善高高溫；VA＞5％，改善高高溫與低溫溫）。VA含量越高，，基團(tuán)越大大，則似膠膠物的比例例越大，對對低溫改性性越好，且且越易于加加工。VA<5%則近于PE常用VA為19%、28%改性瀝青選選擇低溫地區(qū)，，宜采用針針入度較大大的瀝青，，選用低溫溫性能好的的改性劑（（如SBR等）；高溫地區(qū)，，宜采用針針入度較小小的瀝青，，選用塑料料類（PE、EVA）或SBS等改性劑；；高低溫性能能均有要求求的地區(qū)，，可選用SBS或復(fù)合改性性劑。三改性瀝青原原理選擇性吸附附溶脹新膠體體系系的形成1．基本原理理選擇性吸附附溶脹新膠體體系系的形成2．相容性相容性好——兩種物質(zhì)混混溶后形成成—穩(wěn)定體系，，不發(fā)生分分層或相分分離。由于瀝青與與聚合物之之間存在著著分子量和和化學(xué)結(jié)構(gòu)構(gòu)上的差異異，屬熱力力學(xué)不相容容體系，所所以改性瀝瀝青只是物物理定義上上的相容（（混溶）。。瀝青與改性性劑之間的的混溶程度度取決于兩兩者的溶解解度參數(shù)式中：F——化學(xué)分子團(tuán)團(tuán)的引力常常數(shù)；——密度；M——分子量。改性劑的與軟瀝青質(zhì)質(zhì)的相近，相溶溶性好為了保證相相容性，飽飽和分和芳芳香分應(yīng)占占有一定的的比例。常用的改性性劑的溶度度參數(shù)：聚合物L(fēng)DPESBSEVA飽和分芳香分溶度參數(shù)δ(卡1/2/厘米3)7.1~8.358.1~8.78.1~8.38.28.8結(jié)論：芳香分的溶溶度參數(shù)與與SBS較為接近；；飽和分的溶溶度參數(shù)與與PE、EVA較為接近。。聚烯烴類改改性劑與飽飽和分含量量高的瀝青青相容性要要好；而橡橡膠類改性性劑（如SBR、SBS）則與芳香分分含量高的的瀝青相容容性要好。。瀝青的標(biāo)號號對相容性性和改性效效果均有影影響：針入度減小小相容性降降低，攪拌拌時(shí)間延長長，改性效效果降低高標(biāo)號瀝青青低溫柔性性好，高溫溫性能可以以通過添加加聚合物得得到改善。。瀝青標(biāo)號小小，提供給給聚合物溶溶脹的油分分少，改善善低溫性能能不利；瀝青的標(biāo)號號太大，則則改性瀝青青達(dá)到高溫溫指標(biāo)要求求所需的聚聚合物用量量要增加。。3．吸附、溶溶脹改性劑吸附附瀝青中的的輕質(zhì)組分分體積脹大大（5～10倍）溶脹是相容容性好的一一個(gè)前提吸附、溶脹脹是一個(gè)緩緩慢過程，，隨溫度升升高，速度度加快改性劑量大大時(shí)，溶脹脹程度降低低，但能形形成網(wǎng)狀結(jié)結(jié)構(gòu)4．新的膠體體體系的形形成瀝青中部分分輕質(zhì)油分分被吸附后后，原膠體體體系失去去平衡、瀝瀝青質(zhì)和膠膠質(zhì)析出，，并吸附于于聚合物的的表面，形形成一種新新的膠體結(jié)結(jié)構(gòu)，提高高了體系的的穩(wěn)定性。。改性劑對瀝瀝青中油分分的吸附受受到瀝青膠膠體結(jié)構(gòu)的的制約，吸吸附后形成成新的平衡衡，這也需需要一定的的時(shí)間。由于介面過過渡層的形形成，改性性瀝青離析析后，極易易重新分散散開。對于某一特特定的改性性瀝青，存存在改性劑劑粒子產(chǎn)生生充分溶脹脹的最大限限度，超過過這個(gè)限度度，則溶脹脹減弱，所所形成的界界面層相應(yīng)應(yīng)減薄而影影響體系的的穩(wěn)定性。。四改性瀝青的的影響因素素1．改性劑類型型號2．基質(zhì)瀝青青原油基屬如塑料類與與多臘瀝青青的相容性性好組分芳香分與橡橡膠類相容容性好飽和分與塑塑料類相容容性好瀝青質(zhì)過多多影響其與與改性劑的的相容性分子量分子量小則則運(yùn)動速度度快，活動動能力強(qiáng)，，較易進(jìn)入入聚合物，，使之溶脹脹。標(biāo)號隨標(biāo)號增大大，粘彈性性范圍向低低溫區(qū)移動動，標(biāo)號小小，油分減減少，溶脹脹受影響。。3．改性劑劑劑量隨改性劑劑劑量增多，，改性效果果增大，到到一定劑量量有一突變變→連續(xù)相（橡橡膠類→連網(wǎng)），然然后增長緩緩慢。4．改性劑粒粒子的分散散度粒子越小，，分散越均均勻，體系系越穩(wěn)定，，改性效果果越好。五改性瀝青及及改性瀝青青混合料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1．改性瀝青青的技術(shù)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)號：Ⅰ——熱塑性彈性性體類（SBS）Ⅱ——橡膠類（SBR）Ⅲ——熱塑性樹脂脂類（PE、EVA）ABCD由稀變稠儲存穩(wěn)定性性試驗(yàn)圖2粘韌性試驗(yàn)驗(yàn)粘性——ABCE面積“A1”韌性——CDFE面積“A2”粘韌性：T0＝A1＋A2，韌性：Te＝A2測力延度：：變形——荷載2．改性瀝青青混合料的的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)高溫穩(wěn)定性性——車轍動穩(wěn)定定度（DS）低溫抗裂性性——低溫（－10℃）彎曲應(yīng)變變（）水穩(wěn)定性——?dú)埩舴€(wěn)定度度（S0）凍融劈裂強(qiáng)強(qiáng)度比（R0）3．改性瀝青青的加工簡單的機(jī)械械攪拌方式式高速剪切或或膠體磨方方式橡膠乳液與與瀝青的混混融方法1.簡單的機(jī)械械攪拌方式式——改性瀝青的的改性劑與與瀝青混融融比較容易易的情況SBR膠乳EVA（部分）APAOPE2.高速剪切或或膠體磨方方式樣品制作的最常用用方式。適用于必須通過強(qiáng)強(qiáng)力攪拌或剪切才才能使改性劑均勻勻分散在瀝青中的的改性劑類型。在剪切頭的下方造造成一個(gè)真空區(qū)，，吸入改性劑與瀝瀝青的混合物，通通過轉(zhuǎn)子和定子上上的小孔將改性劑劑強(qiáng)迫剪碎、分散散，同時(shí)使粉碎的的流體介質(zhì)形成高高速液流。在上面面可以設(shè)定一個(gè)回回流板。高速剪切機(jī)目前實(shí)驗(yàn)室使用最最普遍的一種代表表性的專用制作設(shè)設(shè)備剪切攪拌器由由帶孔的轉(zhuǎn)子和定定子組成。加工溫度：160℃～175℃。高速剪切器：7000r/min～8000r/min剪切15min～30min，最長不超過1h。改性是否完成可以以通過顯微鏡取樣樣檢查得到確認(rèn)。。粉狀的或充油的SBS——低速剪切的設(shè)備加加工。小型膠體磨必須有有良好的保溫效果果，使瀝青能達(dá)到到165℃以上，否則將無法法加工，工藝由加加工效果確定。膠體磨瀝青連續(xù)相聚合物連續(xù)相兩相交聯(lián)3.橡膠乳液與瀝青的的混融方法英國No36號道路指南：在1L的容器中加熱500g瀝青，140±5℃；膠乳要少量地徐徐徐加入，每加一次次，保留在表面約約20s；不允許膠乳凝結(jié)和和在表面結(jié)皮，攪攪拌時(shí)間20min；加熱時(shí)間不能太長長使乳液分解，影影響改性效果。既保證橡膠微粒充充分溶解，又不允允許其分解，控制制好攪拌時(shí)間是非非常重要的。六環(huán)保改性瀝青橡膠粉（CR）改性瀝青廢舊聚乙烯（RPE）改性瀝青一橡膠粉（CR）改性瀝青（1）瀝青橡膠的應(yīng)用用20世紀(jì)四十年代為初初期發(fā)展階段20世紀(jì)九十年代，技技術(shù)日趨成熟，得得到了廣泛的應(yīng)用用（廢舊輪胎成災(zāi)災(zāi)）1992年美國聯(lián)邦公路局局曾立法推動橡膠膠粉應(yīng)用于瀝青改改性至今世界發(fā)達(dá)國家家均各自為橡膠粉粉改性瀝青制訂了了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)規(guī)范。（2）橡膠粉改性瀝青青機(jī)理膠粉吸收瀝青中的的芳香分而膨脹、、軟化（膨脹1-3倍）瀝青中芳香分的減減少導(dǎo)致瀝青粘度度增大橡膠粉自身的柔性性，為改性瀝青提提供了良好的路用用性能（3）橡膠粉的制備方方法破碎研磨——先將輪胎適應(yīng)切割割然后研磨，其顆顆粒尺寸為4～5mm；顆粒機(jī)——用旋轉(zhuǎn)鋼刀片剪切切，顆粒尺寸為2～10mm；細(xì)磨（濕磨）——可磨出0.07mm的細(xì)膠粉；冷凍變脆后再磨，，質(zhì)量好，但造價(jià)價(jià)高。（4）橡膠粉改性瀝青青加工技術(shù)1）干法——不能確保橡膠粉在在瀝青中的均勻分分散，且膠粉越細(xì)細(xì)，分散性越差；；2）濕法——應(yīng)控制改性瀝青的的粘度適當(dāng)（≤3000cp），容易泵出，而又要要在熱儲存中不離離析。（5）影響改性效果的的因素膠粉的細(xì)度——越細(xì)，改性效果就就越好；瀝青的組成——瀝青質(zhì)含量高，相相容性較差，芳香香分含量多，則相相容性較好；改性加工技術(shù)——干法、濕法；加工工時(shí)間（6）橡膠粉改性瀝青青的效果1）粘度提高，熱穩(wěn)穩(wěn)定性改善測試溫度（℃）普通瀝青橡膠瀝青1353501210150180600180-150（表列數(shù)字為粘度度值）DSR試驗(yàn)表明，15%橡膠改性瀝青的G*/sin是普通瀝青的2.41倍。2）低溫性能改善弗弗拉斯脆點(diǎn)下降普通瀝青瀝青橡膠1#瀝青橡膠2#4%EVA4%SBS4%SBR-10℃-19℃-17℃-10℃-9℃-9℃SHRP凍斷試驗(yàn)（TSRST）表明15%瀝青橡膠的凍斷溫溫度，由原瀝青的的-20.8℃，降低到-34.1℃。3）彈性恢復(fù)增大原瀝青瀝青橡膠SBSEVA<20859047（4）噪音降低高速公路降低5－8dB。一般公路降低3－5dB。（5）抗疲勞性能明顯改改善幾乎可提高一倍。。其使用壽命可延長長三分之一。（7）改善橡膠粉改性性效果的措施將惰性的硫化橡膠膠粉，通過加熱降降解轉(zhuǎn)為活性改性性劑。表面活性處理廢橡橡膠粉（如采用堿堿性抗剝離劑），，使表面呈酸性的的橡膠粉帶有陽離離子。完善橡膠粉的制備備工藝與加工方法法。二、RPE改性瀝青歐共體RPE環(huán)保改性瀝青試驗(yàn)驗(yàn)研究方案44種新PE（LDPE、LLDPE、HDPE）12種回收PE6種不同基質(zhì)瀝青288種不同改性瀝青配配方26種不同改性瀝青混混合料配方(1)初步試驗(yàn)結(jié)果RPE改性瀝青的性能比比較試驗(yàn)表表1瀝青粘結(jié)料傳統(tǒng)評價(jià)方法SHRP復(fù)合成份25℃針入度環(huán)球軟化點(diǎn)PMB等級PG等級NYNA70/100NY+5%V-LDPENY+5%V-HDPE955943465562---50/70-5330/50-60PG64-28PG70-22PG76-22NY+6%RPE1NY+6%RPE24143616330/50-6030/50-60PG82-22PG76-22NY+3%RPE+3%SBSNY-SBS-PMB455059617830/50-6030/50-53PG76-22PG76-22RPE改性瀝青的性能比比較試驗(yàn)表表2使用瀝青材料瀝青混合料性能混合料類瀝青和聚合物25℃RM彈性恢復(fù)MPa25℃IDT間接拉伸MPa40℃DCR動態(tài)蠕變M（MPa）：S60℃WTR（車轍）車轍深度%SMA0/11NYNAS70/100+6%RPE1NYNAS+3%RPE+3%SBS250421920.80.826;0.2623;0.247.88.2NY-SBS-MB4520790.722;0.2010.8AB0/16ESSO50/70+6%RPE1ESSO50/70+6%RPE2476149791.11.158;0.1583;0.156.93.0NY-SBS-PMB4527921.080;0.1811.0美國FHWA車轍試驗(yàn)報(bào)告ALF1994-1998表18瀝青膠結(jié)料AC-5AC-10AC-20PE/RPESBSMod1．LCPC（法國車轍試驗(yàn)法：）車轍深度%15.513.86.42.63.72．喬治亞洲D(zhuǎn)OT（美國）輪載試驗(yàn)（40C；0.13rad/s;8000cycles）車轍深度mm7.45.43.71.41.93．漢堡（德國）車轍試驗(yàn)；50C；0.13rad/s;20000cycles車轍深度mm>30>308.51.92.8速率/1mm296634622424594179474．ALF（速率）：2.3rad/s；ALF車轍性能等級53412（2）試驗(yàn)結(jié)果分析1．RPE改性瀝青高溫性能能及混