SBS輻射接枝改性及其在道路瀝青中的應(yīng)用

SBS輻射接枝改性

及其在道路瀝青中的應(yīng)用中國科學院上海應(yīng)用物理研究所無錫市交通局無錫市高速公路建設(shè)指揮部

報告人：謝雷東

瀝青

—公路建設(shè)的重要材料之一改性瀝青—瀝青／聚合物共混改性材料提高路用性能主要用于高等級公路熱塑性彈性體SBS—

瀝青改性劑PropertiesAsphaltSBSDensity（25oC）～1.0～0.9Molecularweight～1000＞100000Viscidity（160oC）0.1—0.5＞1000AsphaltcomponentsBlocksofSBSSaturates8.5-9.8

SBS

8.6

Aromatics9.3-11.0

PB8.1-8.6

Resins

10.7-13.0

PS9.0-9.7

Asphaltenes

12.2-16.1

SBS——非極性聚合物瀝青——極性材料SolubilityparametersPropertiesSBS改性瀝青

—特殊的物理共混體系難加工能耗高效率低加工過程中老化嚴重質(zhì)量不穩(wěn)定容易離析不宜儲存

易老化力學性能不理想SBS改性瀝青目前存在的問題剪切分散靜置后SBS輻射改性目的接枝改性提高溶脹性和界面吸附性穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提高界面作用力和應(yīng)力傳遞效率改善力學性能消耗不穩(wěn)定雙鍵提高耐熱、耐老化性能適度交聯(lián)提高分子鏈內(nèi)聚強度提高耐熱、耐老化性能SBS接枝共聚物分析與表征SBS接枝共聚物性能

SBS-g-A4

抗氧化性能顯著改善

相轉(zhuǎn)變溫度升高，抗變形能力增加，溫度敏感性降低。改性瀝青性能分散穩(wěn)定性顯著改善

高剪切混合后靜置24小時對照樣SBS-g-A4/瀝青靜置1小時靜置1小時靜置24小時高剪切混合后改性瀝青流變性能Samples

TSHRP/℃Originasphalt

62.3

SBS(5%)

75.0

SBS-g-A4(4.5%)

75.0

SBS-g-A4(5%)

80.0

SBS-g-A4(5.5%)

83.4

TSHRP明顯提高，高溫性能有所改善高溫復合模量提高，損耗因子的溫度效應(yīng)下降，即：高溫彈性和溫度敏感性都有所改善中試研究單體助劑SBS預(yù)加工SBS混合料干態(tài)輻照接枝SBS獨特的固相輻射接枝方法

——工藝簡便無需后處理適合工業(yè)化加工輻射加工——使用商用60Coγ輻照裝置（上海輻照中心）改性瀝青加工——使用工業(yè)設(shè)備

按常規(guī)加工工藝生產(chǎn)（不加穩(wěn)定劑）2004年6月：試加工5噸輻射改性瀝青；用于寧杭高速公路NH-YX22標X、Y匝道（上面層）2004年11月：試加工10噸輻射改性瀝青和10噸普通改性瀝青（穩(wěn)定劑法、對比產(chǎn)品）；用于無錫環(huán)太湖公路HH21標K19＋585～870、K19＋585～K20＋000左幅（上面層）工程檢測數(shù)據(jù)顯示：產(chǎn)品主要性能指標明顯優(yōu)于國家標準，并優(yōu)于對比加工的普通SBS改性瀝青及相鄰路段施工的商品改性瀝青（科茵格改性瀝青）。

無錫環(huán)太湖公路試驗路段HH21標

K19＋585～870、K19＋585～K20＋000左幅（上面層）中試產(chǎn)品性能（工程檢測數(shù)據(jù)）

試驗項目輻射改性瀝青（小試產(chǎn)品）普通改性瀝青（對照加工產(chǎn)品）技術(shù)要求針入度（25°C，100g,5s）0.1mm636250～80延度（5°C，5cm/min）cm65.737.1≮30軟化點（環(huán)球法）°C66.456.2≮60TPOT后殘留物針入度比（25°C）％77.371.0≮65延度（5°C，5cm/min）cm34.920.0≮20混合料檢測結(jié)果

（工程監(jiān)測數(shù)據(jù)）試驗路段瀝青種類馬氏密度(g/cm3)理論密度(g/cm3)體積百分率（%）空隙率（%）粒料間隙率（%）飽和度（%）穩(wěn)定度(KN)流值(0.01㎝)輻射改性瀝青（中試產(chǎn)品）2.5272.62713.23.8177713.3136.8普通改性瀝青（對照產(chǎn)品）2.5172.63812.34.616.972.913.2125.8凍融劈裂試驗結(jié)果（工程監(jiān)測數(shù)據(jù)）

瀝青混合料（AK-13）無條件劈裂強度（Mpa）條件劈裂強度（Mpa）TSR（%）要求（%）輻射改性瀝青（中試產(chǎn)品）1.44201.231185.4≥80普通改性瀝青（對照加工產(chǎn)品）1.36271.106181.17科茵格改性瀝青（環(huán)太湖施工）1.4161.17382.8-10℃小梁彎曲試驗結(jié)果（工程監(jiān)測數(shù)據(jù)）

動穩(wěn)定度（抗車轍）試驗結(jié)果

（工程監(jiān)測數(shù)據(jù)）瀝青混合料（AK-13）最大荷載（KN）跨中撓度（mm）抗彎拉強度（Mpa）勁度模量（Mpa）破壞應(yīng)變（με）要求（με）輻射改性瀝青（中試產(chǎn)品）1.1290.539.223408.12775.9≥2000普通改性瀝青（對照產(chǎn)品）1.03830.438.483897.82235.1瀝青混合料（AK-13）動穩(wěn)定度（次/mm）123平均要求輻射改性瀝青（中試產(chǎn)品）8025787578357912≥2500普通改性瀝青（對照產(chǎn)品）6500630078756892科茵格改性瀝青（環(huán)太湖施工）4500572748505026試鋪段路面現(xiàn)場觀測結(jié)果（工程監(jiān)測數(shù)據(jù)）

樁號瀝青滲水系數(shù)構(gòu)造深度馬氏壓實度理論壓實度K20+000左輻射改性瀝青（中試產(chǎn)品）00.7101.197.0K19+920左3300.898.194.3K19+820左普通改性瀝青（對照產(chǎn)品）00.7100.196.1K19+720左00.797.893.9K19+640左56.70.899.595.5K20+000右科茵格改性瀝青（環(huán)太湖施工）270.798.194.2K20+380左00.798.794.8K20+280左86.6——96.892.8K20+190右00.898.094.2K20+080左20——100.196.0K20+245右00.8100.096.0我國公路通車里程

《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》組成：7條首都放射線、9條南北縱向線、18條東西橫向線，簡稱“7918網(wǎng)”規(guī)劃時間：2005-2030年靜態(tài)投資額：２萬億元總規(guī)模：8.5萬公里道路建設(shè)面臨的問題瀝青路面早期損壞嚴重設(shè)計使用壽命一般為15年通常2～3年即發(fā)生功能性損壞通常3～7年即發(fā)生結(jié)構(gòu)性損壞國內(nèi)改性瀝青市場需求起步較晚（1992年首次引進并取得成功）發(fā)展迅猛（1998年僅占瀝青消費總量2.6%，2002年迅速發(fā)展到10.5%）目前年用量已超過110萬噸，預(yù)計在未來幾年內(nèi)，將突破130萬噸。輻射改性瀝青市場競爭力

我國道路使用壽命短、資源浪費嚴重，質(zhì)量穩(wěn)定的高性能改性瀝青，可以降低道路全壽命使用成本。早期改性瀝青主要采用現(xiàn)場加工，目前傾向于集中工廠化生產(chǎn)，對改性瀝青穩(wěn)定性提出了更高要求，輻射改性瀝青解決了儲存穩(wěn)定性難題，特別適合工廠化生產(chǎn)。

輻射改性瀝青產(chǎn)品定位性能／價格比較改性瀝青種類動穩(wěn)定度（／次.mm-1）改性瀝青價格1（元／噸）普通SBS改性瀝青（文獻數(shù)據(jù)）5028約3300TLA復合改性瀝青2（文獻數(shù)據(jù)）8600約6000輻射接枝改性瀝青（中試數(shù)據(jù)）7912約3500注1：2004年底前價格注２：

TLA復合改性瀝青，一種用特立尼達湖瀝青（天然瀝青）配制的澆注型改性瀝青，我國已用于江陰長江大橋。產(chǎn)品成本控制普通SBS改性瀝青成本：～5500

元／噸輻射改性瀝青成本：～5635元／噸（↑2.5％）降低產(chǎn)品成本對策降低SBS摻量降低改性瀝青加工成本（改革工藝或提高加工效率）

瀝青高剪切加工～10.6

%SBS原料～17.8

%基質(zhì)瀝青～67.4%助劑及改性處理～4.2%產(chǎn)品成本構(gòu)成近期工作進展電子加速器輻照工藝研究使用常熟電纜廠輻照中心2.5MeV電子加速器SBS片材單面輻照最佳射程為10mm（雙面輻照為22mm）SBS粒料單面輻照最佳射程約為23.5mm（雙面輻照約為51.7mm）輻照劑量低于60kGy時，凝膠含量（交聯(lián)度）沒有明顯增加電子束處理SBS改性瀝青與鈷源處理性能指標相近改性瀝青抗老化研究

初步建立SBS及瀝青老化研究方法，嘗試由兩種組分復配的抗氧化劑，可以將SBS的起始氧化峰溫度（DSC方法)提高30～60℃，取得明顯抗老化（氧化）效果不同SBS摻量產(chǎn)品性能SBS摻量（％）軟化點（℃）低溫延度(cm)估算成本(元／噸）實驗結(jié)果技術(shù)要求實驗結(jié)果技術(shù)要求5.089.3A/B/C/D39.0B/C/D5635(↑2.5%)4.576.8A/B/C/D32.4C/D5536(↑0.7%)4.260.5A/B/C/D30.0C/D5474(↓0.5%)4.057.9A/B/C29.0D5432(↓1.2%)不同SBS摻量產(chǎn)品性能及成本（本實驗室測試數(shù)據(jù)）

SBS摻量降低至4.2%，產(chǎn)品性能仍能同時滿足較熱地區(qū)（C級）和炎熱地區(qū)（D級）要求，而產(chǎn)品成本可比普通改性瀝青降低約0.5%不同SBS摻量產(chǎn)品適用范圍5%SBS摻量：能夠同時滿足寒冷地區(qū)（B級）至炎熱地區(qū)（D級）要求，并可延伸至更高使用溫度（D級＋25℃）4.5%SBS摻量：能夠同時滿足較熱地區(qū)（C級）至炎熱地區(qū)（D級）要求，并可延伸至（D級＋15℃）使用溫度4.2%SBS摻量：能夠同時滿足較熱地區(qū)（C級）至炎熱地區(qū)（D級）要求4.0%SBS摻量：低溫性能接近C級，高溫性能接近D級，有待進一步改進SBS摻量性能A類地區(qū)（嚴寒）B類地區(qū)（寒冷）C類地區(qū)（較熱）D類地區(qū)（炎熱）D＋5℃D+10℃D+15℃D+20℃D+25℃5%高溫性能低溫性能4.5%高溫性能低溫性能4.2%高溫性能低溫性能4.0%高溫性能低溫性能不同加工方式產(chǎn)品性能加工方式軟化點（℃）低溫延度(cm)高速剪切法84.229.1低速攪拌法74.526.2加工方式軟化點（℃）低溫延度(cm)高速剪切法84.029