公路 2007年9月 第9期 HI GHWA Y Sep . 2007 N o . 9 文章编号:0451-0712(2007) 09-0153-03 中图分类号:U 414. 75 文献标识码:A
SBS 改性沥青稳定剂的应用研究
李双瑞, 林 青, 董声雄
(福州大学化学化工学院化工系 福州市 350002)
摘 要:添加稳定剂可以使苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS) 在沥青中稳定分散, 制备出储存稳定性良好的SBS 改性沥青。通过F D-06无硫稳定剂和一种含硫稳定剂对SBS 改性沥青稳定效果的测试, 比较其相容性效果和路用性能指标的变化, 分析稳定剂性能特征。结果表明, 加入稳定剂后样品的高温储存稳定性改善明显, 同时, 加入FD -06无硫稳定剂的SBS 改性沥青在热贮存过程中性能更加稳定, 不易离析。
关键词:FD -06无硫稳定剂; 含硫稳定剂; SBS 改性沥青; 高温贮存稳定性; 相容性
SBS 改性沥青, 因其具有明显优异的路用性能而在国内外被广泛使用[1～3]。然而, SBS 改性沥青普遍存在高聚物/沥青相容性[4～6]的问题, 在某种程度上对SBS 改性沥青的使用带来一定的难度。这就要求科技人员对相容性稳定剂进行深入的研究, 最终达到为道路工程提供具有储存稳定性良好的改性沥青。
目前改性沥青稳定剂基本上可以分为调和型和化学型两个大类。调和型稳定剂一般仅能改变基质沥青化学组成比例, 而化学型稳定剂则能在沥青和高聚物之间产生明显的化学反应, 进而最终达到改善相容性的目的。在前期实验室研究和工业应用成功的基础上, 本文对两种化学型稳定技术进行了比较, 并着重叙述FD -06型无硫稳定剂的稳定效果。1 材料与方法1. 1 基本原料
基质沥青:沥青A , 广州石油化工总厂提供; 沥青B, 新疆克拉玛依炼油化工研究院提供。
稳定剂a:一种含硫的商品稳定剂, 掺量0. 3%。稳定剂b :FD -06无硫稳定剂组合物(自制) , 由酯类和无机金属氧化物组成, 掺量0. 15%。SBS1401橡胶:岳阳石油化工总厂提供, 掺量5%。1. 2 样品制备
取100份的基质沥青预热到规定温度, 加入总量5%的SBS 橡胶, 稍微搅拌后将混合物料温度提高
基金项目:中法先进科技合作项目(PRAM X 02-08)
到(160±5) ℃, 并保持40～45min 的预浸渍。之后在将物料温度提高到(180±5) ℃进行高速剪切分散, 在剪切开始时将稳定剂加入, 从高速剪切分散混合到老化的整个过程中, 根据预先设置要求对不同阶段的物料分别取样分析。设计的4个系列样品如表1所示, 其制备工艺过程如图1所示。
表1 样品名称及原料
样品名称
SA -1SA-2SB-1SB-2
基质沥青
A A B B
稳定剂a b a b
图1 样品制备工艺示意
1. 3 性能测试方法
对表1中所列的4个系列样品, 分别根据其在图1所示的不同时间点取样, 然后依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JT J 052-2000) 规定的试验方法进行针入度、软化点和延度的分析测试。
收稿日期:2007-03-26
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2 测试结果与讨论2. 1 针入度
根据《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTJ 036-98) 对改性沥青技术指标的要求, 对于I-D 级
改性沥青, 25℃时的针入度必须大于40×0. 1mm , 因此如果仅仅从该项指标分析, 发育后的样品均为合格。图2分析数据表明, 剪切后的分散料经发育
后, 其针入度呈小幅度升高的变化。但是, 在静置老化阶段, 针入度指标却随着老化时间的增加逐渐变小, 而且其变化幅度随着稳定剂的不同而不同。可以认为, 当老化时间超过48h 后, 采用FD-06无硫稳定剂改性两种基质沥青后, 其针入度指标依然满足JTJ 036-98
规范的要求。
图2 针入度测试结果
2. 2 软化点
为了方便比较, 图3和图4分别以两种不同方式表示软化点测试结果。分析图3可知, 对于同种基质沥青而言, 使用两种不同稳定剂所得的剪切后分散料的软化点基本接近。但是, 当经过发育和静置老化后, 其软化点呈现出明显不同的上升速率。以沥青A 为例, 在经过发育阶段后, SA-1和SA-2样品的软化点分别从74. 6℃和75. 4℃提高到84. 5℃和77. 0℃, 增加幅度分别为13. 3%和2. 1%, 两者增加幅度之差高达6. 25倍。如果再仔细考察静置老化的影响, 可以发现SA-1、SA -2、SB-1、SB-2的软化点增加率分别提高了20. 0%、11. 2%、26. 1%和15. 0%, 也就是说对于同一种基质沥青而言, 当稳定剂不同时, 其静置老化过程软化点增幅之比达到1. 66～1. 73。这些分析充分显示出了稳定剂不仅对产品组分的理化相容性起到至关重要的作用, 也对高温流变学行为产生很大的影响。由图4也可看出, 在热贮存过程中, 加入FD-06无硫稳定剂样品的软化点变化趋势缓慢, 而加入稳定剂a 的样品变化迅速, 这说明热贮存过程中, 加入FD -06无硫稳定剂的样品更稳定。2. 3 低温延度
低温流变学表征是分析改性沥青性能的一个重要手段, 为了使分析结果快速直观, 在实践应用中改性沥青低温流变学性能一般以5℃延度表示。图5和图6
分别表示了不同阶段样品低温延度的变化过, 1
图3 软化点测试结果
图4 软化点测试结果
样品经过1. 5～3. 0h 的发育, 其延度可以提高到38. 6cm 和43. 0cm , 远远比JTJ 036-98中I-D 级改
性沥青要求≥20cm 的大。对于FD -06无硫稳定剂, SA-2和SB-2样品经过1. 5～3. 0h 的发育, 其延度也达到了31. 6cm 和32. 7cm, 比SA-1和SB-1的延
2007年 第9期 李双瑞等:SBS 改性沥青稳定剂的应用研究样品SA -1和SB -1在72h 的热贮存过程中, 其延度迅速降低, 而加入FD -06无硫稳定剂的样品SA -2和SB-2, 其延度变化缓慢, 且最终比SA-1和SB-1的延度都高。这说明加入FD-06无硫稳定剂使得SBS 改性沥青在热贮存过程中更加稳定, 性能更好。这可能是因为FD-06无硫稳定剂使得SBS 在沥青中形成了更加稳定的三维网络结构, 这种网络结构在热贮存过程中不容易被破坏, 因此其改性沥青的弹性好, 低温延度也就变化慢。
如果将低温延度的变化趋势和表示高温流变学特点的软化点相比较, 可以观察到随着低温延度的降低, 软化点不断升高,
针入度逐渐降低。
图6 延度测试结果
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加稳定, 不容易离析。
由于基质沥青理化性能可以得到改变, 生产高性能沥青所必需的基质沥青原料的选择范围得到扩大, 化学改性技术的应用和两个原料扩大的结果, 最后将带来路用沥青性能/价格比的提高。参考文献:
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图5 延度测试结果
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3 结论
沥青中的部分组分具有化学活性, 因此可以利用其活性点, 引入带有活性基团的反应物, 并通过被引入分子的化学结构的调节, 达到改变基质沥青的理化性能, 以及沥青/高聚物的相容性。加入FD-06无硫稳定剂的SBS 改性沥青在热贮存过程中性能更
Application and Research on Stabilizers of
Styrene -Butadiene -Styrene Polymer Modified Asphalts
LI Shuang -rui , LIN Qing , DO NG Sheng -xiong
(School of Ch emistry and Chemical Engin eering, Fu zhou University, Fu zhou 350002, Ch ina)
Abstract :T he hig h temperature storag e stability of styrene-butadiene-styrene tri-block co poly mer
(SBS ) modified asphalt can be improved sig nificantly w ith the addition o f stabilizer . FD -06free -sulfur
stabilizer and a kind of stabilizer w ith elem ental sulfur ar e used to prepare SBS m odified asphalts and their co
公路 2007年9月 第9期 HIG HW A Y Sep . 2007 N o . 9 文章编号:0451-0712(2007) 09-0156-04 中图分类号:U 414. 18 文献标识码:A
粉煤灰对水泥稳定类基层材料
性能改善的机理探讨
陈 潇,
周明凯, 沈卫国, 赵青林
(武汉理工大学硅酸盐材料工程中心教育部重点实验室 武汉市 430070)
摘 要:针对粉煤灰对水泥稳定类基层材料性能改善机理不够完善、不够系统以至水泥粉煤灰稳定类基层材料无法很好地进行推广应用的问题, 从材料的组成、结构决定材料的性能的原理入手, 通过分析探讨粉煤灰对水泥稳定类基层材料的微观与宏观结构组成、化学与材料组成以及力学参数等方面的改性, 提出粉煤灰通过填充作用、活性作用、接触形式改善作用、微集料作用以及改善力学参数作用对水泥稳定类基层材料的性能进行改善, 为水泥粉煤灰稳定类基层材料的设计与应用提供了相应的理论支持。
关键词:粉煤灰;
水泥稳定类基层; 性能改善机理
水泥稳定类基层材料强度高、水稳性好, 是目前我国高等级公路广泛采用的一种半刚性基层材料。可是, 由于该种基层材料本身结构方面的缺陷以及
水泥自身水化的特点, 该种材料在应用中也经常出现抗裂性差、绝对强度低以及延迟成型时间短等特点, 并已经严重影响了公路路面建设的质量。
为了充分发挥水泥稳定类基层材料的优点, 同时又能有效避免其缺点, 很多研究单位提出在水泥稳定类基层材料中掺加一定量的粉煤灰, 也就是现行提出的水泥粉煤灰稳定类基层材料。通过一系列试验研究发现, 在水泥稳定类基层材料中掺入一定量的粉煤灰, 确实能提高材料的性能。主要表现在以下4个方面。(1) 同等水泥剂量的水泥粉煤灰稳定类结构半年龄期抗压强度比水泥稳定碎石高20%～30%, 同等强度条件下, 可减少水泥剂量2%; 并且当水泥掺量小于10%时, 早期强度不受影响, 而且混合料拌和的均匀性增加, 离析下降。(2) 水泥粉煤灰稳定碎石收缩性能优于水泥稳定碎石[2], 粉煤灰含
收稿日期:2007-03-19
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量增大, 最大干缩应变先略有增大后减小; 平均干缩系数却先减小后增大; 粉煤灰含量对温缩影响相对较小, 可见粉煤灰掺量存在最佳值。(3) 延迟碾压成型时间延长, 施工碾压时间可控制在8h 之内[1], 最长可延迟至24h [4]。(4) 耐久性增强。
针对掺入粉煤灰后水泥稳定类基层材料性能改善的机理, 也有一些研究单位做了相关分析, 但基本都集中于粉煤灰的潜在火山灰效应、微集料效应[4]、以及AFt 生成形成等微观方面, 对于粉煤灰对于材料宏观结构、力学参数以及胶凝材料化学组成方面的改性没有考虑, 所以分析的不够充分、完善。本文试图通过从材料的宏观与微观结构、化学与物质组成以及力学参数等多角度系统分析粉煤灰对水泥稳定类基层材料的改性机理, 为水泥粉煤灰稳定类基层材料的设计与应用提供更好的理论依据。1 改性机理分析
针对粉煤灰掺入水泥稳定类基层材料后其性能
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po int and ductility. The results show that the high temperature storag e stability of SBS m odified asphalts can be improved sig nificantly w ith the addition o f two kinds of stabilizers. M oreover, the effect of FD-06fr ee -sulfur stabilizer is much better than that of the stabilizer w ith elemental sulfur .
Key words :FD-06free-sulfur stabilizer ; stabilizer w ith elemental sulfur; SBS mo dified asphalt; hig