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不同温拌剂对SBS改性沥青性能的影响
发布:czjumaokj 浏览:8次

选取常用的三种温拌改性剂Sasobit、Evotherm与Aspha-Min掺入SBS沥青制成温拌沥青,通过基本物理试验和布氏黏度试验测试其对沥青感温性能、高温性能、低温性能和黏度性能的影响。结果显示:Sasobit和Aspha-Min的掺入能够有效提升SBS的高温性能,但低温性能损失也较为严重,Evotherm的掺入使得沥青高温性能稍有损失,低温性能提升明显。降黏效果上,Sasobit和Evotherm两者相差不大,但均大幅优于Aspha-Min。

沥青混凝土路面由于行车舒适、噪音小、养护容易等特点,已成为我国主要的路面形式,但沥青混凝土路面在施工时往往需要较大的拌合温度和压实温度,给路面施工难度、环境保护以及施工人员安全健康带来了巨大困扰。为了降低传统沥青混合料的拌合、压实温度,增加沥青的低温和易性,国内外开展了大量研究,其中温拌改性沥青(WarmMixAsphalt,WMA)的使用被证明是降低施工温度的有效途径。王曾光通过试验,对比了Sasobit和Deure两种温拌改性剂,得出两种改性剂都能提高沥青的低温和易性,但Deure改性剂的添加使得沥青抗高温能力下降,低温抗裂性能也有所降低。刚曾军将Sasobit温拌剂加入到了橡胶沥青中,研究了不同掺量的Sasobit对橡胶沥青的改性效果,结果显示Sasobit温拌剂在掺量为3%时,能够较好地降低橡胶沥青的施工和易性和保证沥青的性能。凌天清等通过将自主研发生物柴油-塑料裂解蜡(简称油-蜡)复合温拌改性剂与基质沥青进行融合得到新型温拌沥青,通过试验发现油-蜡复合改性沥青的降黏效果明显,拌合温度较热拌沥青混合料降低约30℃,但是沥青的低温性能较差。大量试验证明温拌剂能够降低沥青黏度,降低传统沥青混合料的拌合温度,但不同的温拌剂类型,温拌剂掺量以及复合对象,都对温拌沥青的改性效果和性能有较大的影响。

1试验

1.1试验材料

1.1.1沥青

选用SBS改性沥青,技术性能见表1。

1SBS沥青技术性能

项目

结果

技术要求

试验方法

软化点/℃

82

≥60

T0606—2011

针入度/(0.1mm)

51.8

40~60

T0604—2011

5℃延度/cm

34.7

≥20

T0605—2011

弹性恢复/%

98.7

≥90

T0662—2011

闪点/℃

330

≥230

T0611—2011

1.1.2温拌剂

选用的3种温拌剂基本技术性能见表2,根据其不同的降黏机理分为有机降黏型、表面活性型和发泡型。

2三种温拌剂技术指标

名称

状态

密度/(

g·cm-3

)

成分类型

Sasobit

白色固态颗粒状

0.91

有机降黏型

Evotherm

油状液体

0.96

表面活性型

Aspha-Min

极细的白色粉末状

合成人工沸石

1.98

发泡型

 

1.2试验方案

利用高速剪切机制作三种温拌改性沥青,对于Sasobit和Evotherm,其制作的过程相对简单,将沥青加热至165℃,放入温拌剂,转速升至4000r/min,并持续剪切40min,再放入175℃的烘箱中存放40min即可,但是对于Aspha-Min温拌剂,由于其材料的特殊性,往往在高温下产生大量水滴,所以并不适合高速旋转,故需下调转速至3000r/min,沥青的剪切时提高到1h,过后将其存放于175℃烘箱中40min,取出即可。剪切制成的温拌改性沥青应保证均匀且无明显颗粒感。

对制成的温拌改性沥青展开基础的物理性能测试,以评价温拌剂对沥青的基础性能影响,进行黏度试验,以评价其降黏效果,从而综合比较3种温拌剂对SBS改性沥青的性能影响。温拌剂掺量见表3。

3温拌剂掺量

名称

掺量/%

Sasobit

3

Evotherm

3

Aspha-Min

0.8

2试验结果分析

2.1对SBS基本物理性能影响

4种沥青展开基本物理性能测试,试验结果

见图1~图3。


1针入度

由图1可见,温拌剂对沥青的针入度的影响并没有展现出一致性,其中3%掺量的SasobitAspha-Min降低了针入度,Sasobit加入能够使得SBS的针入度下降达到16.7%,对针入度的降幅大于Aspha-Min,而相反的是Evotherm温拌剂则能够提升沥青的针入度,但整体提升的幅度不大。原因在于3种温拌剂有完全不同的材料性质,故而表现出相异的物理化学反应,Sasobit温拌剂属于合成蜡的材质,其在25℃的温度下能够快速结晶,并以一种晶体的网状结构存于沥青中,较大幅度地增大了沥青的稠度和硬度。而Aspha-Min温拌剂为人工沸石,本身密度较大,故提高了改性沥青的整体密度,沥青稠度表现出增大但不明显。Evotherm温拌剂提升SBS的软化点则较为容易理解,在于Evotherm本身为油状的液体,沥青在一定程度上得到温拌剂的稀释,表现出更软的质地,针入度相应减小。


2软化点

由图2可知,Sasobit能够有效提升SBS的软化点,3%掺量的Sasobit能够使SBS软化点从79.2℃上升至92.1,增长幅度为16.3%,这说明Sasobit能够较大程度提升沥青在高温下的稳定性,原因一方面是Sasobit温拌剂能够在沥青中产生物理作用,形成晶体的网状结构,提升沥青的整体稳定性,另一方面是Sasobit具有比沥青更高的熔点,这也拉升了改性后的SBS沥青整体高温性能。同样,Aspha-Min的加入,也能够使SBS的软化点得到提升,3%掺量的Aspha-Min能够使SBS改性沥青的软化点从79.2℃增长至81.5,增长幅度为3%,增长幅度很小,原因在于Aspha-Min并不能在沥青中形成稳定的分子结构,且熔点相较SBS改性沥青也没有较大的提升。不同于上述两种,Evotherm则降低了SBS的高温稳定性,当Evotherm的掺量为0.8%时,SBS的软化点从79.2℃下降至76.7,下降幅度为3.2%,分析其原因在于Evotherm属于表面活性类温拌剂,它的加入使得沥青的流动性增强,从而使得改性沥青表现出较低的熔点,但其掺入量并不大,故下降幅度也较小。



由图3看出,SasobitAspha-Min的加入都使SBS改性沥青的延度得到大幅度的下降,其中3%掺量的Sasobit加入使SBS延度从92.1℃下降至49.4,下降幅度为46.4%,接近一半,而Aspha-Min加入使SBS延度从92.1℃下降至53.2,下降幅度为42.2%,降幅稍小于Sasobit。原因在于Sasobit在较低的温度下,以一种合成蜡的形式存在,增强了沥青的稠度,沥青变硬变脆,表现出较差的可塑性,延度显著下降。而Aspha-Min则是由于其本身加大的密度材质,在低温下也能够阻断沥青分子之间的流动,沥青塑性降低,低温性能下降。反观Evotherm温拌剂则能使SBS低温性能得到显著增强,这主要得益于其表面活性的工作原理,沥青分子之间产生一定的水膜,沥青的流动性加强,延展性得到较大幅度提高,0.8%Evotherm即能够使SBS延度从

92.1℃上升至117.3,增幅达到27.4%

2.2SBS黏度影响

4种沥青进行布氏黏度测试,以评价温拌剂降黏效果,结果见图4



4布氏黏度

从图4可以看出,当温度提高SBS和其他3种温拌改性沥青的黏度都有所降低,这是因为沥青是感温性材料,受到温度的影响较大,温度升高沥青由弹性向黏弹性转变,并最终转化成流动状态。从3种温拌剂对SBS的影响来看,温拌剂的添加使得SBS黏度得到降低,这有利于沥青在较低的温度下就能够拥有较好的和易性,从而降低施工温度。在135℃时,黏度大小排序为SBSAspha-MinSasobitEvotherm,其中Aspha-Min的降黏效果远小于其它2种温拌剂,这是因为Sasobit中的合成蜡和Evotherm都能够在沥青分子结构间产生物理作用,而Aspha-Min则是通过高温下沸石中的水分蒸发形成发泡效应,其作用力相对较弱,且不可持续。当温度为175℃时,黏度大小仍然排序为SBSAspha-MinSasobitEvotherm,但此时SBSAspha-Min温拌沥青的黏度差距不大,说明Aspha-Min的降黏效果在持续减弱。同时,SasobitEvotherm的黏度几乎相同,两种温拌剂都保持了较好的降黏效果。

3结语

13%掺量的SasobitAspha-Min添加降低了SBS的针入度,沥青稠度增大,而Evotherm温拌剂则由于本身油液态,能够增提升沥青的针入度,但提升幅度有限。

(2)Sasobit温拌剂的加入能够在沥青中形成晶体的网状结构,沥青的软化点和整体稳定性都得到提高,Aspha-Min的加入同样提升了SBS高温性能,但增长幅度较小。反观Evotherm的加入则降低了SBS软化点,但降幅在可接受范围内,为3.2%

3SasobitAspha-Min的加入使SBS的延度得到大幅度下降,而Evotherm温拌剂则提升了SBS延度,SBS的低温性能得到显著增强,这主要得益于其表面活性的工作原理,沥青分子之间产生一定的水膜,沥青的流动性加强,延展性得到较大幅度提高。

4)从温拌改性效果来看,SasobitEvotherm温拌剂的降黏效果要比Aspha-Min更为出色。