改性沥青讲义三

改性沥青一改性沥青概述改性沥青——指掺加橡胶、树脂等高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外搀剂（外掺剂），并与沥青均匀混合，使得沥青的性质得以改善而制成的沥青混合物。改性剂——指“在沥青或沥青混合料中加入的天然的或人工的有机或无机材料，可熔融、分散在沥青中，改善或提高沥青路面性能的材料”。一、改性沥青的目标及应用场合1．目标改善感温性提高水稳定性提高耐久性2．应用场合自然条件或交通条件严厉机场跑道桥面铺装SMA、OGFC路面二、改性沥青分类和国内外研究应用情况1)1845年，天然橡胶（NR），英国、法国、荷兰1947年，废胶粉（CRM），美国丁苯橡胶（SBR），苏联，日本(1997，27.4万吨)越来越多的改性沥青专例，形成商品的四十多种。2)两个核心改性剂SBS改性沥青多达数十种。加工工艺NOVOPHALTPE。三、我国改性沥青的发展“六五”SBR改性沥青母体，七五期间得到较多的应用，80年代后期，NOVOPHALT改性沥青的应用，新的高潮(改性剂，改性工艺，试验路)。90年代，改性沥青的技术成熟00年代，大面积应用改性沥青加工设备等：改性沥青生产厂改性沥青现场加工设备二改性沥青分类SBSSBRPE、EVA一、改性沥青二、常用的改性剂（聚合物类）热塑性橡胶类：如苯乙烯、丁二烯嵌段聚合物（SBS）橡胶类：如丁苯橡胶（SBR）热塑性树脂类：如聚乙烯（PE）、乙烯、乙酸、乙烯脂（EVA）二、常用的改性剂（聚合物类）改性剂品种针入度指数PI高温稳定性低温抗裂性弹性恢复性SBSSBRPEEVA＋000＋0+－＋＋－0＋?－＋1．SBS特点可改善高高温与低低温以丁二烯烯—1.3苯乙烯为为单体，，通过离离子聚合合而成的的嵌段聚聚合物结构：硬段（S段）—聚苯乙烯烯段软段（B段）—聚丁二烯烯段玻璃化温温度有两两个：Tg1—－80℃（聚丁二烯烯）Tg2—+80～+100℃（聚苯乙烯烯）型号（1401）第一位：：类型1——线型4——星型第二位：：嵌段比比（S/B）3——3/74——4/6第三位：：充油与与否0——未充油、、1——充油第四位：：分子量量1—<10万2—14～16万3—23～28万选型星型分子子量大，，高温效效果好，，但加工工困难S/B视改性目目的而定定，高温温——4/6，低温——3/71．SBS改性剂壳拍公司司KratonCaribit、菲纳公公司Finaprene、意大利利埃尼公公司Europrene等。初用线型型，后用用星型。。我国：燕燕山石石化(3个牌号)；岳阳石石化(4个牌号)。2．SBS改性沥青青的改性性效果高弹性，高高温下不不软化，低低温下不发发脆。指标变化：：剂量增加加，针入度度减小（一一个等级））临界含含量软化点增大大（星型和和线型的差差别）;延度有最大大值（25℃，15℃，5℃）。2．SBR——丁苯橡胶，，世界上最最先使用的的改性沥青青，我国较较早使用的的改性沥青青1．难以加工工，采用常常规机械搅搅拌很难加加工按加工工艺艺分：溶剂剂法（母体体法）改性性沥青胶乳改性沥沥青。2．溶剂法八十年代初初，六五期期间科技公公关项目，，溶剂法生生产SBR丁苯橡胶的的方法，20%的高度的改改性沥青母母体。七五期间，，广深一级级公路，1991-1993年期间，400万平方米。。规模最大的的为青藏二二级汽车专专用路157万平方米。。陕西、西宁宁等多家单单位研发了了溶剂法生生产改性沥沥青的设备备2．SBR主要改善低低温加工工艺（1）搅拌法（2）溶剂法SBR切片→与溶剂（二二甲苯）溶溶胀→与液态沥青青共混→回收溶剂（3）母体法用溶剂法制制成橡胶母母体（橡胶胶∶沥青=1∶4），施工时时与沥青拌拌和（4）胶乳法直接加入法法预混法用于稀浆封封层，方法法有三：将胶乳与乳乳化沥青直直接混合；；乳化已经制制成的聚合合物改性沥沥青；将聚合物胶胶乳、水稳稳定剂、乳乳化剂与沥沥青一起进进入乳化机机、胶体磨磨制得。与普通相比比，低温性性能，耐久久性有了很很大的改善善。效果：１)低温效果好好，15，25℃延度可达到到100cm以上。２)易老化，RTOF后，延度会会显著降低低。3．PE改性沥青1）类型LDPE，HDPE，再生聚乙乙烯，回收收聚乙烯LM，柔性、伸伸长率、耐耐冲击性能能好，结晶晶度小，溶溶解度参数数较宽，外外观乳白色色圆柱状颗颗粒2）性能粘度增加，，高温性能能好。指标变化：：针入度减减小软化点增加加延度减小对多蜡沥青青较好类型：高密（HDPE）低密（LDPE）线型低密（（LLDPE）再生PE成分复杂、、加工困难难废PE薄膜、分类类、洗净4．EVA主要改善高高温，低温温适当改善善透明状颗粒粒，略带酸酸味，较之之PE富有弹性和和柔性容易融于沥沥青乙烯支链上上引入醋酸酸基团，EVA改性沥青的的性能与EVA的分子量以以及乙酸乙乙烯（VA）的含量有关关（VA＜5％，改善高高温；VA＞5％，改善高高温与低温温）。VA含量越高，，基团越大大，则似胶胶物的比例例越大，对对低温改性性越好，且且越易于加加工。VA<5%则近于PE常用VA为19%、28%改性沥青选选择低温地区，，宜采用针针入度较大大的沥青，，选用低温温性能好的的改性剂（（如SBR等）；高温地区，，宜采用针针入度较小小的沥青，，选用塑料料类（PE、EVA）或SBS等改性剂；；高低温性能能均有要求求的地区，，可选用SBS或复合改性性剂。三改性沥青原原理选择性吸附附溶胀新胶体体系系的形成1．基本原理理选择性吸附附溶胀新胶体体系系的形成2．相容性相容性好——两种物质混混溶后形成成—稳定体系，，不发生分分层或相分分离。由于沥青与与聚合物之之间存在着着分子量和和化学结构构上的差异异，属热力力学不相容容体系，所所以改性沥沥青只是物物理定义上上的相容（（混溶）。。沥青与改性性剂之间的的混溶程度度取决于两两者的溶解解度参数式中：F——化学分子团团的引力常常数；——密度；M——分子量。改性剂的与软沥青质质的相近，相溶溶性好为了保证相相容性，饱饱和分和芳芳香分应占占有一定的的比例。常用的改性性剂的溶度度参数：聚合物LDPESBSEVA饱和分芳香分溶度参数δ(卡1/2/厘米3)7.1~8.358.1~8.78.1~8.38.28.8结论：芳香分的溶溶度参数与与SBS较为接近；；饱和分的溶溶度参数与与PE、EVA较为接近。。聚烯烃类改改性剂与饱饱和分含量量高的沥青青相容性要要好；而橡橡胶类改性性剂（如SBR、SBS）则与芳香分分含量高的的沥青相容容性要好。。沥青的标号号对相容性性和改性效效果均有影影响：针入度减小小相容性降降低，搅拌拌时间延长长，改性效效果降低高标号沥青青低温柔性性好，高温温性能可以以通过添加加聚合物得得到改善。。沥青标号小小，提供给给聚合物溶溶胀的油分分少，改善善低温性能能不利；沥青的标号号太大，则则改性沥青青达到高温温指标要求求所需的聚聚合物用量量要增加。。3．吸附、溶溶胀改性剂吸附附沥青中的的轻质组分分体积胀大大（5～10倍）溶胀是相容容性好的一一个前提吸附、溶胀胀是一个缓缓慢过程，，随温度升升高，速度度加快改性剂量大大时，溶胀胀程度降低低，但能形形成网状结结构4．新的胶体体体系的形形成沥青中部分分轻质油分分被吸附后后，原胶体体体系失去去平衡、沥沥青质和胶胶质析出，，并吸附于于聚合物的的表面，形形成一种新新的胶体结结构，提高高了体系的的稳定性。。改性剂对沥沥青中油分分的吸附受受到沥青胶胶体结构的的制约，吸吸附后形成成新的平衡衡，这也需需要一定的的时间。由于介面过过渡层的形形成，改性性沥青离析析后，极易易重新分散散开。对于某一特特定的改性性沥青，存存在改性剂剂粒子产生生充分溶胀胀的最大限限度，超过过这个限度度，则溶胀胀减弱，所所形成的界界面层相应应减薄而影影响体系的的稳定性。。四改性沥青的的影响因素素1．改性剂类型型号2．基质沥青青原油基属如塑料类与与多腊沥青青的相容性性好组分芳香分与橡橡胶类相容容性好饱和分与塑塑料类相容容性好沥青质过多多影响其与与改性剂的的相容性分子量分子量小则则运动速度度快，活动动能力强，，较易进入入聚合物，，使之溶胀胀。标号随标号增大大，粘弹性性范围向低低温区移动动，标号小小，油分减减少，溶胀胀受影响。。3．改性剂剂剂量随改性剂剂剂量增多，，改性效果果增大，到到一定剂量量有一突变变→连续相（橡橡胶类→连网），然然后增长缓缓慢。4．改性剂粒粒子的分散散度粒子越小，，分散越均均匀，体系系越稳定，，改性效果果越好。五改性沥青及及改性沥青青混合料技术标准1．改性沥青青的技术标标准标号：Ⅰ——热塑性弹性性体类（SBS）Ⅱ——橡胶类（SBR）Ⅲ——热塑性树脂脂类（PE、EVA）ABCD由稀变稠储存稳定性性试验图2粘韧性试验验粘性——ABCE面积“A1”韧性——CDFE面积“A2”粘韧性：T0＝A1＋A2，韧性：Te＝A2测力延度：：变形——荷载2．改性沥青青混合料的的技术标准准高温稳定性性——车辙动稳定定度（DS）低温抗裂性性——低温（－10℃）弯曲应变变（）水稳定性——残留稳定度度（S0）冻融劈裂强强度比（R0）3．改性沥青青的加工简单的机械械搅拌方式式高速剪切或或胶体磨方方式橡胶乳液与与沥青的混混融方法1.简单的机械械搅拌方式式——改性沥青的的改性剂与与沥青混融融比较容易易的情况SBR胶乳EVA（部分）APAOPE2.高速剪切或或胶体磨方方式样品制作的最常用用方式。适用于必须通过强强力搅拌或剪切才才能使改性剂均匀匀分散在沥青中的的改性剂类型。在剪切头的下方造造成一个真空区，，吸入改性剂与沥沥青的混合物，通通过转子和定子上上的小孔将改性剂剂强迫剪碎、分散散，同时使粉碎的的流体介质形成高高速液流。在上面面可以设定一个回回流板。高速剪切机目前实验室使用最最普遍的一种代表表性的专用制作设设备剪切搅拌器由由带孔的转子和定定子组成。加工温度：160℃～175℃。高速剪切器：7000r/min～8000r/min剪切15min～30min，最长不超过1h。改性是否完成可以以通过显微镜取样样检查得到确认。。粉状的或充油的SBS——低速剪切的设备加加工。小型胶体磨必须有有良好的保温效果果，使沥青能达到到165℃以上，否则将无法法加工，工艺由加加工效果确定。胶体磨沥青连续相聚合物连续相两相交联3.橡胶乳液与沥青的的混融方法英国No36号道路指南：在1L的容器中加热500g沥青，140±5℃；胶乳要少量地徐徐徐加入，每加一次次，保留在表面约约20s；不允许胶乳凝结和和在表面结皮，搅搅拌时间20min；加热时间不能太长长使乳液分解，影影响改性效果。既保证橡胶微粒充充分溶解，又不允允许其分解，控制制好搅拌时间是非非常重要的。六环保改性沥青橡胶粉（CR）改性沥青废旧聚乙烯（RPE）改性沥青一橡胶粉（CR）改性沥青（1）沥青橡胶的应用用20世纪四十年代为初初期发展阶段20世纪九十年代，技技术日趋成熟，得得到了广泛的应用用（废旧轮胎成灾灾）1992年美国联邦公路局局曾立法推动橡胶胶粉应用于沥青改改性至今世界发达国家家均各自为橡胶粉粉改性沥青制订了了相应的标准，规规范。（2）橡胶粉改性沥青青机理胶粉吸收沥青中的的芳香分而膨胀、、软化（膨胀1-3倍）沥青中芳香分的减减少导致沥青粘度度增大橡胶粉自身的柔性性，为改性沥青提提供了良好的路用用性能（3）橡胶粉的制备方方法破碎研磨——先将轮胎适应切割割然后研磨，其颗颗粒尺寸为4～5mm；颗粒机——用旋转钢刀片剪切切，颗粒尺寸为2～10mm；细磨（湿磨）——可磨出0.07mm的细胶粉；冷冻变脆后再磨，，质量好，但造价价高。（4）橡胶粉改性沥青青加工技术1）干法——不能确保橡胶粉在在沥青中的均匀分分散，且胶粉越细细，分散性越差；；2）湿法——应控制改性沥青的的粘度适当（≤3000cp），容易泵出，而又要要在热储存中不离离析。（5）影响改性效果的的因素胶粉的细度——越细，改性效果就就越好；沥青的组成——沥青质含量高，相相容性较差，芳香香分含量多，则相相容性较好；改性加工技术——干法、湿法；加工工时间（6）橡胶粉改性沥青青的效果1）粘度提高，热稳稳定性改善测试温度（℃）普通沥青橡胶沥青1353501210150180600180-150（表列数字为粘度度值）DSR试验表明，15%橡胶改性沥青的G*/sin是普通沥青的2.41倍。2）低温性能改善弗弗拉斯脆点下降普通沥青沥青橡胶1#沥青橡胶2#4%EVA4%SBS4%SBR-10℃-19℃-17℃-10℃-9℃-9℃SHRP冻断试验（TSRST）表明15%沥青橡胶的冻断温温度，由原沥青的的-20.8℃，降低到-34.1℃。3）弹性恢复增大原沥青沥青橡胶SBSEVA<20859047（4）噪音降低高速公路降低5－8dB。一般公路降低3－5dB。（5）抗疲劳性能明显改改善几乎可提高一倍。。其使用寿命可延长长三分之一。（7）改善橡胶粉改性性效果的措施将惰性的硫化橡胶胶粉，通过加热降降解转为活性改性性剂。表面活性处理废橡橡胶粉（如采用碱碱性抗剥离剂），，使表面呈酸性的的橡胶粉带有阳离离子。完善橡胶粉的制备备工艺与加工方法法。二、RPE改性沥青欧共体RPE环保改性沥青试验验研究方案44种新PE（LDPE、LLDPE、HDPE）12种回收PE6种不同基质沥青288种不同改性沥青配配方26种不同改性沥青混混合料配方(1)初步试验结果RPE改性沥青的性能比比较试验表表1沥青粘结料传统评价方法SHRP复合成份25℃针入度环球软化点PMB等级PG等级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改性沥青的性能比比较试验表表2使用沥青材料沥青混合料性能混合料类沥青和聚合物25℃RM弹性恢复MPa25℃IDT间接拉伸MPa40℃DCR动态蠕变M（MPa）：S60℃WTR（车辙）车辙深度%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美国FHWA车辙试验报告ALF1994-1998表18沥青胶结料AC-5AC-10AC-20PE/RPESBSMod1．LCPC（法国车辙试验法：）车辙深度%15.513.86.42.63.72．乔治亚洲DOT（美国）轮载试验（40C；0.13rad/s;8000cycles）车辙深度mm7.45.43.71.41.93．汉堡（德国）车辙试验；50C；0.13rad/s;20000cycles车辙深度mm>30>308.51.92.8速率/1mm296634622424594179474．ALF（速率）：2.3rad/s；ALF车辙性能等级53412（2）试验结果分析1．RPE改性沥青高温性能能及混