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1、第三讲 改性沥青性能及技术标准* / 1前言改性沥青 modified bitumen （英），modified asphalt cement （美）： 掺力口橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、磨细的橡胶粉或者其他材料等外掺剂（改性剂）， 使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。 渣油（60年代界泛油）+硫磺（S：可降解橡胶） 使沥青变硬变稠，后果是开裂 废胶粉（废汽车轮胎）：弹性 压实存在问题 SBR改性沥青（重庆交通科研所）丁笨橡胶（不大于 2%）溶剂法：二甲笨抽出（负压）SBR胶乳改性 PE （聚乙烯改性）NoVophallTM奥地利（核心技术：5%PE改性）能否改善低温（
2、可能与国内评价指标有关）-10C时弯曲应变2500p EVA （乙稀一乙酸乙烯酯共聚物）：抗疲劳、耐冲击、相溶性极好 94年后SBS （苯乙烯一丁二烯嵌段共聚物）SIS （苯乙烯一异成二烯嵌段 共聚物）SBS 命名：国标划分：星型、线型S:B=30:70（3）S:B=40:60（4） ，充油 不充油如“1401”：四位数字：第一位数字：“1”表示线形-（S-B-S）“ 4”表示“星形”第二位数字：指嵌段比 S： B 之比值1401-S 占 40%, S： B=4： 6第三位数字：“0”未充油、“1”充油；（充油率？） 第四位数字： SBS 分子量大小；“ 1 ”分子量不大于 100000“2”
3、分子量在1410X104“3”分子量在2328 X 104又有“411” 4-4： 6“1”充油“1”分子量性能：星型线型，加工难易程度：线型星型生产厂家国内： 1.北京燕山石化（国标）2. 胡南岳阳石化（企业标准）： YH-801 星 YH-791 线3. 茂名（比利时 fina 技术）国外： 4.韩国 LG 5.比利时 fina 6.杜邦7.台湾 TPE北京燕山石化岳化1401YH79213014303YH80114014402YH8024303、4402壳牌公司： Kroton CatibitCatippalt比利时 Finaprene:意大利 埃尼化学公司韩 国 LG美国杜邦公司台 湾
4、 TPE一、改性沥青类型：从二十世纪40 年代欧洲开始使用改性沥青技术至今，国际上一直没有统一 的分类标准。从广义划分，根据不同目的所采取的改性沥青及改性沥青混合料技 术可汇总于下图。改性沥青及混合料技术橡胶类：SBR、CR、EPDM 热塑性橡胶类：SBS、SIS 匸树脂类：PE、EVA粘附性改性（抗剥离剂）：金属皂（有机锰等）、有机胺、消石灰等 J耐老化改性（抗老化剂）：受阻酚、受阻胺等厂固体颗粒：碳黑、硫磺、废橡胶粉等 物理改性格栅：玻璃纤维格栅、塑料格栅等 丄纤维：石棉、木质素、土工布等广聚合物改性掺加改性剂调和沥青：掺加天然沥青（湖沥青、岩沥青、特立尼达多马哥沥青等） 沥青加工改性：半
5、氧化沥青、泡沫沥青1按改性手段划分：1）加工工艺改性：吹氧处治（氧化、半氧化）、丙烷脱（溶剂脱）、泡沫沥青2）物理结构改性：加格栅（波纤、橡胶格栅等）、纤维，格栅：作为结构层改性塑料格栅：有变形防止反射裂缝（从下列上）：有规则玻纤格栅：关键施工工艺国外Top-Down （从上到下）：鸡瓜纵向原因：轮胎边角剪应力过低温（轮压增加比轴载后增加破坏大的多） 纤维： 抗裂（旧路改造）聚酯纤维类： 聚丙烯类（博尼维）、 玻璃纤维 钢纤维类： （不易拌和）天然纤维： 木质素纤维、矿物纤维（环保不允许）SMA 中木质素：用于吸油（稳定性）、但其耐久性？3）改性剂改性：添加改性剂（普遍公认手段）4）调和沥青：
6、掺加天然沥青（湖沥青、岩沥青、特立尼达多马哥沥青等）岩沥青首先使用于首都机场东跑道罩面（60m宽3公里长）2按改性剂类型划分：1）聚合物类（多）2）非聚合物（少）3改性剂改性原理划分：1）物理改性（目前方法大多属于此类）f炭黑：提咼咼温性，抗老化性（用于硫桥微粒矿物填料：多用熟石灰，抗高温车辙能力 填料粉煤灰：活性成份改善高温性能水泥：高温际尘：高温性能（粘土改性沥青）咼、低温、耐久？厂硫磺：高、低温、疲劳性改善（形成“硫桥”） 扩展用剂”-木质素（木浆）：提咼水稳定性$B、SBS、SEBS （耐久性f耐老化f与沥青作用稍差于SBS）SIS 弹性体：SBR、CR （氯丁橡胶）天然橡胶（异成二烯
7、）、NR、顺丁橡胶（BR）QR （异成二烯橡胶） EVA （醋酸-乙烯共聚物）一高温区对高温疲劳有改善 塑性体 EPTM （三元乙丙橡胶）一高温性能EA：乙烯丙烯酸酯聚异丁烯L PE聚乙烯、PP 胶粉：废旧轮胎粉 氧化剂：锰化合物：高温抗车辙能力芳香剂：低温延度改善环烷烃：（饱合分、芳香芬）低温性能石蜡：改善低温J真空汽油： 碳氢化合物沥青质：页岩油：老化性能、抗水害夏尔油：粘附性天然沥青： 抗剥落剂：有机胺厂熟石灰（推荐）无机YI有机金属化合物n安类：卜耐久差、环境污染聚胺类有机骤酰胺类液体抗剥落剂： 贝洛胶（皱形） PA-1， AST-3 等 粉末状抗剥剂类国外最大公司：莫顿 熟石灰：效果
8、最好2）化学改性（少）二、目前我国常用改性沥青类型从狭义上讲，道路改性沥青一般是指聚合物改性沥青，用于改性沥青的聚合物种类很多，一般将其分为三类：1橡胶类橡胶即聚合物弹性体。橡胶有天然橡胶（NR）、合成橡胶、再生橡胶。按照橡胶的形态不同，有板块状橡胶、粉末橡胶、橡胶胶乳、胶浆等，使用 时根据橡胶沥青配制方法的不同而选择某种形态的橡胶制品。在道路工程应用于沥青改性的，以合成橡胶为多数。合成橡胶主要有丁苯橡 胶（SBR）、氯丁橡胶（CR）、乙丙橡胶（EPDM ）、丙烯酸丁二烯（ABR）、聚 苯乙烯-异戊二烯（SIR）等，其中SBR是世界上应用最广泛的改性剂之一。丁苯橡胶是丁二烯-苯乙烯聚合物，根据
9、苯乙烯含量的多少，又分为许多品 种。通常用于沥青改性多采用苯乙烯含量为 30%的丁苯橡胶。SBR （掺量22.5%丁笨橡胶）最多的是固体橡胶SBR-1500,国内著名厂 家：兰炼石化、齐鲁石化、吉林石化 工艺较成熟，主要用于气温较低地区（东 北、青藏）。氯丁橡胶（ CR 山西）具有极性，极性强与煤沥青相溶性较好，常掺入煤 沥青中使用，已成为煤沥青的改性剂。废旧轮胎经加工磨细而成的橡胶粉，也可用作沥青改性。我国每年的废旧橡 胶制品如轮胎、胶鞋等可回收约20X104t之多，这一资源的利用是极其有意义 的。橡胶粉（轮胎粉）：最常用工艺： 冷冻法 、 撕裂法（造价低）湿法（15%）有毒干法（替代砂子
10、作为矿料） 压实？2热塑性橡胶（弹性体）如苯乙烯一丁二烯嵌段共聚物（SBS）、苯乙烯一异成二烯嵌段共聚物（SLS） 等。其中 SBS 由于具有良好的弹性（变形的自恢复及裂缝的自愈性），故正成为 目前世界上最为普遍使用的道路沥青改性剂。SBS 又分为线型和星型二大类：线型SBS的结构式为：CH - CHnCH - CH 二 CH - CH mCH - CHn2 2 2 2|C HC H6565星型SBS的结构方式:CH - CHnCH - CH 二 CH - CH m Si - CHn2 2 2 4|CH图 1 SBS 热塑性橡胶的相位结构65SBS的改性效果与SBS的品种、分子量密 切相关，星
11、型 SBS 的改性效果优于线型 SBS， SBS 的分子量越大，改性效果越明显，但加工 越困难。为了改善加工性能，充油是最常用的 手段。SBS 与沥青配伍性很重要，主要是沥青的 组分影响较大。芳香分越高，改性加工越容易, 效果越好。SBS热塑性弹性体很易在紫外线作用下降解变黄，所以一般都在制造时加入紫外线吸收剂作为防老剂，购买商品时，检查 其抗老化性也是很重要的。常用的有苯酰类和苯并三唑类抗氧剂，如 UV531 Irganox 1010, Uvinul 400, Tinnvin P 和 Tinnvin 326 等。在选择SBS品种时，应注意下列指标。(1) 首先判断是属于星型还是线型，一般讲星
12、型SBS改性的效果明显优于 线型的，但在加工性能方面，线型要容易加工得多，星型要困难些。如果能充油 5%，加工性能将明显改善。(2) 检查嵌段比S/B,它是塑性段与橡胶段的比例。(3) SBS自身的拉伸性能对SBS改性提高抗裂性能的效果影响较大，可以 从 300%定伸应力、拉伸强度、扯断伸长率、扯断永久变形、撕裂强度等等指标来判断 SBS 的拉伸性能。(4) 熔体流动速率是决定加工难易程度的主要指标，它与分子量有关，流 动速率越小，加工越容易，但性能也往往差一些。关于SBS单独使用的合理剂量，研究表明，SBS齐量在3%以上效果开始显 著，在 3%5%之间软化点大幅度上升，在 4%6%范围内抗车
13、辙能力有较大提高。 一般公路工程上用的 SBS 剂量为 3%5%左右。 SBS改性沥青效果SBS 兼具树脂和橡胶特性，对沥青的高、低温改善效果较好，如下表所示。SBS改性沥青技术性质表技术性质指标基质沥冃5%星型SBS改性5%线型SBS改性Pen（25C）（0.1mm）643840Tr&b（C）489255延度（15C, cm）20010054T800（C）47.263.158.3T1.2（C）-8.6-16.7-11.4回弹率（15C, %）147865PI值-1.36+0.96+0.16测力延度（10C）拉力强度（MPa）0.730.520.62粘韧度（Nm）2.9921.519.6TFO
14、T试验质量损失（）0.070.070.02针入度比（）78.388.988.9延度（10C, m）96842由表中数据可得出以下几点：高温稳定性。沥青经改性25C的针入度减小，软化点提高，表明高温抗剪 切变形能力提高，沥青高温稳定性提高。由不同温度下的针入度回归并计算得出 的当量软化点T800也说明沥青经SBS改性后，高温稳定性有了大幅度的提高。低温柔韧性。沥青经SBS改性后，当量脆点T1.2明显下降，说明低温抗裂性能得到增强。很显然，星型SBS改性沥青的当量脆点最小，低温性能最好。 温度敏感性。沥青改性后针入度指数明显增大，表明温度敏感性减弱，温 度稳定性得到改善。 弹性恢复。沥青是粘弹性材料，弹性好的沥青外力作用下所产生的变形能 够逐渐恢复，剩余变形小。改性沥青的弹性性质是以回弹率表示的。回弹率越大， 则表明弹性恢复性越好。在实际路面使用，路面受外荷作用后，变形恢复能力越 强。表中数据表明， SBS 改性沥青有很好的弹性恢复能力，尤其是星型 SBS 改 性沥青。 粘韧性。沥青材料在较低温度下表现为良好的柔韧性还是脆性是沥青低温性能的重要标志。测力延度试验是一种简单易行的试验方法，只要在延度试验时 加一只测力传感器并接上记录仪即可。沥青
