胶粉物理与化学改性沥青性能对比试验研究

发布日期:2015-02-26 15:31:17

胶粉物理与化学改性沥青性能对比试验研究和道路工程

胶粉物理与化学改性沥青性能对比试验研究,制备胶粉物理与化学改性沥靑,进行室内试验,研究确定胶粉改性沥青适宜的 制备工艺;利用针人度、软化点和延度等性能指标的变化来评价胶粉改性沥青的改性效果,并对胶粉物理与化学改性沥靑的试验结果进行对比分析.研究表明胶粉化学改性沥青的髙、低 温性能均比物理改性沥靑稍好。

胶粉改性沥青可以提高和改善沥青路面的使用 能,胶粉物理与化学改性沥青性能对比试验研究,道路工程具有抗低温裂缝、抗高温车辙以及抗老化等性能特 点。然而,目前国内外对胶粉改性沥青的研究仅以物. 理改性为主,对化学改性的研究甚少,研究仅维持在试 验路阶段。认为其在防治和延缓沥青路面反射裂缝方 面有突出效果;同时,也有研究认为胶粉化学改性沥青 性能更优越,施工和易性也更好。笔者旨在通过合理 的试验研究,客观地评价胶粉物理与化学改性沥青各 自的性能特点和优势,为胶粉改性沥青技术在中国更 大规模的发展应用提供一些技术支撑。
1原材料选择
(1)基质沥青。基质沥青采用泰州中海70*沥 青,其技术性质指标见表1。
表1泰州中海70*基质沥育技术指标
技术指标数值技术指标数值
软化点/1C48,5溶解度(三氣乙烯)/%99.9
针入度(25 *0)/ 0• 1 mm68闪点/X:318
延度(25 TC)/cm>150针人度比/%74,0
延度(15 O/cm>150质量损失/%0.04
腊含童(裂解法〉/%1.8密度(2〇1CV(g*cm_3)1. 038 6
(2)胶粉。胶粉由南通新升橡胶制品有限公司提 供,橡胶烃含量(质量分数,下同)46%,丙_抽提物 10.8%,炭黑含量28%,灰分6. 2%,
(3)外掺剂。使用连接剂作为外掺剂。
2胶粉改性沥青类型及制备工艺研究
根据胶粉与坜青作用机理的不同将胶粉改性沥青 分为胶粉物理改性沥青和胶粉化学改性沥青两种•
2.1胶粉物理改性沥青
胶粉物理改性沥青是指将橡胶粉添加到基质沥青 中,在髙速剪切乳化机或胶体磨的高速髙温剪切搅拌作 用下,与基质沥青充分溶胀反应形成的改性沥青胶结料。
(1)试样制备。物理改性采用的设备是国产 FM300型髙剪切分散乳化机。试验按照JTJ 052 — 2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行试样 准备及各项性能测试。
(2)搅拌温度确定。固定剪切速率为7 000 rpm, 搅拌时间为60 tnin,测定不同搅拌温度对改性沥青性 能的影响,测试结果如表2所示。
表2剪切温度对胶粉改性沥育性能的彩响
剪切
温度针人度
(25 *0/0.1 mm软化点/
•c延度
(5 1C)/cm
15054.156.715.9
16054.056.816.0
17053.457.716.2
18050.758.516.2
19050.059.216.5
20049.160.016.5
21048.262..316.8
22047.962,916.7
分析表2数据可以看出,剪切温度升高时,改性沥 青的针人度下降,软化点升高。当剪切温度大于200 C时,改性沥青的针人度快速下降,软化点快速增加, 说明沥青的老化程度随剪切温度的提髙而增大。剪切 温度过低,基质沥青比较粘稠,胶粉与沥青不易混合均 匀。因而选择剪切温度为170〜180 X:较为适宜。
(3)剪切时间确定。固定剪切温度为180 X:,剪 切速率为7 000 rpm,测定不同剪切时间对改性沥青 性能的影响,测试结果如表3所示。
表3剪切时间对胶粉改性沥青性能的影响
剪切时间/ min针人度
(25 1C)/0.1 mm软化点/ 1C延度
(5 *C)/cm
3048.054.715,5
4048.255.816.0
5049.357.716.0
6050.758.516.2
8050.057.316.5
分析表3数据可以看出,剪切时间过短,胶粉与沥 青混合不均匀;时间过长,胶粉物理与化学改性沥青性能对比试验研究,沥青会因老化而粘稠难以操 作。因此适宜的剪切搅拌时间宜为60 min。
(4)剪切速率确定。固定剪切温度为180 10,搅 拌时间为60 min,测定不同剪切速率对改性沥青性能 的影响,测试结果如表4所示。
表4剪切速率对胶粉改性沥育性能的影响
剪切速率/ 针入度 (r • min-1) (25 *C)/〇. 1 mm软化点/
•c延度
(5 V)/cm
1 00052.050.715.4
3 00051.252.815.6
5 00050.655.316.0
7 00050.758.516.2
9 00050.058.516.2
从表4可以看出,剪切速率增加时,改性沥青的针 人度小幅下降,软化点和低温延度稍有增大。由于在 髙速剪切作用下,胶粉被磨得更细,与基质沥青的相容 性增加,所以使胶粉改性沥青的高低温性能获得明显 改善。而剪切速率超过7 000 rpm时改性效果趋于稳 定,所以适宜剪切速率为7 000 rpm。
2.2胶粉化学改性沥青
胶粉化学改性沥青是指外掺连接剂到胶粉与沥青 的搅拌过程中,以一定的温度常速搅拌、充分溶胀后形 成的改性沥青胶结料a
制作胶粉化学改性沥青无需高速剪切乳化机和胶
体磨等髙耗能设备,只需要常规搅拌设备即可完成,制 作过程简单,可操作性强。笔者进行的化学改性采用 的是国产FW30型试验室搅拌器。经过室内试验研 究,最终确定的胶粉化学改性沥青制备工艺见表5。
表5胶粉化学改性沥青制备工艺
项目搅拌 温度/•〇搅拌 时间/h搅拌
速率/rmp胶粉
掺量/%
数值1701〜2300〜60018
3胶粉物理与化学改性沥青性能对比 评价
利用沥青常规性能指标的变化来评价胶粉物理与 化学改性沥青的改性效果,采用的评价指标主要有:针 人度、软化点及低温延度。
3.1针入度
基质沥青加人胶粉制成改性沥青以后,胶结料的 髙温性能有一定提髙,低温性能也能满足要求。表6 为胶粉物理与化学改性沥青针人度试验结果汇总。
表6不同胶粉改性沥育针入度汇总
针人度(25 1C)/0.1 mm
胶粉类型胶粉掺量/%
物理改性化学改性
069.169.1
1050.259.7
40目1549.959.5
1858.859.7
2049.668.6
069.169.1
1069.960.8
60目1563.651.0
1859.680.2
2056.360.5
069.169.1
1069.861.4
80目1550.770.6
1889.890.0
2050.558.9
从表6可以看出数据离散较大,这是因为胶粉颗 粒在沥青中呈分散状态,胶粉颗粒比针尖大,如果恰好 针尖定在胶粉颗粒上,则所测得的数据变化就比较大, 仅就数据分析可知:1)不同掺量胶粉改悻沥青的针人 度受基质沥青(7〇#沥青)影响较大,一般略小于基质 沥青的针入度;2)不同胶粉掺量的胶粉改性沥青针人 度相差较小f3) —般说来,胶粉化学改性沥青的针人 度比物理改性的稍大,这也从一定程度上说明胶粉化 学改性沥青的稠度比物理改性沥青小;4) 80目改性 效果最好,且当掺量为18%时改性效果更明显。
3.2软化点
胶粉改性沥青可以较大幅度地提高基质沥青的软 化点,尽管文献[10]认为软化点与沥青高温性能没有 很好的线性关系,但是软化点试验简单,结果相对稳 定,可在一定程度上反映沥青的高温性能。表7为胶 粉物理与化学改性沥青软化点试验结果汇总。
表7不丹胶粉改性沥青软化点汇总
胶粉类型胶粉掺量/%软化点/*C
物理改性化学改性
046.746.7
1055.754.3
40目1558.359.0
1861.461.7
2062.663.4
046.746,7
1051.452.2
60目1554.757.1
1858.159.2
2057.560.4
046.746.7
1053.353.1
80目1553.954.1
1856.858.6
2061.462.7
从表7可以看出:1)不同掺量胶粉改性沥青的软 化点都比70#基质沥青的软化点大;2〉不同胶粉掺量 的改性沥青软化点增加有一定的差别,随着胶粉用量 的提髙软化点逐渐变大。
3.3延度
进行5 1C低温延度试验,拉伸速率1 cm/min•表 8为胶粉物理与化学改性沥青延度试验结果汇总。
从表8的试验数据可以看出:1〉随着胶粉掺量的 增加,胶粉物理与化学改性沥青性能对比试验研究,胶粉改性沥青的延度逐渐增大,化学改性制备的 改性沥青延度一般比物理改性的大;2)胶粉的粗细对 延度的影响较大,胶粉越细延度越大,其中80目的化 学改性效果最明显,
表8不同胶粉改性沥靑延度汇总
胶粉类型胶粉掺童/%延度/cm
物理改性化学改性
023.923.9
1013.014.1
40目1512.712,9
1815.315.3
2012.0.17.2
023.923.9
1010.314.3
60目1512.014*1
1812.814.7
2013.019.1
023.923.9
1010.114.5
so a1511.417.9
1813.227.7
2014.931.2
4结语
采用常规试验方法对胶粉物理和化学改性沥青的 制备工艺及技术性能进行试验研究,得到胶粉改性沥 青适宜的制备工艺参数和性能指标,并对试验结果进 行分析和对比,最终得出如下结论:
(1)制备工艺试验结果表明:胶粉物理改性沥青 的适宜制备工艺为,胶粉物理与化学改性沥青性能对比试验研究,剪切温度170〜180 X:,搅拌速率 7 000 rpm,剪切搅拌时间60 min,胶粉掺量18%;胶 粉化学改性沥青的适宜制备工艺为,搅拌温度170 C, 搅拌速率300〜600 rmp,搅拌时间1〜2 h,胶粉掺量 18%,化学改性制备工艺较简单。
(2)技术性能试验结果表明:使用胶粉可以提高 沥青的软化点和低温延度,而针人度却明显降低。相 对而言,胶粉化学改性沥青的髙温性能和低温性能均 比物理改性稍好。
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