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浅析高弹性改性沥青FH-SII

摘要

    随着我国道路、桥梁交通事业的高速发展,常规的沥青混合料经常出现车辙、裂缝成为沥青路面早期损坏的主要形式,必须对其加以改性以提高沥青的使用性能。为此,上海法赫研发了一种高粘度人工合成橡胶为主的沥青添加剂FH-RMC,并用该添加剂制备了高弹性改性沥青FH-SII。创造性开发出重载交通专用改性沥青、混凝土桥面改性沥青以及高弹性改性沥青,成功解决了路桥铺装中疲劳开裂、低温开裂等问题。

关键词:高粘度沥青改性添加剂、高弹性改性沥青、低温抗裂纹、疲劳性能、耐久性


1引言

随着交通的高速发展,我国公路建设也突飞猛进,对路面材料也提出了更高的要求。沥青路面的抗车辙性能、低温抗裂性能、抗水损害性能和疲劳性能是沥青混凝土路面研究的主要内容。通过调查发现,部分设计年限15~20年的沥青路面在3~5年的时间里就出现了破坏,主要是高温出现车辙变形,其次是低温裂纹。要想根本解决沥青面层高温稳定性、低温抗裂性和局部损坏问题,根本出路之一是使用优质的改性沥青。

改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、或其他填料等外掺剂,使沥青或沥青混合料性能得以改善制成的沥青结合料,具有很好的耐高温性、低温抗拉裂性和抗车辙能力,能够有效的提高路面抗滑能力。

沥青改性开始于19世纪初期,英国在1813年公布了橡胶改性沥青。法国与1902年修筑了掺有橡胶的沥青路面。荷兰于1936N年铺设了橡胶沥青路面,经受了繁重的军事运输,成功地使用了19年,引起了人们极大的兴趣。日本、美国在19世纪50年代开展了橡胶改性沥青工作。国外对改性沥青的研究应用已有百年历史,沥青的发展大体经历了以下几个阶段:

a1950~1960年,沥青改性材料主要是天然橡胶粉或胶乳,通过直接渗入沥青混合料中拌合后使用,目的是为了消除公害和降低路面噪声;

b1960~1970年,丁苯合成橡胶(SBR)改性沥青试验成功,直接在混合料拌合过程中采用胶乳形式按比例现场掺配使用;

c1971~1988年,除合成橡胶继续应用外,热塑性树脂得到了广泛应用。

d1988~至今,由于高性能面层、重载交通、桥面、沥青再生功能需要,提出了将改性沥青材料分类改为按性能分类,SBS优良的改性效果为国际公认,逐渐替代EVA等,成为主导材料。近年在日本等国家研发高弹性改性沥青性能超过了SBS改性沥青。

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1.改性沥青的分类

车辙、磨损、疲劳裂缝等都是造成铺装损害的主要问题。我国在对抗此类病害方面,市场上主要采用SBS改性沥青,取得了一定效果。日本每年约消耗30t以上的聚合物类改性沥青,中国每年聚合物类改性沥青的消耗量约为450t。可以说,在目前的铺装领域,聚合物改性沥青是不可或缺的材料之一。但是当遇到更严酷的条件,普通的SBS改性沥青也无法应对,路面会再次出现各种病害。要从根本上研究出能够应对以上严酷路面问题的高性能材料。

中国在沥青路面设计中,应对超重载路面,常规应用措施中,主要采用PE类改性沥青混合料。该混合料具有抗重载特点,但是由于刚度过大,韧性不足,容易出现开裂,带来病害。

公司研发了一种高粘度沥青改性剂FH-RMC,可以对桥面铺装性能进行全方位的改善,显示出在桥梁铺装方面良好的前景。该添加剂制备了高弹性改性沥青FH-SII。创造性开发出重载交通专用改性沥青、混凝土桥面改性沥青以及高弹性改性沥青,成功解决了路桥铺装中疲劳开裂、低温开裂等问题。研发一种能够适应钢桥面变形量大、变形频繁的需要,同时具有良好的抗荷载性能的铺装材料,开发出高弹性改性沥青。通过实践证明,高弹性改性沥青产品对于解决钢桥面铺装具有非常好的效果。

 

高粘度沥青:

定义:60℃粘度大于20000pa。s

60℃粘度对比

基质沥青                 改性沥青                高粘沥青

200左右                  2000左右                20000以上(pas

通过与SBS改性沥青性能对比发现,高弹性改性沥青软化点明显高,预期该沥青具有更好的高温性能,同时从拉伸试验和弯曲试验可以看出具有良好的低温柔软性。

高弹性改性沥青的研究不仅能够产生重大的社会效益和经济效益,而且丰富了我国改性沥青的品种,提高高等级沥青路面使用品质,延长道路的使用寿命,降低维修养护工作量与养护成本方面具有十分重要的应用推广价值与一定的理论意义。

2FH-SII高弹性改性沥青试验

采用上海法赫研发的高粘度沥青添加剂FH-RMC,用该添加剂制备了高弹性改性沥青FH-SII,并与国内生产的SBS改性沥青相对比。

2.1高弹性改性沥青FH-SII的改性剂FH-RMC

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2.FHSII高弹性改性沥青添加剂FHRMC

介绍了一种高性能的高粘度沥青改性剂FH-RMC。FH-RMC由热塑性橡胶、增粘剂和增塑剂组成,测试结果表明,经其改性的高粘度沥青具有良好的高温热稳定性,低温抗裂性。

高粘度改性沥青是一种60℃时具有很高的绝对粘度(大于20000PaS)、高温粘度轻微增加的特种改性沥青,具有良好的施工和易性,广泛用于排水型沥青路面(OGFC)和沥青马蹄脂碎石混合路面。FH-RMC高粘度沥青改性剂,不仅具有优秀的改性性能,而且熔点低等特点。

FH-RMC高粘度沥青改性剂主要成分及作用:

1)热塑性橡胶:采用热塑性人工橡胶为主料,在沥青中的分散性、相容性稳定和抗老化性优于传统的SBS,表面活性剂改善了沥青与石料的附着力,提高水稳定性。

2)增粘剂:高粘度沥青的一个关键指标是60℃粘度大于20000pas,增粘剂的加入能增加改性沥青的60℃粘度,提高沥青混合料的强度和水稳定性。

3)增塑剂;增塑剂的加入能降低改性沥青的热熔粘度,提高改性沥青与骨料的热拌合性,降低混合料拌合温度,同时增加热塑性橡胶与沥青的相容性。

将上述热塑性橡胶、增粘剂和增塑剂按一定比例混合,经高速混合机搅拌均匀,然后记过挤出工艺得到白色到微黄色颗粒状的高粘度沥青改性剂FH-RMC

3FH-SII高弹性改性沥青的拌合与试验

3.1高弹性沥青的拌合

生产高弹沥青作为一种新型改性沥青,在拌合生产过程中,必须在沥青拌和厂采用拌合机械搅拌。

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3.FHSII高弹性改性沥青拌合

FH-RMC作用机理:RMC在胶浆中形成连续网状结构,与沥青一起构成强大的第一级连续相,提供混合料优异的抗车辙、抗疲劳、抗疲劳性能。采用化学增粘剂,形成与矿粉的化学结合,与沥青一起形成强大的第二级连续相。

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4.FHSII高弹性改性沥青添加剂FHRMC作用机理

3.2改性沥青的性能的试验

FH-SII高弹性改性沥青与国产SBS改性沥青的基本性能对比:

1.国家高弹性沥青标准

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2.FH-SII高弹性沥青与SBS沥青性能

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3.2.1、软化点

软化点试验的测试指标为软化点,用于评价沥青的高温性能。软化点高意味着沥青的高温性能好。高弹性改性沥青的软化点为90.2℃,普通SBS改性沥青的软化点为70.3℃。说明了高弹性改性沥青具有非常高的软化点,热稳定性更好。2、随着试验温度的升高,沥青的车辙因子下降,但是高弹性改性沥青的车辙因子随温度的升高,变化幅度相对较小,说明弹性改性沥青可适用于更高的路面设计温度环境条件。

3.2.2、针入度

针入度是沥青的稠度指标,反映沥青在一定条件下的软硬程度。针入度试验采用P734全自动针入度仪,按相关标准进行。

3.FH-SII高弹性沥青与SBS沥青性能

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3.23、低温延度指标

采用5℃延度试验来评价沥青的低温性能。一般而言,延度越大,沥青的低温变形能力越强,即抗裂性能好。试验按相关标准进行。

 

 

表4.FH-SII高弹性沥青与SBS沥青延度

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3.2.4、疲劳性能

表5.FH-SII高弹性沥青与SBS沥青疲劳性能

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3.3FH-SII高弹性改性沥青使用性能试验

采用的试验方法包括沥青混合料车辙试验、低温弯曲试验、与疲劳性能的评价。

3.3.1FH-SH高弹性改性沥青的弯曲试验

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图5。 FH-SII高弹性改性沥青与普通沥青的低温弯曲试验

可以看出普通沥青在小弯曲度下就发生了断裂,说明普通沥青材料的抗弯性能差;而FH-SII高弹性改性沥青进过角度的弯曲未发现断裂甚至没有发现宏观裂纹产生,抗弯性能非常好,从侧面也反应了抗剪切能力较强。

3.3.2.FH-SH高弹性改性沥青的车辙试验

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6.FHSII高弹性改性沥青与普通沥青的车辙试验

沥青试样经过相同压力,相同次数的车轮压入后,一般沥青发生了严重的车辙现象,沥青发生了大量的变形;FH-SH高弹性改性沥青试样几乎恢复平整,弹性很好,有着更好的使用性能。3.3.3、疲劳性能

在相同的试验条件下,发现高弹性改性沥青的疲劳寿命约为普通改性沥青的4倍左右。FH-SII高粘度改性剂沥青与SBS改性沥青的耐候性与耐久性比较

表6.FH-SII高弹性沥青与SBS沥青耐久性对比

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通过室内试验分析对比了高弹性改性沥青与SBS改性沥青的性能,测试结果与分析表明,高弹性改性沥青具有更加优良的高温性能、低温性能、疲劳性能,可适用于气候恶劣的区域,也可作为应力吸收层。

 

4FH-SII高弹性改性沥青的特点

特点

采用厂拌生产,确保品质,品质管理性好

流动性、对塑性变形抵抗性好

对反复荷重引起的疲劳、低温时所产生的裂痕具有抵抗性,也可防滑

可使用普通铺装装置,施工性好

5FH-SII高弹性改性沥青的应用

高速公路、汽车专用车道

中型汽车交通量大的普通公路

桥梁、高架桥

隧道、地下车道

塑性变形大的公路

6FH-SII高弹性改性沥青的参数和技术数据

6.1FH-SII高弹性改性沥青的参数

变形强度:≥4.25MPa

马歇尔稳定度:10000N

流值:20~40

孔隙率:3~6%

饱和度:65~80%

 

6.2FH-SII高弹性改性沥青的主要技术数据

表7.FH-SII高弹性沥青技术数据

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图片14.png图片15.png      

7.FHSII高弹性改性沥青的现场施工与应用

7FH-SII高弹性改性沥青的施工

1钢桥面铺装过程中,钢板表面上的处理以及防水层的施工非常重要。如果处理不到位,不仅会影响铺装层的使用寿命,更为重要的是,钢板的锈蚀,会造成桥梁结构强度的下降。甚至可能危及钢桥的安全。2青面层铺装前,必须重新对钢桥面板进行现场打砂处理,充分去除钢板锈蚀,然后再涂抹防水层以及防水粘结层。3沥青混合料摊铺和压实,铺机行走速度应尽可能放慢,混合料摊铺后用摊铺机碾压,初碾、复碾。

 

8、结论

    研发的高弹性改性沥青FH-SII具有非常大的针入度和软化点,弹性恢复性能优秀,其高、低温及储存稳定性较常用SBS改性沥青具有很大的优越性;高弹性改性沥青混合料具有优秀的高温抗车辙、低温抗开裂和水稳定性能,抗疲劳性能表现突出,适宜重交通及恶劣气候环境下使用;高弹性改性沥青的研究不仅能够产生重大的社会效益和经济效益,而且丰富了我国改性沥青的品种,提高高等级沥青路面使用品质,延长道路的使用寿命,降低维修养护工作量与养护成本方面具有十分重要的应用推广价值与一定的理论意义。




参考文献

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[2]黄子章,一种高粘度沥青组合物及其制备方法[p].中国:CN1990556,2007,7,4.

[3]郑华.改性沥青在公路工程中的应用与发展[J],交通世界,20113):183-184.

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