朱 坤,孟憲越,高 輝,王 琳,馬在勇,耿麗娟,武瑞甜,羅航宇

(1.長春工程學(xué)院,長春 130012; 2.吉林省土木工程抗震減災(zāi)重點實驗室,長春 130012;3.吉林省寒冷地區(qū)住宅工程建筑技術(shù)研究中心,長春,130012)

0 引言

改性瀝青作為道路工程建設(shè)應(yīng)用最廣泛的材料,需求量巨大,但改性瀝青的資源較少,較難獲得,且其應(yīng)用到路面工程的質(zhì)量問題尚未得到充分解決,這就更加需要我們?nèi)ジ纳片F(xiàn)在已有的配合比方案,并擇取最優(yōu)方案來進一步解決各種路面問題。

SBS 改性瀝青主要是通過在基質(zhì)瀝青中摻入SBS改性劑,經(jīng)過攪拌等過程制備而成,能夠達(dá)到改善瀝青性能的目的。因為聚合物改性瀝青很難與基質(zhì)瀝青充分融合,并且兩者的相互聯(lián)系也較為脆弱,這樣就會對瀝青的儲存穩(wěn)定性造成很大的影響,而且這類問題屬于聚合物改性瀝青的通有問題,因此,需要對改性瀝青的儲存穩(wěn)定性進行改善。

1 改性瀝青的制備流程

1)通過已有的改性瀝青為研究基礎(chǔ),制備符合本試驗標(biāo)準(zhǔn)的基質(zhì)瀝青。

2)將已經(jīng)準(zhǔn)備好的基質(zhì)瀝青加熱至160 ℃,將其攪拌均勻,按體積摻量比為6%的基質(zhì)瀝青的量取SBS作為改性劑,按體積摻量比為3%的基質(zhì)瀝青的量取芳烴油作為增溶劑,混合于燒瓶中。

3)將已經(jīng)取好的基質(zhì)瀝青、芳烴油以及SBS充分?jǐn)嚢? h。

4)攪拌完成后,將其放入烤箱中,靜置烘烤30 min,通過烘烤使得SBS和芳烴油能夠在基質(zhì)瀝青中充分溶解。

5)烘烤完畢,SBS和芳烴油充分地溶解在了基質(zhì)瀝青之中,然后倒入相應(yīng)的容器內(nèi)。改性瀝青制備完成。

使用過氧化二異丙苯(DCP)、間亞苯基雙馬來酰亞胺(PDM)和過氧化氫異丙苯這3種穩(wěn)定劑以不同比例制備SBS改性瀝青。3種穩(wěn)定劑樣品如圖1～3所示。

圖1 過氧化二異丙苯

2 SBS改性瀝青穩(wěn)定劑的工作原理及作用

2.1 工作原理

改性瀝青中都會摻入相應(yīng)的相容劑和穩(wěn)定劑,相容劑會使SBS在改性瀝青中分布得相對均勻,但由于物理作用,SBS與瀝青相互之間的作用力會下降,伴隨著作用力的下降,使得摻入相容劑的SBS改性瀝青在長期儲存時,SBS與瀝青之間產(chǎn)生相應(yīng)的聚變以及離析現(xiàn)象。

圖2 過氧化氫異丙苯

圖3 間亞苯基雙馬來酰亞胺

2.2 穩(wěn)定劑的作用

穩(wěn)定劑的作用機理就是使SBS相應(yīng)的分子之間以及分子與瀝青之間產(chǎn)生起穩(wěn)定作用的化學(xué)鍵,使得外加相容劑與瀝青之間產(chǎn)生的物理作用,能夠不再產(chǎn)生聚變以及相互離析的現(xiàn)象,使SBS改性瀝青能夠在穩(wěn)定劑以及相容劑的作用下達(dá)到更佳穩(wěn)定的效果。

SBS在改性瀝青中所起到的穩(wěn)定作用的主要產(chǎn)生方式在于穩(wěn)定劑在SBS之間產(chǎn)生相應(yīng)的交聯(lián)反應(yīng),能夠使SBS自身之間連接得更加牢固,另外一個主要的產(chǎn)生方式還在于SBS與瀝青之間的接枝反應(yīng),同時,SBS在穩(wěn)定劑的作用下,還可以形成自身的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),相互聯(lián)結(jié),使SBS與瀝青連接得更加緊密,并將其包裹在其中,阻止SBS與瀝青在物理作用下分離。同時,SBS與瀝青可以進行交互反應(yīng),但這種反應(yīng)僅僅局限在接觸面之間,而反應(yīng)的生成物在表面可以起到活性劑的作用,降低表面張力,以有效防止SBS與瀝青之間因為物理作用而產(chǎn)生的相互分離以及聚集的現(xiàn)象。

3 置備實驗

試驗的樣品為不添加穩(wěn)定劑和添加不同體積分?jǐn)?shù)的穩(wěn)定劑,分別以3%、5%、7%來進行相應(yīng)的對照試驗,具體試驗樣本見表1。首先將制備好的改性瀝青的樣品放入一定規(guī)格的鋁管中,在高溫163 ℃的條件下放置2 d,再繼續(xù)將其放入-5 ℃寒冷的條件中冷卻4 h,將鋁管中的上下兩端試件分別取出來進行軟化點試驗以及針入度測試。通過軟化點的差值,進一步對過氧化二異丙苯、間亞苯基雙馬來酰亞胺和過氧化氫異丙苯這3種穩(wěn)定劑以及其不同的摻量對SBS改性瀝青儲存穩(wěn)定性的影響進行研究。聚合物改性瀝青離析試驗樣品如圖4所示。

圖4 聚合物改性瀝青離析試驗樣品

試驗樣本見表1。

表1 試驗樣本

4 試驗結(jié)果分析

按照前文試驗設(shè)計與試驗方案完成聚合物改性瀝青離析試驗,試驗結(jié)果見表2。

從表2的數(shù)據(jù)可以看出:樣本A為不加入任何穩(wěn)定劑的SBS改性瀝青,經(jīng)過聚合物改性瀝青離析試驗,其上下部軟化點差值為5.6 ℃,>2.5 ℃,不滿足規(guī)范要求。上部針入度為36.8 mm,下部針入度為26.1 mm,針入度差值已經(jīng)達(dá)到10.7 mm。

表2 聚合物改性瀝青離析試驗結(jié)果

導(dǎo)致軟化點出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是在過熱的情況下,SBS改性劑的內(nèi)部分子運動速度加快,而改性劑的相對密度又比基質(zhì)瀝青小,就會出現(xiàn)上浮聚集現(xiàn)象。其頂部試樣富含改性劑,相彈性增大導(dǎo)致軟化點增大,由于底部富含瀝青相從而使軟化點減小黏性點增大,這就導(dǎo)致了下部軟化點明顯低于上部軟化點。

影響針入度的因素是多種多樣的,溫度、重量、冷卻時間都會影響針入度的數(shù)值,若冷卻的時間不夠充分,便會使針入度的數(shù)值降低,進而影響瀝青的性能,而由于上浮聚集現(xiàn)象的產(chǎn)生,同樣也使得上部的針入度明顯大于下部的針入度。

軟化點差值試驗結(jié)果分析如圖5所示。

圖5 軟化點差值變化

從圖5中可以發(fā)現(xiàn),DCP、PDM、過氧化氫異丙苯這3種穩(wěn)定劑都可以有效地對SBS改性瀝青的儲存穩(wěn)定性起到明顯的促進和改善作用。DCP與PDM在摻量為3%和5%的軟化點差值下降較大,但當(dāng)摻量提升至7%時,軟化點的差值同時也提高較大。過氧化氫異丙苯的軟化點差值在0～7%都呈下降狀態(tài)。

所以,結(jié)合前述圖文描述,在穩(wěn)定劑摻量為0的情況下,SBS改性瀝青軟化點的差值相對較大,而隨著穩(wěn)定劑逐漸摻入,軟化點的差值也會相對減小,但是DCP、PDM這兩種穩(wěn)定劑需要添加到一個適合的摻量,如果高于5%,其軟化點差值繼而會變大。

針入度差值變化如圖6。由圖6可見,在穩(wěn)定劑摻量為0～5%時,針入度差值會隨著穩(wěn)定劑摻量的增加而減小,而在摻量為5%～7%時,針入度差值會隨著穩(wěn)定劑摻量的增加而增加。由此可見,3種穩(wěn)定劑在不同摻量狀態(tài)下針入度差值以摻量為5%的過氧化二異丙苯為最佳,在其他摻量的條件下都處于較高的狀態(tài)。

由前述條件可以得出,當(dāng)DCP的摻入量為5%時,改性瀝青的針入度差值最小,結(jié)合圖5穩(wěn)定劑摻量對軟化點差值變化的對比,可以看出改性瀝青針入度差值也可以反應(yīng)改性瀝青儲存的穩(wěn)定性,并且結(jié)合圖5和圖6可以得出,當(dāng)穩(wěn)定劑DCP的摻量為5%時,SBS改性瀝青儲存穩(wěn)定性為最佳狀態(tài)。

圖6 針入度差值變化

5 結(jié)論

本文在確定了SBS改性瀝青制備工藝的基礎(chǔ)上,通聚合物改性瀝青離析試驗,使用過氧化二異丙苯、間亞苯基雙馬來酰亞胺和過氧化氫異丙苯這3種物質(zhì)作為穩(wěn)定劑,對SBS改性瀝青的儲存穩(wěn)定性進行了研究,得到的主要結(jié)論:

1)添加過氧化二異丙苯(DCP)、間亞苯基雙馬來酰亞胺(PDM)和過氧化氫異丙苯的SBS改性瀝青存儲穩(wěn)定性均優(yōu)于未添加任何穩(wěn)定劑的SBS改性瀝青。過氧化二異丙苯、間亞苯基雙馬來酰亞胺和過氧化氫異丙苯均能有效改善其儲存穩(wěn)定性。

2)當(dāng)這3種穩(wěn)定劑摻量過少或者過多時,都會引起針入度的差值增大,同時也會引起DCP和PDM的軟化點差值變大,而過氧化氫異丙苯的軟化點會隨著摻量的增大而減小。

3)當(dāng)DCP的摻量為5%時,過氧化二異丙苯(DCP)的軟化點差值以及針入度差值最小,所以,相較于其他兩種穩(wěn)定劑而言,過氧化二異丙苯(DCP)的摻量為5%時,其穩(wěn)定性最佳。