改性沥青文档格式.docx
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由于高聚物的极限强度时的密度小，故其品质系数较传统材料（钢材、混凝土等）高，是一种有发展前途的新材料。
高聚物虽然分子量较大、原子数较多，但是都是由许多低分子化合物聚合而成的。
例如聚乙烯（…一CH2—CH2—CH2—CH2一CH2一CH2一…）是由低分子化合物乙烯（CH2＝CH2）聚合成的，若将一CH2一CH2一看作聚乙烯大分子中的一个重复结构单元，则聚乙烯可写成CH2—CH2n。
由上而知，可以聚合成高聚物的低分子化合物，称为“单体”（Mononmer），如上例中的乙烯（CH2＝CH2）。
组成高聚物最小的重复结构单元称为“链节”（Chainelement），如上例中的一CH2一CH2一。
相应组成的大分于称为“聚合物’（Polymer），如上例的—CH2—CH2—n。
聚合物中所含链节的数目n称为“聚合度”。
当聚合度很大（103以上）的聚合物称为“高聚物”（HighPolymer）。
（2）高聚物的命名和分类
高聚物的命名方法主要有下列四种。
习惯命名：
①按原料单体的名称，在其前冠以“聚”字。
②部分高聚物在原料后附以“树脂”二字命名。
系统命名法：
按国际理论化学与应用化学联合会命名法，是将聚合物的重复结构单元按照有机化合物系统命名法命名，最后再在前面冠以“聚”字。
系统命名法虽然比较严谨，但冗长繁琐，除正规科技文献外，少有采用。
英文缩写：
由于高聚物名称较长，读写不便，所以常用英文名称的缩写表示，例如聚乙烯用PE、聚丙烯用PP、氯丁橡胶用CR、丁苯橡胶用SBR等等。
高聚物种类繁多，为便于研究和讨论它的性能，通常采用下列分类：
按高聚物材料的性能和用途可分为下列三类：
①塑料具有可塑性的高聚物材料。
可塑性是指当材料在一定温度和压力下受到外力作用时，可产生变形，而外力除去后仍能保持受力时的形状。
按其能否进行二次加工，又可分为：
热塑性塑料（线型结构高聚物材料）和热固性塑料（体型结构高聚物材料）两类。
②橡胶具有显著高弹性的高聚物材料。
在外力作用下可产生较大的变形，当外力卸除后又可回复原来的形状，按其产源可分为天然橡胶和合成橡胶两类。
纤维是柔韧、纤细而且均匀的线状或丝状，并具有相当长度（约直径100倍以上）、强度和弹性的高聚物材料，纤维可分为天然纤维和化学纤维（包括人造纤维和合成纤维）两类。
2．几种主要高聚物材料
主要几种高聚物的组成、性能和应用如下：
树脂和塑料（ResinandPlastics）树脂（Resin）是在受热时通常看软化或熔融范围，软化时,在外力作用下有流动倾向，常温下是固态半固态的有机聚合物。
有时也可以是液态的聚合物，广义地讲，作为塑料基材的任何高聚物都称为树脂，塑料（Plastics）是以树脂为主要成分，都含有各种强加剂（如增塑剂、填充剂、润滑剂、颜料等），而且在加工过程中能流动成型的材料。
塑料按其用途分为：
①通用塑料（GeneralPlastics）：
产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。
如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等。
②工程塑料（EngineeringPlastics）：
能承受外力作用，有良好力学性能、尺寸稳定好，在高温和低温下能保持良好性能，可作为工程构件的塑料如ABS塑料。
作为水泥混凝土或沥青混合料改性的均属于前类的树脂或其合金，直接作为桥梁或道路结构构件的属后一类。
聚乙烯（Polyethylene简称PE）
聚乙烯是由乙烯加聚得到的高聚物。
聚乙烯塑料（PolyethylenePlastics）是以聚乙烯为基材的塑料。
聚乙烯按其密度分为：
（l）高密度聚乙烯（HighDensityPolyethylene缩写HDPE）白色粉沫状或柱状或半圆状颗肢。
密度为的O．941—0．970g／cm3。
（2）低密度聚乙烯（LowDensityPolyethylene缩写LDPE）白色或乳白色蜡状物，呈球形或圆柱形颗粒，密度为0．91一0．94g／cm3（其中0．926—0．948g／cm3又称为中密度聚乙烯）．
低密度聚乙烯较高密度聚乙烯具有较低的强度，但具有较大的伸长率和较好的耐寒性，故用于改性沥青，选用低密度聚乙烯。
聚乙烯的特点是强度较高、延伸率较大、耐寒性好（玻璃化温度可达一120一125℃）。
聚乙烯树脂是较好的沥青改性剂，由于它具有较高强度和较好的耐寒性，并且与沥青的相容性较好，在其它助剂的协同作用下，可制得优良的改性沥青。
聚乙烯塑料可制成簿膜，半透明、柔韧不透气，亦可加工成建筑用的板材。
近年生产的“超高分子量聚乙烯”（UHNWPE），聚合度n=100×
104-600×
104，密度0．936—0．984g／cm3，抗冲击强度、抗拉强度、耐磨性和耐热性均大大提高。
聚丙烯（Polypropylene缩写PP）
聚丙烯是以丙烯为单体聚合而成的高聚物。
以聚丙烯为基材的塑料称为聚丙烯塑料[PolypropylenePlastics）。
聚丙烯按其分于结构可分为：
无规聚丙烯、等规聚丙烯和间规聚丙烯三种。
用作沥青改住的主要为无规聚丙烯（AtacticPolypropylene缩写APP）。
无规聚丙烯是生产等规聚丙烯的副产品，在常温下呈乳白色至浅棕色橡胶状物质。
密度为O．85，抗拉强度铰低，但延伸率高，耐寒性尚好（玻璃化温度-18～-20℃）。
无规聚丙烯常用来作为道路和防水沥青的改性剂。
聚丙烯树脂经塑化加工后，常用于制成塑料薄膜或建筑管材，性能与聚乙烯塑料相近。
聚氯乙烯（Polyvinylchloride简称PVC）
聚氯乙烯是由氯乙烯单体加成聚合而得的热塑性线型树脂。
经成塑加工后制成聚氯乙烯塑料，具有较高得力学性能和良好的化学稳定性，主要缺点是变形能力低和耐寒性差。
聚氯乙烯树脂与焦油沥青具有较好的相容性，常用来作为煤沥青的改性剂。
对煤沥青的热稳性有明显的改善。
但变形能力和耐寒性改善较少。
聚氯乙烯树脂经塑化加工后，可制成聚氯乙烯塑料簿膜，建筑用硬塑料管材和板材，以及各种日用制品。
聚苯乙烯（Polystyrol简称PS）
聚苯乙烯是以苯乙烯为单体制得的聚合物。
聚苯乙烯塑料（PolystyrenePlastics）是以聚苯乙烯为基材的塑料。
PS是无色透明具有玻璃光泽的材料。
由于不耐冲击、性脆、易裂，故目前是通过共聚、共混、添加助剂等方法生产改性聚笨乙烯（ModifiedPolystyrene），如HIPS等。
乙烯一醋酸乙烯脂共聚物（Ethylene-VinylAcetateCopolymer缩写E／VAC，EVA）
EVA是由乙烯（E）和醋酸乙烯脂（VA）共聚而得的高聚物，化学名为乙烯—醋酸乙烯脂共聚物。
EVA为半透明粒状物，具有优良的韧性、弹性和柔软性；
同时又具有一定的刚性、耐磨性和抗冲击性等力学性能。
EVA的力学性能，随醋酸乙烯脂（VA）的含量而变化，VA含量越低，0其性能则接近低密度聚乙烯；
VA含量越高，则越类似于EVA为较常采用的沥青改性剂。
0改性后沥青的性能，与共聚物中VA含量有密切关系，在选用时应注意其品种与牌号。
橡胶（Rubber）
橡胶是在外力作用下可发生较大形变，外力撤除后又迅速复原，在使用条件下具有高弹性的高聚物。
随着目前高聚物合金的发展，实际上它与塑料（树脂）越来越重叠交叉。
几种传统的常用橡胶材料如下：
丁苯橡胶（Styrene—ButadianeRubber简称SBR）
丁苯橡胶是丁二烯与苯乙烯共聚而得的共聚物。
丁苯橡胶是合成橡胶中应用最广的一种通用橡胶。
按苯乙烯占总量中的比例，分为丁苯-10、丁苯-30、丁苯-50等牌号。
随着苯乙烯含量增大，硬度、硬磨性增大，弹性降低。
丁苯橡胶综合性能较好，强度较寓、延伸率大，抗磨性和耐寒性亦较好。
丁苯0橡胶是水泥混凝士和沥青混合料常用的改性剂。
丁苯胶乳可直接用于拌制聚合物水泥混醒土；
也可与乳化沥青共混制成改性沥青乳液，用于道路路面和桥面防水层。
丁苯橡胶需用溶剂法或胶体磨法将其掺人沥青中。
丁苯橡胶对水泥混凝士的强度、抗冲击和耐磨等性能均有改善；
对沥青混合料的低温抗裂件有明显提高，对高温稳定性亦有适当改善。
氯丁橡胶（PolychorpreneRubber缩写CR）
氯丁橡胶是以2-氯-1，3-丁二烯为主要原料通过均聚成共聚制得的—种弹性体。
氯丁橡胶呈米黄色或浅棕色，密度1．23g／cm3。
具有较高的抗拉强度和相对伸长率。
耐磨性好，且耐热、耐寒，硫化后不易老化。
由于它的性能较为全面，是一种常用胶种。
氯丁胶块用溶剂法可掺人沥青；
氯丁橡胶乳与乳化沥青共混均可用于制备路面用沥青混合料。
亦可作为桥面或高架路面防水层涂料。
高聚物合金（Polymeralloy）
聚合物合金是指多组分和多相同时并存于某一共混物体系中的聚合物。
苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物（Styrene—Butadine—StyreneCopolymer,简称SBS）
SBS是苯乙烯（S）和丁二烯（B）的嵌段共聚物。
SBS产品外观为白色（或微黄色），呈多孔小颗粒。
它的性能兼有橡胶和塑料得特性。
具有弹性好、抗拉强度高、低温变性性能好等优点。
SBS是沥青优良的改性剂，可提高沥青的高温稳定性和低温抗裂性，广泛应用于高级路面和屋面防水材料。
苯乙烯类嵌段共聚物仍在不断开发出具有更优性能的新品种。
为提高粘结力开发出苯乙烯一异戊丁烯一苯乙烯三嵌段共聚物（SIS）；
为改善SBS的耐候性和耐老性，开发了饱和型SBS（即SEBS）。
3.2改性沥青的分类与技术标准
所谓改性沥青，也包括改性沥青混合料，按照我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032）及《公路改性沥青路面施工技术规范》（JTJ036）的定义，是指“掺和橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，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”。
改性剂是指“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（与沥青发生反应或裹覆在集料表面上）的材料”。
关于改性沥青的分类，国际上并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图3-2-1。
从狭义来说，现在所指道路改性沥青一般是指聚合物改性沥青，简称PMA、PMB或PmB。
用于改性的聚合物种类也很多，按照改性剂的不同，一般将其分为三类。
1、热塑性橡胶类；
即热塑性弹性体，主要是苯乙烯类嵌段共聚物，如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS0）、苯乙烯-异戊二烯（SIS）、苯乙烯-聚乙烯/丁基-聚乙烯（SE/BS）等嵌段共聚物，由于它兼具橡胶和树脂两类改性沥青的结构与性质，故也称为橡胶树脂类。
属于热塑性橡胶类的还有聚酯弹性体、、聚乙烯丁基橡胶浆聚合物、聚烯烃弹性体等等。
SBS由于具有良好的弹性（变形的自恢复性及裂缝的自愈性），故已成为目前世界上最为普遍使用的道路沥青改性剂。
2、橡胶类：
如天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、氯丁橡胶（CR）、丁二烯橡胶（BR）、异戊二烯（IR）、乙丙橡胶（EPDM）、丙烯共聚物（ABR）、异丁烯异戊二烯共聚物（IIR）、苯乙烯-异戊二烯橡胶（SIR）等，还有硅橡胶（SR）、氟橡胶（FR）等等。
其中SBR是世界上应用最为广泛的改性剂之一，尤其是胶乳形式的使用越来越广泛。
氯丁橡胶（CR）具有极性，常掺入煤沥青中使用，已成为煤沥青的改性剂。
3、树脂类：
热塑性树脂，如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚乙烯（PE）、无规聚丙烯（APP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚酰胺等，还包括乙烯乙基丙烯酸共聚物（EEA）、聚丙烯（PP）、丙二烯苯乙烯共聚物（NBR）等；
热固性树脂也可作为改性剂使用，如环氧树脂（EP）等。
EVA由于其乙酸乙烯的含量及熔融指数MI的不同，分为许多牌号，不同品种的EVA改性沥青的性能有较大的差别。
无规聚丙烯APP由于价格低廉，用于改性沥青油毡较多，其缺点是与石料的粘结力较小。
上述聚合物的名称均由国家标准或石化行业标准规定，如GB5576-85《合成橡胶命名》、SH1052-91《乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（E/VAC）命名》等等。
改性沥青的技术标准：
在国外，大部分国家已经制订了改性沥青的标准或规范，但尚未见有一个通用的标准。
我国以前并没有改性沥青的技术标准，最新编制的《公路改性沥青路面施工技术规范》（JTJ036）主要参考国外的标准，同时根据我国近年来的施工实践制定的。
各国改性沥青标准都有一些共同的特点，首先都根据聚合物类型的不同进行分类，然后将每一种类型的聚合物改性沥青分为几个等级，每一个等级适用于不同的气候条件。
在美国AASHTO-AGC-ARTBA改性沥青建议标准中，路用性能只控制有限的几种性质，这些性质包括：
感温性、低温开裂、疲劳开裂、永久变形、老化、均匀性、纯度、安全、工作度（施工性）等。
我国的《公路改性沥青路面施工技术规范》（JTJ036-98）已经交通部批准作为交通行业标准在我国施行。
根据我国的情况，提出的聚合物改性沥青技术要求所示。
它是在我国改性沥青实践经验和试验研究的基础上提出的，制订时主要参考了ASTM标准，即吸取了国外标准的长处，又采用了我国经过努力可以实现的指标和试验方法。
聚合物改性沥青技术要求表3-2-1
指标
SBS类（I类）
SBR类（II类）
EVA、PE类（III类）
I-A
I-B
I-C
I-D
II-A
II-B
II-C
III-A
III-B
III-C
III-D
针入度（25℃，100g，5s）
100
80
60
40
30
针入度指数PI
（1）Min
-1.0
-0.6
-0.2
+0.2
-0.8
-0.4
延度（5℃，5cm/min）Min（cm）
50
20
-
软化点TR&
BMin（℃）
45
55
48
52
56
运动粘度
（2）（135℃）Max（Pa.s）
3
闪点Min（℃）
230
230
溶解度Min（%）
99
离析（3），软化点差Max（℃）
2.5
无改性剂明显析出、凝聚
弹性恢复（25℃）Min（%）
65
70
粘韧性（N.m）
5
韧性（N.m）
RTFOT后残留物（4）
质量损失Max（%）
1.0
1.0
针入度比（25℃）（5）Min（%）
58
延度（5℃）Min（cm）
25
15
10
注：
（1）针入度指数PI有实测15℃、25℃、30℃等三个不同温度的针入度按式lgP=AT+k直线回归求得参数A后由下式求得，但直线回归的相关系数R不得低于0.997。
（2）表中135℃运动粘度由布洛克菲尔德旋转粘度计测定，若在不改变改性沥青物理力学性质并符合安全条件的温度下易于泵送和拌和，或经试验证明适当提高泵送和拌和温度是能保证改性沥青的质量，容易施工，可不要求测定。
有条件时应用毛细管法测定改性沥青在60℃时的动力粘度。
（3）当SBS改性沥青在现场制作后立即使用或储存期间进行不间断搅拌或泵送循环时，对离析试验可不做要求。
（4）老化试验以旋转薄膜加热试验（RTFOT）方法为准。
容许以薄膜加热试验（TFOT）代替，但必须在报告中注明，且不得作为仲裁结果。
（5）对不同类型复合的改性沥青，根据改性剂的类型和剂量比例，按照工程上改性的目的和要求，参照表中指标综合确定应该达到的技术要求。
我国的改性沥青技术要求（标准）有以下特点。
1、关于改性沥青的分类及适用范围
我国目前仍至今后的相当长一段时间内，可能使用的聚合物改性剂主要是SBS、SBR、EVA、PE，因此将其分为SBS（属热塑性橡胶类）、SBR（属橡胶类）、EVA及PE（热塑性树脂类）三类。
其他未列入的改性剂，可以根据其性质，参照相应的类别执行。
Ⅰ类SBS类热塑性橡胶类聚合物改性沥青。
Ⅰ－A型及Ⅰ－B型适用于寒冷地区，Ⅰ－C型用于较热地区，Ⅰ－D型用于炎热地区及重交通路段。
Ⅱ类SBR橡胶类聚合物改性沥青。
Ⅱ－A型用于寒冷地区，Ⅱ－B和Ⅱ－C适用于较热地区。
Ⅲ类聚合物改性沥青。
如乙烯－醋酸乙烯脂（EVA），聚乙烯（PE）改性沥青，适用于较热和炎热地区。
通常要求软化点温度比最高月使用温度的最大日空气温度要高20℃左右。
根据沥青改性的目的和要求选择改性剂时，可作如下初步选择:
⑴为提高抗永久变形能力，宜使用热塑性橡胶类、热塑性树脂类改性剂。
⑵为提高抗低温变形能力，宜使用热塑性橡胶类、橡胶类改性剂。
⑶为提高抗疲劳开裂能力，宜使用热塑性橡胶类、橡胶类、热塑性树脂类改性剂。
⑷为提高抗水损坏能力，宜使用各类抗剥落剂等外掺剂。
2、关于改性沥青的分级及感温性要求
改性沥青的技术指标以改性沥青的针入度作为分级的主要依据，改性沥青的性能以改性后沥青感温0性的改善程度，即针入度指数PI的变化为关键性评价指标，这是“八五”国家科技研究成果的核心。
一般的非改性沥青的PI值基本上不超过-1.0，改性后要求大于-1.0以上。
从改善温度敏感性的要求出发，改性后希望在沥青的软化点提高的同时，针入度不要降低太多。
在国外的标准中，聚合物改性沥青的感温性通常采用不同温度的针入度及粘度表示，但低温针入度与疲劳开裂也有关。
在标准中规定了各种改性沥青不同等级的针入度指数PI的最低要求。
上表注①说明先在三个以上不同温度条件下测定针入度值P，按针入度与温度的对数关系，进行直线回归，求取针入度温度指数A，然后按下式即可确定PI值。
要求直线回归的相关系数R必须在0.997以上，否则试验无效。
由此还可求得改性沥青的当量软化点T800和当量脆点T1.2，具体步骤如下。
LgP=A×
T+K
式中：
A为不同温度的针入度回归直线的斜率，称为针入度温度指数。
根据每个等级的最小PI要求值，以及改性沥青的实测25℃针入度，可以求出所要求的当量软化点和当量脆点的极限要求值。
计算方法如下：
对应与不同的PI要求值和不同的针入度值，按上式求得的T800和T1.2的要求值如下表所列。
表中未列出的针入度可以由内插法求得或按上式求取。
由三个实测针入度求取的T800和T1.2值也应该符合下表3-2-2的要求。
3、关于改性沥青性能的评价指标
对每一类改性沥青的路用性能，采用不同的评价指标，这是目前国际上流行的做法，但要针对改性沥青的特点，选择代表性的试验指标作为重点评价指标。
同一类分级中的A、B、C、D主要是基质沥青标号及改性剂剂量的不同，从A到D意味着沥青的针入度变小，沥青越硬，高温性能越好，相反低温性能降低。
SBS类改性沥青最大特点是高温、低温性能都好，具有良好的弹性恢复性能，所以采用软化点、5℃低温延度、回弹率作为主要指标。
RTFOT后的弹性恢复，由于试验后的性能降低很少，甚至比老化前还要好一些，再加上试验要求的样品数量较多，所以没有列入。
SBS类改性沥青，适于在各种气侯条件下使用，使用者应该根据所在地区的高、低温情况及主要目的选择相适宜的标号。
SBR改性沥青最大特点是低温性能得到改善，所以以5℃低温延度作为主要指标，考虑到SBR改性沥青在老化试验后延度严重降低的实际情况，故还列入了RTFOT后的低温延度。
另外粘韧性试验对评价SBR改性沥青特别有价值，软化点试验作为施工控制较为简单，也列入标准中。
SBR类改性沥青，主要适宜在寒冷气候条件下使用，使用者应该根据所在地区的低温情况及主要目的选择相适宜的标号。
表3-2-2
EVA及PE类改性沥青的最大特点是高温性能明显改善，故以软化点作为主要指标。
在5℃试验温度条件下，延度一般还要降低，不足以评定低温抗裂性能，故不列入。
由于PE不溶于三氯乙烯，对此类改性沥青，溶解度也不要求。
EVA及PE类改性沥青，主要适合在炎热气候条件下使用，使用者应该根据所在地区的高温情况及主要目的选择相适宜的标号。
聚合物改性沥青通常是由聚合物和沥青结合料液相组成的多相混合体系。
对许多这样的多相系统来说，与产生改性效果的聚合物之间总有一定程度的非兼容性。
如果不相容性过于严重，以致影响储存和操作使用，那就会使改性失败。
因此，对不是在现场制作后马上使用的聚合物改性沥青，都要求进行离析试验以限制离析，或者规定薄膜加热试验后的延度。
然而一种材料适用的离析试验对另一些材料可能并不适用，例如I型SBS类聚合物改性沥青采用专用的离析试验测定软化点之差别，III型PE及EVA类改性沥青的离析情况与SBS类有所不同，它不是上下离析，而是向四周分离析出颗粒附在壁上，并在表面结皮。
而II型不适用这些方法，但并不意味着II型聚合物改性沥青没有不相容的问题，只是现在尚没有建立评价这种材料不相容性的测定方法，而且SBR越来越多地使用胶乳改性，所以采用RTFOT后的低温延度来反映其不相容问题。
聚合物改性沥青的安全要求是由克利
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