几种改性沥青的相关知识.docx

资源描述

几种改性沥青的相关知识.docx

《几种改性沥青的相关知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《几种改性沥青的相关知识.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

几种改性沥青的相关知识.docx

几种改性沥青的相关知识

Preparedon24November2020

几种改性沥青的相关知识

一、SBS改性沥青

1、SBS改性沥青概述

SBS改性沥青是在原有基质沥青的基础上，掺加一定比例如%、%、％的SBS改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS均匀地分散于沥青中，形成SBS共混材料，利用SBS良好的物理性能对沥青做改性处理。

使其粘度增大，软化点升高，从而改善沥青的温度性能、拉伸性能、弹性、内聚附着性能、混合料的稳定性、耐老化性等。

在良好的设计配合比和施工条件下，沥青路面的耐久性和高温稳定性明显提高。

2、SBS改性沥青技术要求

SBS改性沥青质量要求表5.3.2

指标

单位

技术要求

针入度（25℃，100g,5s）

0.1mm

60~80

针入度指数PI不小于

延度（5cm/min，5℃）不小于

软化点（环球法）不小于

℃

闪点（COC）不小于

℃

230

溶解度（三氯乙烯）不小于

％

运动粘度135℃

离析，软化点差最大

℃

弹性恢复25℃最小

％

旋转薄膜加热试验163℃5h

质量损失不大于

％

针入度比（25℃）不小于

％

延度（5℃）不小于

SBS改性沥青质量要求（PG70-28）表5.3.3

项目

技术指标

试验方法

原样沥青

动态剪切70℃G*/sinδ（kpa）最小

AASHTOTP5

RTFOT试验后（ASTMD2872）

动态剪切70℃G*/sinδ（kpa）最小

AASHTOTP5

压力老化后（AASHTOPP1）

动态剪切25℃G*sinδ（kpa）最大

5000

AASHTOTP5

蠕变劲度-18℃（Mpa）最大

300

AASHTOTP1

m值最小

路用性能分级

PG70-28

3、SBS改性沥青的特性

　　1）温差较大的地区有很好的耐高温、抗低温能力

　　2）有较好的抗车辙能力，其弹性和韧性好

　　3）提高了路面的抗疲劳能力，特别是在大流量、超载严重的公路上具有良好的应变能力，可减少路面的永久变形

　　4）粘结能力特别强，能明显改善路面遇水后的抗拉能力，并极大地改善了沥青的水稳定性

　　5）提高了路面的抗滑能力

　　6）增强了路面的承载能力

　　7）减少路面因紫外线辐射而导致的沥青老化现象

8）减少因车辆渗漏柴油、机油和汽油而造成的破坏

4、SBS改性沥青的应用实例及参考价格

1）应用实例：

唐港高速大修沥青罩面工程、赤通高速、三岔河大桥桥面铺装、赛白高速等

2）参考价格：

SBS改性沥青价格为6300左右,SBS改性剂价格为20000左右

二、SBR改性沥青

1、SBR改性沥青概述

SBR改性沥青是在原有基质沥青的基础上，掺加一定比例SBR改性剂（丁苯橡胶），通过特殊工艺形成的改性沥青。

改善沥青温敏性和粘度，从而使改性后的沥青具有很好的低温延展性和低温开裂性，同时大大改善其高温稳定性和耐久性。

2、SBR改性沥青技术要求

试验项目

单位

指标要求

针入度（25℃，5s，100g）不小于

0.1mm

100

针入度指数PI不小于

—

延度（5℃，5cm/min，）不小于

软化点（R＆B）不小于

℃

运动粘度（135℃）不小于

闪点不小于

℃

230

溶解度不小于

％

弹性恢复（25℃）不小于

％

贮存稳定性（离析）：

48h软化点差不大于

℃

密度（15℃）

g/cm3

实测记录

TFOT（或RTFOT）后

质量变化不大于

％

残留针入度比（25℃，5s，100g）不小于

％

残留延度（5℃）不小于

用SBR粉末改性重交沥青90#测试结果

测试项目

原沥青

重90#

添加不同SBR粉末的

改性沥青

交通部标准

（JTJO36-98）SBR类

%10%

10#沥青

‖-A

‖-B

‖-C

针入度（25℃100g,5s,0.1mm）

≥100

≥80

≥60

软化点/℃

≥45

≥48

≥50

延度（15℃）/cm

>140

—

-—

延度（5℃）/cm

≥60

≥50

≥40

掺加RA抗车辙剂与普通沥青和SBS改性沥青的性能对比（AC-13C）

试验项目

单位

沥青方案

技术要求

A级70#沥青

SBS（I-D）

RA抗车辙剂

稳定度

≥

流值

残留稳定度

％

≥85,80（湿润区）

动稳定度

次/mm

985

3891

11325

≥2800（夏炎热区）

标准劈裂强度

Mpa

冻融劈裂强度

Mpa

冻融劈裂强度比

％

≥80,75（湿润区）

破坏应变

2555

3329

3201

≥3000，2600（冬严寒区

3、SBR改性沥青的特性

　　1）有很好的耐高温、抗低温能力，适合高寒地区公路使用

　　2）有较好的抗车辙能力和抗水损能力

　　3）提高了路面的抗疲劳能力，具有优良的抗疲劳开裂性能　　　

4、SBR改性沥青的应用实例及参考价格

1）应用实例：

青藏高速、

2）参考价格：

SBR改性沥青价格为5500元/t左右，SBR改性剂价格为20000元/t左右

三、PR改性沥青

1、PR改性沥青概述

PR抗车辙添加剂由法国PRI与法国中央路桥实验室LCPC于1990年共同研制，它是一种改善沥青混合料性能的添加剂，对改善高温稳定性、提高抗车辙能力有非常显着的效果。

在西欧、东欧及非洲国家已是非常成熟的技术。

2002年在山西运煤重载、重交通量高速公路的首次应用取得成功，随后几年该产品的性能及在国内的业绩也得到了路面专家的认可。

2、PR改性沥青的特性

　　1）有很好的高温稳定性和抗车辙能力

　　2）较好的抗疲劳性能和低温弹性性能　　　

3、PR改性沥青的应用实例及参考价格

1）应用实例：

北京杏石口改造工程、天津市政道路改造工程、山西长晋高速晋城段、京福高速淮安段改造工程、郑少高速

2）参考价格：

PR改性剂价格为12000左右元/t

四、PE改性沥青

1、PE改性沥青概述

PE改性沥青是在基质沥青中添加一定剂量的PE（高低密度聚乙烯）改性剂而形成的改性沥青。

我国在20世纪90年代初从奥地利引进了NOVOPHALT技术,使用PE材料对沥青进行改性并在多项重要路面工程中应用。

此后,国内科研人员对PE改性沥青技术及其性能也展开了各种研究工作。

使得人们对PE改性沥青的认识得到加深,促进了此项技术的发展和推广。

但目前PE改性沥青技术依然存在几个问题,这些问题制约着该项技术的进一步推广和应用。

2、PE改性沥青的特性

　　1）有很好的高温稳定性和抗老化性能

　　2）储存稳定性较差　　

3、PE改性沥青的应用实例及参考价格

1）应用实例：

厦门机场跑道工程

2）参考价格：

PE改性剂价格为6500左右元/t

五、RA改性沥青

1、RA改性沥青概述

RA为RESINALLOY（树脂合金）的缩写。

所谓树脂合金，并非指真正含金属元素的高分子化合物，而是指不同种类的高聚物，通过物理或化学方法共混形成具有所需性能的高分子混合物新材料。

RA复合材料的选材及相关技术原理已经充分考虑用以沥青及沥青混合料改性的目的和工况，特别是针对东北、西北等季冻区需求，RA系列产品进行了高低温性能性能的综合提高。

RA改性沥青就是通过添加RA抗车辙剂达到改善普通沥青性能以满足实际需求。

PA改性沥青作为改善沥青与集料粘附性进而提高路面水稳定性的措施,抗剥落剂已经在国内外得到了广泛的应用。

添加有机抗剥落剂能够有效改善沥青混合料的水稳性能,但加入抗剥落剂后对沥青性能的影响还需要进行全面研究。

通过对埃索90#基质沥青和SBS改性沥青掺加不同剂量的PA-1型抗剥落剂,分别进行DSR试验和BBR试验,分析了不同剂量抗剥落剂对沥青高温、低温、疲劳试验结果的影响。

结果表明,随着抗剥落剂的增加,沥青的高温、低温性能略有下降,而疲劳开裂性能增强。

2、RA沥青砼的技术指标

流值

0.1mm

20-40

空隙率

3～6

矿料间隙率，不小于

沥青饱和度

70~85

马歇尔试验稳定度，不小于

马歇尔试验流值

～

残留稳定度，不小于

％

冻融劈裂强度比，不小于

％

动稳定度，不小于

次/mm

6000

低温弯曲破坏应变，不小于

2800

渗水系数，不大于

ml/min

120

3、RA改性沥青的特性

　　1）有很好的高温稳定性和抗车辙能力

　　2）优良的抗水损能力和抗老化能力　

4、RA改性沥青的应用实例及参考价格

1）应用实例：

北京市六环路、河北宣大高速、重庆奉三高速甘肃嘉安高速、马鞍山东环高速、河南连霍高速湖北318省道

2）参考价格：

PA改性剂价格为17000左右元/t

六、EVA改性沥青

1、EVA改性沥青概述

∙EVA树脂是乙烯一醋酸乙烯共聚物，乙烯—醋酸乙烯酯共聚物（EVA）因其价格低廉，改性效果显着，耐候性强，加工性能良好等综合性优点，故在改性沥青市场中占有一席之地。

在欧美一些国家，对这种沥青的使用已习以为常。

EVA在沥青中的分散性与EVA中醋酸乙烯酯（VA）的含量有关。

醋酸乙烯酯含量越高，则熔体指数MI越大（分子量越低），越容易分散在沥青中。

反之，则越难分散。

60年代在国外开始投入生产，由于它的热稳定性、低温性、弹性柔韧性均十分优良，故在许多国家得到研究和应用。

在美国EVA用于热拌沥青混合料的主要目的在于提高沥青混合料的抗永久变形能力，降低温度敏感性。

在英国EVA改性沥青在很多场合已经取代传统的直馏沥青，用EVA改性沥青热拌的混合料年产量已高达50万吨之多。

法国在多座桥梁上应用EVA改性沥青铺筑桥面铺装，经过长期使用后观察表明．这种沥青铺装不易产生蠕变，抗变形能力好．故认为它可适应重交通荷载。

EVA改性沥青就是在沥青中加入一定比例的EVA通过搅拌器搅拌而生成。

3、EVA改性沥青的特性

　　1）有优良的热稳定性、低温性、弹性柔韧性

4、EVA改性沥青的应用实例及EVA改性剂参考价格

1）应用实例：

上海吴淞路钢闸桥、首都机场跑道（EVA和SBS复合改性沥青）

2）参考价格：

EVA改性剂价格为18500左右元/t

七、橡胶（AR）改性沥青

1、橡胶改性沥青概述

橡胶粉改性沥青（AsphaltRubber,简称AR）是一种新型的优质复合材料。

他在重交沥青与废旧轮胎橡胶粉和外加剂的共同作用下，橡胶粉通过吸收沥青中的树脂，烃类等多种有机质，经过一系列的物理和化学变化，是胶粉湿润，膨胀，粘度增大，软化点提高，并兼顾了橡胶和沥青的粘性，韧性，弹性，从而提高了橡胶沥青的路用性能。

橡胶粉改性沥青是指把废旧轮胎制成的胶粉，作为改性剂添加到基质沥青中，在一个专门的特殊设备中，经高温、添加剂和剪切混合等一系列作用制成的黏合材料。

橡胶粉改性沥青的改性原理是轮胎橡胶粉粒在充分拌合的高温条件下与基质沥青充分熔胀反应形成的改性沥青胶结材料。

橡胶粉改性沥青对基质沥青的使用性能有很大的改善，且优于目前常用的改性剂SBS、SBR、EVA等制成的改性沥青。

鉴于它优良的使用性能和对环保的巨大贡献，有专家预言：

橡胶粉改性沥青有望取代SBS改性沥青。

橡胶沥青目前主要有五种组合形式：

橡胶粉+沥青；橡胶粉（改性）+沥青；橡胶粉+沥青+添加剂（芳香烃油分）；橡胶粉+沥青+天然橡胶；橡胶粉+沥青+聚合物（橡胶改性沥青）。

确定橡胶粉的剂量应根据用途、道路等级、基质沥青稠度等因素确定，其变化范围为15％～30％（外掺），大致可分为：

（1）橡胶沥青薄膜（封层），用量约为25％～30％

（2）间断级配（开级配）磨耗层，用量约为20％～25％

（3）SMA路面，用量约为15％～20％

2、橡胶改性沥青相关技术指标

1）橡胶粉指标

废旧胶粉名称

目数

粒径（mm）

颗粒

10---30

粗胶粉

30---60

细胶粉

60--120

精细胶粉

120目以上

2）橡胶沥青技术指标

检测项目

粘度，177℃，（）

针入度（25℃,100g,5s）,（0.1mm）

软化点（℃）

弹性恢复，25℃（%）

技术指标

≥25

≥54

≥60

3、橡胶改性沥青的特性

　　1）针入度减小,软化点提高,黏度增大,说明沥青高温稳定性提高,对夏季行车的路面车辙、推挤现象有改善。

2）温度敏感性降低。

在温度较低时,沥青变脆使路面发生应力开裂;在温度较高时,路面变软,受承载车辆作用而变形。

而用胶粉改性后,沥青的感温性得到改善,抗流动性提高,橡胶粉改性沥青的黏度系数大于基质沥青,说明改性后的沥青有较高的抗流动变形能力。

　　3）低温性能得到改善。

胶粉可提高沥青的低温延度,增加沥青的柔韧性。

　　4）黏附性增强。

由于石料表面黏附的橡胶沥青膜厚度增加,可提高沥青路面抗水侵害能力,延长路用寿命。

　　5）降低噪声污染。

6）增加车辆轮胎与路面的抓着性,提高行驶安全。

4、PE改性沥青的应用实例及参考价格

1）应用实例：

武汉市芳草路和四新大道、京石高速、南京南站配套道路和绕城公路城市化改造、大广高速（冀豫段）工程、宁杭二期工程、哈尔滨东湖路、甘肃G30十八里水库坡段维护、烟威地区成龙线。

2）参考价格：

橡胶改性沥青价格为5000-5500元/t

八、路孚8000

1、路孚8000改性沥青概述

路孚8000是一种由多种聚合物和其它组分组成的功能强大的、储存性能稳定的沥青混凝土改性剂。

它具有卓越的融合能力，极大的改善沥青胶体的结构。

通过沥青和矿料之间特别的物理、化学作用来发挥功效，使沥青混凝土高温稳定性和低温抗裂性提高数倍甚至数十倍。

其主要作用原理为：

（1）通过形成分散的聚合物晶体使沥青硬化

（2）在矿物性的阵列和含有沥青的灰浆之间形成聚合体搭桥

（3）沥青和添加剂作用成分之间的物理化学交换作用

2、路孚8000改性沥青的技术指标

针入度指标

沥青的针入度与沥青的路面使用性能具有密切的关系，在现阶段，针入度仍然是我国选择沥青标号的最主要的依据。

它不仅表现在高温稳定性上，对低温抗裂性也同样重要。

根据《公路沥青路面施工技术规范》JTGF40－2004的规定，选用5个适宜的温度（本研究中采用15℃、20℃、25℃、30℃、35℃）测定针入度指数，并且要求相关系数不低于。

图1针入度及针入度指数随路孚8000掺量的变化

由上图可以看出，与老化后的基质沥青相比，路孚8000加入后沥青的15℃、25℃、30℃针入度都有不同程度的降低，并且随着改性剂掺量的增加而减小，沥青的针入度指数有明显增大，掺量较高时针入度指数也较大，表明感温性得到改善，高温性能得到增强。

软化点

软化点是道路沥青的最基本的一种性质指标，是我国道路沥青最常用的三大指标之一，直接与表示路面发软变形的程度相关联。

因此，软化点是大多数国家用来说明沥青高温性能的指标之一。

软化点的试验方法有好多种，我国采用的是世界上用得最广的环与球法。

加入路孚8000添加剂后软化点也得到了提高，随着改性剂掺量的增加而升高，掺量较高时软化点都大于80度，说明改性后沥青具有良好的高温性能。

表1软化点随路孚8000掺量的变化

改性剂种类

不同掺量的软化点

路孚8000

16％

13％

10％

7％

4％

0％

>80℃

62℃

52℃

50℃

48.4℃

15℃、5℃延度及测力延度试验

路用沥青的延度是通过在规定的速度和温度下，拉伸标准试件的两端直到断裂的长度。

在4度或15度时得到的延度试验结果能够间接的反映在路面使用时的沥青粘度和剪切敏感性的关系。

尽管国内外对延度试验的意义尚有不同的看法，但大都认为沥青的延度与路面的使用性能有一定的相关性，尤其是低温延度与低温开裂性能关系密切。

图215℃和5℃延度随路孚8000掺量的变化

对于15℃延度，掺入路孚8000后，延度随着掺量的增加而减小，但是在拉伸过程中可以明显感觉到拉力变大。

对于5℃延度，有一个先增大后减小的趋势，但是总体上增加不是很大。

对其进行了10℃下的测力延度试验，也可以看到随着掺量的增加，拉力有明显的增大。

低温延度与低温开裂性能关系密切，虽然延度降低，但是拉力变大，抵抗开裂的能力得到增强。

图310℃下测力延度试验测定的拉力随路孚8000掺量的变化

弹性恢复性能指标

如果沥青弹性恢复好，路面在荷载作用下产生的变形，能在荷载通过后迅速恢复，从而留下的残余变形小，有良好的自愈性。

表2弹性恢复随路孚8000掺量的变化

改性剂种类

不同掺量的弹性恢复

路孚8000

16％

13％

10％

7％

4％

0％

14％

16％

25％

17%

15％

5％

加入路孚8000后，弹性恢复性能有了一定提高，但是掺量较高时反而下降，可能与其成分中含有纤维素等有关。

直接拉伸试验

直接拉伸试验是美国SHRP沥青结合料路用性能规范规定的低温抗裂指标之一。

这里在试验时采用的是未经RTFOT及PAV后的沥青，试验温度为－6℃，试件的破坏应变都大于1％，因此对其应变达到1％时的切线模量进行比较。

图4－6℃下1％切线模量随Sasobit掺量的变化

由图可见，随着路孚8000掺量的增大，1％切线模量也逐渐增大，表明抵抗低温变形的能力得到增强。

稠度不变温度

稠度不变温度为在此温度下，无论掺不掺改性剂，掺多少，沥青的针入度几乎保持不变，高于此温度时，随着改性剂的剂量增加，针入度减小，低于此温度时，随着改性剂的剂量减少，针入度增加。

图5根据不同路孚8000添加剂掺量沥青的针入度得出的诺谟图

通过诺谟图计算得出路孚8000的稠度不变温度大致为10℃左右。

对华北地区而言，沥青路面的温缩裂缝发生时，沥青面层的温度大体上还在5℃－10℃左右，路孚8000对减少温缩裂缝效果有限，对于路面温缩裂缝发生温度比较低的地区，路孚8000应该能起到较好的效果。

稠度试验

稠度是沥青粘稠性能的反映，而随着温度的变化沥青的粘稠性能也会出现明显的变化，也即沥青具有明显的感温性，沥青的感温性被普遍认为是评价沥青性能的最重要指标。

作为沥青粘稠性能指标之一的稠度，同样可以用来反映沥青的感温性。

图645℃稠度随路孚8000掺量的变化

加入路孚8000后，沥青胶结料的稠度有了较大增加，表明高温性能得到较大改善。

3、加入路孚8000添加剂后沥青混合料的性能研究

沥青混合料的配合比设计采用马歇尔试验设计方法,即通过试配法确定混合料的矿料配合比,并通过马歇尔试验判断矿料级配的合理性并确定混合料的最佳油石比。

根据加入路孚8000添加剂后的沥青胶结料性能试验及厂家的产品说明，确定路孚8000的最终掺量为13％（路孚8000/沥青＝13/87）。

矿料级配采用AC-13，如下表所示，油石比为％。

表3所采用沥青混合料的级配

级配类型

通过下列筛孔（mm）的质量百分率（％）

AC-13

100

90-100

65-85

38-68

24-50

15-38

10-28

7-20

5-15

4-8

设计

100

高温稳定性

沥青混合料高温性能试验的方法很多，本研究中采用车辙试验。

车辙试验是评价沥青混合料在规定温度条件下抵抗塑性流动变形能力的方法，通过板块状试件与车轮之间的往复相对运动，使试块在车轮的重复荷载作用下，产生压密、剪切。

推移和流动，从而产生车辙、在试验过程中测定试件的变形与试件或车轮通过次数之间的关系，计算沥青混合料的变形率（RD）或动稳定度（DS）。

车辙试验结果与实际路面车辙有极好的相关性。

试验温度60℃，车轮行走速度42次/min，荷载应力，试验时间60min。

表4沥青混合料的动稳定度

试验项目

基质沥青混合料

加路孚8000添加剂的沥青混合料

动稳定度（次/mm）

1280

7920

变形量

可见加入了路孚8000添加剂后，沥青混合料的抗车辙能力得到了极大的加强，变形也减小很大，表明高温稳定性得到了极大的提高。

低温抗裂性

沥青混合料的低温抗裂性能与沥青路面的开裂相关，因而是沥青混合料的重要使用性能。

弯曲破坏试验是国内外较常用的沥青混合料低温抗裂性评价方法。

本试验采用试验温度－10℃±0.5℃，加载速率为50mm/min。

表5沥青混合料的弯曲破坏试验结果

沥青混合料种类

抗弯拉强度（MPa）

最大弯拉应变

基质沥青混合料

加入路孚8000后的沥青混合料

由表中可以看出，加入路孚8000后，抗弯拉强度和最大弯拉应变都有较大程度的提高，表面加入路孚8000后的沥青混合料具有较好的低温抗裂性能。

采用弯曲应变能密度函数评价低温性能,在一定程度上更能贴切的表达混合料的抗低温能力,其公式表达为

式中,dW/dV为应变能密度函数,其临界值是断裂时应力-应变关系曲线下的面积;σij、ξij分别为应力、应变分量。

根据试验结果，计算得出弯曲应变能如下：

表6沥青混合料试件的弯曲应变能

添加剂类型

基质沥青

路孚8000

弯曲应变能（N·m×10-3）

109

188

加入路孚8000后，弯曲应变能也有了较大的提高，低温抗裂性能有了较大的增强。

抗疲劳性能

疲劳试验的荷载控制模式通常有两种，即应力控制的疲劳试验和应变控制的疲劳试验。

控制应力的疲劳试验是指在重复加载的疲劳试验过程中，保持应力不变，疲劳破坏是以试件的疲劳断裂作为破坏，到达疲劳破坏的重复荷载的作用次数为疲劳寿命。

控制应变的疲劳试验是指在重复加载的疲劳试验过程中，保持应变不变。

由于控制应变的疲劳试验没有明显的破坏现象，因此，通常人为定义当混合料的劲度达到初始劲度的一半时作为破坏准则，此时的重复荷载的作用次数为疲劳寿命。

本研究主要使用应变控制的荷载模式进行疲劳试验。

采用UTM试验机进行试验，三分点加载，试件尺寸为50.0mm×63.5mm×381mm，试验温度15℃，微应变采用400，泊松比采用，采用应变控制模式测定试件劲度降到初始劲度50％的荷载循环次数。

表6沥青混合料的疲劳寿命

试验项目

基质沥青混合料

加路孚8000后的沥青混合料

疲劳寿命（次）

86500

128000

加入路孚8000添加剂后，沥青混

展开阅读全文