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增粘树脂改性乳化沥青性能分析

返回列表 来源:未知 发布日期:2019-05-17 23:49【
随着我国路网的逐步完善,公路养护的里程占比也逐年增加,改性乳化沥青作为公路养护的核心材料之一也逐步备受重视。高性能乳化沥青俨然成为近年来道路工程材料的研究热点。增粘树脂具有提高涂料与基体表面附着力的功能被广泛用于胶粘剂、涂料、油墨中,同时其与石油沥青具有良好的相容性被用于沥青改性剂和聚烯烃的改性剂等。当前,国内外道路工作者陆续开展了树脂改性沥青的制备及性能评价,分别研究了 C9树脂改性沥青、SBR- C9 树脂复合改性沥青及 SBS- C9 树脂复合改性沥青的性能得出当 C9的最佳掺量为4%时能提高沥青软化点和沥青延度;C9树脂掺量为 4%、SBR 掺量为 5%时,SBR、石油树脂和沥青三者形成了稳定的高分子网状结构;SBS-C9 树脂复合改性沥青的感温性能、高温性能均优于 SBS 改性沥青,同时 C9 可提高 SBS 改性剂对基质沥青的约束力,使之形成新的交联网络结构;对PE-C9改性沥青的性能分析得出C9能促进PE 在C9 石油树脂改性沥青中的溶胀和吸附作用;当 PE 与 C9 石油树脂的质量比为 2.1 时,三者形成了稳定的网状结构;刘艳娜,孙彦伟[9]对 SBS 与增容树脂共混改性沥青体系的研究发现增容树脂能改性沥青的常规性能的同时改善了 SBS 与基质沥青之间的相容性;聂鑫垚、姚鸿儒等[10]对 C9 石油树脂对高黏度改性沥青性能的影响分析得出 H/C 原子比高的 C9 石油树脂能促进 SBS 的相容性,进而提高沥青的路用性能。

综上所述,树脂能有效改善沥青
的常规性能,同时能改善改性剂的相容性。但目前研究尚未见增粘树脂应用于改性乳化沥青中的报道。利用增粘树脂改善热熔胶抗剥离性能,且与沥青易于共混相容的特性制备增粘树脂改性乳化沥青,并研究不同树脂掺量对乳化沥青蒸发残留物老化前后常规性能的影响,分析不同树脂掺量下乳化沥青的储存稳定性、黏结力学强度及相结构,拟得出树脂的最佳掺量,最后采用傅里叶红外光谱仪分析了树脂改性乳化沥青的改性机理,研究成果对增粘树脂改性乳化沥青的应用具有积极意义。
 
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
(1)增粘树脂:采用山东某化工生产的增粘石油树脂,其外观为淡黄色,软化点为 100~110℃,固含量(质量分数,本文所涉及的固含量、配比等均为质量分数或质量比)为≥99.9%。
 
(2)基质沥青:采用中海油四川泸州仓库的基质沥青。
 
(3)乳化剂:选用法国某公司的 cm-3 阳离子慢裂快凝沥青乳化剂,掺量为乳化沥青的 1.5%,密度为 0.99g/cm3。
 
(4)树脂改性乳化沥青的制备:首先,将不同掺量的增粘树脂与基质沥青在 135℃、4000 r/min 条件下充分剪切 120min,其次再与皂液一并加入胶体磨中研磨 3min,最后接样以备分析。
 
1.2 试验方法
(1)沥青常规性能试验:参考 JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中针入度、软化点及延度试验方法分别测定不同改性剂掺量下的乳化沥青针入度、软化点及延度(5℃、10℃和 15℃)。
 
(2)黏结力试验:参考 CJJ139—2010《城市桥梁桥面防水工程技术规程》中的黏结强度测试方法,在 100 mm×100 mm×30 mm 的水泥试块上刷涂 5g(撒布量为 0.5kg/m2)的乳化沥青,在 25℃条件下待其完全破乳后进行拉拔试验。
 
(3)存储稳定性试验:参考 JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中乳化沥青储存稳定性测试方法分别测定不同树脂掺量下的 5d 储存稳定性。
 
(4)微观相结构:采用均胶试验机将乳化沥青均匀涂抹于载玻片,并在 25 ℃下采用荧光显微镜对其微观结构进行观测。
 
(5)傅里叶红外光谱:傅里叶红外变换光谱仪为德国 Bruker 公司 70 型 FTIR,将改性乳化沥青涂抹于铝箔上,自动扫描后获得其红外光谱。
 
2 树脂掺量对乳化沥青常规性能的影响
(1)沥青的针入度随着树脂掺量的增加而减小,分析其原因为增粘树脂发生脱氢反应,化合物中环结构转化成芳香环等大分子共聚物,同时树脂中丰富的双键发生了酸碱催化重排,进而导致沥青变硬。
 
(2)沥青的软化点随着树脂掺量的增加而提高,1#~4#软化点增幅较大,4#提高了 6.8%,5#的软化点提高不明显,分析其原因可能是树脂中的芳香环、双键与基质沥青反应后形成新的交联网络,加之树脂本身软化点为 90℃~110℃,进一步提高了沥青的软化点。
 
(3)沥青的延度随着树脂掺量的增加而降低,且随着温度的降低,延度衰减度越高;15℃时,5#延度衰减 84.5%,10℃时衰减 92%,5℃时延度仅为 0.6cm;分析其原因为增粘树脂为热塑性嵌段共聚物,其掺量的增加也随之增加了沥青的脆性,加之树脂中的环结构转变,形成大分子共聚物,进一步导致沥青低温延度的衰减。
 
3 结论
(1)树脂的掺入能提高沥青的软化点,降低沥青针入度及延度,其中延度衰减明显;树脂掺量为 25%时 15℃延度衰减 84.5%,10℃延度衰减 92%,5℃时延度仅为 0.6cm。
 
(2)树脂的掺入对老化后乳化沥青蒸发残留物的软化点有所提高,针入度和延度有所降低,其中树脂掺量为 25%时,老化后的 15℃延度仅为 0.9cm,衰减严重。
 
(3)树脂掺量为 25%时,乳化沥青在 25℃、45 ℃下的拉拔强度分别为 1.41 MPa、0.73 MPa,具有良好的粘结力。
 
(4)乳化沥青 5d 储存稳定性随着树脂掺量的增加而发生骤变,当掺量为 20%时,其乳液与树脂发生离析,不满足规范要求。
 
(5)当树脂掺量为 15%时,树脂与沥青混合均匀,呈均匀的网状结构,处于饱和均匀状态;因此,树脂掺量不超过 15%为宜。
 
(6)通过红外分析得出,增粘树脂改性乳化沥青仅为物理共混,并无新物质生成。