不同改性沥青的软化点及动稳定度的评价与分析

不同改性沥青的软化点及动稳定度
的评价与分析
张国强1　黄卫东2
11河南省济园市建设工程管理处(济园454650);
21同济大学道路与交通工程教育部重点实验室
摘要　通过对不同类型的改性沥青进行软化点及车辙试验并进行对比,发现S A S OB IT 及PE能够大幅度改善沥青的高温性能,而EVA对沥青的高温性能提高不大;软化点很难对不同类型的改性沥青的高温性能进行评级和分类,但软化点大幅度提高时,车辙试验的动稳定度也相应会有大幅度提高。

关键词　改性沥青　软化点　车辙试验　高温性能
从广义上来讲,所有加入沥青或沥青混合料中以提高沥青、沥青混合料直至沥青路面性能为目的的物质均可称为改性剂。

然而改性沥青技术发展至今,国内外的大量试验结果及实践经验表明:对于全面改善沥青的路用性能而言,效果最为明显的是聚合物改性剂。

因此,近年来国际上应用和研究最广泛的主要是聚合物改性技术。

由于高聚物材料具有独特的组成结构,因而表现出优异的力学性质。

作为改性剂的高聚物的改性功能主要有以下几点:
a)提高沥青路面的高温稳定性,增强抗永久变形能力,减少车辙;
b)改善沥青路面的低温性能,增强抗开裂能力,减少低温裂缝;
c)提高沥青路面抗疲劳能力,减少疲劳开裂。

研究表明,不同的改性剂有不同的特点,不能用相同的指标来衡量。

本研究侧重于对改性沥青及其混合料高温稳定性指标的研究,根据我国建议的改性沥青标准,主要对沥青改性前后的软化点及车辙试验动稳定度进行评价和对比分析。

1　改性方案Ξ
为了比较不同改性剂的高温性能,本研究选用了四种国内外最常用的改性剂:PE、SBS、SBR、EVA;此外还选用了一种性能比较独特的新型改性剂:SA SOB IT,该改性剂的特点是高温性能优异,与沥青的相容性好,高温时的施工和易性较好,所需掺量较低,一般3%的掺量即能达到很好的改性效果。

所用改性剂及掺量见表1。

表1　改性剂及其掺量
改性沥青掺量,%
PE5
S BS5
S BR4
EVA5
S A S OB IT3
所用基质沥青选用茂名生产的70号沥青,主要性能指标如下:25℃针入度6215(1 10mm)、软化点4715℃、15℃延度大于150c m。

2　改性沥青的制备
室内试验制作改性沥青的工艺必须与工厂或
2001年9月 石油沥青　PETROL EUM A SPHAL T 第15卷第3期
Ξ收稿日期:2001—05—09
作者简介:张国强,男,助理工程师。

2000年毕业于同济大
学函授学院,现在河南省济园市建设工程管理处工作。

生产现场的实际加工工艺尽可能一致,加工的产品应能够模拟实际情况,否则室内试验与生产脱节,就不能说明真正的改性效果。

目前室内试验除了采用简单的机械搅拌方式制作改性沥青外(SBR胶乳、某些EVA品种),对大部分必须通过高速剪切方式才能使改性剂均匀分散在沥青中的改性剂类型来说,室内试验必须采用与生产上类似的高速剪切方式加工改性沥青。

目前试验室内使用最为普遍的一种代表性的改性沥青制作设备是高剪切混合乳化机,最高转速可达7000～8000r m in,其基本原理是通过剪切头转子的高速旋转产生的真空吸力将处于高温状态的沥青和改性剂吸入剪切头内,在定子刀片的强烈剪切力及高温沥青的熔融作用下改性剂逐渐变细,直至与沥青均匀混熔,加工的温度根据改性剂选择,一般为160～185℃。

该机定子刀片厚度大、转子和定子间隙定位精确、定子网孔尺寸小,因此可以在较短的时间内使改性剂以较高的细度均匀分布于基质沥青中。

通常情况下,开始启动时的转速宜为3000～4000r m in或更慢一些,以防止启动电流过大烧毁电机。

对SBS、EVA、PE等改性剂,一般剪切15～30m in即可达到改性的细度要求,最长不超过1h,在整个过程中,容器必须放在可调电炉(或电热套、燃气炉)上,注意不断调节加热,使试件的温度保持在适宜的温度范围内。

211　软化点试验结果
对上述改性沥青进行了软化点试验,结果如图1。

从图中可以看出,各种改性沥青的软化点都有提高,软化点的提高值相差很大,PE、SBR对软化点提高都不大,EVA对软化点的提高稍高,而SBS 及SA SOB IT对软化点的提高则非常高。

如果按照这一标准来评价改性沥青高温性能的改善程度,则PE及SBR最差,而SBS及SA SOB IT高温性能最好。

这与一般认为PE能够改善高温性能的实践经验有出入,因此仅用软化点评价改性沥青的高温性能是不够的,还应采用混合料的车辙试验来评价。

212　车辙试验及级配
车辙试验是一种模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的工程试验方法。

从广义来说,室内小型往复车辙试验、旋转车辙试验、大型环道试验、直道试验、野外现场加速加载试验等都属于车辙试验的范畴,这些试验最基本的和共同的原理就是通过采用车轮在板块状试件或路面结构上反复行走,观察和检测试件或路面结构的反应。

图1　软化点试验结果
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块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(D S),分别表示为mm m in或次 mm。

我国采用的评价指标是动稳定度而不是车辙深度,这是因为在车辙试验时,开始阶段的变形一般要占总变形的很大一个比例,而开始阶段变形的测定误差往往比较大,重现性不好,相反在变形进入稳定发展的直线阶段后,直线的斜率则能更清楚地反映混合料高温条件下的抗流动变形能力,所以我国和日本等国都采用动稳定度作为车辙试验的评价指标。

由于车辙试验是一种工程试验方法,试验结果是工程指标而不是力学参数,因此也不能用于理论计算。

但由于试验结果与实际路面车辙有极好的相关性,所以试验结果可用于确定沥青混合料的抗车辙评价指标。

而作为改性沥青的评价试验,其车辙试验的动稳定度不宜过高,否则由于变形较小,会影响试验的精度,因此在混合料配合比设计时采用了A C10- ,基质沥青混合料的沥青掺量为517%,改性沥青由于加入了改性剂,因此混合料的沥青掺量相应增加,本试验的沥青掺量为6%。

混合料级配如图2。

车辙试验结果如图3。

可以看出,在四种最常用的改性剂、、、中,显示出
432001年第15卷 石油沥青
最好的抗车辙能力,这一结果与国内外的工程经验相一致;而EVA 则显示出最差的抗车辙能力,这与一般的观点(EVA 能够显著改善高温性能)有很大出入;SBS 可以显著改善沥青的高温性能,优于EVA 及SBR ;SBR 能够改善高温性能,但不如SBS
及PE 的改善程度大,这与SBR 能同时改善沥青的高温及低温性能,但以低温性能的改善为主要特点的看法相一致;SA SOB IT 作为一种新型的特殊聚合物改性剂,显示出最好的抗车辙能力。

图2
　混合料级配
图3　车辙试验结果
213　软化点与车辙试验动稳定度的相关性分析
将软化点与动稳定度结果放在同一张图(见图
4)上进行相关性分析可以看出以下几个特点
:
图4　软化点与动稳定度结果分析比较
a )沥青的软化点相差很大,但其混合料的车辙动稳定度却相差不大,如PE 与SA SOB IT 的软化点相差很大,但动稳定度却相差不大;
b )沥青的软化点相同或几乎相同,但其混合
料的车辙动稳定度却相差很大,如PE 与SBR 软化点相同,但动稳定度却相差巨大;
c )沥青软化点很高时,如SBS 和SA SOB IT 改
性沥青的软化点均在60℃以上,其混合料的车辙动稳定度较之原样沥青也相应有大幅度提高。

3　小结
SA SOB IT 及PE 能够大幅度改善沥青的高温
性能,而EVA 对沥青的高温性能提高不大。

沥青
软化点与其混合料的车辙动稳定度之间相关性很差,通过软化点很难对不同类型的改性沥青的高温性能进行评级和分类,但如软化点有大幅度提高时,其车辙试验的动稳定度也相应有大幅度提高。

参考文献
1　赵亻黾,杨军,陈荣生.聚合物改性沥青性能的评价研究.
公路交通科技,2000,17(4):10～12
2　赵晶,王抒音1S BS 改性沥青技术与效果评价1中国公
路学报,1997,10(4):18～24
3　张争奇1改性沥青机理及应用研究:[博士学位论文]1
西安:西安公路交通大学,1997
4　沈金安1改性沥青与S M A 路面1北京:人民交通出版
社,1999
5
3第3期张国强等1不同改性沥青的软化点及动稳定度的评价与分析
EVAL UATI ON AND ANALYSI S OF S OFTEN I NG PO I NT AND DYNA M I C STABI L I T Y T O D I FFERENT MOD I F I D ASPHAL T
Zhang Guoq i a ng1,Huang W e i dong2
11J iy uan construction eng ineering adm inistration bu reau(J iy uan454650);
21D ep art m ent of R oad and T raf f ic E ng ineering,T ong j i U niversity
Abstract　Based on the results of s oftening point test and rutting test to different types of modified as phalt,it w as found that SA SOB IT and PE modifier can apparently i m p rove the h igh te mperature perfor m ance w h ile EVA does no t.It is i m possible to grade the h igh te mperature perfor m ance of modified as phalt according to different s ofling po in t classes,but the D yna m ic Stability(D S)can apparently i m p rove w ith s oft po in t.
Key W ords:M odified as phalt;Soft po in t;R utting test;H igh T e mperature perfo r m ance
・动 态・
新加坡I BC沥青会议简报
本次新加坡I BC公司举办的“A sia as phalt B itum en&Roads B ridges T unnels Executive B riefing”于2001年6月20日在新加坡闭幕。

参加会议的主要有:印度国家石油公司、英国A KZ O NOBEL公司、日本三菱公司、新加坡国际石油公司、伊朗国家石油研究院、中东地区、沙特石油公司、加拿大T row公司、马来西亚Sco tt W ils on道路工程公司等三十几个单位。

中国与会单位为中国石化石油化工科学研究院(R IPP)。

会议涉及近十个专题,主要有:
a)加拿大TROW咨询公司介绍了抗蠕变、裂化,降低噪音的铺路技术及胶结料的新发展。

报告主要针对superpave所要求胶结料的指标,以PG 分级的SU PER PAV E的性能以及碎石马蹄脂沥青的发展和沥青冷料回收技术及路面微表面及超表面处理技术;
b)马来西亚Sco tt W ils on道路工程公司M.
A.Shah id高级专家介绍了路面设计方法的基本性能以及马来西亚南北高速路的设计及复合配比的灵活设计;
c)中国石油化工科学研究院介绍了中国改性沥青的市场及储存稳定性良好的改性沥青技术;
d)美国Purvin&Gertz公司副总裁介绍了国际市场原油、沥青价格(O PEC及N on-O PEC组织)及亚洲炼油市场的动态及展望;
e)印度Chennai石油公司系统地介绍了印度沥青市场及印度炼油生产能力;
f)伊朗国家石油化工研究院介绍了伊朗沥青的性能及天然沥青作为沥青改性剂的发展;
g)澳大利亚V SS公司系统地介绍了路面养护技术、路面接缝技术、乳化冷料回收技术及泡沫沥青的作用及对路用性能的影响。

h)新加坡SS公司介绍了桥面接缝技术及接缝料的生产。

会议中除了介绍铺路技术外,各个国家都对中国沥青市场的需求表现出浓厚的兴趣。

(石油化工科学研究院　郭淑华)
632001年第15卷 石油沥青。