2.改性沥青ppt

作用：丁苯橡胶是水泥混凝土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凝土，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入沥青中。 丁苯橡胶对水泥混凝土的强度、抗冲击和耐磨等性能 均有改善；对沥青混合料的低温抗裂性有明显提高，对高 温稳定性亦有适当改善。 氯丁橡胶(CR)：是以2-氯-1，3-丁二烯共聚制得。
4.弹性指标 弹性恢复(15℃，30min，10cm，5cm/min): 弹性恢复试验：采用沥青延度试验设备，首先浇注8字形 沥青试样，冷却后放在l5℃的水中保温lh,接着脱模并在延度 仪上进行拉伸，拉伸温度为l5℃，拉伸速率为5cm/min。当拉 伸到10cm时，停止拉伸并从中间剪断试样，在水中原封不动地 保持30 min后，把剪断的试样两头对接起来并测量其恢复后的 长度。计算公式：
第3章
改性沥青
• 改性沥青及改性沥青混合料
定义：是指“掺和橡胶、树脂、高分子聚合物、天然沥青、 磨细的橡胶粉,或者其他材料等外掺剂(改性剂),使 沥青或沥青混合料的性能得以改善的沥青结合料”。
• 改性剂
定义：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”。 执行标准：《公路沥青路面施工技术规范》(J2 改性沥青的分类与技术标准 3.3 改性沥青的生产技术
3.1 工程高聚物材料（Polymer）
一、高聚物材料的基本概念
1.定义：高聚物材料是组成单元相互多次重复连接而构成 的物质。 2. 特征
① 具有巨大的分子量 高聚物是由数目很大(一般为103—107)的重复结构单元, 以共价键的形式连接而成的，首要特征：具有大分子量。 ② 复杂的链结构 高聚物按其大分子链几何形状，可分为线型、支链型、 交联网状、体型等。
用作沥青改性
Polypropylene，缩写APP)、等规聚丙烯和间规聚丙烯三种。 特点：抗拉强度较低，但延伸率高，耐寒性尚好。 常用作道路和防水沥青改性剂。
聚氯乙烯(PVC)的特点 ：具有较高的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，明显改善煤沥青热稳性。 聚苯乙烯(PS)特点：无色透明具有玻璃光泽，但不耐冲击、 性脆、易裂，故目前是通过共聚、共混、添加助剂等方法生产 改性聚苯乙烯(Modified Polystyrene)。
3.高聚物的术语与命名 （1）基本术语 单体—低分子化合物(如乙烯CH2=CH2)。 链节—组成聚合物最小的重复结构单元(如-CH2=CH2-)。 聚合度——聚合物中所含链节的数目n。 聚合物——链节相应组成的大分子。 高聚物——聚合度很大的的聚合物。
（2）命名方法 ① 习惯命名法：单体前加“聚”，部分后加“树脂”。 ② 系统命名法：IUPAC(国际理论化学与应用联合会)命名， 科技文献用。 ③ 英文缩写： 聚乙烯(PE)——Polyethylene 聚丙烯（PP）——Polypropylene 聚氯乙烯(PVC)——Polyvinyl Chloride 氯丁橡胶(CR)—— 丁苯橡胶(SBR)——Styrene-Butadiene Rubber
高聚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-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(Styrene-ButadieneStyrene Copolymer，简称SBS)：是苯乙烯(S)和丁二烯(B)的 嵌段共聚物。
特点：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的特性，具有弹性好、抗拉强度高、 低温变形性能好等优点。 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，广泛应用于路面和屋面防水材料。 发展：为提高粘结力，开发了苯乙烯-异戊丁烯-苯乙烯三 嵌段共聚物(SIS)；为改善SBS的耐久性和耐老化性，开发了饱 和型SBS(即SEBS)。
3.2 改性沥青的分类与技术标准 一、改性沥青的分类
1.热塑性橡胶类 2.橡胶类 3.树脂类
二、改性沥青的技术性质
1.温度敏感性 评价指标多种：普遍采用的指标有针入度指数 PI，针入度 -粘度指数PVN，粘温指数VTS及沥青等级指数CI等。 2.高温稳定性 环球法软化点是目前世界上普遍使用的评价指标，但据我 国长期使用的实践证明，我国的普通沥青有“软化点虽高，但 高温稳定性不好”的特点。这是由于我国大部分沥青属于多蜡 沥青，蜡影响了软化点，出现假象。 采用当量软化点T800——沥青的软化点实际上是个等粘温度, 研究证明，沥青软化点的温度大体相当于针入度为800，或粘度 为1300Pa·s时的温度，而且沥青的对数针入度与温度有良好的 直线关系，可通过三个以上温度(15℃、25℃、30℃或5℃)的针 入度建立回归直线，获得当量软化点T800。 经研究，发现T800与SHRP的高温性能指标动态剪切劲度模量 有良好的相关关系。
7.存储稳定性
对于不是在现场制作后马上使用的聚合物改性沥青，要进行 离析试验。 对于SBS类聚合物改性沥青：可以采用软化点差来表征离析 程度。试验原理是将改性沥青放入盛样管中，在高温条件下放 置一段时间后，从盛样管顶部和底部分别取样，测定其环球法 软化点之差，来评价聚合物改性沥青的离析程度。 此外，也可以通过测定顶部和底部试样的针入度差，来反 映聚合物改性沥青中改性剂与沥青的离析程度。 对于EVA和PE等聚合物改性沥青：通常采用观察法来定性描 述这类聚合物和沥青之间的热储存性。试验时将聚合物拌入沥 青中成为混合物，在高温状态下灌入金属试样杯中，将杯放入 135℃的烘箱中持续保温15—18h，不扰动表面，取出试样杯后 先仔细观察试样，然后用一小刮刀徐徐地探测试样，检查表面 层稠度和底部的沉淀物。 试验应从烘箱中取出后5min之内进行，试样处于热态。
3.低温柔韧性指标
(1)当量脆点T1.2 由沥青的对数针入度温度回归直线方程求取针入度为1.2 时的温度，即弗拉斯脆点时的温度，可计算:
lg P A T K T1 .2 ( 0 .0 7 9 2 K ) / A
当量脆点T1.2操作简单，适合我国国情，因此将其列为低 温抗裂性能的评价指标。 (2)低温延度(5℃，5cm/min ) 研究成果表明，重交通道路沥青的延度与温度的关系曲线 存在转折点温度，当速率为5cm/min时，温度低于7℃，各种沥 青的延度差别甚小，温度在7℃—15℃,延度值迅速拉开距离。 重交通道路沥青采用10℃的延度最为合适。 改性沥青采用5℃延度(速率为5cm/min)是合适的指标。
通常认为聚合物材料包括塑料、橡胶和纤维三类。 实际上，随着高分子合金材料、复合材料、互穿聚合物 网络、功能高分子材料等的不断涌现，各类高聚物材料的概 念重叠交叉，它们之间并无严格的界限。
二、几种主要高聚物材料 1.塑料(Plastics)
(1)按用途分类 ① 通用塑料(General Plastics)：产量大、用途广、成型 性好、价廉。如聚乙烯、聚丙烯、酚醛树脂等。 作用：作为水泥混凝土或沥青混合料改性剂。 ② 工程塑料(Engineering Plastics)：能承受外力作用， 有良好的力学性能、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。 作用：可直接作为桥梁或道路结构构件。
6.耐久性指标 采用TFOT(RTFOT)后软化点的升高作为评价沥青抗老化 性能的主 要指标。我国现行沥青路面施工规范中，采用两个指标: (1)残留针入度比(25℃，lOOg，5s) 作为评价沥青抗老化性能的一个指标。 残留针入度比越大，说明沥青的抗老化性能越好。 (2)低温残留延度(10℃，5cm/min) 沥青老化后，对高温稳定性不会有影响，关键是低温抗 裂性能。不同单位测定的5℃延度值非常接近，具有良好的 重现性，并且5℃延度与沥青混合料低温弯曲蠕变速率密切 相关，能充分反映沥青混合料的低温抗裂性能。
(2)通用塑料的主要种类及特点 聚乙烯(PE)的特点：强度较高、延伸率较大、耐寒性好。 聚乙烯是较好的沥青改性剂，由于它具有较高的强度和较好 的耐寒性，并且与沥青的相容性较好，在其他助剂的协同作 用下，可制得优良的改性沥青。 近年生产的超高分子量聚乙烯(UHNWPE)，聚合度n=(100～ 600)×104,密度O.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(PP)：按其分子结构可分为无规聚丙烯(Atactic
③ 晶态与非晶态的共存 高聚物可以呈晶态和非晶态结构，但是多为晶态与非晶态 共存。故同一种高聚物既有固态性质(有固定的形状和体)，又 有液态性质(加热可以流动)。 ④ 同一种高聚物可加工为不同性质的材料 例如聚胺酯树脂可以加工为聚胺酯弹性纤维，又可加工为 聚胺酯橡胶，还可加工为聚胺酯泡沫塑料。 ⑤ 高的品质系数 所谓品质系数为极限强度与密度之比。由于高聚物极限强 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。
2.橡胶(Rubber)
(1)定义：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，具有高弹性的高聚物。 (2)几种传统的常用橡胶材料: 丁苯橡胶(SBR)：是丁二烯与苯乙烯共聚而得的共聚物。 是合成橡胶中应用最广的一种通用橡胶。
特点：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，强度较高、延伸率大， 抗磨性和耐寒性亦较好。
弹性恢复率= 10-x 10 100%
式中，x为恢复后的试样长度(cm)。 弹性恢复试验的恢复率越大，表明沥青的弹性性质越好。 美国AASHTO的试验方法中试件的拉伸长度为20cm，恢复时间 为60min，而且特别规定在试件拉伸到20cm时并不立即剪断，而 是稳定5min后剪断。
5.粘韧性指标——评价沥青材料在低温下表现为良好的柔韧性 还是脆硬性，是改性沥青性能优劣的重要指标。 测力延度(10℃，5cm/min): 测力延度(Force Ductility Test)试验：简单易行，只要 在延度试验时加装一只测力传感器并接上记录仪就可。试验温 度定为10℃，拉伸速度为5cm/min。必须注意：力的测定是测力 延度试验的关键，由于力比较小，要求测量与记录仪器的精度 高，重复性好。AASHTO要求测力传感器应精确到0.0445kN。 测力延度曲线充分显示了材料的粘韧性质，力的峰值和延度 之间存在这样的关系：延度愈大，峰值力愈小；延度愈小，峰值 力愈大。峰值力减小的坡度也随延度的增大而减小。 可结合测力延度的力-变形曲线的形态，考虑选用单位峰值 力所产生的变形，即D/Fmax定义为延度拉伸柔量，它反映了变形 和应力两个参数，可反映沥青的抗变形能力。 D/Fmax越大，表示柔度越大，这比单纯的力和延度具有一 定的优越性。
4.分类 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。 按其能否二次加工，又分为热塑性塑料(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。 高弹性——在外力作用下可产生较大的变形，当外力卸 除后又可恢复原来的形状。 按其产源可分为天然橡胶和合成橡胶两类。 ③ 纤维：是柔韧、纤细而且均匀的线状或丝状，并具有相 当长度(直径的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。
特点：氯丁橡胶呈米黄色或浅棕色，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，是一种常用改性剂。 氯丁胶块用溶剂法可掺入沥青；氯丁橡胶乳与乳化沥青共 混均可用于沥青混合料，亦可作为桥面或路面防水层涂料。
3.高聚物合金(Polymer Alloy)
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(E/VAC，EVA)特点：是由乙烯(E) 和醋酸乙烯酯(VA)共聚而得的高聚物。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 和抗冲击等力学性能。
EVA的力学性能，随醋酸乙烯醋(VA)的含量而变化，VA含量 越低，其性能则接近低密度聚乙烯，主要改善沥青的高温性能， 如软化点和粘度；VA含量越高，则似胶物的比例愈大，对低温 性能也有一定的改善。EVA为较常采用的沥青改性剂。