阻燃剂对SBS改性沥青混合料路用性能影响
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第 29 卷 第 8 期 2007 年 8 月
武 汉 理 工 大 学 学 报
JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Vol. 29 No. 8 Aug. 2007
阻燃剂对 SBS 改性沥青混合料路用性能影响
孔宪明1 ,余剑英2 ,程松波2 ,吴少鹏2 , 丛培良2
中图分类号 : U 414. 1
文献标志码 : A
文章编号 :167124431 (2007) 0820019204
Effect of Flame Retardant on Pavement Perf ormance of SBS Modif ied Bitumen Mixtures
KO N G Xian2m i ng1 , Y U J ian2yi ng2 , CH EN G S ong2bo2 , W U S hao2pen g2 , CO N G Pei2liang2
沥青的阻燃性通过氧指数 (O I) 来评价 。试样制备与测试参见文献[ 2 ] 。 1. 2. 3 阻燃改性沥青物理性能测试
阻燃改性沥青的针入度 、软化点 、延度分别按 GB/ T 4509 —1998 、GB/ T 4507 —1999 、GB/ T 4508 —1999 进行测试 ,粘度按 J TJ 052 —T0625 —2000 的规定进行 。 1. 3 阻燃沥青混合料的制备与性能测试 1. 3. 1 级配选择
收稿日期 :2007204219. 基金项目 :湖北省科技攻关项目 (2005AA101B20) . 作者简介 :孔宪明 (19502) ,男 ,高级工程师. E2mail :kongxm @163. net
2 0 武 汉 理 工 大 学 学 报 2007 年 8 月
土在国外一些隧道工程中已经得到应用 ,国内关于阻燃沥青也已开展了一些研究[426 ] 。但关于阻燃剂对沥 青混合料路用性能的影响尚未见报导 。沥青玛蹄脂碎石混合料 ( SMA) 以良好的稳定性 、低温抗裂性 、抗疲 劳性及耐老化性能被广泛的应用[7 ,8 ] ,是隧道沥青混凝土路面铺装时首选的混合料类型 。
第 29 卷 第 8 期 孔宪明 ,等 :阻燃剂对 SBS 改性沥青混合料路用性能影响 21
见 ,加入阻燃剂后 ,沥青的粘度增大 ,软化点升高 ,针入度降低 ,延度下降 ,但阻燃剂掺量为 10 %时 ,沥青的性 能指标仍可满足聚合物改性沥青规范中 I2D 级 SBS 改性沥青的技术指标 。从图 2 可以看出 ,未加阻燃剂时 , 沥青的氧指数为 20. 3 % ;阻燃剂加入后 ,沥青的氧指数明显提高 。当阻燃剂掺量为 8 %时 ,氧指数由 20. 3 % 增大到 24. 8 %。
的阻燃性 ,在阻燃剂掺量为 8 %时 ,改性沥青的氧指数可达到 24. 5 % ;阻燃剂的加入 ,增大了改性沥青的粘度 ,导致 SMA
沥青混合料空隙率增大 ,降低了沥青混合料的马歇尔稳定度 ,浸水残留稳定度比和冻融劈裂强度比也减小 ,但车辙动稳
定度提高 。
关键词 : 改性沥青 ; 阻燃 ; 氧指数 ; SMA ; 路用性能
表 3 阻燃剂对 SBS 改性沥青物理性能的影响
物理性能
阻燃剂掺量/ %
0
6
8
10
I2D 级技 术指标
软化点/ ℃ 针入度/ (25 ℃,0. 1 mm)
延度/ (5 ℃,cm) 粘度/ (135 ℃,Pa·s)
75. 4 48
39. 8 1. 25
78. 1 47
36. 8 1. 67
79. 4Байду номын сангаас46
表 4 阻燃剂对混合料马歇尔体积性能的影响
阻燃剂掺量/ %
空隙率/ %
矿料间隙率/ %
沥青饱和度/ %
稳定度/ kN
0
3. 9
18. 6
78. 8
9. 4
6
4. 1
18. 8
77. 8
8. 6
8
4. 2
18. 9
77. 2
8. 6
10
4. 4
19. 1
76. 5
8. 5
规范要求
3 —4. 5
≥17
75 —85
≥6
2. 2. 2 车辙动稳定度 阻燃剂对沥青混合料车辙动稳定度的影响结果
示于表 5 。由表 5 可知 ,沥青混合料的动稳定度随 着阻燃剂掺量的增加而增大 。这是因为随着阻燃剂 的增加 ,沥青的粘度和软化点都增大 ,改善了沥青抗
表 5 阻燃剂对混合料车辙动稳定度影响
采用一种复合阻燃剂与 SBS 改性沥青相混合制备了阻燃 SBS 改性沥青 ,研究了阻燃剂用量对 SMA 混 合料路用性能的影响 。
1 实 验
1. 1 材料 沥青 :SBS 改性沥青 ,其性能如表 1 所示 。复合阻燃剂 :自制 ,由阻燃剂 、增效剂 、配合助剂按一定的比例
复合而成 。集料 :黄云铺辉绿岩 。矿粉填料 :三峡公司生产的石灰岩矿粉 ,其视密度为 2. 92 g/ cm3 。纤维稳 定剂 :聚酯纤维 ,掺量为 3 ‰。
33. 5 1. 93
82. 0 45
30. 4 2. 19
≥60 40 —60
≥20 ≤3
2. 2 阻燃剂对混合料路用性能影响 2. 2. 1 马歇尔体积性能
表 4 反映了不同掺量阻燃剂对阻燃改性沥青 SMA 马歇尔体积性能的影响 。由表 5 可见 ,随着阻燃剂掺 量的增大 ,沥青混合料的空隙率 、矿料间隙率增大 ,沥青饱和度减小 。掺加阻燃剂后混合料稳定度也有所下 降 ,但阻燃剂从 6 % —10 %变化时 ,稳定度变化很小 。阻燃剂对马歇尔体积性能的影响 ,主要原因可能是随 着阻燃剂的加入 ,改性沥青的粘度增大 ,增加了沥青对集料间嵌挤时的阻力 ,导致混合料试件的空隙率增大 , 沥青饱和度降低 ,石料间的嵌挤性差 ,进而导致混合料稳定度减小 。但阻燃剂掺量在 10 %以内 ,改性沥青混 合料马歇尔体积性能指标都能满足 J T G F40 —2004 的规定要求 。
(1. 中国石油大学 (华东) 重质油研究所 ,东营 257061 ;2. 武汉理工大学硅酸盐材料工程 教育部重点实验室 ,武汉 430070)
摘 要 : 采用阻燃剂与 SBS 改性沥青复合制备了阻燃 SBS 改性沥青 ,测试了不同阻燃剂掺量下 SBS 改性沥青的阻燃
性能和物理性能 ,研究了阻燃剂掺量对 SMA 沥青混合料路用性能的影响 。结果表明 :阻燃剂可显著提高 SBS 改性沥青
(1. Heavy Oil Research Institute , China University of Petroleum ( East China) , Dongying 257061 , China ;2. Key Laboratory of Silicate Materials Science and Engineering , Wuhan University of Technology , Wuhan 430070 , China)
Key words : modified bitumen ; flame retardant ; oxygen index ; SMA ; pavement performance
目前世界上大多数隧道路面都采用水泥混凝土路面 ,但水泥混凝土路面表现出抗滑性差 、行车噪音大 、 路面接缝破坏较多 、积水不易排出等问题[1 ] 。沥青混凝土路面以良好的抗滑性 、平整性 、降噪性及容易养护 等优点 ,在路面建设中得到了广泛应用[2 ] 。然而 ,沥青是由碳 、氢等元素组成的复杂的有机物 ,具有易燃的 特性[3 ] 。因此 ,在隧道内采用沥青混凝土路面时 ,火灾的危害程度将明显增大 。阻燃沥青及阻燃沥青混凝
Abstract : Flame2retarded Styrene2Butadiene2Styrene triblock copolymer (SBS) modified bitumen was prepared by blending
of flame retardants and SBS modified bitumen. Effects of t he content of flame retardant on flame resistance and rheological properties of SBS modified bitumen and Stone Matrix Asp halt (SMA) pavement performances of t he modified bitumen mixture were investigated. The results showed t hat flame resistance of SBS modified bitumen was significantly improved by adding t he flame retardant . Flame2retarded SBS2bitumen wit h oxygen index (O I) of 24. 5 % was obtained by adding 8 % flame retardant . The viscosity of flame2retarded SBS modified bitumen was increased due to t he addition of flame retardant , which resulted in t he increase of air void of t he modified bitumen mixture and t he decrement of Marshall stability. Additionally , t he residue Marshall stability , t he indirect tensile strengt h and t he indirect tensile strengt h ratio were decreased , but t he dynamic stability of SMA was improved.
依据 J T G F40 —2004 调试混合料级配 ,最终确定混 合料合成级配结果如图 1 所示 。 1. 3. 2 最佳沥青用量确定
按照 J T G F40 —2004 规定 ,初定 3 种不同油石比 ,制 备马歇尔试件 ,计算体积性能 ,确定最佳油石比为 6. 2 % , 其体积性能如表 2 所示 。
表 1 SBS 改性沥青的物理性能
性能
针入度/ (25 ℃,0. 1 mm)
延度/ (5 ℃,cm)
软化点/ ℃
粘度 135 ℃/ ( Pa·s)
SBS 改性沥青
48
39. 8
75. 4
1. 25
1. 2 阻燃改性沥青的制备与性能测试 1. 2. 1 阻燃改性沥青制备
将 SBS 改性沥青加热到 (170 ±5) ℃,缓慢加入复合阻燃剂 ,恒温下以 1 000 r/ min 的转速搅拌 30 min , 即制得阻燃 SBS 改性沥青 。 1. 2. 2 阻燃改性沥青氧指数测试
T0709 —2000 、T0716 —1993 、T0729 —2000 、T0719 —1993 规定方法对不同阻燃剂掺量的 SMA 进行了路用 性能试验 。
2 结果与讨论
2. 1 复合阻燃剂掺量对 SBS 改性沥青性能的影响 表 3 和图 2 分别反映了不同掺量的阻燃剂对 SBS 改性沥青的物理性能和阻燃性能的影响 。由表 3 可
油石比/ %
试件毛体积 相对密度/ (g·cm - 3)
表 2 马歇尔体积性能
理论最大相
空隙率/ 马歇尔稳
对密度/ (g·cm - 3)
%
定度/ kN
流值/ (0. 1 mm)
沥青饱和 矿料间 度/ % 隙率/ %
6. 2
2. 574
2. 683
3. 9
9. 4
40. 9
78. 3
18. 6
1. 3. 3 沥青混合料路用性能 按照 J TJ 052 —2000 中 T0702 —2000 、T0703 —1993 规 定 的 试 验 方 法 制 备 沥 青 混 合 料 试 件 。根 据
武 汉 理 工 大 学 学 报
JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Vol. 29 No. 8 Aug. 2007
阻燃剂对 SBS 改性沥青混合料路用性能影响
孔宪明1 ,余剑英2 ,程松波2 ,吴少鹏2 , 丛培良2
中图分类号 : U 414. 1
文献标志码 : A
文章编号 :167124431 (2007) 0820019204
Effect of Flame Retardant on Pavement Perf ormance of SBS Modif ied Bitumen Mixtures
KO N G Xian2m i ng1 , Y U J ian2yi ng2 , CH EN G S ong2bo2 , W U S hao2pen g2 , CO N G Pei2liang2
沥青的阻燃性通过氧指数 (O I) 来评价 。试样制备与测试参见文献[ 2 ] 。 1. 2. 3 阻燃改性沥青物理性能测试
阻燃改性沥青的针入度 、软化点 、延度分别按 GB/ T 4509 —1998 、GB/ T 4507 —1999 、GB/ T 4508 —1999 进行测试 ,粘度按 J TJ 052 —T0625 —2000 的规定进行 。 1. 3 阻燃沥青混合料的制备与性能测试 1. 3. 1 级配选择
收稿日期 :2007204219. 基金项目 :湖北省科技攻关项目 (2005AA101B20) . 作者简介 :孔宪明 (19502) ,男 ,高级工程师. E2mail :kongxm @163. net
2 0 武 汉 理 工 大 学 学 报 2007 年 8 月
土在国外一些隧道工程中已经得到应用 ,国内关于阻燃沥青也已开展了一些研究[426 ] 。但关于阻燃剂对沥 青混合料路用性能的影响尚未见报导 。沥青玛蹄脂碎石混合料 ( SMA) 以良好的稳定性 、低温抗裂性 、抗疲 劳性及耐老化性能被广泛的应用[7 ,8 ] ,是隧道沥青混凝土路面铺装时首选的混合料类型 。
第 29 卷 第 8 期 孔宪明 ,等 :阻燃剂对 SBS 改性沥青混合料路用性能影响 21
见 ,加入阻燃剂后 ,沥青的粘度增大 ,软化点升高 ,针入度降低 ,延度下降 ,但阻燃剂掺量为 10 %时 ,沥青的性 能指标仍可满足聚合物改性沥青规范中 I2D 级 SBS 改性沥青的技术指标 。从图 2 可以看出 ,未加阻燃剂时 , 沥青的氧指数为 20. 3 % ;阻燃剂加入后 ,沥青的氧指数明显提高 。当阻燃剂掺量为 8 %时 ,氧指数由 20. 3 % 增大到 24. 8 %。
的阻燃性 ,在阻燃剂掺量为 8 %时 ,改性沥青的氧指数可达到 24. 5 % ;阻燃剂的加入 ,增大了改性沥青的粘度 ,导致 SMA
沥青混合料空隙率增大 ,降低了沥青混合料的马歇尔稳定度 ,浸水残留稳定度比和冻融劈裂强度比也减小 ,但车辙动稳
定度提高 。
关键词 : 改性沥青 ; 阻燃 ; 氧指数 ; SMA ; 路用性能
表 3 阻燃剂对 SBS 改性沥青物理性能的影响
物理性能
阻燃剂掺量/ %
0
6
8
10
I2D 级技 术指标
软化点/ ℃ 针入度/ (25 ℃,0. 1 mm)
延度/ (5 ℃,cm) 粘度/ (135 ℃,Pa·s)
75. 4 48
39. 8 1. 25
78. 1 47
36. 8 1. 67
79. 4Байду номын сангаас46
表 4 阻燃剂对混合料马歇尔体积性能的影响
阻燃剂掺量/ %
空隙率/ %
矿料间隙率/ %
沥青饱和度/ %
稳定度/ kN
0
3. 9
18. 6
78. 8
9. 4
6
4. 1
18. 8
77. 8
8. 6
8
4. 2
18. 9
77. 2
8. 6
10
4. 4
19. 1
76. 5
8. 5
规范要求
3 —4. 5
≥17
75 —85
≥6
2. 2. 2 车辙动稳定度 阻燃剂对沥青混合料车辙动稳定度的影响结果
示于表 5 。由表 5 可知 ,沥青混合料的动稳定度随 着阻燃剂掺量的增加而增大 。这是因为随着阻燃剂 的增加 ,沥青的粘度和软化点都增大 ,改善了沥青抗
表 5 阻燃剂对混合料车辙动稳定度影响
采用一种复合阻燃剂与 SBS 改性沥青相混合制备了阻燃 SBS 改性沥青 ,研究了阻燃剂用量对 SMA 混 合料路用性能的影响 。
1 实 验
1. 1 材料 沥青 :SBS 改性沥青 ,其性能如表 1 所示 。复合阻燃剂 :自制 ,由阻燃剂 、增效剂 、配合助剂按一定的比例
复合而成 。集料 :黄云铺辉绿岩 。矿粉填料 :三峡公司生产的石灰岩矿粉 ,其视密度为 2. 92 g/ cm3 。纤维稳 定剂 :聚酯纤维 ,掺量为 3 ‰。
33. 5 1. 93
82. 0 45
30. 4 2. 19
≥60 40 —60
≥20 ≤3
2. 2 阻燃剂对混合料路用性能影响 2. 2. 1 马歇尔体积性能
表 4 反映了不同掺量阻燃剂对阻燃改性沥青 SMA 马歇尔体积性能的影响 。由表 5 可见 ,随着阻燃剂掺 量的增大 ,沥青混合料的空隙率 、矿料间隙率增大 ,沥青饱和度减小 。掺加阻燃剂后混合料稳定度也有所下 降 ,但阻燃剂从 6 % —10 %变化时 ,稳定度变化很小 。阻燃剂对马歇尔体积性能的影响 ,主要原因可能是随 着阻燃剂的加入 ,改性沥青的粘度增大 ,增加了沥青对集料间嵌挤时的阻力 ,导致混合料试件的空隙率增大 , 沥青饱和度降低 ,石料间的嵌挤性差 ,进而导致混合料稳定度减小 。但阻燃剂掺量在 10 %以内 ,改性沥青混 合料马歇尔体积性能指标都能满足 J T G F40 —2004 的规定要求 。
(1. 中国石油大学 (华东) 重质油研究所 ,东营 257061 ;2. 武汉理工大学硅酸盐材料工程 教育部重点实验室 ,武汉 430070)
摘 要 : 采用阻燃剂与 SBS 改性沥青复合制备了阻燃 SBS 改性沥青 ,测试了不同阻燃剂掺量下 SBS 改性沥青的阻燃
性能和物理性能 ,研究了阻燃剂掺量对 SMA 沥青混合料路用性能的影响 。结果表明 :阻燃剂可显著提高 SBS 改性沥青
(1. Heavy Oil Research Institute , China University of Petroleum ( East China) , Dongying 257061 , China ;2. Key Laboratory of Silicate Materials Science and Engineering , Wuhan University of Technology , Wuhan 430070 , China)
Key words : modified bitumen ; flame retardant ; oxygen index ; SMA ; pavement performance
目前世界上大多数隧道路面都采用水泥混凝土路面 ,但水泥混凝土路面表现出抗滑性差 、行车噪音大 、 路面接缝破坏较多 、积水不易排出等问题[1 ] 。沥青混凝土路面以良好的抗滑性 、平整性 、降噪性及容易养护 等优点 ,在路面建设中得到了广泛应用[2 ] 。然而 ,沥青是由碳 、氢等元素组成的复杂的有机物 ,具有易燃的 特性[3 ] 。因此 ,在隧道内采用沥青混凝土路面时 ,火灾的危害程度将明显增大 。阻燃沥青及阻燃沥青混凝
Abstract : Flame2retarded Styrene2Butadiene2Styrene triblock copolymer (SBS) modified bitumen was prepared by blending
of flame retardants and SBS modified bitumen. Effects of t he content of flame retardant on flame resistance and rheological properties of SBS modified bitumen and Stone Matrix Asp halt (SMA) pavement performances of t he modified bitumen mixture were investigated. The results showed t hat flame resistance of SBS modified bitumen was significantly improved by adding t he flame retardant . Flame2retarded SBS2bitumen wit h oxygen index (O I) of 24. 5 % was obtained by adding 8 % flame retardant . The viscosity of flame2retarded SBS modified bitumen was increased due to t he addition of flame retardant , which resulted in t he increase of air void of t he modified bitumen mixture and t he decrement of Marshall stability. Additionally , t he residue Marshall stability , t he indirect tensile strengt h and t he indirect tensile strengt h ratio were decreased , but t he dynamic stability of SMA was improved.
依据 J T G F40 —2004 调试混合料级配 ,最终确定混 合料合成级配结果如图 1 所示 。 1. 3. 2 最佳沥青用量确定
按照 J T G F40 —2004 规定 ,初定 3 种不同油石比 ,制 备马歇尔试件 ,计算体积性能 ,确定最佳油石比为 6. 2 % , 其体积性能如表 2 所示 。
表 1 SBS 改性沥青的物理性能
性能
针入度/ (25 ℃,0. 1 mm)
延度/ (5 ℃,cm)
软化点/ ℃
粘度 135 ℃/ ( Pa·s)
SBS 改性沥青
48
39. 8
75. 4
1. 25
1. 2 阻燃改性沥青的制备与性能测试 1. 2. 1 阻燃改性沥青制备
将 SBS 改性沥青加热到 (170 ±5) ℃,缓慢加入复合阻燃剂 ,恒温下以 1 000 r/ min 的转速搅拌 30 min , 即制得阻燃 SBS 改性沥青 。 1. 2. 2 阻燃改性沥青氧指数测试
T0709 —2000 、T0716 —1993 、T0729 —2000 、T0719 —1993 规定方法对不同阻燃剂掺量的 SMA 进行了路用 性能试验 。
2 结果与讨论
2. 1 复合阻燃剂掺量对 SBS 改性沥青性能的影响 表 3 和图 2 分别反映了不同掺量的阻燃剂对 SBS 改性沥青的物理性能和阻燃性能的影响 。由表 3 可
油石比/ %
试件毛体积 相对密度/ (g·cm - 3)
表 2 马歇尔体积性能
理论最大相
空隙率/ 马歇尔稳
对密度/ (g·cm - 3)
%
定度/ kN
流值/ (0. 1 mm)
沥青饱和 矿料间 度/ % 隙率/ %
6. 2
2. 574
2. 683
3. 9
9. 4
40. 9
78. 3
18. 6
1. 3. 3 沥青混合料路用性能 按照 J TJ 052 —2000 中 T0702 —2000 、T0703 —1993 规 定 的 试 验 方 法 制 备 沥 青 混 合 料 试 件 。根 据