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改性瀝青生產過程中的關鍵控制因素

文章出處:未知 人氣: 發表時間:2020-12-16 14:17:26
由于瀝青與聚合物之間的分子量、粘度、極性及溶解度參數等性質差異較大,絕大多數聚合物一瀝青共混體系是熱力學不相容的,即聚合物改性瀝青在熱儲存過程中自發地發生相分離,形成聚合物富集相和瀝青富集相。該方法只能現場拌和改性瀝青,很難制得儲存穩定性比較好的改性瀝青成品,因此目前國內一部分廠家采取現場加工的方法,即生產的改性瀝青立即與石料拌和,以避免聚合物與瀝青產生離析。但是這種熱儲存不穩定的改性瀝青存在著儲存困難,生產和應用需要緊密結合,在瀝青路面的應用中,還存在著離析的風險,對于瀝青路面的質量存在著不可控的因素,目前在這種辦法已逐漸得到大家的共識,逐漸被放棄,轉而采用工廠化生產改性瀝青。工廠化生產SBS改性瀝青具有質量穩定、性能可靠。但是當生產的溫度和發育時間不同時,得到的SBS改性瀝青性能存在著較大的區別,本文進行專門研究。
生產方案設計
影響SBS改性瀝青的因素包含原材料的性能和生產加工條件,本文通過改性瀝青的發育溫度和發育時間進行研究,并且通過對助劑和穩定劑的變量進行研究。
 
分析與討論
不同溫度下的顯微形態
改性瀝青發育完成時,采用熒光顯微鏡進行改性瀝青形態的微觀觀測。其原理是利用SBS改性劑在熒光作用下會激發,而瀝青不激發的特點,將SBS改性劑的形態在圍觀下可見,進而通過微觀形態來分析改性瀝青的性能。隨著儲存發育溫度的改變,在175℃時,SBS的部分可以清晰可見,當發育溫度提高到180℃時,SBS改性劑的顆?;鞠?,當發育溫度提高到185℃時,SBS改性劑出現部分聚集的現象,表明此刻SBS改性劑出現了過度發育的現象。表明片面提高發育溫度對于改性瀝青的微觀形態并非有利,改性瀝青的發育溫度建議在180℃左右。而且提高瀝青的發育溫度可能會造成改性瀝青的進一步老化,對于改性瀝青的性能并非有利。
不同生產溫度下改性瀝青的性能變化
SBS改性瀝青的發育過程是改性劑在高溫下熟化,所以發育溫度對改性瀝青的性能有著重要的影響。
隨著發育溫度的提高改性瀝青的軟化點呈現出不斷增長的趨勢,但是當溫度到180℃后,瀝青的軟化點增幅迅速減小,而且在助劑摻量只有2.5%的時候,呈現出下降的趨勢。而改性瀝青的針入度變化比較小,當發育溫度分別為175℃、180℃和185℃時,改性瀝青的針入度基本在62~64之間,表明發育溫度對改性瀝青的針入度影響較小。改性瀝青的5℃延度則表現出隨著發育溫度的增長而不斷增長的趨勢,同時可以看出,在低摻量的助劑時,延度增長速度比較快。短期老化后的殘留延度也存在著相同的問題,出現了殘留延度隨著發育溫度的提高不斷增長的趨勢,表明發育溫度的提高對瀝青的低溫性能是一種有力的變化。而135℃布氏粘度的變化,當發育溫度從175℃提高到180℃時,布氏粘度呈現出增長的趨勢,但是當發育溫度從180℃增長到185℃時,瀝青的粘度反而下降。整體可以看出,提高發育溫度對于改性瀝青的高溫性能和低溫性能均是有利的,但是粘度出現了轉折點,表明此刻的改性瀝青已經達到了一個最佳點。即通過提高發育溫度可以改善瀝青的性能,但是對于瀝青的長期性能是不利的。同時,增加助劑的摻量,可以加速改性瀝青的熟化,但是對于改性瀝青后期的性能則有著不穩定的因素。
不同穩定劑摻量下鎮海改性瀝青的性能
穩定劑的作用是改善改性瀝青的離析,圖4是不同穩定劑摻量下瀝青隨著發育溫度的提高,改性瀝青性能的變化。
 
從圖中可以看出,當發育溫度從175℃提高到185℃時,改性瀝青的軟化點、針入度和延度都隨著發育溫度的提高而增大,布氏粘度變化不大,改性瀝青的殘留延度則隨著發育溫度的提高而下降??傮w上而言,提高瀝青發育溫度,有利于提高改性瀝青的整體性能。微觀上分析,當提高發育溫度時,SBS改性劑的溶脹速度會提高,SBS改性劑進一步加速分散于瀝青中,導致瀝青的高溫穩定性增強,低溫性能提高,但是在熱氧作用下,改性瀝青的老化也會加速,表現在改性瀝青性能體現上,改性瀝青的軟化點提高,低溫延度變大,RTFOT后殘留延度變小,與微觀分析相一致。在圖3中同時可以看出,當穩定劑的摻量為1.5‰時,改性瀝青的性能變化和1.9‰、2.3‰時的性能存在差異性,分析認為,穩定劑的作用是打開SBS改性劑中的碳碳雙鍵,彼此鏈接,最終形成空間網狀結構,當穩定劑的摻量較低時,交聯度較低,網絡結構不密實時,改性瀝青的性能不能很好的體現,導致改性瀝青在高溫性能出現了一定程度的下降,而熱氧作用打斷了SBS改性劑中的碳碳雙鍵,反而加速了SBS改性劑在瀝青中的溶脹,表現出RTFOT后殘留延度升高的現象。
不同發育時間下改性瀝青的性能
改性瀝青中添加助劑是為了改善瀝青的低溫性能,同時改善SBS改性劑和瀝青之間的相容性。圖4為瀝青助劑分別為2.5%、3.0%和3.5%時,改性瀝青在不同發育時間下時改性瀝青的性能。從圖中可以看出,隨著發育時間的延長,瀝青的高溫性能呈現上升的趨勢,針入度呈現下降的趨勢,延度呈現下降的趨勢,殘留延度呈現上升的趨勢,布氏粘度呈現上升的趨勢。從性能變化中可以看出,隨著發育時間的延長,SBS改性劑在瀝青中進一步溶脹,性能整體呈現上升的趨勢,由于SBS改性劑溶脹后體積變大,改性瀝青的粘度變大。當發育時間從6h提高到9h時,改性瀝青針入度和延度呈現下降的趨勢,表明此時的發育時間太長,因此建議SBS改性瀝青的發育時間定在6h。
時溫效應
時溫等效效應是指通過提高溫度來減少反應時間的現象。這種現象常常被用于工業產品的生產中,但是這種效應在SBS改性瀝青生產當中的應用較少。圖5為不同發育溫度時在不同發育溫度下性能的變化,軟化點在185℃下發育3h類似于180℃發育5h,針入度發育3h類似180℃發育7h,延度變化不明顯,殘留延度發育3h類似180℃發育6h,布氏粘度的變化整體呈現上升的趨勢??傮w上而言,室溫等效對于改性瀝青的生產具有一定的效果,但是整體性不強,對于瀝青的低溫性能不明顯,對于軟化點、針入度和殘留延度效果比較明顯。經分析認為,SBS改性瀝青在高溫下的發育一方面是SBS改性劑的溶脹發育,一方面是瀝青的熱氧老化,兩種反應同時進行,導致時溫等效效應部分指標不明顯。表明對于改性瀝青的室溫等效效應,需要進一步更加細致的研究。
結論
(1)SBS改性瀝青的發育溫度在180℃,發育時間在6h時,改性瀝青的性能達到最佳,不能片面提高發育溫度或者延長發育時間;
 
(2)SBS改性瀝青中的助劑摻量在3.0%、穩定劑摻量在1.9‰時,SBS改性瀝青較好;
 
(3) 時溫等效對于SBS改性瀝青的性能有一定的作用,但是對于部分指標效果不明顯。

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