SBS改性瀝青的應(yīng)用復(fù)習(xí)進(jìn)程

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。SBS改性瀝青的應(yīng)用-蘭州交通大學(xué)SBS改性瀝青的應(yīng)用學(xué)院：土木工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：鐵道路工程學(xué)生姓名：張建效學(xué)號(hào)：200701907指導(dǎo)教師：李波目錄中英文摘要2第一章：SBS改性瀝青的研究簡(jiǎn)況.31引言32SBS改性瀝青的概況32.1SBS改性劑的性能及改性劑的選擇32.2SBS改性劑對(duì)瀝青的影響42.2.1SBS改性劑對(duì)瀝青穩(wěn)定性的影響42.2.2SBS改性劑對(duì)瀝青力學(xué)性能和低溫性能的影響62.3SBS改性劑與瀝青的作用機(jī)理62.4SBS改性瀝青的主要應(yīng)用范圍6第二章SBS改性瀝青的生產(chǎn)及質(zhì)量控制71S

2、BS改性瀝青的生產(chǎn)82SBS改性瀝青的質(zhì)量控制.93SBS改性瀝青的存儲(chǔ).10參考文獻(xiàn)10SBS改性瀝青的應(yīng)用張建效（蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院蘭州730070）摘要：論文首先簡(jiǎn)單概述了近幾年國(guó)內(nèi)外改性瀝青的發(fā)展情況及SBS改性瀝青的應(yīng)用研究情況。主要進(jìn)行了SBS改性瀝青的性能評(píng)價(jià)和生產(chǎn)流程的討論，探索了SBS改性劑對(duì)瀝青性質(zhì)的影響，即對(duì)針入度、軟化點(diǎn)、延度、彈性恢復(fù)、閃點(diǎn)等性質(zhì)的影響。關(guān)鍵詞：改性瀝青；SBS；性能評(píng)價(jià)UtilizationoftheSBSModifiedHYPERLINKapp:ds:pitcht_selfAsphaltJian-XiaoZHANG(CollegeofHYPE

3、RLINKapp:ds:constructiont_selfConstructionHYPERLINKapp:ds:railroadt_selfRailroadEngineering,LanZhouJiaoTongUniversity,Lanzhou730070)Abstract：whenwemixsomespecialthingstoasphaltitsnaturewillbechanged.SBSisoneofthemostwidelyusedmodifier.AndtheSBSModifiedHYPERLINKapp:ds:pitcht_selfAsphaltscharactersals

4、ohavecloselycollectionwithitsproductioncourse.wehadinvestigatedSBSsproperties,anditsimpactstopitch.Itwasfoundthatasphaltsneedlepenetration,softeningpoint,ductility,elasticrecoveryhavechangedafterSBSbeenadded.Keywords：ModifiedHYPERLINKapp:ds:pitcht_selfAsphalt；SBS；ThecontrolofmodifiedasphaltsHYPERLIN

5、Kapp:ds:qualityt_selfquality第一章SBS改性瀝青的研究簡(jiǎn)況1引言瀝青材料具有優(yōu)良的路用性能，而且資源豐富，價(jià)格低廉，在高等級(jí)路面得到了廣泛的應(yīng)用，由于瀝青的分子量較小且分布較寬，其力學(xué)性能對(duì)溫度的敏感性大，低溫易變脆，高溫易流淌，彈性和耐老化性能較差，隨著道路交通量越來(lái)越大，車(chē)輛軸載越來(lái)越重，對(duì)瀝青的要求就越來(lái)越高，為了提高瀝青的性能，我們給瀝青中加入各種性能優(yōu)良，價(jià)格適中的改性劑即形成了改性瀝青。國(guó)外利用改性劑對(duì)瀝青改性具有很長(zhǎng)的歷史了。19世紀(jì)中期就用硫化的方法，使瀝青的針入度降低，軟化點(diǎn)升高，近50年改性瀝青的發(fā)展大致經(jīng)歷了四個(gè)階段。（1）1950-1960年

6、，直接在瀝青中摻入橡膠粉或膠乳，拌合攪勻使用;(2)1960-1970年，把丁苯合成橡膠以乳膠的形式按比例現(xiàn)場(chǎng)摻配使用；（3）1971-1988年，除了合成橡膠繼續(xù)應(yīng)用外，熱塑性樹(shù)脂得到了廣泛的應(yīng)用；（4）1988年至今，SBS逐漸成為主導(dǎo)改性材料。2SBS改性瀝青的概況2.1SBS改性劑的性能及改性劑的選擇SBS橡膠為白色或微黃色多孔性粒狀、條狀或粉狀物一般粒長(zhǎng)小于10mm，分子量在5000-16000，密度為0.94-1.13g/3,加工溫度為150-230，超過(guò)230會(huì)引起氧化分解。YH-791為常見(jiàn)改性劑，其主要物理性能如下表：表一SBS(YH-791)的主要物理性能組成拉伸強(qiáng)度/MP

7、a300%定伸應(yīng)力/MPa扯斷伸長(zhǎng)率，%永久變形%硬度（邵爾A型，度）苯乙烯/丁二烯15.72.05005065SBS橡膠是一種熱塑性彈性體，常溫下具有橡膠的彈性，高溫下又能熔融流動(dòng)，嵌段共聚物SBS的分子結(jié)構(gòu)及相態(tài)結(jié)構(gòu)如圖1所示：聚苯乙烯微區(qū)中間彈性嵌段(聚丁二烯鏈段)圖1嵌段共聚物SBS的分子結(jié)構(gòu)及相態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖SBS橡膠的二相結(jié)構(gòu)決定了其性質(zhì)，在其二相結(jié)構(gòu)中，聚苯乙烯相（PS段）是強(qiáng)、硬性的，聚丁二烯相（PB段）是軟彈性的，所以SBS有兩個(gè)玻璃化溫度，-100和105。-100是聚丁苯乙烯玻璃化的溫度，105是聚苯乙烯玻璃化的溫度。在此溫度范圍內(nèi)，SBS橡膠具有良好的橡膠性能和工藝性能。

8、在低于聚苯乙烯玻璃化溫度溫度時(shí)，由于分子力的存在，分子間相互纏繞，形成聚苯乙烯相疇并形成聚丁二烯相網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)。當(dāng)溫度升高時(shí)，會(huì)使聚苯乙烯軟化，聚苯乙烯相疇消失，體系處于塑性狀態(tài)，具有較好的流動(dòng)性，使SBS橡膠可溶性提高。冷卻后，又恢復(fù)原狀，再次形成相疇，再次固定于聚丁二烯鏈的末端，重新形成彈性，恢復(fù)橡膠彈性。SBS的改性效果與SBS的品種，分子量大小密切相關(guān)，星型SBS改性效果優(yōu)于線(xiàn)性SBS，SBS分子量越大，改性效果越明顯，但加工比較困難。在選擇SBS品種時(shí)，應(yīng)注意下列指標(biāo)：1、首先判斷是屬于線(xiàn)性還是星型，一般情況下星型的改性效果優(yōu)于線(xiàn)性的，但在加工性能方面，星型比線(xiàn)性的要困難，但如果充油5%

9、，加工性能將明顯改善。2、檢查嵌段比S/B，即塑形段與橡膠段的比例。3、SBS自身的拉伸性能對(duì)其抗裂性能影響較大，可以從300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、扯斷永久變形、撕裂強(qiáng)度等指標(biāo)來(lái)判斷SBS的拉伸性能。4、熔體流動(dòng)速率是決定加工難易程度的主要指標(biāo)，與分子量相關(guān)，流動(dòng)速率小，加工容易，但性能較差。2.2SBS改性劑對(duì)瀝青的影響在瀝青中加入SBS之后，在溫度與機(jī)械的作用下，首先聚苯乙烯段（PS段）軟化流動(dòng)，聚丁二烯（PB段）則充分吸收瀝青中的油分和軟瀝青的組分，使體積發(fā)生膨脹，形成海綿狀。冷卻后，PS再度硬化，形成物理交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，瀝青則進(jìn)入其三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，成為有機(jī)的高分子彈性體，像橡

10、膠一樣具有很大的彈性變形能力，使瀝青的溫度穩(wěn)定性、力學(xué)性能、低溫性能得到大大的改善。2.2.1SBS改性劑對(duì)瀝青穩(wěn)定性的影響SBS橡膠瀝青的溫度穩(wěn)定性可用感溫性表示。感溫性可用針入度指數(shù)PI表示。在瀝青中加入SBS之后，針入度開(kāi)始下降，摻量越高降低越明顯。如圖2所示：圖2SBS摻量與針入度和針入度指數(shù)之間的關(guān)系從圖中可以看出，SBS改性瀝青的的針入度隨SBS橡膠的摻量增加而明顯下降，針入度指數(shù)升高。SBS摻入量在3%以上針入度降低較明顯，在加入6%以后，針入度變化幅度越來(lái)越小。SBS摻入量越大，針入度越大，針入度溫度指數(shù)越小，SBS改性瀝青的感溫穩(wěn)定性越好。在瀝青中摻入SBS之后，瀝青的軟化點(diǎn)

11、提高，當(dāng)量軟化點(diǎn)也提高。SBS摻量與軟化點(diǎn)和當(dāng)量軟化點(diǎn)之間的關(guān)系圖3：圖3SBS摻量與軟化點(diǎn)之間的關(guān)系從圖中可以看出，SBS橡膠瀝青的軟化點(diǎn)，隨SBS橡膠的摻量的增加而增大，當(dāng)量軟化點(diǎn)也在增大，在3%-5%的SBS摻量時(shí)，軟化點(diǎn)大幅度上升，超過(guò)8%之后，上升幅度逐漸減小，說(shuō)明SBS瀝青的耐熱性隨SBS的摻量增大而提高。在瀝青中摻入SBS之后，SBS改性瀝青的延度也隨SBS摻量的增加而增大，SBS摻量與延度之間的關(guān)系圖4：圖3SBS摻量與軟化點(diǎn)之間的關(guān)系從圖中可以看出，SBS橡膠瀝青的延度，隨SBS橡膠的摻量的增加而增大，在3%-6%的SBS摻量時(shí)，延度大幅度上升，超過(guò)7%之后，上升幅度逐漸減小

12、，說(shuō)明SBS瀝青的彈性隨SBS的摻量增大而提高。2.2.2SBS改性劑對(duì)瀝青力學(xué)性能和低溫性能的影響SBS橡膠的主要力學(xué)性能是黏性和韌性、蠕變性和回彈性。SBS橡膠瀝青的黏韌性或韌性都有很大的改善，說(shuō)明SBS橡膠瀝青具有更好的抗沖擊破壞能力和黏結(jié)力。并且隨著SBS橡膠摻量的增加，瀝青的回彈性大大提高，經(jīng)試驗(yàn)，SBS的摻量在1%-6%時(shí)回彈性增長(zhǎng)幅度較大，摻量大于6%以后，回彈性增長(zhǎng)趨于平緩。經(jīng)試驗(yàn)，低粘度瀝青比高粘度瀝青制成的改性瀝青彈性要好。SBS改性瀝青的低溫性能主要包括低溫延伸度、當(dāng)量脆化點(diǎn)、玻璃化溫度。SBS瀝青的低溫延伸度隨著SBS摻量的增大而增大，在3%-5%之間時(shí)，增加幅度最大，

13、而超過(guò)5%以后增長(zhǎng)較為緩慢。隨SBS摻量的增加，SBS改性瀝青的脆化溫度和玻璃化溫度都大大降低，說(shuō)明SBS改性瀝青的低溫性能大大提高。2.3SBS改性劑與瀝青的作用機(jī)理在SBS改性瀝青的制備過(guò)程中,改性劑與基質(zhì)瀝青之間主要發(fā)生的是溶脹、增塑作用,在條件合適的情況下,有可能發(fā)生一定程度的交聯(lián)或接枝作用。其作用原理可由自由體積理論、熱力學(xué)理論等進(jìn)行闡釋。自由體積理論認(rèn)為任何液體或固體的體積均由分子的占有體積和未被占有的“孔穴”自由體積組成。而SBS改性瀝青的制備溫度遠(yuǎn)高于玻璃化溫度,其中高彈態(tài)體積隨溫度升高會(huì)產(chǎn)生膨脹,這是由占有體積和自由體積的膨脹引起的。由于SBS的體積膨脹,其自由體積為容納瀝青

14、小分子提供了便利條件,同時(shí)SBS自身的鏈段微布朗運(yùn)動(dòng)變得更加活躍。熱力學(xué)理論則認(rèn)為在平衡相轉(zhuǎn)變過(guò)程中其自由能的變化是連續(xù)的(實(shí)際上SBS與基質(zhì)瀝青作用過(guò)程中SBS表面未必處于熱力學(xué)平衡狀態(tài),但其自由能變化仍是連續(xù)的),SBS與基質(zhì)瀝青的溶脹作用實(shí)際上包含以下幾個(gè)主要方面。一是液態(tài)的瀝青因膠體布朗運(yùn)動(dòng)而在體系中產(chǎn)生擴(kuò)散和滲透作用,使得瀝青分子與SBS在界面上發(fā)生相互碰撞,溫度越高,布朗運(yùn)動(dòng)也越劇烈,其中小分子的飽和分等布朗運(yùn)動(dòng)最劇烈,越有利于瀝青與SBS之間的相互作用。同時(shí)SBS為非極性高聚物,而瀝青中飽和分、芳香分沒(méi)有極性或極性較低,根據(jù)相似相容原理,瀝青中的飽和分等組成成分在做布朗運(yùn)動(dòng)的同時(shí)

15、,越容易與SBS發(fā)生相容作用,產(chǎn)生溶脹。二是瀝青分子與SBS鏈段之間表面自由能的差異性,促使二者產(chǎn)生浸潤(rùn)與吸附作用,根據(jù)能量最小原理,二者作用后試圖使體系的自由能處于最低狀態(tài)。其表面張力與數(shù)均分子量Mn之間存在如下的關(guān)系:r為分子量趨于無(wú)窮大時(shí)的表面張力;Ke為常數(shù)。而SBS的分子量基本上大于10萬(wàn),而瀝青中膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的分子量最大才1萬(wàn)左右,而飽和分分子量一般才幾百,由此可見(jiàn),SBS的表面張力應(yīng)遠(yuǎn)高于基質(zhì)瀝青。同時(shí)溫度升高,它們的表面張力均要下降,而SBS下降幅度遠(yuǎn)低于基質(zhì)瀝青,這樣二者之間表面張力的差距將進(jìn)一步拉大,使得SBS更容易吸附瀝青小分子以降低自身表面的自由能,使體系總能量最低。三

16、是化學(xué)吸附與鍵合作用。從SBS的組成可見(jiàn),其中含有非常多的C=C雙鍵,這些不飽和鍵在高溫下非?；钴S,與瀝青中“活躍分子”如啞砜、酚類(lèi)絡(luò)合物、酮等含氧基團(tuán)物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)作用,盡管這種作用在SBS改性瀝青制備過(guò)程發(fā)生機(jī)率很小,但對(duì)改性瀝青的性能影響至關(guān)重要。因?yàn)榍皟煞N作用是一種物理過(guò)程,當(dāng)溫度下降后可能產(chǎn)生逆向作用,被SBS吸附的瀝青組分可能重新回到基質(zhì)瀝青膠體中,對(duì)小分子物質(zhì)起不到穩(wěn)定的效果,從而影響改性瀝青性能的穩(wěn)定性。因此,在體系中添加交聯(lián)劑或其他助劑,可促進(jìn)SBS與基質(zhì)瀝青的交聯(lián)、鍵合作用,以增強(qiáng)SBS改性瀝青的穩(wěn)定效果。2.4SBS改性瀝青的主要應(yīng)用范圍1、新建高等級(jí)公路瀝青路面的鋪裝

17、；2、道路養(yǎng)護(hù)維修，特別是道路大修中的應(yīng)用；3、特殊鋪裝，如復(fù)合式路面、橋面鋪裝、機(jī)場(chǎng)道面以及其他特殊地段；4、特殊性路面，如排水性路面、瀝青瑪蹄脂碎石路面SMA等高性能使用路面；5、其他特殊用途，如水泥混凝土路面填縫材料。小橋梁無(wú)縫伸縮處理技術(shù)、層面防水、大壩防水等；6、生產(chǎn)建筑防水用瀝青卷材；7、生產(chǎn)瀝青防水膠。第二章SBS改性瀝青的生產(chǎn)及質(zhì)量控制1SBS改性瀝青的生產(chǎn)SBS改性瀝青的生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際上就是將SBS改性劑與瀝青均勻的混融到一起的過(guò)程。目前國(guó)內(nèi)外改性瀝青的生產(chǎn)方法主要有工廠生產(chǎn)法和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)法兩種。工廠生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)作業(yè)流水線(xiàn)生產(chǎn)，提高了效率，但成品瀝青可能需要長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)輸與貯存，

18、因此廠家在生產(chǎn)時(shí)需要加入一些穩(wěn)定劑，以防止改性劑與瀝青離析，影響改性效果。現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)是在現(xiàn)場(chǎng)采用專(zhuān)用的改性瀝青生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)改性瀝青，保證了改性瀝青的生產(chǎn)質(zhì)量。無(wú)論是工廠生產(chǎn)還是現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，目前正在開(kāi)發(fā)和推廣的主要是高速剪切法和膠體磨法。采用膠體磨法和高速剪切法加工改性瀝青，一般都要經(jīng)過(guò)改性劑溶脹、分散磨細(xì)、繼續(xù)發(fā)育三個(gè)階段。基質(zhì)瀝青情監(jiān)測(cè)基質(zhì)瀝青罐青罐目前工廠普遍采用的是膠體磨法。膠體磨法的基本原理是在基質(zhì)瀝青中加入改性劑，通過(guò)高溫混融、研磨剪切、成品發(fā)育，使改性劑顆粒達(dá)到較小的數(shù)量級(jí)而均勻的分散到于瀝青膠泥中，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。膠體磨法的核心部分為膠體磨，它是由大功率電機(jī)經(jīng)皮帶增速帶動(dòng)膠體磨

19、主軸高速旋轉(zhuǎn)，固定于主軸端的動(dòng)刀盤(pán)與定刀盤(pán)間形成高溫、高壓做工區(qū)域，瀝青中的改性劑經(jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)被強(qiáng)制的擠壓和剪切，形成均勻細(xì)化的混合物。其生產(chǎn)流程如圖4所示：溫度儀檢測(cè)低溫瀝青罐青罐100-140溫度儀檢測(cè)高溫瀝青罐青罐100-140SBS質(zhì)量檢測(cè)高溫瀝青計(jì)量（流量計(jì)）（接下頁(yè)）SBS質(zhì)量檢測(cè)計(jì)量改性瀝青設(shè)備（A罐）5%膠體磨循環(huán)煉磨初步混融A-A罐B-B罐C-C罐強(qiáng)烈分散階段充分發(fā)育改性成品瀝青發(fā)育每天抽檢改性瀝青指標(biāo)及SBS細(xì)度監(jiān)理抽檢改性瀝青指標(biāo)進(jìn)入瀝青混合料拌合設(shè)備圖四SBS改性瀝青加工流程總結(jié)起來(lái)，膠體研磨法生產(chǎn)改性瀝青主要有三個(gè)階段。高溫混融階段：首先將基質(zhì)瀝青加熱到165-175

20、，通過(guò)流量?jī)x進(jìn)入改性瀝青A罐，按比例加入SBS。然后進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁荢BS與瀝青初步混融。研磨剪切階段：初步溶脹的SBS和基質(zhì)瀝青，由A罐經(jīng)過(guò)改性瀝青設(shè)備的中心部分膠體磨，進(jìn)入B罐，SBS經(jīng)過(guò)第一次的研磨剪切，然后由B罐經(jīng)過(guò)膠體磨進(jìn)入C罐，這樣經(jīng)過(guò)2-4遍地研磨剪切，最終均勻的分散到瀝青膠泥中。研磨剪切的邊數(shù)有檢測(cè)結(jié)果決定。成品發(fā)育階段：研磨完的改性瀝青由排瀝泵送到成品發(fā)育罐，在成品發(fā)育機(jī)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，泵送循環(huán)時(shí)間不少于一小時(shí)，最后才可以用于混合料的拌合。2SBS改性瀝青的質(zhì)量控制對(duì)瀝青改性的目的就是提高瀝青的技術(shù)指標(biāo)，如果改性效果不好，指標(biāo)不但不提高，還會(huì)對(duì)混合料產(chǎn)生負(fù)面影響，所以對(duì)改性

21、瀝青的質(zhì)量控制尤為重要。研磨細(xì)度控制改性劑在瀝青中分散的越均勻，效果越好，均勻性由研磨細(xì)度決定，通常細(xì)度要求在10um以下，在膠體動(dòng)刀盤(pán)和定刀盤(pán)間隙最佳的情況下，細(xì)度有研磨邊數(shù)決定。加工溫度控制除細(xì)度外，溫度是影響改性瀝青性能指標(biāo)的另一重要因素，加工前基質(zhì)瀝青的溫度要控制在165-175之間，加工過(guò)程中溫度不能超過(guò)190，以防瀝青老化，影響改性劑效果。技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)針入度、針入度指數(shù)PI值、軟化點(diǎn)、5延度、彈性恢復(fù)是改性瀝青平時(shí)必須檢測(cè)的技術(shù)指標(biāo)。針入度是改性瀝青稠度的指標(biāo)，針入度越小，稠度越大，針入度越大，稠度越小。針入度指數(shù)PI值反映改性瀝青溫度敏感性的指標(biāo)，是由實(shí)測(cè)值25、25、30三個(gè)不同溫度的針入度，PI=30/(1-50A)-10。軟化點(diǎn)是反映瀝青高溫穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，軟化點(diǎn)越高，高溫穩(wěn)定性越好。5延度是反映改性瀝青柔韌性的，延度越大，改性瀝青