高掺量橡胶沥青技术发展与探讨

高掺量橡胶沥青作为一种新型筑路技术,具有低温性能优异、耐久性能良好、胶粉消耗量大以及环境效益高等优势。为进一步推动高掺量橡胶沥青技术的应用,明晰其发展现状及需求,系统汇总了高掺量橡胶沥青的技术特性、胶体结构、性能评价、主流工艺、工程应用及问题。首先明确了高掺量橡胶沥青的含义,并对其不同于传统橡胶沥青的改性机理进行了阐述;其次,以化学反应的发生为判据,对比分析了现有物理手段及化学手段,并通过胶体结构变化进一步探索了高掺量橡胶沥青改性过程,结合其性能表现进行了结构性能分析;进而,围绕胶粉脱硫及沥青中熬制两类化学手段进行了深入阐述,总结评述了当下主流的高掺量橡胶沥青制备技术;最后,结合工程案例论述了高掺量橡胶沥青的可行性及优越性,并指出其存在的工程问题。

橡胶沥青施工黏度的多尺度特性

橡胶沥青的微观悬浮结构使得施工黏度高,进而造成耗能、污染和性能变异等工程应用难题,胶粉的微纳分散有助于形成微观胶体结构,可以有效解决这一瓶颈,因而有必要探索施工黏度的多尺度依赖性。通过分析不同降解胶粉所制备橡胶沥青的组成、聚集态和分子链等多尺度微观结构,研究了胶粉的降解程度、掺量和改性剂类型对降解胶粉改性沥青黏度的影响,以及黏度对剪切速率和温度的敏感特性。结果表明,胶粉的预先降解提高了其在沥青中的分散程度,增加了基体中溶胶含量,减小了凝胶颗粒的含量和尺寸,使黏度随胶粉降解程度的提高而下降。加工黏度随降解胶粉含量的增加而增加,当降解橡胶含量为35%时,凝胶颗粒接触成网,降解胶粉改性沥青的黏度急剧上升。降解胶粉改性沥青具有明显的流变学剪切敏感特性,温度敏感性相对减弱。深度降解胶粉/SBS复合改性沥青兼具较高的切敏性和温敏性。工程应用中可采用升温和提高剪切速率(振动频率)结合的方式来提高橡胶沥青的施工和易性。

环保丁基再生橡胶/聚氯乙烯热塑性弹性体阻尼材料的制备与性能研究

采用共混法制备环保丁基再生橡胶/聚氯乙烯(PVC)热塑性弹性体阻尼材料(以下简称热塑性弹性体),研究环保丁基再生橡胶用量、PVC改性剂种类和用量、填料(磁粉和硅藻土等)用量对热塑性弹性体性能的影响。结果表明:随着环保丁基再生橡胶用量的增大,热塑性弹性体的力学性能和压缩永久变形下降,密度增大,阻燃性能无明显变化;当环保丁基再生橡胶用量为40份时,热塑性弹性体的综合性能良好且性价比高。采用20份氯化聚乙烯与10份苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物并用作为PVC改性剂,热塑性弹性体的综合性能较优。随着填料用量的增大,热塑性弹性体的密度、阻燃性能和磁性提高,但力学性能下降;当填料用量为120份时,热塑性弹性体的综合性能较优,阻尼温域为-55~100℃,损耗因子≥0.3,阻尼性能好。

工程化高掺量橡胶沥青性能试验研究

为推动高掺量橡胶沥青在道路工程中的应用,基于雄安新区实体工程,从宏观-微观角度评价探讨了高掺量橡胶沥青用于道面的可行性及性能表现。采用全高掺量橡胶沥青路面结构设计理念,设计了用于不同结构层的3种密级配高掺量橡胶沥青混合料ARHM-13,ARHM-20,ARHM-25。利用动稳定度、低温弯曲破坏应变、冻融劈裂强度、残留稳定度、四点弯曲疲劳试验及约束试件温度应力试验分析并评价了高掺量橡胶沥青混合料在高,低温环境下的路用表现;通过溶-凝胶含量及光学显微镜观测并探讨了胶粉在高掺量橡胶沥青及其混合料体系中的分散性;结合差示量热扫描仪和低温冲击韧性试验进一步表征并研究了高掺量橡胶沥青的低温性能。结果表明:30%胶粉掺量的高掺量橡胶沥青混合料具有良好的高温、疲劳性能及优异的低温表现;降解胶粉可以在沥青及混合料体系中实现良好的分散,高达40.8%的降解胶粉通过溶解进入沥青,分散性试验表明多数胶粒尺寸小于50μm;橡胶含量持续增加导致沥青发生的脆-韧转变对于沥青混合料体系在温度下降过程中所表现出的低温柔性、韧性及抗裂性能具有很大改善作用。

白炭黑增强天然橡胶的热氧再生

研究了使用少量大豆油溶胀白炭黑增强天然橡胶(SNR)在不同温度和时间下的再生规律,并测定了再生产物的化学组分和微观形态。结果表明,在160~240℃温度范围内,经过20份(质量)大豆油溶胀后的SNR中溶胶含量随着温度升高而不断增加,当在220℃时再生15 min后再生产物中溶胶质量分数增至50.5%,而在200℃时再生产物中溶胶质量分数仅为28.7%,表明220℃是SNR再生中重要的转折温度;再生产物中氧元素含量的增加源于SNR在再生过程中发生了剧烈的氧化反应。此外,随着再生程度的增加,白炭黑表面松散层结合胶层厚由25 nm减至8 nm,表明热氧再生能够实现纳米白炭黑与其表面结合胶的高度剥离。

马来酸酐改性高掺量橡胶沥青制备与性能

使用高度降解的再生橡胶(DR)制备了高掺量橡胶沥青(HCRA),通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪、凝胶渗透色谱仪、动态剪切流变仪和动态力学分析仪,对比研究了马来酸酐(MAH)预接枝DR改性与MAH和DR直接共混改性对HCRA结构与性能的影响,探讨了两种改性方法的改性机理。结果表明,MAH预接枝DR时发生了由烯烃双键和烯丙基碳氢原子提供活性位点的自由基取代反应,而MAH和DR与沥青直接共混时,存在自由基取代反应和酯化反应两种反应,并以后者为主;MAH改性HCRA的溶胶组分中以中低分子量组分为主;MAH改性显著改善了HCRA的高、低温流变性能。此外,两种改性方法对HCRA的结构与性能均有影响,且随MAH掺量的变化存在明显差异。

SBS改性沥青的老化行为

用红外光谱、凝胶渗透色谱、动态黏弹仪研究了苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青的薄膜烘箱老化行为。结果表明,SBS改性沥青老化后增加了羰基和亚砜基;SBS和沥青的相对分子质量都发生了变化,沥青的相对分子质量增加,相对分子质量分布变宽,SBS特征峰消失;SBS改性沥青老化程度较基质沥青的小,耐低温性能更好;SBS改性沥青老化后,软化点增加,针入度减小,低温延度降低。

脱硫胶粉复合SBS改性沥青的稳定化制备及其性能研究

胶粉改性沥青作为优良的沥青路面热熔型粘结剂虽已得到推广应用,但仍存在加工黏度高、储存稳定性差等问题。本研究以储存稳定性及流变性能为指标,采用低门尼高溶胶含量的脱硫胶粉,控制胶粉与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)复配比例,优化加工工艺,制备了稳定型脱硫胶粉复合SBS改性沥青。探究了其加工性能、高温抗变形能力、热稳定性及延展性。研究结果表明:(1)通过溶凝胶试验和计算发现,脱硫胶粉的溶胶含量大幅提升,可以有效改善胶粉与沥青间相容性。当脱硫胶粉复合SBS后,可以看出沥青的黏度大幅提升。从加工性能角度来说,需要合理地控制SBS的复合用量,以保证改性沥青的拌合流动性。(2)基于高温性能评价的试验结果,20%脱硫胶粉+2%SBS、25%脱硫胶粉+2%SBS组合均具有良好的高温性能。(3)通过离析试验测定了48h软化点差,分析了不同温度下车辙因子及相位角变化,基于脱硫胶粉改性沥青的储存稳定性考虑,推荐25%脱硫胶粉复配2%SBS的改性沥青方案。(4)从延展性出发,最终选择25%脱硫胶粉复配2%SBS的改性沥青方案。

交联SBR改性沥青的研究

研究了SBR用量和交联对SBR改性沥青的性能与结构的影响。结果表明 ,随着SBR用量的增大 ,改性沥青高温时的粘度、软化点和弹性恢复率均增大 ;SBR经交联后 ,SBR改性沥青的软化点、弹性恢复率和粘韧性均增大 ;SBR改性沥青低温时的延度接近SBS改性沥青的水平 ;交联后虽使改性沥青高温时的粘度增大 ,但不会对施工造成困难 ;化学交联并不影响SBR在沥青中的分散 ,不会使SBR在沥青中聚结。

嵌入式胶粉复合SBS改性沥青的结构与性能

通过螺杆高温挤出使胶粉预先脱硫降解,然后嵌入分散在苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青中,研究了胶粉的降解程度、种类、含量及交联稳定工艺对复合改性沥青结构与性能的影响.结果表明:降解胶粉易微细化嵌入SBS改性沥青中,明显提高了SBS改性沥青的低温延度和耐老化性能,且不明显增加复合改性沥青的施工黏度.嵌入式胶粉复合SBS改性沥青经过交联稳定后热贮存稳定性能良好.

橡胶改性路用沥青

介绍沥青的化学组成及改性橡胶的种类 ,着重阐述用橡胶改性沥青的可行性及其改性作用。橡胶改性路用沥青 ,可提高基质沥青的路用性能 ,特别是降低沥青的感温性 ,进而提高沥青路面的抗高温、抗裂性。随着交通流量的增长 。

解交联橡胶与沥青的相互作用研究

通过对比基质沥青和解交联橡胶沥青的针入度、软化点、延度以及力学性能和流变特性等,证明了解交联橡胶对沥青性能的提高效果;通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、核磁共振波谱(NMR)等手段,研究了解交联橡胶与沥青间的相互作用,证明了两者共价键、氢键、配位键等相互作用,结果将有助于促进橡胶沥青在道路领域的标准化、规模化应用。

SBS改性沥青高温贮存稳定的新方法(英文)

SBS改性沥青在高温下贮存不稳定,使用SBS/炭黑共混物改性沥青,显著改善了SBS改性沥青的高温贮存稳定性。炭黑提高了SBS改性沥青的高温使用性能,而低温延伸性能有所降低。

LDPE改性沥青的研究

采用二阶共混法制备了能在沥青中微细分散的LDPE改性沥青。二阶共混物的动态粘弹分析表明 :沥青中的部分组分可渗入LDPE颗粒内部 ,干扰了其部分结晶。LDPE改性沥青的显微结构显示沥青与LDPE有一定的结合。通过对改性沥青结构与性能测试表明 :LDPE提高了基质沥青的高温性能 。

用TMPTA加速EPDM的交联反应过程

采用三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（ＴＭＰＴＡ）作共交联剂，研究其对ＥＰＤＭ的过氧化物硫化行为、力学性能及老化性能的影响。结果表明，ＴＭＰＴＡ可降低混炼胶料的粘度，缩短正硫化时间，提高交联效率，改善力学性能，提高耐老化性能等。

沥青的自愈合行为及其研究方法进展

总结了沥青的愈合机理及影响因素,综述了表征沥青自愈合指数的愈合试验和沥青微裂纹愈合过程的微观测试方法,总结了以分子动力学模拟沥青自愈合过程的计算机模拟技术,展望了沥青的自愈合及其研究方法,指出了未来沥青自愈合技术的发展方向。

钢桥面大坡度段浇注式沥青混合料施工质量控制

浇注式沥青混合料摊铺时流动性大,常用于钢桥面铺装的保护层。当桥面坡度大时,浇注式沥青混合料在重力作用下流淌,可能导致铺装厚度不均匀。现综述日本的相关研究,重点介绍评价方法、材料设计和施工过程控制,为我国浇注式沥青混合料在大坡度段的施工质量控制提供参考。

SBS微观结构对SBS改性沥青性能影响研究

SBS的微观结构影响SBS改性沥青的性能。阴离子活性聚合的特点可以实现对分子微观结构的精准控制。SBS的结构参数包括结构类型、分子量、苯乙烯含量、两嵌段含量、乙烯基含量和功能化改性。采用体积排除色谱和核磁共振可测得SBS的分子量和分子量分布、两嵌段含量、苯乙烯含量以及乙烯基含量。星型SBS及分子量大的SBS改性效果好,但与沥青相容性差。苯乙烯含量低的SBS制备的改性沥青热储存稳定性和低温抗裂性好;苯乙烯含量高的SBS制备的改性沥青施工和易性和高温稳定性好。两嵌段可以改善加工性能和低温抗裂性,但会损害高温性能。乙烯基含量高可以改善相容性、耐老化性和高温性能,但对低温性能不利。功能化改性可以提高SBS与沥青之间的相容性。应针对具体的应用场景选择合适结构的SBS改性剂。

分散剂对SBS改性沥青性能的影响(英文)

选择了能加速SBS在沥青中分散的两种分散剂A(萜烃)、C(芳香石油树脂)。分散剂A与SBS中的PB链段有良好的相容性 ,分散剂C与SBS中的PS链段有较好的相容性。结果发现 ,在基质沥青中加入质量分数3 %的A或C对其软化点和135℃下的粘度影响不大。在SBS中加入一定量的A或C可以有效地促进SBS在沥青中的分散。其中 ,A更有助于SBS改性沥青软化点的提高。因此 ,在用SBS制备改性沥青的过程中 ,加入A或C至少对降低能耗有良好的作用。

聚乙烯／炭黑复合改性沥青的稳定化研究

针对聚乙烯改性沥青高温储存不稳定的缺点,采用等密度法研完了炭黑添加量对聚乙烯改性沥青常规性能及稳定性的影响,并对改性沥青的结构进行了分析,发现聚乙烯中一定含量的炭黑可获得储存稳定的改性沥青,并且对改性沥青性能影响不大。