基于SBS结构修复的再生沥青性能及机理研究

目前中国处理老化的SBS改性沥青时,一般采用普通沥青再生剂,但它无法修复SBS交联网状结构,导致老化SBS改性沥青再生效果较差。因此,该研究采用一种含有结构修复剂、萃取油、增塑剂、增溶剂和少量SBS的新型反应型再生剂对老化SBS改性沥青进行再生。通过三大指标试验、布氏黏度试验、动态剪切流变试验和低温弯曲流变试验对再生SBS改性沥青的常规性能和流变性能进行研究。同时,借助荧光显微镜和红外光谱仪对再生SBS改性沥青的再生机理进行研究。结果表明:掺入反应型再生剂后,老化SBS改性沥青的各项常规性能都能得到恢复,使再生SBS改性沥青常规性能达到最佳的再生剂掺量为10%。在最佳再生剂掺量下,再生SBS改性沥青常规性能指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)中I-D级SBS改性沥青的技术要求。老化SBS改性沥青经再生后,SBS颗粒明显增多且分布较均匀,交联网状结构得到一定程度的恢复。再生剂中的环氧基团与老化SBS改性沥青的羰基发生聚合反应生成酯类化合物,将断裂的SBS分子链连接起来。

不同SBS改性沥青的性能研究

从研究不同分子结构的SBS与基质沥青的相容性着手,通过溶胀实验和改性后沥青性能的变化来选择适宜的沥青改性剂。首先对不同的SBS在烘箱加热条件下进行溶胀实验,从溶胀温度、时间、SBS分子结构三方面分析了其对溶胀行为的影响;其次通过物理混合的方法将四种分子结构的SBS对基质沥青进行改性,对改性沥青三大指标、红外光谱和热重分析等分别进行性能的比较探究。结果表明:当加热温度高于140℃时,溶胀行为加快;线型结构的SBS改性剂与基质沥青更容易发生溶胀;高质量分数SBS改性之后的沥青性能明显提高;线型SBS188改性之后的沥青三大指标效果较好;改性之后的热稳定性有所提高。

温拌SBS改性再生沥青混合料的路用性能研究

为研究再生SBS改性沥青混合料(RAP)掺量和温拌剂种类对温拌SBS改性再生沥青混合料的路用性能的影响,通过车辙试验、小梁弯曲试验和冻融劈裂试验分析了在RAP掺量为0,10%,30%,50%,Sasobit温拌剂掺量为3.0%和Evotherm温拌剂掺量为2.0%的温拌SBS改性再生沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能和水稳性能,并通过灰色关联度分析RAP掺量对两种温拌再生沥青混合料路用性能的影响。结果表明,RAP的掺入可以极大地改善温拌再生沥青混合料的高温性能,但不利于其低温抗裂性能和水稳定性能。不同RAP掺量的沥青混合料对各项路用性能影响程度大小排序均为:水稳定性能<低温抗裂性能<高温稳定性能。在RAP掺量为30%时,掺入Evotherm温拌剂的再生沥青混合料的高温性能、低温抗裂性能、水稳定性能优于掺入Sasobit温拌剂的再生沥青混合料。

高掺量胶粉-SBS复合改性沥青的高温流变性能

为了研究高掺量胶粉-SBS复合改性对基质沥青高温流变性能的影响,以高掺量胶粉-SBS复合改性沥青为主要研究对象,首先通过三大指标和布氏旋转黏度研究了高掺量胶粉-SBS复合改性沥青性能随胶粉掺量变化而变化的趋势;然后设计了6种试验方案,采用动态剪切流变仪探究了6种沥青的高温流变性能,并进行了比较详细的对比性研究。结果表明:高掺量胶粉-SBS复合改性沥青的高低温性能随着胶粉掺量的增加而增大,在胶粉掺量为42%时,可以同时满足良好的性能与施工要求;在高温流变性能试验中,与单一改性沥青相比,复合改性沥青的复数剪切模量(G*)、车辙因子(G*/sin(δ))、蠕变恢复率(R)得到明显提高,相位角(δ)和不可恢复蠕变柔量(Jnr)有一定程度的降低,具有更强的弹性性能、高温抗车辙能力、变形恢复能力和抗变形能力;随着胶粉掺量从21%增加到42%,胶粉-SBS复合改性沥青的弹性成分随之增多,变形恢复能力与抗变形能力更强,高温流变性能更好。

SBS掺量及结构对改性沥青性能的影响分析

采用90~#基质沥青及3种不同结构的SBS共聚物混合制备SBS改性沥青,并进行了针入度、软化点、延度、黏度、荧光显微和流变性能测试。通过30~80℃温度扫描实验,分析了SBS改性沥青的复数剪切模量、相位角、车辙因子。结果表明,SBS空间网络结构在SBS掺量较少时无法体现出来,增加SBS的掺量和SBS的分子质量,可以提高改性沥青的高温稳定性、低温抗拉性、黏性、抗车辙性,降低温度敏感性;SBS的掺量增加至5%时,SBS在沥青中的结构更为密集,分布更为均匀。

微藻生物油对橡胶/SBS改性沥青性能的影响

为了改善橡胶粉与基质沥青的相容性,采用微藻生物油(MB)对橡胶粉进行改性,并与质量分数为5%的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)复合制备了改性沥青;通过红外光谱和扫描电子显微镜,分析了橡胶粉改性前后的变化;采用黏度、荧光、相分离测试,分析了改性前后橡胶在沥青中的分散性;通过动态剪切流变和多重应力蠕变恢复试验,分析了改性沥青的力学性能和耐老化性能。结果表明,MB的掺入提高混合体系中轻组分占比,促进胶粉(CR)在沥青中的溶胀发育,提高了改性沥青的贮藏稳定性、黏弹性和抗车辙性。

SMC再生SBS沥青的流变性能和微观特性研究

【目的】探究新型温拌再生剂甲基苯乙烯共聚物(styreneic methyl copolymer,SMC)对老化苯乙烯系热塑性弹性体(styrene butadiene styrene,SBS)改性沥青的再生效果和再生机理。【方法】首先,在室内制备不同老化程度的沥青。然后,采用SMC再生剂对不同老化程度的SBS改性沥青进行再生。接着,对再生后的SBS改性沥青进行动态剪切流变和低温弯曲蠕变试验,以评价其流变性能。最后,开展红外光谱试验以揭示其作用机理,进行电镜扫描试验以验证SMC再生剂的再生效果。【结果】SMC再生剂会降低老化SBS改性沥青的车辙因子,降低老化SBS改性沥青的恢复率,同时会使老化SBS改性沥青的低温性能得到极大提升。SMC再生剂未与SBS改性沥青发生化学反应,两者仅为物理共混。同时,SMC再生剂能够弥补沥青因老化产生的裂缝。【结论】SMC再生剂对老化SBS改性沥青具有较好的修复效果,能够为沥青的再生提供一种新的途径。

我国SBS的供需现状及发展前景分析

随着多套新建或者扩建装置的建成投产,我国苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)的生产能力稳步增长。2023年,我国SBS的生产能力达到161.5万t,表观消费量为91.5万t,预计2028年生产能力和消费量将分别达到200万和100万t。我国SBS产能过剩,市场竞争将更加激烈。今后应该慎重新建或者扩建产能,而是着力于完善现有生产技术,加快新产品和新技术的研究,不断提高产品质量,降低生产成本,在满足国内需求的同时积极开拓国外市场。

不同掺量SBS改性沥青黏韧行为研究

SBS具有特殊的软硬链段结构,可在沥青中形成稳定的聚合物三维网络结构,因此,SBS改性沥青具备优异的性能。目前,传统三大指标无法充分评价SBS改性沥青的性能。为此,通过黏度、黏韧性和测力延度等黏弹性试验指标对SBS掺量对沥青性能的影响规律进行研究,并与三大指标试验结果进行对比。结果表明:随着SBS掺量的增加,沥青的三大指标、动力黏度、布氏旋转黏度、车辙因子逐渐增大。6%掺量的SBS对沥青常规性能和高温失效温度的提升最为明显。相比基质沥青,SBS改性沥青的最大拉力值增加且应力松弛时间延长。6%SBS掺量下SBS改性沥青的低温延展性最佳,8%掺量下SBS改性沥青黏韧性能最佳且韧性部分提高最多,增韧效果显著。相关性分析表明,沥青60℃动力黏度对数值、70℃车辙因子对数值与黏韧性指标线性相关性较强。

高掺量胶粉/SBS改性沥青及其混合料的路用性能

为了提高废旧轮胎利用率,降低沥青生产成本,发挥胶粉和SBS两种改性沥青的优势,通过优化制备工艺和材料掺量,研究沥青的三大指标、黏度、弹性恢复、储存稳定性,确定了胶粉/SBS复合改性沥青的胶粉最佳掺量为42%,裂解剂的最佳掺量为1.5%。以制备的高掺量复合改性沥青混合料为主要研究对象,其他5种沥青混合料为对照组,包括基质沥青混合料、3%SBS改性沥青混合料、21%普通掺量的胶粉改性沥青混合料、42%高掺量胶粉改性沥青混合料以及21%胶粉+3%SBS普通掺量复合改性沥青混合料,通过车辙试验、低温小梁弯曲试验等分析各个改性沥青混合料的性能。结果表明,比起其他5种沥青混合料,高掺量胶粉/SBS复合改性沥青混合料有优异的高温抗车辙、低温抗开裂和水稳定性,为进一步研究胶粉/SBS改性沥青的应用起到了推广作用。

基于SBS支链活性修复的老化沥青再生性能研究

为解决常规再生无法修复老化SBS改性沥青中SBS断裂支链影响改性效果的问题,采用反应性化合物1,4-二环氧丙氧基丁烷(BDDE)、4,4′-亚甲基双异氰酸苯酯(MDI)和BDDE-MDI复合物对老化SBS改性沥青中SBS断裂支链进行活性再生修复研究,并通过再生SBS改性沥青性能、分子量及官能团变化研究其再生机制。结果表明,BDDE-MDI复合再生改善老化SBS改性沥青的低温韧性和抗高温变形效果最优,FT-IR和GPC分析显示活性反应再生能够通过官能团反应实现SBS支链的链接。

EC130温拌剂对SBS改性沥青高温性能及抗疲劳性能的影响

作为制备沸石发泡沥青的发泡剂,EC130温拌剂释放的发泡水和残留的沸石矿物对沥青的性能有着不同的影响.为研究EC130温拌剂对SBS改性沥青高温性能和抗疲劳性能的影响,采用石灰岩矿粉、EC130沸石矿物和EC130温拌剂等3种添加物,设计了以添加物掺量为变量的单因素试验.以石灰岩矿粉为参照对象,通过温度扫描试验、多重应力蠕变恢复试验和线性振幅扫描试验,分析了EC130沸石矿物和EC130温拌剂释放的发泡水对SBS改性沥青高温性能和抗疲劳性能的影响.结果表明:同石灰岩矿粉一样,沸石发泡沥青中的EC130沸石矿物使沥青弹性增大、黏性减小,有利于抗车辙性能的提升,但不利于抗疲劳性能;沸石发泡沥青中的发泡水使其黏性增大、弹性减小,有利于抗疲劳性能的提升,但不利于抗车辙性能.

高原高海拔地区SBS改性沥青混合料耐久性研究进展

综述了高原地区典型气候条件(冻融、盐蚀、强紫外线等环境因素及其耦合作用)对SBS改性沥青的损伤机制,探讨了高原特殊气候条件下SBS改性沥青耐久性提升手段。结果表明,SBS改性沥青耐久性高于基质沥青,然而SBS改性沥青在高原地区的耐久性仍存在局限性。通过对现有研究总结发现,聚烯烃弹性体(POE)及橡胶颗粒(CR)应用可有效改善沥青混合料耐久性,有利于提高SBS改性沥青在高原地区适用性。

Aspha-Min沸石对SBS改性沥青-填料交互作用的影响

沸石作为制备泡沫沥青温拌混合料的发泡剂,其释放的沸石水和残留的沸石矿物对沥青-填料交互作用有着不同影响.通过流变学试验,研究了沸石、沸石矿物和沸石水对SBS改性沥青及其胶浆流变特性的影响.试验发现,在沥青或胶浆中添加沸石或沸石矿物可使其弹性增大,且随其掺量的增加而增大,沸石水则与之相反.进一步,利用基于流变特性的交互作用评价指标[η]、Palierne-C-G*和Luis Ibrarra-A-δ,研究了沸石、沸石矿物和沸石水对SBS改性沥青-填料交互作用的影响.研究表明,胶浆中添加沸石或沸石矿物可使沥青-填料交互作用增大,且随其掺量的增加而增大,沸石水则与之相反.

SBR与生物油恢复老化SBS改性沥青性能及机理研究

【目的】苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene block copolymer,SBS)改性沥青老化后存在基质沥青硬化、脆化及SBS聚合物有所降解的问题,用传统再生方式难以有效恢复老化SBS改性沥青的性能。为有效恢复老化SBS改性沥青的路用性能,采用丁苯橡胶(styrene-butadiene rubber,SBR)与生物油对老化SBS改性沥青进行复合再生。【方法】首先,通过室内模拟老化试验制备得到了老化SBS改性沥青,采用高速剪切仪在老化SBS改性沥青中掺入SBR和生物油,得到复合再生沥青;然后,对再生后的沥青进行三大指标测试及高低温流变性能测试;最后,通过红外光谱、原子力显微镜和荧光显微镜试验探究SBR和生物油再生沥青的机理。【结果】SBR和生物油复掺后得到的再生沥青的综合性能更优,再生沥青的复数剪切模量G*随再生剂掺量的增加呈降低趋势。再生后沥青的刚度大幅减小,老化沥青的柔韧性得到恢复,应力耗散能力得到提升,脆性得到降低,低温性能得以显著改善。SBR和生物油复合再生可以补充老化SBS改性沥青的轻质组分,混掺SBR和生物油后沥青质和胶质的比例有所降低,轻质组分对蜂状结构的蜡结晶有抑制作用。再生沥青的荧光物质大幅增加,且分布更密集,老化SBS改性沥青的韧性和黏度得到显著恢复。【结论】恢复老化SBS改性沥青性能的SBR与生物油的推荐掺量分别为6%、5%。该研究为老化SBS改性沥青混合料的再生提供了理论依据。

超声辅助制备SBS改性沥青空化泡数值模拟与性能研究

超声空化效应可以促进沥青的改性,利用Fluent流体仿真软件,对熔融SBS改性沥青流体中超声空化泡进行数值模拟,分析了单个空化泡在膨胀-压缩一个周期内的形态变化以及整个流体域的压强变化,从而计算出单个泡压缩或溃灭时产生的瞬时的高温高压环境以及释放的能量。同时结合超声辅助制备SBS改性沥青实验,通过常规性能的测试,说明超声能提高其高低温性能;离析实验以及荧光显微图像说明超声能细化SBS颗粒,改善SBS颗粒在沥青体系的分散效果;老化后的黏度变化和老化前后的FTIR说明了超声工艺可以提升改性沥青的抗老化性能。

SBS改性沥青再生废旧聚氨酯混凝土的配制及旧料掺量的影响评价

聚氨酯混凝土是一种新型铺装材料,研究废旧聚氨酯混凝土的再生利用对该材料的推广应用意义重大。首先,通过聚氨酯混凝土室内模拟老化制备了RPC;其次,选用0%、25%、30%、35%、40%、45%和50%7种RPC掺配比例配制了AC-13型SBS改性沥青再生废旧聚氨酯混凝土;再次,对不同RPC掺量下的SBS改性沥青再生RPC进行了路用性能评价;最后,对SBS沥青-石灰岩、SBS沥青-老化聚氨酯和老化聚氨酯-石灰岩3种界面的黏附性能进行了测试,对比分析了RPC对路用性能影响的成因。结果表明,除50%RPC掺量的SBS改性沥青再生RPC外,其余6种RPC掺量的均满足相关技术要求,且随RPC掺量的增加,其高温性能减弱而低温性能和水稳定性增强;SBS沥青-老化聚氨酯和老化聚氨酯-石灰岩的界面黏附性能优于SBS沥青-石灰岩。

高RAP掺量SBS改性乳化沥青冷再生混合料的性能影响因素研究

为了改善高RAP掺量带来的冷再生混合料性能下降问题,研究了采用SBS改性乳化沥青作为再生沥青的冷再生混合料的设计及其性能。设计并制备了不同RAP掺量的冷再生混合料,并研究了水泥掺量、沥青用量、养护方式等因素对混合料力学强度、高温稳定性和抗水损害能力的影响规律。试验结果表明,在冷再生混合料设计中,RAP掺量越高,最佳含水量越高,最佳乳化沥青掺量越低。尽管RAP掺量的增加会导致混合料力学强度和高温性能的降低,但掺量在88%以内的冷再生混合料的各项性能均能满足再生规范要求,证明SBS改性乳化沥青有效改善了高RAP掺量下冷再生混合料性能不足的问题。水泥含量的增加会提高冷再生混合料的强度和耐久性,而沥青用量的增加使混合料的各项性能先提高后降低。

SBS苯乙烯含量对改性沥青性能的影响

聚合制得了10种线型结构SBS热塑性弹性体,并制备了与之对应的改性沥青;探讨了2个SBS相对分子质量区间[(6~10)×104和(12~14)×104]中SBS苯乙烯含量对其改性沥青性能的影响。结果表明,加入SBS均可改善沥青物理性能和流变性能;SBS相对分子质量对其改性沥青性能影响显著,SBS具有线性结构和较高相对分子质量时改性效果较好;增大SBS苯乙烯含量有利于改善改性沥青高温稳定性、硬度和抗车辙能力。

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。