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。

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。

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。

SBS改性沥青相态粒径与发育温度及时间的关系

为研究SBS改性沥青相态粒径与发育温度及时间的关系,提高SBS改性沥青热储存稳定检测效率,对试验制备的不同种类SBS改性沥青进行荧光显微相态观测及性能检测,利用基于连通域标记算法的自主编译图像识别程序对荧光显微相态粒径进行量化确定。结果表明:SBS改性沥青的相态粒径与发育时间符合良好的线性关系,决定系数R_(2)高于0.96,时间、温度对相态粒径具有显著互补性;相态粒径对改性沥青离析试验结果具有重要影响,依据相态粒径范围将热储存稳定性划分为稳定、亚稳定及不稳定等3种状态,可以相态粒径代替离析指标作为快速表征SBS改性沥青热储存稳定状态的控制参数;以达到1.8、1.6μm相态粒径作为基准条件,建立关于发育温度、时间参数的线性回归方程,预测与实测值的绝对时间偏差基本控制在30 min内,相对偏差基本控制在10%内;以1.8、1.6μm等相态粒径确定SBS改性沥青生产发育温度及时间的方法,其改性沥青路用性能均衡、热储存稳定性良好。

老化SBS改性沥青的结构修复与性能评价

为恢复老化SBS改性沥青良好的使用性能,该研究使用菜籽油生物沥青(COA)与聚亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)分别进行沥青组分调节,并修复SBS分子结构。通过对比不同再生组分对短期老化SBS改性沥青物理流变性能及分子量分布的影响,验证上述的双重再生机理。同时,根据未老化基质沥青与SBS改性沥青流变性能在双重再生剂作用下的变化规律,排除再生剂自身对相位角平台区的影响。在综合考虑双重再生SBS改性沥青的物理与流变性能情况下,分别确定COA与PAPI的最佳掺量。试验结果表明:双重再生剂不仅可以调节沥青组分,还能修复SBS分子结构,进而恢复老化SBS改性沥青物理与流变性能。双重再生剂的最佳配比为12%COA+1.25%PAPI;荧光显微镜测试结果进一步验证了PAPI具有重建SBS网络结构的作用。

基于AFM的SBS改性沥青老化过程力学特性研究

为了探究改性沥青在老化过程中宏观与微观性能的变化,制备了掺量为5.5%的SBS改性沥青,并进行了短期与长期老化试验,分析了其基本性能指标。采用温度扫描与频率扫描试验研究了SBS改性沥青的流变性能,采用AFM试验分析了其表面微观形貌和耗散力,并结合力曲线分析了其黏附力及杨氏模量在老化前后的变化。研究结果表明,短期老化对SBS改性沥青流变性能的影响较小,长期老化对其流变性能影响显著,弹性模量和黏性模量均增大,呈现出变硬、变脆的特性;AFM试验表明SBS改性沥青在老化后高度增大,且蜂状结构尺寸增大、数量增多,黏附力和耗散力均降低,杨氏模量增大,验证了宏观流变试验的结果。

星线共混型SBS改性沥青制备及其微观特性研究

为解决现有线型SBS改性沥青改性剂掺量高、沥青性能稳定性差的问题,基于分子自组装原理,借助阻聚剂,进行星线共混型SBS改性沥青制备方法研究,并评估星型SBS替代部分线型SBS,实现降低SBS掺量的可行性;利用基础三大指标确定力学性能,动态剪切流变仪确定粘弹性能,并进行红外光谱与荧光显微分析。结果表明:0.2%阻聚剂、3.3%改性剂的星线共混改性沥青三大指标与纯线3.8%SBS改性沥青相当,可降低0.5%SBS掺量,星线共混型SBS改性沥青高温性能更好,反应更加完全,形成的网络结构更完善。

高掺量胶粉-SBS复合改性沥青的高低温流变性能与微观机理

为研究高掺量胶粉对胶粉-SBS复合改性沥青流变性能的影响,首先采用三大指标和布氏旋转黏度确定了高掺量胶粉-SBS复合改性沥青的最佳胶粉掺量,再采用动态剪切流变(dynamic shear rheology,DSR)试验和弯曲梁流变(bending beam rheometer,BBR)试验评价了高掺量胶粉-SBS复合改性沥青在高低温条件下的流变性能,最后通过红外扫描试验和荧光显微镜试验分析了高掺量胶粉-SBS复合改性沥青的微观特征。结果表明:高掺量胶粉-SBS复合改性沥青在胶粉掺量为42%时的流变性能最佳;高掺量胶粉可以提高胶粉-SBS复合改性沥青的复数剪切模量、车辙因子和蠕变劲度,降低相位角和蠕变速率,使其高低温流变性能得到明显改善;胶粉-SBS复合改性在沥青中的改性过程主要为物理改性,并且胶粉脱硫后,其内部交联减少,在沥青中的分散效果更为均匀,可以使得高掺量胶粉与SBS在沥青中形成更为致密的交联结构,增强复合改性沥青的流变性能。

温拌SBS改性沥青的流变特性及微观机理研究

将两种不同类型的温拌剂ACMP和XT-WY2分别加入到SBS改性沥青中,制备温拌SBS沥青,进行了黏度和高低温流变实验,并通过傅里叶红外光谱和荧光显微镜研究其微观形貌。结果表明,ACMP不利于沥青的高温性能,但与沥青的相容性较好,可以提升其低温性能,XT-WY2并未明显改变沥青的流变性能。两种温拌剂均为物理改性,都会提高SBS改性剂在沥青中的分散均匀性,但分散效果不尽相同。温拌沥青的微观参数荧光面积与其流变性能相关性很强,可反映其高低温性能。

基于荧光显微图像分析的SBS改性沥青中改性剂掺量及均匀性分析

文中制备不同改性剂掺量的SBS改性沥青,采用落射式荧光显微镜进行成像,通过Matlab对荧光显微图像进行二值化处理,计算图像中改性剂面积比,建立改性剂掺量与改性剂面积比关系模型,分析各掺量下改性剂在沥青中的分散均匀性.结果表明:改性剂掺量与荧光显微图像面积比存较显著的线性关系,通过面积比可以合理推算SBS改性沥青中改性剂的掺量.当改性剂掺量超过4%时,溶胀后的改性剂在沥青中逐渐出现交联现象,改性剂分布均匀性出现较显著降低.

SBS改性沥青软化点试验过程研究

采用不同SBS掺量的改性沥青进行软化点试验,通过变化试验条件(加热介质、浇模温度、下坠距离)分析不同SBS掺量改性沥青的软化点试验的变化规律,并分析软化点试样下坠距离与温度的关系。试验结果表明,软化点试验过程分为基质沥青抵抗高温初始形变、SBS三维立体结构抵抗高温变形下坠和SBS三维立体网状结构高温破坏后的下坠过程3个阶段;同时试验结果表明软化点浇模温度应在预估软化点以上90~110℃,旋转黏度小于0.5 Pa•s时的试验结果较为真实。

盐冻循环条件下SBS改性沥青及混合料的细观结构和低温蠕变性能

在寒冷地区道路常用融雪盐来融雪除冰,沥青路面极易因盐冻循环而造成损坏。本文通过扫描电子显微镜(SEM)、弯曲梁流变仪(BBR)和万能试验机(UTM-100)对盐冻循环前后的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)改性沥青及其混合料的细观结构和低温蠕变性能进行分析。结果表明:冻融循环后沥青及其混合料微观形貌变化明显,盐冻循环后沥青及其混合料表面出现的盐晶体会破坏沥青的膜结构和混合料结构的致密性,单纯水冻循环对沥青及其混合料低温性能影响较大;冻融循环后SBS改性沥青随温度降低其低温抗裂性能逐渐降低;选用低浓度融雪盐溶液可以在一定程度上保持SBS改性沥青及其混合料的低温抗裂性能;盐冻循环次数的增加,会降低SBS改性沥青及其混合料的低温性能。

SBS改性沥青微观形态结构及性能的研究

用直接混合法 ,研制以苯乙烯 -丁二烯 -苯乙烯嵌段共聚物 (SBS)改性沥青 ,并对它的软化点、低温柔性、储存稳定性和微观形态结构进行了研究。研究结果表明 :当SBS的含量在 10 %～ 15 %之间变化时 ,随着SBS含量的增加 ,改性沥青的软化点升高 ,低温柔性变好 ,改性沥青的储存稳定性变好 ,沥青的分散结构变得越来越细 ,改性沥青的微观形态结构由“互穿网络”结构转变为以沥青为分散相 ,SBS为连续相的“海岛”结构。

SBS改性沥青高温流变性能与相态结构的关系

为量化表征SBS改性沥青网络化程度,确定控制其高温性能的形态学参数,采用荧光形态学方法、多重应力蠕变回复试验、频率扫描试验分别对5种掺量、6个剪切时间的线型SBS改性沥青在64℃下的荧光数字图像、不可恢复蠕变柔量、频率敏感性进行了定量分析。结果表明:通过增大改性剂掺量、延长剪切时间,SBS改性沥青高温流变性能得到改善。SBS掺量低于5%时,仅靠延长剪切时间无法形成网络结构;相同剪切时间下,增大SBS掺量即可形成网络结构。本文选取图像连通域和面积比率共同描述SBS改性沥青的相态变化特征,并建立了流变指标与形态学参数间的关系模型,为直接利用形态学方法预估、评价改性沥青高温性能提供理论依据。

对SBS改性沥青剪切发育过程的试验分析

用不同类型的SBS与不同组分的基质沥青配伍,对改性过程中的取样用荧光显微镜进行微观观测和动态力学扫描及常规试验,发现微观观测和动态力学扫描均是判断聚合物是否稳定分散与发育的有效手段,而动态力学扫描具有更高的灵敏度,可以根据扫描结果独立判断剪切发育程度,而微观观测需与常规试验相结合方可得到较好结论。

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.

SBS改性沥青剪切发育过程的动态力学热分析

为了检验改性过程中共混物性能的变化规律,在实验室制备SBS改性沥青的过程中,用不同类型SBS与不同组分的基质沥青配伍,对制备过程中的样品进行动态力学扫描及常规沥青试验,发现在适当的剪切及发育时间内沥青与聚合物共混的动力学性能会得到改善,过长的剪切及发育时间使其性能下降。在其他条件一致的情况下,聚合物在沥青中能否形成网络结构取决于沥青组分,共混所需的合适剪切及发育时间有赖于沥青组分与改性剂的配伍性。

SBS改性沥青显微相态与宏观性能相关性研究

采用类似软化点环的小盛样皿自然流动成型制备显微相态观测样本,探讨样本平整度及放大倍数对获取真实反映改性剂显微相态的影响;在此基础上,观测了不同储存时间的SBS改性沥青样本和不同厂家提供的成品改性沥青的显微相态,并对改性沥青宏观性能指标进行测试.结果表明:不加盖玻片可以保证改性剂不受外力的扰动,显微相态更加真实;SBS改性剂含量(质量分数)约4.5%时,改性剂经过2个月的溶胀发育,形成了类似"蜥蜴皮肤"的均匀、密实、稳定的互穿网状结构;成品改性沥青普遍存在离析现象,其显微相态呈现聚结形态.可见,SBS改性沥青显微相态与其宏观性能指标相关性较大.荧光显微技术在检测改性沥青性能指标方面,具有制样简单、测试方便迅速的极大优势.

SBS改性沥青热储存及运输过程中的降解研究

通过室内模拟低空气浓度(或相对绝氧)环境下苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青的热降解过程,测试和分析了不同条件下SBS改性沥青的性能.结果表明:在热降解过程中,SBS改性沥青低温抗裂能力随时间的延长或温度的升高而逐渐降低;与低空气浓度下热降解对SBS改性沥青微观结构的影响相比,SBS改性沥青在高空气浓度下热降解过程中有更高的羰基和更低丁二烯含量.在生产、储存和运输SBS改性沥青时,需要充分考虑时间、温度以及空气浓度对其性能的影响.

基于荧光显微镜的SBS改性沥青显微相态分析

采用金属制小盛样皿浇注成型制备显微观测样本,在荧光显微镜100倍放大倍数下,观测实验室新制备SBS改性沥青、室温存放2个月的SBS改性沥青及不同厂家提供的成品SBS改性沥青显微相态。观测结果表明：在荧光显微镜下,改性剂的分布形态清晰可见,并且SBS掺量为4%~5%时,微观上可以达到两相连续的最佳共混状态;随着存放时间的延长,当SBS掺量大于3%时,改性沥青网状结构逐渐形成,这种网状结构会由于SBS改性剂吸附沥青分子中的油分充分溶胀、发育及分散到沥青中,基质沥青的组分发生重组,从而形成共混体系的空间网状结构。对于不同厂家的成品改性沥青,由于加工工艺和相容性等原因,微观相态存在明显的＂聚结＂现象,也就是宏观性能表现的＂离析＂现象。