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加热型沥青路面灌缝胶的研究

2021-10-28 来源:汇智旅游网
化学工程师 Chemical Engineer 2014年第O7期 :正 :文章编号:1002—1 124(2014)07—0061—04 程 :师 珏 地 加热型沥青路面灌缝胶的研究 陈松,李福起,裴晓光,韩凌 (中海油(青岛)重质油 ̄jn-r-r程技术研究中心有限公司,山东青岛266500) 摘要:本文以绥中36—1基质沥青为原料,考察了2种改性剂、2种相容剂对加热型沥青路面灌缝胶性 能的影响。结果表明,改性剂与相容剂的种类、添加量以及改性剂复配比例对灌缝胶的性能有较大的影响。在 此基础上,研制出适用于严寒地区的加热型沥青路面灌缝胶。 关键词:预防性养护;路面裂缝;改性沥青;相容剂;复配改性剂 中图分类号:U416.217 文献标识码:A Study on hot-applied sealants for pavement CHEN Song,LI Fu—qi,PEI Xiao—guang,HAN Ling (Heavy 0il Process Engineering&Technology Research Center Co.,Ltd.,CNOOC(Qingdno),Qingdao 266500,China) Abstracts:This paper studied the performance of hot-applied sealant.which was modified by 2 kinds of modiifer and 2 kinds of eompatibilizers from Suizhong 36-1 base asphalt.The results showed that the properties of the sealant have a signiifcant relationship with the kind and content of additives,ratio between in the constituent the compound modiifers.On this basis,hot—applied sealant for cold regions was developed. Key words:pavement preventive maintenance;pavement crack;modified asphalt;c0mpatibi1izer;comp0und modiifer 加热型沥青路面灌缝胶目前已广泛应用于高等 级公路预防性养护工作中。通过对路面裂缝的早期 修补能够有效的延缓路面病害发生,推迟翻修、重建 36—1基质沥青进行改.陛,考察了改l生剂、相容剂的种 类、加入量以及改性剂复配比例等因素对灌缝胶性 的时间,延长路面使用寿命,从而以有限的投入获得 更大的路面服役能力 ]。 国外对路面预防性养护材料的研究起步较早, 目前,已经建立了完整的路面裂缝修补施工技术方 案以及路面裂缝修补材料的.陛能评价体系[”】。我国 于二十世纪9O年代中后期开始引进沥青路面灌缝 技术,应用于高等级道路的预防性养护工作,并获得 显著收效f3j。目前,我国公路管理部门以及材料供应 商在引进国外高性能材料和先进的施工技术以外, 能的影响,制备了符合JT厂r 740—2009质量标准并且 适用于严寒地区的加热型沥青路面灌缝胶。 1试验部分 1.1试验原料 本试验所用基质沥青为中海油(青岛)重质油加 工工程技术研究中心有限公司生产的中海油36—1 AH一90,基质沥青的性质见表1,两种相容剂c1、C2 为富含芳烃馏分油,其组分分析见表2,两种改性剂 全都将目光投向了新材料、新技术的开发和应用。随 着人们预防性养护观念的建立以及我国公路工程方 面工作由新建向养护维修转移,对灌缝材料的需求 量和产品质量均有大幅度提高,所以对高性能灌缝 材料的开发仍然是广大公路材料研发人员在今后一 段时期内关注的重点 ”。 本文利用聚合物改性剂复配的方式对绥中 收稿日期:2014—05—20 M1、M2均为高分子合成材料,其中M1属于热塑弹 性体改性剂,M2属于橡胶类改性剂。 1.2灌缝胶的制备 本试验中灌缝胶制备过程如下:按照一定比例 将基质沥青与相容剂混合均匀,缓慢升高温度至 160cC,在高速搅拌的条件下加入改性剂,再升高温 度到190 ̄C,在此温度下继续高速搅拌,待改性剂在 沥青与相容剂体系中得到充分分散、溶胀后,取样分 析。 作者简介:陈松(1985一),男,汉族,河北省石家庄人,2011年毕业 于中国石油大学(北京),化学工程专业,硕士研究生,现 就职于中海油(青岛)重质油加工工程技术研究中心有限 公司,主要从事石油沥青技术研究工作。 62 陈松等:加热型沥青路面灌缝胶的研究 2014年第O7期 表1基质沥青性质 Tab.1 Performance of base asphalt 表2相容剂性质 Tab.2 Performance of compatibilizers 1.3灌缝胶的质量指标 本试验以JT,]r 740—2009《橡胶沥青灌缝胶》中 要求的25 ̄C锥人度、软化点、6O℃流动值、25 ̄C弹性 恢复率以及一30 ̄C低温拉伸5个检测项目来考察所 制备的沥青路面灌缝胶的性能。该标准按照不同的 适用条件将灌缝胶产品分成4种类型,技术指标见 表3 表3加热型沥青路面灌缝胶质量指标 Tab.3 Speciifcation of hot—applied sealant for pavement 注:低温拉伸试验中,高温型、普通型、低温型和严寒型的 试验温度分别为:0,-10,一20和一30 ̄(2,拉伸量50%(7.5mm), 拉伸循环3个,一组3个试件,全部符合要求。本文中标注低 温拉伸位移为7.5ram的样品均按照上述条件进行,其余数据 为一次拉伸断裂时的最大位移。 2结果与讨论 2.1不同类型改性剂对灌缝胶性能的影响 加热式沥青路面灌缝胶主要用于路面裂缝的修 补,因此,与作为面层铺筑的重交沥青和改性沥青在 技术指标上存在较大的差别。在路面养护中,灌缝胶 的作用是对裂缝的密封,阻止雨雪对基层损害,所以 它需要具有良好的粘结性能以及抗变形能力。目前, 高等级公路上最常见的横向裂缝大多是因为气温的 变化而导致的温缩裂缝,可见对于灌缝材料来说,要 有足够的高温抗变形能力和低温下与沥青混凝土的 粘结性能。除此之外,为了适应裂缝形状随着温度以 及荷载的变化而发生的改变,灌缝材料还要具有一 定的弹性恢复能力。 目前,橡胶、热塑弹性体以及热塑性树脂等大多 数的合成材料已经广泛应用于改陛沥青的制备,凭借 出色的力学性能能够大幅度提高改性后沥青的性质。 本试验分别选取两种改性沥青制备过程中常用的改 性剂 、 对基质沥青进行改l生,并按照灌缝胶的技 术要求,对比两种改陛剂对高温抗变形能力、低温粘 绪I生能以及弹l生变形能力的影响,结果见表4。 表4不同改性剂灌缝胶的性能 Tab.4 Performance of variation asphalt with modifier 由表4可知,加入改性剂后锥人度降低,软化 点、弹性恢复率以及一30℃拉伸断裂最大位移均有提 高,可见本试验中选择的两种改Jl生剂对灌缝材料所 要求的性能有改善的作用。 高温陛能改性效果:M。>M:;抵抗弹性形变性能 改性效果:M > ;低温粘结性能改眭效果:M > , 即热塑弹性体改性剂 在加热型路面灌缝胶材料 的制备过程中作用优于橡胶类改性剂 ,下面以 作为改性剂考察两种相容剂对灌缝材料的性能影 响。 2.2相容剂对灌缝胶性能的影响 相容剂是改性沥青制备中常用的一种添加剂, 向基质沥青中调入相容剂能够改善原沥青中的组分 配比,有助于提高改性剂与基质沥青的相容性,从而 使聚合物的性能更好的体现在改性沥青中。通过前 面试验已知,加入改性剂后锥入度降低,沥青塑性变 差,并且改性剂加入量较大难以在沥青中均匀分散, 2014年第07期 陈松等:加热型沥青路面灌缝胶的研究 63 故在前面试验的基础上分别向 、 改性的沥青中 加入相容剂C。,考察相容剂的加人对改善灌缝胶的 塑性以及低温粘结性的作用,结果见表5。 表5灌缝胶低温性能 Tab.5 Low temperature performance of sealant 由表5可知,通过调和相容剂能够改善灌缝胶 低温抗拉伸能力,这是由于加人相容剂一方面改善 了聚合物改性剂与基质沥青的相容性,使得改性剂 溶胀更加充分,分散更加均匀;另一方面相容剂在低 温延伸性方面优于基质沥青,替代一部分基质沥青 后可以提高灌缝胶的延伸性能,改善低温拉伸性能。 下面考察了两种相容剂C 、C 在不同添加量的条件 下对灌缝胶性能的影响,见图1—5。 O 25 5O 75 100 相容剂/(相容剂+沥青),% 图1相容剂添加■对灌缝胶锥入度的影响 Fig.1 Cone penetration of variation asphalt with content of compatibilizer 相容剂/(相容剂+沥青) 图2相容剂添加量对灌缝胶软化点的影响 Fig.2 Softening point of variation asphalt with content of compatibilizer O 25 5O 75 100 相容剂/(相容剂+沥青),% 图3相容剂添加量对灌缝胶流动值的影响 Fig.3 Flow of variation asphalt with content of compatibilizer 静 0 25 50 75 100 相容剂,(相容剂+沥青),% 图4相容剂添加量对灌缝胶弹性恢复率的影响 Fig.4 Resilience of variation asphalt with content of compatibilizer U 2 ,U ,, lUU 相容剂,(相容剂+沥青)/% 图5相容剂添加量对灌缝胶低温粘结性的影响 Fig.5 Bond of variation asphalt with content of compatibilizer 由图可见,相容剂的加人能够明显提高灌缝胶 的锥人度,相同条件下加入c。比c:提高锥人度幅度 大;与锥入度规律一致,相容剂的加入使得软化点降 低,并且在等量条件下c。比c2的软化点更低;c2对 灌缝胶的流动值影响较小,当c:在0~100%范围内 增加时,试验结果均没有超过5mm,C 在添加量大于 75%时流动值超过标准要求的5mm,从组分分析结 果看 的重组分含量高,可能是导致高温性能较好 的原因;随着相容剂添加量的增加,两组试验的弹性 恢复率均呈现先增加后减小的趋势,这是由于相容 剂加入量低的条件下灌缝胶主要呈现的是基质沥青 的塑性,形变后难以恢复,随着加入量提高,聚合物 陈松等:加热型沥青路面灌缝胶的研究 2014年第07期 得到了充分的溶胀,此时主要呈现聚合物的弹性特 征,进一步增大相容剂的添加量由于相容剂作为软 组分使得灌缝胶的锥人度迅速增加,从而弹性特征 又转为塑性特征;通过比较两种相容剂对灌缝胶低 温拉伸性能的影响,可以看出相容剂c 对增加低温 拉伸最大位移作用更加明显。综上所述,在灌缝胶改 性方面,轻组分含量高的c 对低温性能方面贡献 高,而重组分含量高的c:对高温性能方面贡献高, 本文为了制备适用于严寒地区使用的灌缝胶,故在 后面的试验中选取C,作为相容剂。 2.3聚合物改性剂含量对灌缝胶性能的影响 通过前面试验确定出改性剂 、相容剂C 对基 质沥青的改性效果较好,故在相容剂c。与基质沥青 质量比为1:1的条件下,考察改性剂 4种添加量 下对灌缝胶性能的影响,结果见表6。 表6不同M.加入量灌缝胶的性能 Tab.6 Performance of variation asphalt with content of M 由表6可知,随着改性剂M。添加量增加,锥人 度降低,软化点升高,弹性恢复率升高。4组试验样品 高温l生能均非常出色,流动值为Omm,同时低温指标 也均满足规范要求值,但弹性恢复率的数值却超过 上限要求值,这样材料自身的内聚力过高,使用过程 中容易与沥青路面分离,严重者会造成灌缝粘结处 沥青混凝土开裂。这是由于热塑弹性体改性剂 在 改I生过程中交联成为网络结构的连续相,使得改性 沥青在整体上具有了弹性体的特征,所以大大提高 了高、低温使用性能,但也使得弹性恢复率升高。橡 胶类改性剂 在改性机理方面有别于热塑弹性体 改性剂 ,通过自身的溶胀而成为连续相,改性沥青 的性能大部分依靠改性剂的特性,故在高温、低温以 及弹性性能方面均低于 ,可见单独使用M 、 均 无法得到所有指标均满足要求的产品,下面考虑两 种改l生剂复配对灌缝胶产品性能的影响。 2.4复配改性剂对灌缝胶性能的影响 在相容剂C 与基质沥青质量比为1:1的条件 下,分别考察加入10% 】、35% 、lO%M1+35%M2改 性后的沥青性能,结果见表7。 表7不同比例M。与 灌缝胶的性能 Tab.7 Performance of variation asphalt with ratio of Ml to 由表7可知,通过 与 复合改性能够保留 原有的高温抗流动性以及低温粘结性,同时 作为 填充物也可以在一定程度上减弱原有材料的弹性恢 复率指标,调节添加剂适当的比例可以得到满足 JT厂r 740—2009(橡胶沥青灌缝胶》技术指标要求的严 寒型产品。 3结论 (1)制备沥青路面灌缝胶的过程中,两种聚合物 改性剂对产品性能贡献排序,高温性能:M >M2;抗 弹性形变性能: > ;低温粘结性能:M >ME,即热 塑弹性体改性剂 。在加热型路面灌缝胶材料的制 备过程中作用优于橡胶类改陛剂M 。 (2)在路面沥青灌缝胶的制备过程中相容剂不仅 起到改善材料延伸性的作用,而且与基质沥青调和 增大了软沥青组分的比例,促进聚合物改性剂的溶 胀分散,从而得到理想的力学指标。本试验所考察的 两种相容剂,添加轻组分含量高的C 得到的灌缝胶 低温性能较好,而添加重组分含量高的C 得到的灌 缝胶高温l生能较好,在制备严寒地区使用的灌缝材 料时宜采用轻组分含量高的相容剂。 (3)改性剂 与 复配制备灌缝胶能够达到 单独使用 改性制备灌缝胶的高温抗变形性能与 低温拉伸性能,降低材料的弹性恢复率指标。在相容 剂添加量50%,改性剂 。加入量10%,改性剂 加 入量35%的条件下,得到了满足JT/T740—2009标准 要求的严寒型橡胶沥青灌缝胶产品。 参考文献 [1]孙祖望.沥青路面养护维修技术的发展与新材料、新工艺、新技 术的应用[n建设机械技术与管理,201 1,17(8):22—25. 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