OMMT 摻量對SBS 改性瀝青路用性能的影響研究

白成富

0 引言

隨著現(xiàn)代道路材料的發(fā)展，SBS改性瀝青因其具有獨(dú)特的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和彈性恢復(fù)性能，目前已成為高等級公路瀝青路面的主要改性瀝青品種，但老化性能和存儲性能方面的不足限制了SBS改性瀝青的應(yīng)用步伐。近些年來，層狀硅酸鹽被廣泛地用于聚合物的改性，大量研究表明，層狀硅酸鹽與聚合物形成納米復(fù)合材料可顯著提高聚合物的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、氣體阻隔性和存儲性[1-3］。

本文通過在SBS改性瀝青中添加OMMT的方法，研究OMMT摻量對SBS改性瀝青路用性能的影響。

1 原材料及改性瀝青制備方法

1.1 原材料

瀝青:試驗采用埃索(ESSO)90號瀝青，其各項技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 AK90號基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標(biāo)

SBS改性劑:采用湖南岳陽石化公司生產(chǎn)的YH4303-2(道改2號)，嵌段比S/B=30/70，星型結(jié)構(gòu)。

OMMT:浙江生產(chǎn)，其主要性能指標(biāo)如表2所示。

表2OMMT的主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 改性瀝青制備方法

將基質(zhì)瀝青加熱到160℃后，加4%的SBS，用高速剪切機(jī)在175℃～185℃、剪切速率為6 000 rmp的條件下剪切30 min，分別摻入0%，2%，4%，6%的OMMT，繼續(xù)剪切20 min，在180℃烘箱保溫發(fā)育1 h后進(jìn)行各項試驗研究。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 OMMT摻量對SBS改性瀝青常規(guī)技術(shù)性能的影響

按照J(rèn)TJ 052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程的方法，對摻有不同比例OMMT的SBS改性瀝青進(jìn)行常規(guī)技術(shù)性能試驗，結(jié)果如表3所示。

表3 OMMT/SBS復(fù)合改性瀝青的主要技術(shù)性能

由表3可以看出:

1)隨著OMMT摻量的增加，SBS改性瀝青的稠度逐漸增大。

2)隨著OMMT摻量增大，SBS改性瀝青延度逐漸減小，而且OMMT摻量越大，減幅越明顯，所以O(shè)MMT的摻量過大會限制SBS改性瀝青低溫變形能力。

3)隨著OMMT摻量的增大，SBS改性瀝青的軟化點逐漸升高，當(dāng)OMMT摻量到6%時，軟化點提高達(dá)17.9℃，這表明OMMT能顯著改善SBS改性瀝青的高溫性能。

4)隨著OMMT摻量增加，SBS改性瀝青粘度增大，瀝青的流動性發(fā)生改變，在外力作用下瀝青粒子抵抗變形的能力增加，這是因為在高溫條件下，蒙脫土片層阻礙瀝青中的分子鏈運(yùn)動，分子流動受阻，使粘度增大[4］。

2.2 OMMT摻量對SBS改性瀝青感溫性能的影響

OMMT摻量對SBS改性瀝青感溫性能的影響如圖1所示。

圖1 SBS改性瀝青PI值隨OMMT摻量的變化

從圖1可以看出:SBS改性瀝青的PI值隨著OMMT 摻量的增加顯著增大，表明OMMT能較大幅度降低SBS改性瀝青對溫度的敏感性。從PI值的變化來看，OMMT的加入使得SBS改性瀝青膠體結(jié)構(gòu)趨向凝膠型，瀝青膠團(tuán)之間的引力增大，彈性效應(yīng)更加顯現(xiàn)，抵抗變形的能力增強(qiáng)。

2.3 OMMT摻量對SBS改性瀝青存儲穩(wěn)定性能的影響

對摻有不同比例OMMT的SBS改性瀝青，按照J(rèn)TJ 052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程中聚合物離析試驗(T0661-2000)的方法進(jìn)行試驗，結(jié)果如表4所示。

表4 SBS改性瀝青存儲穩(wěn)定性隨OMMT摻量的變化 ℃

如表4所示，經(jīng)過163℃高溫貯存48 h后，未摻OMMT的SBS改性瀝青軟化點差高達(dá)28.7℃，隨著OMMT的加入，SBS改性瀝青軟化點差迅速下降，當(dāng)OMMT摻量為4%時，軟化點差降為2.3℃(滿足聚合物改性瀝青規(guī)范中小于2.5℃的要求)，表明OMMT能顯著改善SBS改性瀝青的存儲穩(wěn)定性能。

2.4 OMMT摻量對SBS改性瀝青老化性能的影響

為了更好的反映瀝青老化后性能的衰敗程度，本文選用殘留針入度比和粘度老化指數(shù)作為評價瀝青老化性能的指標(biāo)，不同OMMT摻量的SBS改性瀝青經(jīng)過RTOFT老化后試驗結(jié)果如圖2，圖3所示。

圖2 SBS改性瀝青殘留針入度比隨OMMT摻量的變化

圖3 SBS改性瀝青粘度老化指數(shù)隨OMMT摻量的變化

由圖2，圖3可知，隨著OMMT摻量的增大，SBS改性瀝青的殘留針入度比增大、粘度老化指數(shù)減小，與未摻加OMMT的SBS改性瀝青相比，OMMT摻量為6%的SBS改性瀝青殘留針入度比增加了13.8%，粘度老化指數(shù)減小了20.3%。由此可見，OMMT可明顯減小SBS改性瀝青的老化程度，有效提高了SBS改性瀝青耐熱氧老化能力。

OMMT之所以能有效提高SBS改性瀝青耐熱氧老化能力，是因為以納米尺度分散在SBS改性瀝青中的蒙脫土片層有效阻止了氧分子向瀝青分子內(nèi)部滲透，抑制了瀝青在高溫下的氧化、縮合反應(yīng)的發(fā)生[2］。

3 結(jié)語

1)通過在SBS改性瀝青添加適量OMMT的方法，可以獲得滿足規(guī)范要求的改性瀝青，且路用性能優(yōu)于不摻OMMT的SBS改性瀝青。

2)隨著OMMT摻量的增加，SBS改性瀝青的高溫性能明顯提高，感溫性能、存儲性能、老化性能顯著改善，但低溫性能隨著OMMT的增加有所降低。

3)在OMMT摻入SBS改性瀝青的過程中，存在最佳摻量。如果OMMT摻量過小，SBS改性瀝青路用性能改善不顯著;OMMT摻量過大，會限制SBS改性瀝青的低溫變形能力。

4)綜合瀝青的各項路用性能，在SBS劑量為4%的改性瀝青中，OMMT摻量以4%為宜。

[1]樊 亮，張玉貞.納米材料與技術(shù)在瀝青路面中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J］.材料導(dǎo)報，2010，24(12):72-75.

[2]劉大梁，包雙雁.有機(jī)化蒙脫土改善SBS改性瀝青性能的研究[J］.建筑材料學(xué)報，2007，10(4):500-504.

[3]余劍英，李 斌.有機(jī)化蒙脫土對SBS改性瀝青熱氧老化性能的影響[J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2007，29(9):65-67.

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[5]王 冰.SBS改性瀝青配合比優(yōu)化設(shè)計及施工技術(shù)要求[J］.山西建筑，2009，35(24):301-302.