LDHs/SBS性瀝青混合料性能的研究

曹庭維,鄭存華

(1.湖北省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,武漢 430070;2.通遼市公路管理處,內(nèi)蒙 028000)

曹庭維1,鄭存華2

(1.湖北省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,武漢 430070;2.通遼市公路管理處,內(nèi)蒙 028000)

采用不同LDHs改性劑摻量的LDHs/SBS改性瀝青制備LDHs/SBS瀝青混合料,通過一系列試驗(yàn),研究了LDHs改性劑不同摻量對(duì)LDHs/SBS瀝青混合料性能的影響。研究結(jié)果表明:瀝青混合料的穩(wěn)定性隨LDHs摻量增加而提高并且體積性能指標(biāo)不變;LDHs的加入能改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性,但加入量超過5%時(shí)改善能力減弱;隨著LDHs摻量的增加,瀝青混合料的高溫抗車轍性能提高。

LDHs改性劑; LDHs/SBS改性瀝青; 瀝青混合料; 穩(wěn)定性; 水穩(wěn)定性; 高溫抗車轍性能

層狀雙氫氧化合物(Layer Double Hydroxides),簡(jiǎn)稱LDHs,又名水滑石。Fetknecht在1942年第一次人工反應(yīng)合成了LDHs并提出了LDHs的雙層結(jié)構(gòu)模型,Allmann和Taylor通過對(duì)LDHs晶體結(jié)構(gòu)分析,確定了其層狀結(jié)構(gòu)[1]。20世紀(jì)90年代以來隨著科技的發(fā)展和分析技術(shù)的進(jìn)步,研究人員對(duì)水滑石的結(jié)構(gòu)和物理性能做了大量卓有成效的研究,使人們對(duì)LDHs的認(rèn)識(shí)不斷加深。LDHs所具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能,使其在化工、環(huán)保、催化、吸附、建筑等領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景,已引起各國(guó)科研工作者的廣泛關(guān)注[2-4]。將這種層狀硅酸鹽用于瀝青改性可以顯著提高瀝青抗疲勞性能和耐紫外老化性能。制備出的瀝青復(fù)合材料可以阻擋瀝青混合料中氧氣向內(nèi)部滲入,可以阻擋表面的紫外光投射到瀝青混合料內(nèi)部,因此可以延緩瀝青混合料的氧化、老化,具有較好的路用性能[5,6]。該文采用不同LDHs改性劑摻量的LDHs/SBS改性瀝青制備LDHs/SBS瀝青混合料,研究LDHs摻量對(duì)LDHs/SBS瀝青混合料路用性能的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料參數(shù)

該實(shí)驗(yàn)采用殼牌瀝青云南昆明公司生產(chǎn)的SBS-Ⅱ改性瀝青,主要技術(shù)性能指標(biāo)見表1符合技術(shù)要求。實(shí)驗(yàn)采用的LDHs改性劑是鎂鋁基層狀雙羥基復(fù)合金屬氫氧化物,化學(xué)通式為:m H2O,其中M2+、M3+是內(nèi)層金屬陽離子,An-是層間插入的陰離子。試驗(yàn)采用的LDHs改性劑基本性能見表2。

表1 SBS改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果

表2 LDHs基本性能

1.2 方法

首先制備LDHs摻量為0%、1%、3%、5%、6%的LDHs/SBS改性瀝青,然后用不同LDHs摻量的LDHs/SBS改性瀝青制備LDHs/SBS瀝青混合料。

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E 20—2011)對(duì)5種LDHs含量的LDHs/SBS瀝青混合料分別進(jìn)行了密度試驗(yàn)、馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)、馬歇爾試件浸水殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)及車轍試驗(yàn),分析LDHs摻量對(duì)LDHs/SBS瀝青混合料路用性能的影響。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 體積性能

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E 20—2011)規(guī)定的方法對(duì)5種不同摻量的LDHs/ SBS瀝青混合料進(jìn)行密度試驗(yàn)、馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖1～圖4所示。表3為不同LDHs含量瀝青密度和瀝青混合料毛體積密度,可以發(fā)現(xiàn)LDHs含量對(duì)瀝青密度和瀝青混合料毛體積密度影響不大。

表3 不同LDHs含量瀝青密度和瀝青混合料毛體積密度

從圖1～圖3中可以看出:五種摻量的LDHs/SBS瀝青混合料的空隙率在3%～5%、礦料間隙率大于14%、瀝青飽和度在65%～75%,體積性能指標(biāo)均在技術(shù)要求內(nèi)。因此不會(huì)對(duì)混合料性能產(chǎn)生影響。

從圖4中可以看出:隨著LDHs含量的增加混合料的穩(wěn)定度增大、流值減小。說明LDHs的加入可以提高混合料的穩(wěn)定性,增大混合料抵抗外力破壞的能力。

從圖5中可以看出:隨著LDHs含量的增加,LDHs/ SBS瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。5%左右范圍內(nèi),劈裂強(qiáng)度較大。說明LDHs可以改善瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度。當(dāng)含量大于5%時(shí)出現(xiàn)下降趨勢(shì)是因?yàn)長(zhǎng)DHs的加入使瀝青粘度變大,承受瞬間應(yīng)力的能力增加,當(dāng)加入量過大時(shí)瀝青的粘度趨于相近,因此混合料的劈裂值增量也會(huì)達(dá)到一個(gè)平臺(tái)甚至出現(xiàn)減小。

2.2 水穩(wěn)性能

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E 20—2011)規(guī)定的方法對(duì)5種不同摻量的LDHs/SBS瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試件浸水殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖6,圖7所示。

從圖6、圖7中可以看出:隨著LDHs的增加混合料的浸水穩(wěn)定度和穩(wěn)定度逐漸增大,凍融劈裂強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度先增大后減小,在5%含量以上出現(xiàn)減小現(xiàn)象。說明LDHs的加入能改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性能,但是當(dāng)加入量超過5%時(shí)這種改善能力會(huì)減弱。

根據(jù)式(1)、式(2),得出LDHs/SBS瀝青混合料水穩(wěn)定性變化曲線如圖8所示。

2.3 高溫性能

按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E 20—2011)規(guī)定的方法對(duì)5種不同摻量的LDHs/SBS瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

從圖9中可以看出:隨著LDHs摻量的增加,瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度增大,說明LDHs/SBS瀝青混合料的高溫抗車轍性能隨著LDHs的加入而提高。加入LDHs后,LDHs/SBS瀝青混合料在高溫下的彈性成分增加,瀝青流動(dòng)性減弱,增加了瀝青抵抗高溫變形能力,因此LDHs可以提高LDHs/SBS瀝青混合料的高溫性能。

3 結(jié) 論

a.LDHs的加入不會(huì)影響瀝青混合料的體積性能,隨著LDHs的增加混合料的穩(wěn)定度增大、流值減小、劈裂強(qiáng)度增加,提高了瀝青混合料的穩(wěn)定性,增大了混合料抵抗外力破壞的能力。

b.隨著LDHs的增加混合料的水穩(wěn)定性能提高,LDHs含量大于5%后改善水穩(wěn)定性能有所減弱。

c.隨著LDHs摻量的增加,瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提高,表明LDHs/SBS瀝青混合料的高溫抗車轍性能提高,因此LDHs/SBS瀝青混合料的高溫性能提高。

[1] Li F,Zhang L,David G E,et al.Structure and Surface Chemistry of Manganese-doped Copper-basedmixed Metal Oxides Derived form Layered Double Hydroxides[J].Colloid Surface A,2004,244:169-177.

[2] 景曉燕,鄭崇輝,王慧潁,等.水滑石類化合物的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].應(yīng)用科技,2004,31(10).

[3] 楊飄萍,宿類平,楊胥微,等.尿素法合成高結(jié)晶類水滑石[J].無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào),2003,19:485-491.

[4] J Sanchez Valente,F Figueras,M Gravelle,et al.Basic Properties of the Mixed Oxides Obtained by Thermal Decomposition of Hydrotalcites Containing Different Metallic Composition[J].J Catal,2000,189:370-381.

[5] Wu S P,Pang L,Mo L T,et al.Influence of Aging on the Evolution of Structure,Morphology and Rhecology of Base and SBS Modified Bitumen[J].Contr Build Mater 2009,23(2):1005-1010.

[6] Fu Yu,Wu Shaopeng,Han Jun,et al.Research on the Rhecological Characteristic of Layered Nano-montmorillonite Modified Asphalt Binder[C].Proceeding of 2010 International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering,MACE2010,2010.

Performance Study of LDHs/SBS Modified Asphalt Mixture

CAO Ting-wei1,ZHENG Cun-hua2
(1.Hubei Provincial Academy of Building Research and Design,Wuhan 430070,China; 2.Road Administration Department of Tongliao City,Inner Mongolia 028000,China)

This paper aims at manufacturing different content LDHs modified SBSasphalt and researching the properties of LDHs/SBS asphalt mixtures,studying the influences of LDHs on the performances of the asphalt mixture. The results showed that:as the increasing of LDHs,stability of asphalt mixture increased,and LDHs/SBS asphalt mixture volume performance has not been changed.LDHs improved the water stability properties of the asphalt mixture, but after 5%content,water stability of the asphalt mixture decreased.The high-temperature stability of the asphalt mixture increased,as the increasing of LDHs.

LDHs modifier; LDHs/SBS modified asphalt; asphalt mixture; stability; water stability;high-temperature stability

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.05.011

2015-07-08.

曹庭維(1983-),工程師.E-mail:ctw-123@163.com