SBS改性阻燃沥青的感温性能研究
2010-09-15廖克俭
廖克俭
(辽宁石油化工大学石油化工学院,辽宁抚顺 113001)
SBS改性阻燃沥青的感温性能研究
廖克俭
(辽宁石油化工大学石油化工学院,辽宁抚顺 113001)
SBS改性阻燃沥青是一种集路用性能与难燃性能于一体的新型沥青产品,可广泛应用于隧道路面。分别考察了由茂名70#和欢喜岭90#沥青为基质沥青的SBS改性阻燃沥青的温度敏感性、高温稳定性与低温抗裂性,并与SBS改性沥青以及其它几种国内外普通沥青进行了比较。结果表明,SBS改性阻燃沥青与SBS改性沥青相近,远远优于普通沥青,具有良好的感温性能。另外,由茂名70#生产的SBS改性阻燃沥青的3种感温性能均优于由欢喜岭90#所生产的产品。
改性沥青; 阻燃沥青; 感温性能
截至2006年年底,中国公路隧道达3788处、1 841.8 km,较1999年隧道里程增长了2.6倍。其中特长隧道49处、191.8 km。其它隧道情况分别为:长隧道444处、723.2 km,中隧道577处、409.4 km,短隧道2 718处、517.5 km。由于隧道的封闭特性,处于消防安全角度考虑,通常不在隧道内使用沥青铺筑路面,约90%以上的隧道路面采用水泥混凝土路面,但是水泥混凝土路面存在抗滑性差、行车噪音大、路面接缝破坏较多、容易积水等问题[1-6]。
SBS改性阻燃沥青是一种集改性沥青的路用性能与阻燃沥青的难燃性能于一体的新型沥青产品,可用于替代目前广泛应用于隧道路面的水泥混凝土,消除了水泥混凝土路面的储多问题,同时还兼顾了隧道路面的消防要求[7]。
实验中发现,SBS改性阻燃沥青的黏度或稠度随温度改变而变化,表征这种随温度变化而发生的性质变化指标就是感温性能。通常,道路沥青的感温性能主要包括温度敏感性、高温稳定性、低温抗裂性。
使用茂名70#和欢喜岭90#沥青为基质沥青,调配出5种沥青试样,与茂名70#改性沥青、欢喜岭90#改性沥青、茂名70#、欢喜岭90#、科威特70#、科威特90#、埃索90#沥青的感温性能进行对比。
1 实验部分
1.1 实验原料
茂名70#沥青,欢喜岭90#沥青,SBS(中石化巴陵石化),主阻燃剂,协同阻燃剂,抑烟剂,调和剂。
1.2 仪 器
BM E100L型高剪切混合乳化机(上海威慷机械电子有限公司);SYD-2801C针入度试验器(上海昌吉地质仪器有限公司)。
1.3 SBS改性阻燃沥青试样
将SBS改性沥青加热到140℃,缓慢加入复合阻燃剂,以4 000 r/min的转速搅拌30 min,即制得阻燃SBS改性沥青,如表1所示。
表1 5种SBS改性阻燃沥青试样配比Table 1 Ingredient of five SBSmodifiedflame-retardant asphalt
1.4 感温性能测试
SBS改性阻燃沥青的针入度及针入度指数按GB/T 0604方法测量并计算。
2 结果与讨论
2.1 温度敏感性考察
不同类型的沥青对温度的敏感性不同。从道路沥青的使用角度出发,较小的温度敏感性使沥青能够适用于更为广阔的温度范围,但是,若温度敏感性过小却会在铺路过程中带来不便。本文选用针入度指数来表征SBS改性阻燃沥青的温度敏感性。
大多数沥青的针入度统计结果表明,不同的温度下针入度对数和温度呈线性关系[8],即:
式中:P—针入度,0.1 mm;
T—温度,℃;
K—截距;
A—感温系数。
测定同一沥青试样在3个不同温度下的针入度值,按(1)式进行一元线性回归,可计算得到截距K、斜率A,针入度指数(PI)可通过截距K、斜率A由(2)式得出:
壳牌公司根据沥青的针入度指数将沥青分为3类:当PI<-2时,为黏性的溶胶型沥青,也称焦油型沥青(因为大多数煤焦油的PI值均小于-2);当-2
所制得的5种SBS改性阻燃沥青试样与其它基质沥青针入度指数对比如图1所示。
Fig.1 Penetration index of asphalt图1 沥青试样的针入度指数
由图1中的针入度指数PI值看出,试制的5种SBS改性阻燃沥青中除样5外,大部分属于溶胶凝胶型沥青,即在温度触变性并不十分明显的前提下,还保留了一定的弹性。从流变学角度看,PI反映了沥青偏离牛顿型流体的程度。样5偏离牛顿型流体的程度较大,虽然沥青的低温脆性较小,但耐久性变差。因此具有较大PI值的样5并不是路用沥青的首选。
2.2 高温稳定性考察
沥青的高温稳定性是指路面温度高时,沥青混合料的抗塑流性、抗车辙凹陷等破坏现象。评价沥青高温性能的关键性指标通常用当量软化点T800来表示,T800越大,沥青的高温稳定性越好,T800低的沥青在夏季易产生塑性流动。当量软化点可由式(3)计算:
其中:T800—当量软化点,℃;
K—截距;
A—感温系数。
所制得的5种SBS改性阻燃沥青试样与其它基质沥青的当量软化点如图2所示。
通过对比图2中的数据可知,加入质量分数5%的SBS后的改性沥青的T800均比相应的基质沥青(茂名70#、欢喜岭90#)高出15℃左右,说明加入SBS后沥青的高温稳定性得到了很好的改善,而加入不同配比的复合阻燃剂后,只有样5的T800高于加入阻燃剂之前沥青的T800,其余4种均有相应的减小,说明加入阻燃剂,对SBS改性沥青的高温性能有所影响,但通过比较进口沥青的T800后得知, SBS改性阻燃沥青的T800仍然高于所列进口沥青与基质沥青,即所研制的5种阻燃沥青稳定性优于其他几种进口和国产沥青,具有较好的高温稳定性。
Fig.2 Equivalent soften point of asphalt图2 沥青试样的当量软化点
2.3 低温抗裂性考察
当量脆点T1.2用以表征沥青低温开裂性,T1.2高的沥青在冬季路面温度低时会产生开裂。T1.2值越小,沥青低温抗裂性能越好。当量脆点可由(4)式计算:
其中,T1.2—当量脆点;
K—截距;
A—感温系数。
所制得的5种SBS改性阻燃沥青试样与其它基质沥青的当量脆点如图3所示。
Fig.3 Equivalent brittle point of asphalt图3 沥青试样的当量脆点
通过对比图3的数据可知,加入质量分数5%的SBS后的改性沥青的T1.2比相应的基质沥青(茂名70#、欢喜岭90#)低出15℃甚至更多,说明加入SBS后沥青的低温稳定性得到了很好的改善,而加入不同配比的复合阻燃剂后,样4、样5的T1.2仍继续降低,样1、样2、样3的T1.2略有升高,说明加入阻燃剂后,对SBS改性沥青的低温性能有一定影响,但影响程度并不大,通过比较进口沥青的T1.2后得知,SBS改性阻燃沥青的T1.2仍然远远低于所列进口沥青与基质沥青。
[1] 陆学元,张素云,孙立军.隧道阻燃改性沥青上面层(AC-13C)路用性能研究[J].中外公路,2008,28(2):180-185.
[2] 石洪波,王洪国,廖克俭,等.废橡胶粉改性沥青配方与工艺条件研究[J].石化技术与应用,2005,23(4):274-276.
[3] 郭进存,廖克俭,戴跃玲.阻燃沥青的研制[J].辽宁石油化工大学学报,2005,25(2):5-8.
[4] 孔宪明,余剑英,程松波,等.阻燃剂对SBS改性沥青混合料路用性能影响[J].武汉理工大学学报,2007,29(8):19-23.
[5] 张锐,黄晓明.新型无卤阻燃沥青的开发与性能试验[J].公路交通科技,2007,24(11):40-43.
[6] 徐世法,罗晓辉.SBS改性沥青混合料路用性能评价[J].北京建筑工程学院学报,1998,14(4):26-32.
[7] 杜正军.SBS改性阻燃沥青制备工艺的研究[D].抚顺:辽宁石油化工大学,2010.
[8] Bukka K,M iller JD,Hanson F V,et al.The influence of carboxylic acid content on bitumen viscosity[J].Fuel,1994, 73(2):257-267.
(Ed.:YYL,Z)
廖克俭,男,1956年出生,1989年毕业于东北工学院获硕士学位,2002年毕业于东北大学获博士学位,1999年晋升为教授,硕士生导师,现任辽宁石油化工大学石油化工学院副院长。辽宁省应用化学专业带头人,辽宁省专用石油化学品工程技术研究中心主任,抚顺市民盟副主委,辽宁石油化工大学民盟主委,辽宁省应用化学专业带头人,中国石油化工集团公司院校优秀骨干教师,辽宁石油化工大学学科带头人,抚顺市自然科学青年学科(专业)带头人。近五年来组织完成和正在进行的科研项目20项,其中获得省部级奖2项,鉴定2项,工业化2项,科研进款额200余万元,发表论文100余篇,其中EI收录25篇,SCIE收录10篇,出版专著4部。
Temperature Serviceability of SBSModified Flame-Retardant A sphalt
L IAO Ke-jian
(School of Petrochem ical Engineering,L iaoning Shihua University,Fushun L iaoning 113001,P.R.China)
18 M ay 2010;revised 21 June 2010;accepted 1 July 2010
SBS modified flame-retardant asphalt is a new p roduct w hich has the roadway performance and the flameretardation,designed as a substitute of cement concrete in highway tunnel.Compared w ith base asphalt of MaoM ing 70#and huanxiling 90#and SBS modified asphalt,the temperature sensibility,high-temperature stability,low-temperature crack resistance of the SBSmodified flame-retardant asphalt are similar to the SBSmodified asphalt and better than base asphalt. The three temperature serviceability of the SBSmodified flame-retardant asphalt w hich used Maoming 70#as base asphalt is better than w hich used Huanxiling 90#.
Modified asphalt;Flame-retardant;Temperature serviceability
.Tel.:+86-13904138359;fax:+86-413-6864309;e-mail:lkejian@126.com
TQ522.64
A
10.3696/j.issn.1006-396X.2010.03.012
1006-396X(2010)03-0052-03
2010-05-18
廖克俭(1956-),男,辽宁丹东市,教授,博士。
SBS改性无卤阻燃沥青的研制与开发(JH4/201. 2)。
