LDHs/SBS性沥青混合料性能的研究

曹庭维,郑存华

(1.湖北省建筑科学研究设计院,武汉 430070;2.通辽市公路管理处,内蒙 028000)

曹庭维1,郑存华2

(1.湖北省建筑科学研究设计院,武汉 430070;2.通辽市公路管理处,内蒙 028000)

采用不同LDHs改性剂掺量的LDHs/SBS改性沥青制备LDHs/SBS沥青混合料,通过一系列试验,研究了LDHs改性剂不同掺量对LDHs/SBS沥青混合料性能的影响。研究结果表明:沥青混合料的稳定性随LDHs掺量增加而提高并且体积性能指标不变;LDHs的加入能改善沥青混合料的水稳定性,但加入量超过5%时改善能力减弱;随着LDHs掺量的增加,沥青混合料的高温抗车辙性能提高。

LDHs改性剂; LDHs/SBS改性沥青; 沥青混合料; 稳定性; 水稳定性; 高温抗车辙性能

层状双氢氧化合物(Layer Double Hydroxides),简称LDHs,又名水滑石。Fetknecht在1942年第一次人工反应合成了LDHs并提出了LDHs的双层结构模型,Allmann和Taylor通过对LDHs晶体结构分析,确定了其层状结构[1]。20世纪90年代以来随着科技的发展和分析技术的进步,研究人员对水滑石的结构和物理性能做了大量卓有成效的研究,使人们对LDHs的认识不断加深。LDHs所具有独特的结构和性能,使其在化工、环保、催化、吸附、建筑等领域展现了广阔的应用前景,已引起各国科研工作者的广泛关注[2-4]。将这种层状硅酸盐用于沥青改性可以显著提高沥青抗疲劳性能和耐紫外老化性能。制备出的沥青复合材料可以阻挡沥青混合料中氧气向内部渗入,可以阻挡表面的紫外光投射到沥青混合料内部,因此可以延缓沥青混合料的氧化、老化,具有较好的路用性能[5,6]。该文采用不同LDHs改性剂掺量的LDHs/SBS改性沥青制备LDHs/SBS沥青混合料,研究LDHs掺量对LDHs/SBS沥青混合料路用性能的影响。

1 实 验

1.1 材料参数

该实验采用壳牌沥青云南昆明公司生产的SBS-Ⅱ改性沥青,主要技术性能指标见表1符合技术要求。实验采用的LDHs改性剂是镁铝基层状双羟基复合金属氢氧化物,化学通式为:m H2O,其中M2+、M3+是内层金属阳离子,An-是层间插入的阴离子。试验采用的LDHs改性剂基本性能见表2。

表1 SBS改性沥青试验结果

表2 LDHs基本性能

1.2 方法

首先制备LDHs掺量为0%、1%、3%、5%、6%的LDHs/SBS改性沥青,然后用不同LDHs掺量的LDHs/SBS改性沥青制备LDHs/SBS沥青混合料。

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E 20—2011)对5种LDHs含量的LDHs/SBS沥青混合料分别进行了密度试验、马歇尔稳定度试验、劈裂试验、马歇尔试件浸水残留稳定度试验、冻融劈裂试验及车辙试验,分析LDHs掺量对LDHs/SBS沥青混合料路用性能的影响。

2 试验结果与分析

2.1 体积性能

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E 20—2011)规定的方法对5种不同掺量的LDHs/ SBS沥青混合料进行密度试验、马歇尔稳定度试验和劈裂强度试验,试验结果如图1～图4所示。表3为不同LDHs含量沥青密度和沥青混合料毛体积密度,可以发现LDHs含量对沥青密度和沥青混合料毛体积密度影响不大。

表3 不同LDHs含量沥青密度和沥青混合料毛体积密度

从图1～图3中可以看出:五种掺量的LDHs/SBS沥青混合料的空隙率在3%～5%、矿料间隙率大于14%、沥青饱和度在65%～75%,体积性能指标均在技术要求内。因此不会对混合料性能产生影响。

从图4中可以看出:随着LDHs含量的增加混合料的稳定度增大、流值减小。说明LDHs的加入可以提高混合料的稳定性,增大混合料抵抗外力破坏的能力。

从图5中可以看出:随着LDHs含量的增加,LDHs/ SBS沥青混合料的劈裂强度呈现出先增大后减小的趋势。5%左右范围内,劈裂强度较大。说明LDHs可以改善沥青混合料的劈裂强度。当含量大于5%时出现下降趋势是因为LDHs的加入使沥青粘度变大,承受瞬间应力的能力增加,当加入量过大时沥青的粘度趋于相近,因此混合料的劈裂值增量也会达到一个平台甚至出现减小。

2.2 水稳性能

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E 20—2011)规定的方法对5种不同掺量的LDHs/SBS沥青混合料进行马歇尔试件浸水残留稳定度和冻融劈裂试验,试验结果如图6,图7所示。

从图6、图7中可以看出:随着LDHs的增加混合料的浸水稳定度和稳定度逐渐增大,冻融劈裂强度和劈裂强度先增大后减小,在5%含量以上出现减小现象。说明LDHs的加入能改善沥青混合料的水稳定性能,但是当加入量超过5%时这种改善能力会减弱。

根据式(1)、式(2),得出LDHs/SBS沥青混合料水稳定性变化曲线如图8所示。

2.3 高温性能

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E 20—2011)规定的方法对5种不同掺量的LDHs/SBS沥青混合料进行车辙试验,试验结果如图9所示。

从图9中可以看出:随着LDHs掺量的增加,沥青混合料的动稳定度增大,说明LDHs/SBS沥青混合料的高温抗车辙性能随着LDHs的加入而提高。加入LDHs后,LDHs/SBS沥青混合料在高温下的弹性成分增加,沥青流动性减弱,增加了沥青抵抗高温变形能力,因此LDHs可以提高LDHs/SBS沥青混合料的高温性能。

3 结 论

a.LDHs的加入不会影响沥青混合料的体积性能,随着LDHs的增加混合料的稳定度增大、流值减小、劈裂强度增加,提高了沥青混合料的稳定性,增大了混合料抵抗外力破坏的能力。

b.随着LDHs的增加混合料的水稳定性能提高,LDHs含量大于5%后改善水稳定性能有所减弱。

c.随着LDHs掺量的增加,沥青混合料的动稳定度提高,表明LDHs/SBS沥青混合料的高温抗车辙性能提高,因此LDHs/SBS沥青混合料的高温性能提高。

[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] 景晓燕,郑崇辉,王慧颍,等.水滑石类化合物的研究现状及进展[J].应用科技,2004,31(10).

[3] 杨飘萍,宿类平,杨胥微,等.尿素法合成高结晶类水滑石[J].无机化学学报,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.

曹庭维(1983-),工程师.E-mail:ctw-123@163.com