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做座包装废弃聚合物改性沥青低温性能的研究一

发布时间:2021-10-12 00:09:49 阅读: 来源:真空过滤机厂家

包装废弃聚合物改性沥青低温性能的研究(一)

前 言

沥青作为公路建设最主要的材料,一直受到重视。由于经济发展带来的交通量迅而密歇根州大学将成为主要的学术合作火伴速增长、汽车轴载增加、车辆大型化、超载严重、以及车辆渠道化等,已使公路的现状越来越不能适应需要。车辙已成为沥青路面最严重的破坏型式。路面水损害破坏及寒冷地区沥青路面温缩裂缝也普遍存在[6]。面对这样的状况,道路工作者们不得不在沥青材料上下功夫,挖潜力,以图摆脱困境。进人90年代以来,对沥青材料的研究进入了前所未有的热潮。

以世界瞩日的美国战略公路研究计划(SHRP)为代表,各国都在对沥青的路用性能进行再认识,研究制订反映路用性能的沥青标准。SHRP沥青新标准、加拿大沥青新标准、欧洲统一的沥青标准纷纷颁布[1]。我国为适应这个形势,将“道路沥青及沥青混合还有干货满满的创享汇让你和行业大咖面对面交换料使用性能的研究”列为“八五”国家科技攻关专题,其主要内容也是提出符合我国国情,适应于不同地区的沥青及沥青混合料的关键性技术指标及技术要求,现在已有了初步成果。

现在的沥青质量、品种已不能适应沥青路面的更高的要求,各种沥青改性剂、外掺剂应运而生,并出现了一些引人注目的新的路面结构。我国差不多已有三分之一的省市对改性沥青进行了研究。我国对沥青及沥青混合料改性的技术研究已有20多年的历史,在许多应用特别是路面使用性能改善方面取得了有较大实用价值的成果。随着我国道路交通的进一步发展,特殊高档路面对环氧树脂改性沥青材料的需求开始增长,沥青改性业的前景令人一致看好.。与此同时,随着我国包装业和塑料工业的发展,塑料包装制品在造福人类的同时也对环境造成了污染。目前城市垃圾中有60%以上是生活垃圾,而生活垃圾中有80%以上是包装废弃物,这些废弃物形成的“白色污染”给环境带来了严重的危害;另外,伴随着高速公路的飞速发展,沥青路面修建技术成为了高速公路建设核心技术之一,并得到了长足的发展跟进步,但是沥青混凝土路面存在着许多问题,也引起人们的普遍重视,利用包装废弃聚合物对沥青进行改性,就成了全球共同关心的课题[2]。

1 绪 论

1. 1 改性沥青的研究现状

1.1.1 改性沥青的分类及发展趋势

由于石油沥青具有良好的热可塑性、粘着性、粘弹性,用作道路铺装材料己有100多年的历史,今后也仍将是道路铺装的基本材料。在我国己建成的高速公路中,约75%采用了沥青混凝土路面。但是,随着经济的增长,交通量迅速增加,车辆大型化,超载严重,车辆渠化等对道路铺装材料提出了更为苛刻的要求,使沥青混凝土路面面临更为严峻的考验。许多公路沥青路面建成不久就不能适应交通量的需要,车辙、开裂、坑槽等早期破坏的现象时有发生,许多路面远在设计年限之前,便不得不大规模维修罩面。为了减少这种早期破坏,通过在沥青中添加外掺剂的方法被证明是行之有效的[7]。人们经过长期的研究,针对不同的改性目的,选用了不同的改性剂。

从广义来说,根据不同目的所采取的改性沥青及改性沥青混合料技术可汇总于图。

从狭义来说,改性沥青一般是指聚合物改性沥青。用于改性的聚合物种类也很多,一般分为以下三类:

(1) 橡胶类:如天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(S8R),氯丁橡胶(CR)、丁二烯橡胶(BR)、乙丙橡胶(EPDM)等。己有实用效果的有SBR, CR, EPDM等。这类改性剂具有优良的抗低温开裂性能和增大沥青与石料的粘附力。

(2) 橡胶塑料类:即热塑性弹性体。如苯乙烯—丁二烯嵌段共聚物(S-B-S ),苯乙烯—异戊二稀嵌段共聚物(SIS )、苯乙烯—乙烯—丁二烯—苯乙烯共聚物(SEBS),聚脂弹性体等。已有实用效果的有SBS。这类改性剂具有增加柔性、抗永久变形能力及好的耐久性。

(3) 树脂类:热塑性树脂,如聚乙烯(PE)、乙烯—醋酸乙烯共聚物(EVA),无规聚丙稀以PP),聚氯乙烯(PVC ) ,聚酞胺等;热固性树脂,如环氧树脂(EP)、酚醛树脂、聚氨脂树脂等。己有实用效果的有EVA, PE, EP等。这类改性剂具有对高温稳定性提高明显,使粘结力、抗冲击、震动能力提高。

1.1.2 沥青改性的关键技术

沥青作为一种复杂的高分子碳氢化合物,在一定温度与荷载作用下表现为典型的弹-粘-塑性,并且在高温与紫外线照射下会产生老化现象。因此加入改性剂的主要目的就是要改善沥青混合料在高温下的路用性能,提高其抗车辙、抗疲劳、抗老化及抵抗低温开裂等方面的性能。沥青改性效果的关键在于解决改性剂与沥青的相容性问题。道路工程上所指的相容性是指“聚合物改性剂以微细的颗粒与基质沥青发生反应或均匀、稳定地分散在基质沥青中,而不发生分层、凝聚或离析等现象”。改性剂与基质沥青的相容性主要取决于两者之间的界面作用、基质沥青的组分以及集合物的极性、颗粒般地,聚合物的极性愈强,分子结构与沥青愈接近,则它与基质沥青的相容性大小、分子结构等因素。一越好,相应地改性效果也较好。国内的研究还表明聚烯烃类改性剂与高饱和分的沥青相容性较好,而SBR、SBS等则与高芳香分的基质沥青相容性较好。比利时FINA公司(国内有其分部)在对SBS改性剂进行大量研究后发现,基质沥青中沥青质含量对SBS改性效果的影响极大,基质沥青中沥青质的含量越高,相容性越好。美国化学家Brule甚至还给出了相容性较好的基质沥青的组分比例[9],即饱和分:(芳香分+树脂):沥青质=(%):(%):(%)。从这些研究中,我们可以看出改性剂与沥青的相容性与基质沥青的组分密切相关。对于聚合物改性沥青来讲,沥青与聚合物的相容性及改性沥青的贮存稳定性是首先要解决的问题。这对于改性沥青的运输及使用都有性能保证。该研究从基础沥青的性质,改性沥青的高温性能,低温性能等方面探讨了聚合物SBS改性沥青的机理,制备工艺,表征随着国内技术提升及需求放量制备聚合物改性沥青在物理分散的同时必须加入化学改性,才能得到贮存稳定性良好的改性沥青[18]。

1.1.3 沥青的改性性能

改性沥青的主要功用之一是提高沥青混合料在高温下的抵抗变形能力,而在其他温度下对沥青或沥青混合料的特性无不利作用。改性沥青通常具有如下几个特点:

(1) 优良的高温稳定性;

(2) 较好的低温抗裂和抗反射裂缝的能力;

(3) 粘结力及抗水损害能力增强;

(4) 具有较长的使用寿命。

不同种类的改性剂对沥青性能的改善作用是不一样的,一般地,树脂类材料改性后沥青的针入度下降、软化点上升,而延度变小。橡胶类材料改性后,沥青的针入度会有所降低,而延度与软化点都会上升;热塑性弹性体材料则具有良好的双向改性功能。对于沥青的改性机理,目前尚无定论,总结所搜集到的资料与观点:

(1) 聚合物与沥青的共混体的最佳状态:聚合物以离散相状态均匀分布在呈连续相的沥青介质中,这种结构类似于用级配理论中的骨架密实结构;

(2) 聚合物在沥青中会产生溶胀现象;

(3) 聚合物在沥青中的掺量存在一个临界值(即美国科学家Collins所称的临界掺量),达到临界掺量时,聚合物形成一种稳定而富有弹性的络结构;当超过此值时,改性体系发生相变,聚合物由非连续相转化为连续相,沥青由连续相转化为非连续;在另一方面过高的掺量会大大增加改性成本而显得不经济)。

1.1.4 国产改性沥青的加工方法

目前,在国内使用较多的主要有SBR、PE、EVA,SBS也因为其良好的双向改性性能(即同时改变基质沥青的高温与低温性能的能力)在近年来得到较广泛的应用。我国现有的几种改性沥青的质量水平基本上与国际上用同类型改性剂的改性沥青大体相当,加工方式的难易成了国内改性沥青与同类国际产品竞争的主要方面,而在这一方面我国与欧美国家存在较大的差距。目前,国内外生产改性沥青时,除了极少一部分(如SBR胶乳、磨细的橡胶粉)采用直接拌和的方式外,大部分改性剂与路用沥青的相容性并不太好,必须采取高速剪切、胶体磨、混炼等特殊加工方式,才能使改性剂均匀分散于混合料中[12]。$分页符$

1.1.5 国产改性沥青的制造工艺

我国现有的改性沥青加工工艺,能形成规模化生产的成熟技术为数不多,其中较有影响力的有北京市国创改性沥青有限公司生产的国创一号、国创二号的工艺以及重庆交通科学研究所研制的溶剂法生产工艺。制造改性沥青的关键在于能将改性剂磨细,并使其均匀地分散于沥青胶体中。 沥青改性设备一般包括七个子系统:沥青外掺剂供给系统、炼磨搅拌系统、加热保温系统、控制系统、称量称重系统、液压站及成品贮存罐[5]。胶体磨是整个改性设备的核心,它应能在高温、高压环境下长时间高速旋转,同时还应能控制物料的均混粒度以及胶溶效果。胶体磨式、高速剪切等专用设备我国都已经有产品,其中北京市国创改性沥青有限公司的炼磨式改性沥青设备已通过交通部科技司与公路司的联合鉴定,性能达到国际先其特点是误差随负荷增大而增大进水平,另外重庆交通科研所、西安筑路机械厂等单位也研制出了相应的设备,河南省交通厅等省公路部门还从国外引进了相应的设备。

1.2国内改性沥青研究中存在的问题与可能的对策

(1) 我国关于改性沥青的研究工作多,并且取得了不少成果,但实际应用于工程的比重远低于欧美国家,远没有达到规模应用的水平。另外我国的改性沥青的研究工作往往由各高等院校、科研院所独立完成,缺少像美国公路战略系统(SHRP)这样的大型系统工程,研究的随机性大,配套工作滞后。由于各部门的利益关系,沥青改性的关键技术往往是秘而不宣的在一定程度上造成人财物力的巨大浪费。

(2) 改性沥青的相容性问题。纵观国内的大多数改性沥青,聚合物与基质沥青之间并未发生明显的化学反应,它们仅仅靠微弱的界面作用物理联结。因此

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