水性环氧树脂含量对SBR复合改性乳化沥青的影响外文翻译资料

 2022-03-22 08:03

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水性环氧树脂含量对SBR复合改性乳化沥青的影响

张倩,徐毅恒,温志光

西安建筑科技大学 土木工程学院 包头公路局

重点:

乳化沥青中SBR乳胶的含量由粘附性和DSC实验确定

对常规沥青粘结试验的计算和评价进行了改进。

增加固化时间和剪切强度实验来评价粘结层材料的性能。

研究了水性环氧树脂含量对SBR改性乳化沥青性能的影响

摘要:

为了改善黏层乳化沥青的性能,通过改性乳化工艺,在水性环氧树脂中掺加SBR改性剂制备改性乳化沥青。通过乳化沥青的多个评价指标确定SBR乳液和树脂的配合比。SBR改性剂的含量取决于沥青粘附性和不同温度下的DSC热分析法实验。一般水性环氧树脂的含量可以先通过存储稳定性实验确定其范围。可以用布氏回转粘度计测试乳化改性沥青在一定温度下的黏性。然后可以确定环氧树脂的固化反应时间,并用来指导改性乳化沥青的蒸发残渣实验。改性乳化沥青用于混合料的粘结材料和制备45度斜剪实验的试件。将性能评价的结果和标准规范进行对比,比较结果表明,加入SBR改性剂和环氧树脂后能够有效提高沥青的高低温性能,剪切强度显著增强。特别是在最佳SBR改性剂和环氧树脂含量下,乳化改性沥青显示出良好的物理高温性能,因此,其贮藏稳定性较好。而SBR改性剂和环氧树脂的最佳含量均在3%左右。

关键词:道路工程,路面,SBR改性水性环氧树脂,乳化沥青,性能评价,

一、绪论

采用层状结构的路面,由于其相邻层材料的强度,模量等性质不同而导致层间有相对滑移的趋势。层间滑移会破坏道路完整性并且降低路面承载能力。由于基质沥青本身难以满足粘结层的性能要求,所以往往使用高聚物进行化学改性。Magdy研究了沥青中加入橡胶粉改性剂(CRM)后的相互作用特性,通过分析和深入理解沥青和CRM之间的性质,推荐使用SHRP进行性能试验。张倩等人通过在SBR改性剂中加入MMT(蒙脱石)后进行混合,制备得到改性沥青。根据他们的研究表明,SBR/MMT改性沥青能够形成一种理想的网状结构,这种网状结构改善了沥青的黏弹性性能,并且能够提高其高温抗车辙能力。但是,改性沥青在空气温度中表现出过大的黏性,需要加热到160°C或者更高才能具有较好的流动性,所以这种材料无法用于粘结层。由于沥青在喷洒前需要加热,这会给施工操作带来很多麻烦,也会带来一些环境问题。

因此,为了保证施工喷涂的方便性和安全性,需要对作为粘结层的沥青材料进行乳化。加入SBS和SBR的改性乳化沥青由于其较强的成膜性和高粘度性质而常被作为粘性涂层材料。但是,在现代交通环境下,用SBS和SBR改性的乳化沥青的粘结性能还需要深入研究。环氧树脂的复合化是一个新的研究方向。用加入SBS或者SBR的橡胶粉或其他材料制备新型改性乳化沥青,水性环氧树脂可以在空气温度或者潮湿环境中固化,固化所得的产品具有优良的高温稳定性。利用水性环氧树脂植被的复合改性乳化沥青具有良好的应用前景,因为其性能特别是粘结性能明显优于用SBS或SBR改性乳化的沥青。张倩等人,提出一种掺加水性环氧树脂和SBR的复合式改性乳化沥青的制备方法,测试蒸发残留物的粘结性,耐久性等性能,测试的结果表明,仅用SBR胶乳改性的沥青,相比于普通的乳化沥青,改性乳化沥青表现出更好的路用性能。曾有人对直剪试验和扭剪试验的方法进行改进,并对乳化沥青,SBS改性沥青和环氧树脂三种涂层材料在重复荷载作用下进行45度剪切试验。他们的研究表明环氧树脂相比于另外两种材料表现出更好的剪切性能。我国的《公路工程沥青混合料试验规程(JTG e20-2011)》中规定粘结层材料的针入度(40mm-100mm),软化点(>53°C),延度(>20cm),固体含量(>50%),喷雾量(0.6-1kg/m2)和稳定性(稳定一天后小于或等于1%)。

在本文中,乳化沥青通过水性环氧树脂和SBR进行改性和综合。首先,对改性乳化沥青的存储稳定性进行研究,测定水性环氧树脂的一般含量的范围,其次,通过对改性乳化沥青蒸发残余物的固化反应时间来表征涂层材料的强度形成周期。然后,对不同含量的水性环氧树脂制备的改性乳化沥青进行试验,确定了最佳的水性环氧树脂含量,从而生产出性能更好的改性乳化沥青。用改性乳化沥青作为胶凝涂层,在45°荷载作用下进行剪切实验,测试其作为粘结材料的性能。

二、材料与设备

2.1原材料

实验中采用的是binhua70#号重交通道路石油沥青,其属性如表1所示,乳化剂采用缓裂型阳离子乳化剂MQK-1M,这是一种生产于美国meadwestvac的由聚乙烯醇和脱水氯化铵作为稳定剂的材料。所用的溶剂是无色,清洁,PH值介于6到8之间而且硬度小于8的蒸馏水。用盐酸调节乳化液的PH值,乳化沥青中的沥青含量为52%,SBR胶乳的性能见表2.选用618树脂和改性的水性环氧脂环胺作为固化剂生产水性环氧树脂,其技术性能如表3和表4所示。

根据先乳化后改性的原则,事先制备了SBR改性乳化沥青,然后将水性环氧树脂和水性环氧固化剂按照一定的比例混合进烧杯中,启动高速剪切乳化机,慢慢调节转速为350转每分钟,将混合物剪切五分钟,然后在烧杯中加入称好的SBR改性乳化沥青,重新启动剪切机并设置速度为550转每分钟,继续搅拌10分钟后得到均匀体系。

2.2设备

在研究中采用FM300型实验室高剪切沥青分散乳化器,沥青针入度仪、延度仪,软化点测定仪,rvdv-ii Brookfield旋转可见计算机,MTS万能试验机、DSC等仪式。

表1 基质沥青性能

项目

数值

标准指数(70#)

试验方法

针入度(25°C,100g,5s)/(0.1mm)

68.9

60-80

T0604

软化点(环球法)/°C

48.1

>=45

T0606

延度 (5 cm/min, 15 °C)

>115

>=100

T0605

密度 (15°C)g/cm3

1.025

实际检验

T0603

蜡含量/%

1.8

<=2.2

T0615

溶解度(三氯乙烯)/%

99.8

>=99.5

T0604

表2:SBR胶乳的性能

材料

状态(25°C)

密度(20°C)

(g/CM3)

闪点(°C)

PH(25°C)

固体含量(%)

比例(25°C)

粘度(20°C)/

(mpa-s)

表面张力(Mn/m)

SBR PC-1468

乳白色液体

0.982

145

5.3

66

0.95

35-45

65-75

表3:水性环氧树脂的性能

项目

标准指数

价值

测试步骤

状态

乳白色均匀液体

-

-

粘度(20°C)/(mpa-s)

100-900

156

GB/T11175-2002

稳定性(4000 rpm, 60 min)

不分层

不分层

离心机

PH

7plusmn;0.5

7.0

GB/T8325-1987

粒子尺寸

<=1

0.75

激光粒度分析仪

环氧当量

200-220

210

GB/T13657-2011

表4:水性环氧树脂固化剂的性能

项目

标准指数

价值

测试步骤

状态

淡黄色粘稠液体

-

-

粘度(20°C)/(mpa-s)

5000-15000

58,00

GB/T 11175-2002

胺值,mgKON/g

180-190

185

Q/DHMB 01-2010

活泼氢当量g/mol

200-225

213

-

三、材料性能测试 3.1 SBR胶乳含量测定 3.1.1 附着力试验及结果 公路工程沥青混合料试验方法标准(JTG E20-2011, T0654)中,附着力试验的推荐方法是水煮法。在试验中,用粒径为13.2-19mm的干燥清洁的集料浸入到不同SBR含量的改性乳化沥青中,在常温下等待45秒,然后让这些骨料悬浮在试验台15分钟,以排出过量沥青。然后将其浸入沸水中煮3分钟,最后,称量在常温下冷却24小时的集料的质量。乳化沥青粘结性能的评价可以利用粘结在集料表面的每单位面积和厚度的沥青质量进行评价,粘附在集料表面的单位面积上的沥青用Eq表示,沥青厚度也用Eq表示。其中,M表示的是单位表面积的集料上粘附的SBR改性乳化沥青的质量,S是骨料的比表面积,按照目前的施工技术规范计算,为每公斤0.39平方米,q指的是乳化沥青蒸发残渣的相对密度,测试不同SBR含量的的改性乳化沥青的粘附性,其结果如下图一,图二所示。 在附着力的测试中,改性乳化沥青的吸附性能和抗剥离性能可以通过集料的单位表面积上粘附的改性乳化沥青和沥青厚度来进行评价。如下图1和图2所示。当SBR含量大于2%时,可以观察出粘附在骨料上面的沥青厚度和粘附面积增加,表明增加SBR用量可以提高乳化沥青的粘附性。然而,在SBR含量为2%-3%时,沥青的吸附数量和沥青膜的厚度迅速增加,超出这个范围之后,粘附性能显著下降,这表明当SBR含量达到一定值时,改性乳化沥青粘附效果不再上升。图1,不同SBR含量的沥青与单位面积集料表面粘附沥青数量的关系图2,集料的沥青膜厚度与SBR胶乳的含量之间的关系3.1.2 DSC分析DSC曲线反映的是物质在吸收热量过程中的温度变化,可以用于评价沥青的热稳定性。吸收高热量的情况下,镜下显示出大量的沥青组分在该温度范围内发生相变,这是在宏观上表现出较差的沥青温度贮藏性,用SBR胶乳改性乳化的沥青含量范围从2%-4%时,进行DSC实验分析,DSC曲线图如下图所示。在相同的条件下,吸收更多热量的材料显示出具有更高的能量,因此,材料也就越不稳定。在吸收的热量和吸热的温度变化过程中得到不同橡胶含量的改性乳化沥青变化表格。如图中表明,在SBR含量为3.5%时,样品具有最低的吸热峰,既表明SBR含量比例的混合成分发生变化最小。在SBR比例为3%时,样品显示出最窄的峰宽,这也就意味着,这些样品更加稳定,因此,SBR的含量推荐值为3%-3.5%。结合实验结果和分析表明,合适的SBR含量可以有效提高乳化沥青的粘附性能,从而提高沥青混合料的性能。同时,当SBR含量大于3%时,粘附性能的变化不再明显。同时,DSC试验表明适当的SBR含量可以提高乳化沥青的温度稳定性。当乳化沥青具有最好的稳定性时,SBR的用量大约在3%-3.5%范围内。利用差示量热扫描

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