2022-04-14
 
机场改性沥青性能影响因素研究
2022年04月14日   阅读量:42822

摘要:对制备机场改性沥青的原料和工艺条件等因素进行研究,考察各因素对改性沥青


性质的影响。结果表明,采用110号沥青和21%~27%芳烃油为原料,加入4.8%~5.2%的6302LSBS改性剂,在一定温度下,经过7~8h发育反应,可以制备出稳定性好、PG高温等级为82℃的机场改性沥青。


关键词:改性沥青;机场;高温性能;稳定性;因素


因沥青混凝土道面具有平整、舒适、抗滑、减震等优点,已被广泛应用于国内外机场道面修建中,为了适应机场道面发展的技术要求,科研人员开展了沥青研究,以提高其性能,改善使用品质,研制出性能优良的改性沥青并在机场工程中应用沥青网sinoasphalt.com。在改性沥青的技术要求中,高温性能是一个关键指标,因为沥青道面的强度和刚度随着温度的升高而下降,尤其在夏季持续高温和飞机荷载的作用下,沥青混凝土机场道面易产生车辙、波浪等病害,影响飞机行驶安全,为了保证沥青道面在高温环境下受轮胎荷载的反复作用,不致产生诸如波浪、推移、车撤、泛油、粘轮等病害,要求改性沥青具有良好的高温稳定性,以使所铺筑的沥青混凝土道面具有足够的强度和刚度。


本研究结合乌鲁木齐机场改造工程提岀机场改性沥青的高温指标技术要求,SHRP评价中PG高温等级要求达到82℃,同时考察机场改性沥青稳定性和施工和易性,开展了改性沥青性能影响因素研究。

 

1试验部分


1.1原料及性质 


本试验采用中石油克拉玛依石化公司生产的90号和110号沥青为原料,具体性质见表1。


本研究所用的芳烃油是克拉玛依石化公司以馏分油为原料,采用糠醛抽提工艺生产的芳烃含量较高的富芳烃油,芳烃含量为54%,闪点245℃;所用的改性剂为岳阳石化生产的SBS,型号为1301,独山子石化生产的SBS,型号为6302L和6302H;试验所用的稳定剂为自配的稳定剂。

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1.2样品制备


本试验制备样品的工艺过程分为两步,基质沥青制备和机场改性沥青制备。


基质沥青制备:将沥青与芳烃油按一定比例混合,采用氧化工艺,将混合原料的针入度氧化到75-80 1/10mm范围内,做为改性沥青的基质沥青。


机场改性沥青制备:将SBS改性剂加入到基质沥青中,搅拌升温到185~190℃下剪切15~20min后,加入稳定剂,然后在一定温度下,搅拌一定时间后得到机场改性沥青样品。


2试验结果与分析讨论


2.1沥青牌号对改性沥青性能影响


基质沥青特性对改性沥青性质有一定影响,本研究以克拉玛依石化公司的90号和110号两个牌号沥青为原料制备改性沥青,试验结果如表2所示。


从表2的对比试验结果可以看出,两个牌号沥青制备的改性沥青针入度和老化后质量损失的技术指标结果比较接近,这是因为釆用氧化工艺制备的基质沥青针入度相差不大,因此,改性沥青的针入度技术指标结果相近。

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两个牌号沥青制备的改性沥青软化点、135℃黏度、车辙因子和离析等技术指标结果有差别,110号沥青制备的改性沥青性质优于90号沥青制备的改性沥青,尤其是改性沥青135℃黏度和离析两项技术指标,90号沥青制备的改性沥青黏度和离析指标不合格,超出改性沥青技术规范要求的135℃黏度不大于3.0 kPa•s和离析不大于2.5℃的技术要求。通过分析认为,在相同氧化条件下,110号沥青针入度大于90号沥青针入度,氧化到相同针入度范围的基质沥青,110号沥青氧化时缩合反应深度和氧化时间都大于90号沥青,致使110号沥青制备基质沥青的沥青质含量为1.45%,90号沥青制备基质沥青的沥青质含量为1.03%,基质沥青的沥青质含量适当提高,改善了基质沥青与SBS改性剂的相容性和配伍性,提高了改性沥青均匀稳定性,有利于改性沥青性质的提升。


2.2芳烃油对改性沥青性能影响


根据相似相容原理,在沥青中加入芳烃油改善沥青组成结构,是提高基质沥青与SBS改性剂相容性的有效措施。芳烃油加入量对机场改性沥青性质影响见图1~6。

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从图1可以看出,虽然芳烃油加入量不同,改性沥青针入度指标变化不大,这是因为采用氧化工艺制备的基质沥青针入度控制在75~80 1/10mm之间,使得改性沥青针入度技术指标结果相近。


从图2~4可以看出,随着芳烃油加入量增加,对改性沥青性质影响趋势:软化点指标逐渐增高、原样的车辙因子和老化后的车辙因子指标在相同温度下都逐渐增大。分析原因:SBS改性剂中的聚苯乙烯链段溶解度参数δ=9.1(cal/cm3)0.5,聚丁二烯段溶解度参数δ=8.4(cal/cm3)0.5,而芳烃的溶解度参数δ=8.6~9.0(cal/cm3)0.5,说明芳烃对SBS改性剂有较强的溶解分散能力。在改性沥青制备中,沥青中的芳香分含量在35%-45%较为适宜,而克拉玛依石化沥青的芳香分含量为24%~26% ,因此,芳烃油的加入,提高了基质沥青芳香分含量,改善了基质沥青与SBS改性剂的相容性和配伍性,使得SBS改性剂在沥青中吸附溶胀的更加充分, 从而改性沥青的高温性能更加优异。


从图5可以看岀,随着芳烃油加入量增加, 改性沥青的135℃黏度随之减小,这是由于随着基质沥青中芳烃含量增加,有利于提高沥青对SBS改性剂的溶解分散能力。从图5中可以看出当芳烃油加入量大于21%时,改性沥青满足135℃黏度指标不大于3.0kPa•s的技术要求。


从图6可以看出,随着芳烃油加入量增加,改性沥青老化后质量损失随之增大,影响改性沥青老化性能,这是因为芳烃油中轻组分较多,随着芳烃油加入量增大,改性沥青中的轻组分增多,导致老化后质量损失变大。因此,为满足改性沥青老化后质量损失指标的技术要求,芳烃油加入量不易超过27%。


2.3 SBS改性剂对改性沥青性能影响 


SBS产品根据苯乙烯-丁二烯相嵌结构方式不同有多种规格的产品,本研究考察三种线型SBS改性剂制备机场改性沥青,试验结果见图7~12。


三种SBS改性剂结构都是线型SBS,但是它们存在分子量的差异,6302HSBS分子量> 1301SBS分子量〉6302LSBS分子量。从图7~12可以看出,三种型号不同分子量的SBS改性剂制备的改性沥青性质有一定差异,具体而言,改性沥青针入度指标比较,6302L>1301> 6302H;改性沥青软化点指标比较,6302H>1301>6302L;改性沥青135℃黏度指标比较, 6302H>1301 >6302L;改性沥青原样的车辙因子指标比较,三个样品结果相差不大;改性沥青老化后的车辙因子指标比较,6302H最大,6302L和1301相近;改性沥青离析指标比较,6302L离析值为1.5℃,1301离析值为3.7℃,超出离析指标技术要求不大于2.5℃的范围,而6302H离析值达到14℃,远偏离离析指标技术要求。结果表明,不同分子量的SBS改性剂对沥青的相容性和感受性不同,SBS分子量越大,改性沥青软化点和车辙因子越高,高温性能越好,但是存在改性沥青135℃黏度偏大,以及改性沥青稳定性不好。因此,要选择合适分子量的1301SBS改性剂,才能制备出稳定性和高温性能好的改性沥青。


2.4 SBS改性剂加入量对改性沥青性能影响


SBS改性剂加入量对改性沥青性质影响较大,为此本文对SBS加入量进行了考察,对机场改性沥青性质的影响见图13~18。

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从图13〜18可以看出,不同SBS改性剂加入量,对机场改性沥青性质影响明显。在SBS改性剂加入量4.5%-5.5%时,改性沥青性质变化趋势为,改性沥青针入度随着SBS改性剂加入量增加而减小,当加入量大于5.5%时,改性沥青针入度降至60 1/10mm以下;改性沥青软化点度随着SBS改性剂加入量增加而升高,当加入量小于4.8%,沥青软化点小于70℃;在相同温度下,改性沥青原样车辙因子和老化后车辙因子都随着SBS改性剂加入量而增大,当加入量为4.5%时,改性沥青PG高温等级为82℃,当加入量达到4.7%时,改性沥青PG高温等级为88℃;改性沥青135℃黏度随着SBS改性剂加入量增加而增大,当加入量超过5.2% 时,改性沥青135℃黏度指标超出不大于3.0 Pa.s的规范技术要求;改性沥青离析随着SBS改性剂加入量增加而变大,说明稳定性变差,当加入量超过5.3%时,改性沥青离析指标不合格。综合考虑机场改性沥青的高温性能、稳定性和施工和易性等性质,SBS改性剂加入量控制在4.8%~5.2%为宜。


2.5发育反应时间对改性沥青性能影响


在制备改性沥青过程中,SBS改性剂与沥青混合剪切后,还需经过一定发育反应才能得到合格的改性沥青。本文考察了发育反应时间对机场改性沥青性能影响,试验结果见图19~24。


从图19-24可以看出,改性沥青的发育反应时间长短对机场改性沥青性质影响明显。在发 育反应时间5~8h时,改性沥青性质变化趋势为,改性沥青针入度随着发育反应时间延长变化 不明显,在71~72 1/10mm波动;改性沥青软化点度随着发育反应时间延长而升高,当时间延 长到6.5h时,沥青软化点大于70℃;在相同温度下,改性沥青原样车辙因子和老化后车辙因子都随着发育反应时间延长而增大,当时间达到6h时,改性沥青PG高温等级为82℃,当时间达到7h时,改性沥青PG高温等级为88℃;改性沥青135℃黏度随着发育反应时间延长而增大,从趋势分析,当时间超过9h时,改性沥青135℃黏度指标开始接近3.0Pa•s,已经是规范要求的135℃黏度不大于3.0 Pa•s的上限;改性沥青离析随着发育反应时间延长而变小,说明稳定性在逐渐变好,当时间超过7h时,改性沥青离析指标达到不大于2.5℃的技术要求。综合考虑机场改性沥青的高温性能、稳定性和施工和易性等性质,发育反应时间控制在7~8h为宜。

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3结束语

通过对影响机场改性沥青性能的各因素考察试验,试验结果表明,沥青牌号、芳烃油加入量、SBS型号和发育反应时间都会影响机场改性沥青性能。因此,要制备PG高温等级82℃,且稳定性和施工和易性满足要求的机场改性沥青,需要充分考虑各因素对沥青性能影响,选择适宜的沥青原料、芳烃油和SBS改性剂,以及合适的原料配比和工艺过程,才能制备出合格的机场改性沥青产品。


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