SBS的影响分析内容和结构上SBS / CR复合改性沥青的性能

文摘

沥青的性能可以提高通过添加styrene-butadiene-styrene (SBS)共聚物和面包屑橡胶(CR)。本文研究的影响的结构和内容styrene-butadiene-styrene (SBS)共聚物SBS / CR改性沥青的性质(SBS / CRMA)。这些SBS / CRMA由混合90 #基质沥青,60网铬粉,和SBS共聚物两分子结构,进行渗透测试,软化点、延性和流变学。复杂的模量、相位角、车辙因子,储能模量和损耗模量分析了SBS / CRMA 64°C的频率扫描测试。结果显示,内容和结构的性能有着重要的影响SBS / CRMA, SBS聚合物网络结构的优点和改性沥青体系不能反映当SBS的数量是很小的。同时,高温稳定性,低温抗拉阻力、温度敏感性和粘弹性的橡胶沥青的进一步提高通过添加适量的SBS共聚物。此外,SBS / CRMA更好的性质随着SBS的内容增加当SBS掺杂的类型是一样的。修改的效果提高了星型SBS共聚物SBS添加比,提高了线性共聚物。作为结论,4的内容wt %星型SBS和20 wt % CR powder-modified 90 #基质沥青的改性效果最好,其他组的比较。

1。介绍

如今,对沥青的性能的需求与道路交通建设的快速发展正在增加。同时,旧轮胎的数量增加,机动车的数量增加1]。nondecomposing材料,废轮胎的积累对环境有严重的负面影响(2,3]。粉碎废旧轮胎生产面包屑橡胶(CR)然后用石油沥青混合铬粉不仅可以改善沥青的性能也是解决环境污染问题引起的橡胶(4]。

沥青改性后与铬粉、肿胀的铬粉沥青形成一个稳定的网络结构,可提高沥青的一致性和改善沥青的流变学5,6]。此外,高分子量的引入大分子基质沥青组成的低分子量小分子可以大大改善沥青的高温抗变形性(7]。在橡胶沥青的应用中,铬粉网也可以选择根据不同类型的沥青路面。孟et al。8]发现低网铬粉是更好的低速驾驶区域,和高网铬粉是适合高速驾驶。然而,仍然有一些问题与铬粉作为沥青改性剂,如铬粉、兼容性差、沥青导致橡胶沥青的稳定性能和铬粉的聚集内容太高了。为了确保铬粉和沥青混合均匀,铬粉的数量必须严格控制在改性沥青的制备。李等人。9]提出物理性能最佳的CR内容20 - 25 wt %时SK 90 #基质沥青和wt % SK 70 #基质沥青。因此,是一个伟大的需要额外的修饰符准备复合改性沥青来弥补这些限制因素提高高低温性能,橡胶沥青的温度敏感性和流变学(10]。

有许多用于沥青改性聚合物。其中,styrene-butadiene-styrene (SBS)共聚物是首选的极好的弹性和强度可提高沥青的高温和低温性能同时[11,12]。角等。13]相比CR改性沥青的性能(CRMA)与SBS改性沥青(SBSMA),结果表明,CRMA可以达到相同的性能时SBSMA CR的用量达到SBS用量的两倍。改性沥青与SBS和橡胶化合物不仅可以改善沥青的弹性和耐高温性能,还具有较好的综合经济效益因为SBS的价格较高,而铬粉的价格较低(14]。

从上述文献可以看出,沥青改性SBS和铬粉有优越的研究基金会,和一些研究人员开展相关研究的复合改性SBS和铬粉。钱和风扇720 wt % CR)混合粉与不同数量的SBS沥青和两个基地准备SBS / CRMA;改性沥青的性能测试结果表明SBS含量的增加可以提高改性沥青的弹性性能,从而提高其流变学。江et al。15]评价SBS / CRMA的阻尼性能,结果表明SBS改善橡胶沥青系统的完整性,CR的交联反应和SBS进一步提高改性沥青体系的完整性,从而提高沥青的阻尼性能。李等人。16]研究了SBS / CRMA thermal-oxidative老化,结果表明,在改性沥青的老化过程,SBS和CR修饰词起到了延缓衰老的效果,和SBS / CRMA有极好的抗衰老的属性。钱等。17]研究了CR粉末粒度和SBS结构对SBS / CRMA的性能,发现较大颗粒CR更有利antirutting和沥青的抗疲劳性能,而较小的CR粒子更有利于提高抗低温开裂和稳定。通过上述研究,可以知道,SBS的复杂结构有不同程度的影响改性沥青的性能,和其内容的影响改性沥青也是不同的。同时,SBS / CRMA实用和新颖的研究在某种程度上,但SBS结构和剂量的差异影响SBS的性能/ CRMA尚未研究清楚。因此,为了解决这个问题,本文进行了深入研究SBS / CRMA与不同的SBS改性剂的结构和内容。摘要各种内容的SBS与两种类型的结构和铬粉是用来修改矩阵沥青混合和高速剪切。高温稳定性、温度敏感性、粘弹性和antideformation所有沥青样品研究了传统的能力(渗透、延性和软化)测试和动态剪切流变测试,然后影响SBS接枝共聚物的结构和内容进行了SBS / CRMA通过分析测试结果。

2。材料和方法

2.1。材料

在这项研究中,90 #基础沥青是由中国石油化工股份有限公司茂名分公司。中国按照JTG f40 - 2004基础沥青的基本性质如表所示1。铬粉60-mesh规模的购买来自四川华谊橡胶工厂。SBS共聚物被选为一个修饰词的线性SBS YH792 SBS生产的岳阳巴陵石化和星型SBS共聚物由燕山石化SBS4402 SBS生产。

2.2。准备样品

首先,基础沥青加热,直到它完全流动的船。当温度升至175°C, 20 wt %铬粉(基础沥青的重量)逐渐添加到基础沥青和搅拌20分钟每分钟1200转。然后,剪切是持续的速度2500转了20分钟,当温度下降到170°C,之后的橡胶沥青(CRMA)。其次,保持温度的恒定,大量的SBS (1 wt % 2 wt % 3 wt %,和4由基础沥青的质量wt %)和糠醛抽出油的质量(8 wt %的基础沥青)添加CRMA缓慢。然后,沥青混合搅拌30分钟,每分钟1200转和剪切在5000 rpm持续了40分钟。最后,混合搅拌1小时在170°C和1000 rpm获得SBS / CR粉复合改性沥青(SBS / CRMA)。样品制备过程如图1。接下来,改性沥青混合1 wt % 2 wt %, 3 wt %,或4 wt %星型SBS被编码为SSA1, SSA2, SSA3, SSA4,分别;同样,改性沥青混合1 wt % 2 wt %, 3 wt %,或4线性SBS被编码为LSA1 wt %, LSA2, LSA3和LSA4分别。

2.3。测试方法

在本文中,测试内容主要包括渗透,软化点、延性和动态剪切流变学(域)测试。实验仪器用于测试沥青性能指标主要包括DF-6沥青针入度仪,DF-10软化点米,沥青伸长计sy - 1.5 d, MCR102动态剪切流变仪(如图2)。渗透,软化点和延性道路沥青的基本性能参数,广泛应用于评估——高、低温性能和沥青的温度敏感性。测量渗透(15°C, 25°C, 30°C, 100−g, 5−年代,和0.1毫米),软化点(Ring-and-Ball方法),和延性(5°C)进行标准按照JTG e20 - 2011。

域的测试是用来描述沥青作为一种粘弹性材料的流变特性18]。根据相关研究和综合考虑AASHTO沥青评价体系,采用64°C的频率扫描测试温度在本文19- - - - - -21]。本文进行频率扫描试验与直径25毫米和1毫米的差距在64°C,和频域为0.1 -100 rad / s。此外,树脂模具直径25毫米,厚度2毫米被用来准备粘合剂样品。改性沥青是注入模具加热后流动状态,然后等到样品冷却域测试的准备。通过复杂的剪切模量(DSR试验, )和相位角( )可以直接获得,车辙因子( ),储能模量( ),和损耗模量( )也可以通过计算这两个参数。

3所示。结果与讨论

3.1。渗透

渗透是沥青的重要指标之一,它是用来表示沥青的硬度和一致性。各种沥青粘结剂的渗透试验结果列在表中2。表中,渗透15°C, 25°C, 30°C被semilogarithm治疗和线性装有温度。得到线性回归相关系数(R²)都大于0.997,表明拟合结果是准确的。针入度指数(PI)计算根据拟合结果如下两个方程: 在哪里是渗透值的对数测量在不同温度条件下;测试温度(°C);回归方程的常数项;回归方程系数;和针入度指数。

所有沥青样品的渗透率值25°C是绘制在图3。从图可以看出,CRMA相比,沥青的渗透将SBS添加到CRMA后显著提高。但比较SBS / CRMA的渗透,它可以发现SBS / CRMA显示一个向下的趋势的渗透与SBS的数量的增加。原因是SBS是均匀地分散在高速剪切的作用下,形成一个相互联系的网络结构。随着SBS的含量增加,沥青的粘度增加,渗透率降低。此外,SSA的渗透性高于LSA当SBS的内容是相同的,和增加渗透率的差异与SBS的增加内容。

π的变化与提高SBS改性沥青改性沥青在图所示的内容4。在图中,所有沥青样品分为两组LSA和SSA根据不同类型的SBS,加入基质沥青。CRMA的π的SBS含量0 wt %。图中可以看到3π(SSA和LSA随改性剂的量的增加。两种改性沥青PI的增加显著SBS的含量0 - 1 wt %时,表明SBS的加入可以降低沥青的温度敏感性。此外,SSA的针入度指数普遍高于LSA,这表明,改性沥青的温度敏感性与星型SBS混合低于线性SBS改性沥青混合。

3.2。软化点

软化点可以反映沥青的高温稳定性和粘度。软化点之间的关系的SBS / CRMA和SBS内容如图5。两种改性沥青的软化点显示下降趋势当SBS内容是0 wt % 1 wt %。主要原因是沥青SBS共聚物和不能完全混相。两个本质上是一个物理混合的兼容性;也就是说,SBS在沥青完全剪切和搅拌均匀的帮助下高速剪切机。因此,SBS更完全剪切和破碎成更小的颗粒分散在沥青SBS的混合数量是1 wt %。SBS的进一步减少粒子大小导致SSA1的软化点较低,比CRMA LSA1。

同时,LSA的软化点是高于SSA当SBS的数量很小。从SBS结构的角度来看,这是因为线性SBS与沥青有更好的兼容性,和线性SBS更容易形成一个稳定的系统比星型SBS SBS的含量较低。随着SBS的含量继续增加,软化点的SBS / CRMA显示了整体上升趋势,和SSA的软化点较高。它可以得出结论,星型SBS与沥青可以形成更强的网络结构,这有助于稳定沥青在高温流状态,所以提高沥青的高温稳定性的影响更显著。

3.3。延性

延性是一个重要的索引来描述沥青的塑性,在温度有很大的影响(22,23]。本文5°C的延性是用来评估在外力作用下的沥青的低温抗裂性能。图6显示延性之间的关系的SBS / CRMA和SBS的含量。它可以发现沥青粘结剂的延性增加SBS的含量增加时无论选择SBS的类型。与此同时,LSA优于SSA的延性。原因是沥青SBS和铬粉吸附周围形成交联网络,这就增加了分子间作用力,从而有效地抵消和分散压力和改善沥青的延性。

3.4。频率扫描测试

在这篇文章中,改性沥青的高温流变特性是评估通过分析域的频率扫描测试的结果。测试的温度条件是64°C,和频域为0.1 -100 rad / s。通过这个测试,复杂的剪切模量( )和相位角( )所有的沥青粘结剂可以直接获得。他们之间,措施的整体动态剪切载荷作用下抵抗变形的能力,和的变化曲线在频域的0.1 -100 rad / s图所示7。从纵向比较图中,可以发现LSA1复杂的模量和SSA1低于CRMA。这主要是因为SBS含量处于较低阶段,消极地影响着沥青粘结剂的软化点,结果这两个沥青样品比CRMA柔软在64°C。LSA1低软化点和SSA1表明比CRMA内部组件之间的凝聚力较弱;因此,至于LSA1和SSA1,抵御外部变形的能力较弱。随着SBS含量继续增加,沥青结合料的价值增加,表明一定数量的SBS可以有效改善沥青的antideformation能力。

的比例是弹性组件在沥青的粘性组件。更大的 ,沥青的粘性成分越多,也就是说,更多的不可恢复的变形和沥青将越容易变形24]。的变化曲线的频率范围1 - 10 rad / s为每个沥青样本如图8。10 rad / s的加载频率相当于模拟高速行驶速度60公里/小时。它可以在图中找到8随着加载频率的增加,的沥青样品显示出下降的趋势,表明,高速车辆荷载的作用下,每个沥青粘结剂有更多弹性组件和更强的抗永久变形。

与此同时,LSA和SSA沥青样品与SBS含量的增加逐渐下降。这种变化的主要原因是增加了SBS改性沥青的内容增加了弹性组件,和相应的减少。此外,相角相角的SSA小于LSA当SBS内容是相同的。这主要是由于内部交联的星型SBS形成致密的三维网络结构与更大的力量,这是更有效的改善改性沥青的弹性。从数据的综合分析7和8,SSA4显示最大复杂的模值和最小相角值在所有沥青样本,表明其antideformation能力和antirutting能力是最好的。

车辙因子( )是一个重要的指标来评价沥青的高温性能,车辙因子越大,更强的沥青的抗车辙[25,26]。的变化曲线 与频率所有沥青样品图所示9。在图中,可以看出变化的趋势 类似的 。社会团体内部的比较的LSA, SSA的变化曲线,可以发现 LSA和SSA与SBS的含量的增加增加0.1 -100 rad / s的范围。的 曲线LSA1和SSA1略低于CRMA图,表明 沥青粘结剂没有改善SBS内容1 wt %时。这个结果应该归因于这样一个事实:当SBS含量低,新阶段由少量的SBS和铬粉预防CR的退化和分散在沥青粉,减少铬的效果在改善改性沥青的弹性。因此,尽管SBS可以增加沥青的刚度,增加沥青刚度SBS造成无法弥补的减少橡胶沥青弹性当SBS含量很低。当SBS含量超过2 wt %, LSA曲线和SSA高于CRMA,表明只有当SBS含量达到一定值可以有益对沥青改性效果。

比较两组沥青样品LSA SSA,可以发现 相同的SSA SBS含量较高。主要是因为星型SBS结构类似于聚合物交联结构,刚性大,在被分散在沥青,沥青的改性效果更明显。SSA4有最高 在所有的沥青样品,这表明它有最佳的耐高温性能和antirutting能力。它可以得出结论,星型SBS的4 wt %内容有最好的影响CRMA修改在这个研究。

为了分析沥青的弹性和粘性的行为在不同的频率,进一步分为储能模量( )和损耗模量( ),如图10,在那里在沥青具有弹性组件,沥青的粘性成分特点。

如数据所示11和12,在频域0.1 -100 rad / s,和表现出上升趋势随着频率的增加。它可以在图中找到11这一LSA1和SSA1值低于CRMA SBS内容1 wt %时,和有一个交点LSA2和CRMA之间,这表明CRMA的弹性分量逐渐高于LSA2的弹性分量的频率增加。此外,价值的两种改性沥青持续上升与SBS含量的进一步增加,和SSA增加更显著,其中SSA4价值比SSA1高出一个数量级。的SSA的价值在同样的SBS含量高于LSA,表明星型SBS的加入有更好的改善沥青的弹性性能影响(27]。

比较两组沥青粘结剂的变化曲线在图12,可以发现,在相同的频域(28),的发展不明显的提高SBS的内容。其中,LSA3曲线和LSA4几乎是相同的。类似于曲线,SSA的价值在同样的SBS含量高于LSA,表明星型SBS沥青粘度的影响有更明显的改善。总的来说,通过添加SBS沥青的粘弹性可以增强修饰符,和增强的程度从SBS的内容和结构是分不开的。

此外,比较的值和在测试频率范围,可以发现,在低频范围内,改性沥青的流变特性是由粘性组件。然后,的价值高于每个沥青粘结剂值后,频率增加,弹性变形的不可逆变形大于改性沥青。除了受频率变化的影响,和文理学院和SSA随着SBS含量的增加而增加。其中,增长的可以达到一个数量级,明显高于生长的吗 。这个结果表明SBS改性剂的添加主要CRMA增强沥青的弹性能力来改善沥青的流变特性。

3.5。参数实体模型

因为一个弹性元件或粘性元素不能满足的力学行为的描述粘弹性材料,弹性元件和粘性元件通常是结合描述粘弹性材料的力学行为。模型由开尔文模型和弹簧串联称为参数实体模型、开尔文模型的并行弹簧和阻尼器组成的,如图13(29日]。

粘弹性材料的参数固体模型给出了本构方程如下:

带三个参数的固体复合模量公式给出了本构方程如下: 在哪里和是未知的模量参数, 是未知的粘度参数, 是角频率。

根据复模量表达式 ,储能模量和损耗模量由两个方程:

根据方程(5),储能模量的结果在测试频率范围是非线性拟合,拟合结果如图所示14。从图可以看出14的趋势拟合曲线与实验数据的趋势基本上是一致的。因此,本文主要使用一个带三个参数的固体本构模型获得E₀,E,η参数值和特征的影响SBS结构和内容的变化对力学性能的改性沥青通过每个参数的变化趋势30.,31日]。

的参数值E₀,E,η在方程(5)是通过非线性拟合,拟合结果如表所示3。

根据相关系数R²在表3三个参数,它可以发现固体模型更适合存储模量的频率范围0.1 -100 rad / s在64°C。拟合参数的变化曲线E₀,E,ηSSA和LSA与SBS的内容是描绘在图15。

参数实体模型中的参数有相对清晰的力学意义。和η分别代表延迟的弹性和粘性变形、和代表了瞬时变形部分。从图可以看出15随着SBS含量的增加,曲线的变化 , ,和η表现出上升趋势,表明改性沥青的瞬时变形随SBS含量的增加而减小。参数的增加与星型SBS改性沥青是高于线性SBS,和当SBS的含量变化不明显的SBS改性沥青与线性增加2 wt % 3 wt %。

4所示。结论

在这项研究中,两种类型的SBS选择修改CRMA,和高温性能、温度敏感性、低温拉伸性能和流变学性能的SBS / CRMA不同SBS结构和SBS含量的系统研究。测试结果的分析可以得出以下结论:(1)与CRMA的性能指标相比,添加SBS之后,在5°C和延性25°C的LSA的渗透和SSA增加,软化点降低,然后增加。SBS含量的增加,延性和软化点的SBS / CRMA 5°C表现出上升趋势,而渗透程度呈下降趋势。星型SBS改性沥青软化点和更好的温度灵敏度更高,而线性SBS改性沥青具有较高的韧性在5°C和更好的低温拉伸性能。(2)SBS的共聚物可以增加复杂的模量 ,发情的因素 ,储能模量 ,和损耗模量CRMA和减少相角 。在四个SBS的内容1 wt %, 2 wt %, 3 wt %,和4 wt %, SBS含量越高,抗车辙和抗变形性越强的LSA和SSA。此外,SBS主要提高了沥青的流变特性,提高沥青的弹性和弹性的比例组件在沥青是当SBS含量最高是4 wt %。(3)沥青粘结剂的antideformation能力是受加载频率的影响。加载频率越高的频率范围0.1 -100 rad / s,沥青中的弹性组件越多,越多,变形可以部分恢复。此外,在频域内的1 - 10 rad / s,加载频率越高,越小改性沥青。根据10个rad / s的角频率描述的车辆速度60公里/小时,可以得出结论,沥青的粘性元件更小的负载下高速车辆,它不太容易发生永久变形。(4)与线性SBS相比,星型SBS提高了沥青粘结剂的性能更重要。星型SBS具有较高的刚度,可以形成一个密集的和更稳定的交联网络与CR沥青粉,更大程度的改进的粘弹性,发情的阻力,高温稳定性和沥青的温度敏感性。线性SBS具有更好的灵活性和优势优化沥青粘结剂的低温拉伸性能。

铬粉改性沥青可以满足公路建设的要求对沥青的高温性能,温度敏感性和antideformation能力。然而,由于有限的改善铬粉沥青的粘弹性,这一事实很容易结块含量过高时,考虑到准备成本和改性剂的性能,SBS聚合物可以准备添加复合改性沥青,以弥补上述限制因素的缺陷。本文通过分析每个测试结果的沥青粘结剂与不同类型和不同剂量的SBS,得出建议4 wt %时星型SBS添加铬粉含量是20 wt %。在这个剂量下,SBS / CRMA的改性效果最好,改性沥青的性能是最好的。

数据可用性

使用的实验数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(项目没有。51978309),中国吉林省交通技术项目(批准号2021-1-1),特别对基础科学研究的资助操作费用的中央大学,吉林省科技发展计划项目(批准号20200403157科幻小说),吉林省教育部门的科研项目(批准号JJKH20211113KJ)。

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