改性沥青的研究进展
改性沥青的研究进展
黄 彬,马丽萍,许文娟
(昆明理工大学环境科学与工程学院,昆明650093)
摘要 为了得到性能更优良的改性沥青,越来越多的材料被用作改性沥青改性剂,同时新的评价标准和方法及其他领域的新化学分析方法也被用来更完整准确地评价改性沥青的性能。总结了国内外改性沥青的研究现状及进展,从改性机理、性能影响因素及评价方法等方面来介绍各种改性沥青的概况,并概述了改性沥青的发展方向。
关键词
改性沥青 改性剂 机理 发展Rsearch Development of Modif ied Asphalt
HUAN G Bin ,MA Liping ,XU Wenjuan
(Faculty of Environmental Science and Engineering ,Kunming University of Science and Technology ,Kunming 650093)
Abstract More materials ,as modifier ,are used to improve the properties of modified asphalt.Besides ,the new evaluation standards and methods ,new chemical analysis methods are used to evaluate the properties more com 2pletely and accurately.The situation and development of modified asphalt research at home and abroad are summa 2rized.From the aspcts of modification mechanism ,influencing factors and evaluation methods ,various modified as 2phalts are introduced ,and the development trend of modified asphalt technology is illustrated in the paper.
K ey w ords modified asphalt ,modifier ,mechanism ,development
黄彬:女,1986年生,硕士研究生,主要研究方向为固体废物资源化 E 2mail :binbin_huang @https://www.wendangku.net/doc/153404038.html, 马丽萍:女,1966年生,教
授,主要研究方向为工业废气污染控制、固废综合开发利用 E 2mail :lipingma22@https://www.wendangku.net/doc/153404038.html,
0 前言
普通道路沥青由于自身的组成和结构决定了其感温性能差,弹性和抗老化性能差,高温易流淌,低温易脆裂。而且在过去的10年中,车轴负荷增加、车流量增加、气候条件恶劣,难以满足高级公路的使用要求,必须对其改性以改善使用性能。在沥青或沥青混合料中加入天然或合成的有机或无机材料,熔融或分散在沥青中与沥青发生反应或裹覆在沥青集料表面,可以改善或提高沥青路面性能。
1 改性沥青的分类
在沥青的改性材料中,高分子聚合物是应用最广泛、研究最集中的一种。其他改性材料还有两大类:矿物质填料和添加剂。矿物质填料,如硅藻土、石灰、水泥、炭黑、硫磺、木质素、石棉和炭棉等,对沥青进行物理改性,可提高沥青抗磨耗性、内聚力和耐候性。添加剂,包括抗氧化剂和抗剥落剂,如有机酸皂、胺型或酚型抗氧化剂或阴、阳离子型或非离子型表面活性剂,可提高沥青粘附性、耐老化或抗氧化能力。聚合物改性沥青(PMA 、PMB ),按照改性剂的不同一般可分为3类:①热塑性橡胶类,即热塑性弹性体,主要是嵌段共聚物,如SBS 、SIS 、SE/BS ,是目前世界上最为普遍使用的道路沥青改性剂,并以SBS 最多;②橡胶类,如NR 、SBR 、CR 、BR 、IR 、EP 2DM 、IIR 、SIR 及SR 等,以胶乳形式使用,其中SBR 应用最为广泛;③树脂类,如EVA 、PE 、PVC 、PP 及PS 。
2 各种改性沥青及其发展现状
通过SCI 和EI 分别检索近15年来改性沥青在交通、建筑、材料、能源及环境等学科方面研究的文献情况,检索结果如图1、图2及表1、表2所示。根据表1、表2数据和图1、图2情况可以看出,近几年国内外对改性沥青的研究越来越多,尤其以SBS 和胶粉最为突出,出现了多种新型改性剂。下面
将分别介绍各种改性沥青及其发展现状。
图1 SCI 检索统计表
Fig.1 SCI search results
2.1 矿物质材料改性沥青
矿物质材料作改性剂的研究较少,主要为硅藻土、纳米
碳酸钙、矿渣粉、白炭黑等,可与基质沥青形成均匀、稳定的
共混体系以改善沥青性能[1]
。
表1 SCI 检索统计表Table 1 SCIsarch rsult s
序号
主题词
文献篇数
全部
2009-2005
2004-2000
1999-19951995年以前
1TS =Modified asphalt
649340186107162TS =(Modified asphalt and rubber )131********TS =(Modified asphalt and SBS )
11360391314TS =(Modified asphalt and EVA )24166205TS =(Modified asphalt and SBR )1482406TS =(Modified asphalt and EBA )321007TS =(Modified asp halt and PE )1064008TS =(Modified asphalt and PP )330009TS =(Modified asphalt and PVC )3120010
TS =(Modified asphalt and waste )
48
28
15
5
表2 EI 检索统计表Table 2 EI search result s
序号
主题词
文献篇数
全部
2009-2005
2004-2000
1999-1995
1TS =Modified asphalt
11155872972312TS =(Modified asphalt and rubber )23911054753TS =(Modified asphalt and SBS )198********TS =(Modified asphalt and EVA )2011545TS =(Modified asphalt and SBR )2515286TS =(Modified asphalt and EBA )42117TS =(Modified asphalt
and PE )139408TS =(Modified asphalt and PP )55009
TS =(Modified asphalt and waste )
88
27
24
37
图2 EI 检索统计表
Fig.2 EI search results
鲍燕妮等[2]从分离机理、试验验证分析方面对硅藻土改性沥青相容性进行了研究,为硅藻土改性沥青的实际应用提供了一定理论依据,并在我国云南大保高速铺设了试验路,结果显示实际路用性能较好。张志清等[3]认为硅藻土具有特殊的微观结构,能吸收沥青的油分,有助于改善沥青的路用性能。硅藻土不仅起填料作用,更主要的是改性作用,当硅藻土含量为14%时能显著提高混合料的高温稳定性并改善低温抗裂性。马峰等[4]运用沥青的四组分分析、红外光谱
和差示扫描量热分析等实验手段发现纳米碳酸钙掺加到基质沥青中能形成均匀、稳定的共混体系,改善和提高了沥青性能。张兴友等[5,6]采用美国SHRP 计划动态剪切试验方法对硅藻土、白炭黑(精细化工新产品,主要成分为二氧化硅)等进行研究,发现其能够很好地改善高温性能、低温性能、水稳定性和抗疲劳性能。
2.2 添加剂改性沥青
搭配合适的阴、阳离子混合表面活性剂增效作用显著,但是目前的开发、应用研究还很不够。这一技术应用的潜力很大,各个领域都应积极开发,只要掌握其搭配的规律,提高
应用技术,定会产生显著的经济效益。
樊芷芸等[7]在阳离子表面活性剂(季铵盐类)和阴离子表面活性剂(烷基苯磺酸盐)物质的量比为5∶1的条件下,制备了O/W 乳化沥青,并对其在水利防渗工程中的应用进行了研究。结果表明,利用阴、阳离子混合表面活性剂制备的沥青乳液稳定性提高,表面活性剂的用量也大幅度减少,从而使成本降低。他们还把这种阴/阳离子表面活性剂混合体系乳化沥青用于制备乳化沥青混凝土,其渗透系数满足了水利工程防渗要求,并具有热稳定性好、力学性质受温度影响小等优点,可用于一般水利防渗工程,特别适用于暴露在
大气中受温度影响较大的部位,给施工带来很大的方便。2.3 聚合物改性沥青
2.3.1 苯乙烯丁二烯嵌段共聚物SBS
SBS是由1,32丁二烯和苯乙烯通过阴离子聚合而得到的线型或星型嵌段共聚物。在SBS的嵌段共聚物中,由于聚苯乙烯与聚丁二烯在常温时的不相容性,共聚物中分子链之间的聚苯乙烯内聚能密度较大,故其两端首先分别与另外的聚苯乙烯聚集在一起,形成许多约束成分的物理交联区域,但又因其嵌段是柔性的聚丁二烯嵌段,就形成了网状结构。SBS改性的优越性突出表现在使软化点大幅度提高的同时,又使低温延度明显增加,感温性得到很大改善,而且弹性恢复率特别大。
目前,大部分改性沥青研究都是围绕SBS进行的,SBS 在实际研究中改性效果相当好。国内做的比较好的是兰亭高科,他们自主开发了SBS改性沥青、乳化SBS改性沥青技术及成套设备技术。SBS改性沥青最大的问题是稳定性。日本从改善相容性着手来保证改性沥青体系的稳定性:掺入大量芳香分以利于SBS与沥青之间形成界面吸附层,同时掺加大量树脂,用以弥补烃质油分导致产品软化点降低的不足,此方法成本很高、操作也很复杂。美国曾用硫化的方式,让硫原子渗入SBS与沥青之间产生反应,此法很难掌握控制,往往会引起沥青的凝胶化而使沥青成为废品。Guian Wend等[8]通过研究SBS改性沥青发现,加入10%的硫磺可以有效改善改性沥青的存储稳定性。兰亭高科开发了WD 热贮存稳定剂,提高了热贮存稳定性,也提高了产品的路用性能[1,9]。
2.3.2 聚乙烯(PE)和乙烯2醋酸乙烯共聚物(EVA)
常用于沥青改性的有低密度乙烯LDPE和线型低密度聚乙烯。研究发现当PE在沥青中掺量超过5%时,由于其粘度较大,混合物在高速搅拌过程中会发生蠕变,PE较难分散。随PE分子量的增大,在相同掺量下,粘度也会增大[10,11]。
PE改性沥青以奥地利RF集团的产品Novophalt为代表。Novophalt作为一种高强路面改良材料,在上海地区某高架道路桥面铺设工程中得到应用。通过对该材料的施工特性进行研究,认为该材料的各项施工指标(施工温度、平整度、厚度、压实度)等均满足正态分布特性,可满足工程指标[12]。
刘克等研究发现,热态的PE改性沥青在冷却过程中会很快离析,形成不同的内部结构和表面形态。当PE改性沥青使用剂量较少时,结皮程度明显较轻,并且其性能测试结果严重依赖于制作设备、放置时间、环境温度、容器形状和PE含量等。当PE使用剂量较大时,测试结果的离散性较大,因为大剂量的PE改性沥青更不稳定[13]。
EVA是乙烯2醋酸乙烯共聚物,溶于一定的有机溶剂成为胶合剂或热融性胶合剂,是具有一定弹性的热塑性树脂。EVA树脂的橡胶态温度范围很宽广,在这一温度范围内呈弹性、坚韧性和抗冲击性。它的热分解温度为230～250℃,工业生产上控制EVA温度均不高于220℃,以防止分解。
Burak Sengoz等[14]用荧光光学显微镜和Qwin2plus图像分析软件来分析改性沥青,图像分析得到,当聚合物含量为4%时EVA改性分散得最好。EVA改性沥青可以改善沥青永久变形和热裂解性能,但更易受薄膜烘箱老化试验的影响,这是因为薄膜烘箱实验加速了大存储阶段的硬化。
2.3.3 丁苯橡胶(SBR)
SBR是出现较早并广泛应用的聚合物改性剂,一般认为,SBR可以增加沥青的弹性和粘性并降低沥青的温度敏感性。当前在国外单纯使用SBR胶乳改性沥青已经越来越少,取而代之的是以经过改性的SBR胶乳改性沥青。往往在一种改性剂中以SBR为主体,适当添加其他成分,使沥青在保持良好的低温性能的情况下,提高其高温性能,如日本J SR 生产的ROADEX U2Ⅱ就是一种变性的SBR胶乳改性剂。
根据J SR公司的推荐指标和有关研究成果,ROADEX U2Ⅱ改性剂的最佳掺量为10%,也可根据实际需要进行实验确定。徐安花等[15]通过对ROADEX U2Ⅱ改性剂掺配兰州炼油厂的重交110号沥青混合料进行试验研究,发现两者具有较好的相容性,沥青混合料具有较好的低温性能,很适合在高寒区沥青路面中推广使用。
2.3.4 聚合物改性沥青新技术
(1)复合改性沥青
由于单一改性剂改性沥青普遍存在问题,为此采用了一种复合改性沥青的技术,针对某项不足添加可以改善这项性能的改性剂进行复合改性,以取长补短。
一般认为,在聚合物改性剂中,橡胶类材料改善沥青低温性质效果较明显,而塑料类材料对改善沥青高温性质比较有利,例如利用EVA和SBR进行复合改性,低温延度比单独改性有所提高,并且软化点随改性剂掺量的增加而上升。目前,SBS/SBR、SBR/PE的复合改性应用也较多。
复合改性不仅可以在聚合物之间进行,也可以在无机物与高分子材料之间进行。Zhang Baochang等[16]研究发现, SBR/MM T复合改性可以很好地提高改性沥青的软化点、粘弹性质,并有效降低针入度;改性沥青具有较高的复数弹性模数和较低的阻尼系数。董允等[17]通过对白炭黑/SBS复配改性沥青基本性能进行测试,分析了白炭黑的不同用量对SBS改性沥青性能的影响,加入3%的白炭黑后SBS改性沥青的延度略有下降,当量脆点值下降,表明SBS改性沥青的高温性能及感温性提高,但对低温性能的影响尚待观察。
(2)废旧材料改性沥青
国内外改性沥青的工程实践SBS、SBR占据了绝大部分,尤其以SBS最多,但聚合物改性剂的高成本阻碍了改性沥青在道路建设上的应用,国内外开始研究废胶粉改性沥青并尝试用废旧塑料作改性剂制备改性沥青。废橡胶粉和废塑料中的有效成分可以提高道路沥青的软化点,改善道路沥青的低温柔韧性,降低针入度,提高延度,使沥青产生可逆的弹性变形。将废胶粉和废塑料作为道路沥青性能改良材料,既为解决我国日益严重的塑料和废橡胶污染问题提供一条新的途径,又达到废物处理的同时进行废物再利用的目的,既体现了“循环经济”的思想又符合我国“可持续性发展”的
国策。
来源于废旧汽车轮胎的废旧橡胶、废弃的农用地膜、食品和商品包装、废弃的生活品等都可以用来作改性剂。废旧橡胶是硫化胶,分子呈三维空间网络结构,有粘性和塑性且具有弹性。橡胶粉在热沥青中,沥青起软化剂作用,橡胶粉吸收油分而膨胀,并在热作用下脱硫再生[18]。石洪波等[19]研究发现,在混合温度170～180℃、剪切速率7000r/min、混合时间30min条件下,废胶粉改性沥青合成配方(质量份):基质沥青100,活化胶粉10～20目,糠醛抽出油适量,可以改善沥青的高温稳定性、低温抗疲劳性能、抗裂性能和低温脆性。
(3)纳米改性沥青
由于纳米材料神奇的小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等优异性能使纳米材料可以从微观结构上改变沥青性能。Eidt等[20,21]对聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料进行研究,发现它可以提高对聚合物的增强、增韧作用,提高材料的耐热性能(高的热变形温度和分解温度)、阻燃、耐烧蚀性能、阻隔性能和尺寸稳定性。
3 沥青的改性机理及影响因素
改性沥青的性能是聚合物改性剂、沥青性质及它们相互作用的综合结果。从改性效果来讲,改性剂和沥青均具有选择性,即改性剂与沥青存在相容性问题(配伍性),改性沥青的相容性好是指改性剂以微细的颗粒均匀、稳定地分布于沥青中,不发生分层、凝聚或者互相分离的现象。提高沥青改性效果的关键是解决改性剂与沥青的相容性问题。
改性剂加入到沥青中后,一般并不发生化学反应,但是在沥青中轻质组分的作用下,改性剂体积胀大,即发生溶胀。改性剂溶胀后表现出区别于聚合物又不同于沥青的界面性质。溶胀是改性沥青稳定的保障。由于改性剂与沥青之间的界面作用,致使二者不会发生相分离,改性剂粒子均匀地分布于沥青中。改性剂吸收沥青中的油分,体积胀大到原体积的5～10倍。在改性剂含量较高的情况下,聚合物在沥青中的溶胀程度降低,但可形成网状结构,使沥青性质发生显著的改善[22]。
改性沥青的相容性和稳定性都需要通过基质沥青和聚合物间配伍性研究及加入适宜的助剂来实现。而通常意义的稳定性则指改性沥青的储存稳定性。实际上,影响存储稳定性的因素是很复杂的。壳牌公司研究所的研究认为,除了改性剂的剂量及储存期的温度外,储存稳定性还受沥青质的分子量和含量、沥青的芳香度、聚合物改性剂的分子量和结构等因素的影响。曹祖光等[23]通过对SBS改性沥青储存稳定性影响因素的分析,发现沥青与聚合物之间的相容性、SBS 在沥青中的分散性、沥青组分、界面层、粘度与剪切速率、SBS 剂量、加工工艺等均会对沥青性能产生影响。
4 改性沥青的性能评价
沥青是石油产品中沸点最高、组成与结构最为复杂的产品。加入改性剂后,不仅增加了沥青体系的复杂性,而且很大程度地改变了沥青的流变性能。传统的试验方法(如针入度、软化点和延度等)等依然可以使用,但是难以准确地分析评价改性沥青的性能。为了适应改性沥青的应用需要一些新的改性沥青的评价方法,如动态流变剪切、弯曲流变仪和直接拉伸试验等,同时一些化学分析方法如荧光显微镜分析、凝胶渗透色谱、差示扫描量热和红外光谱等也应用于改性沥青的研究中[24,25]。
5 我国改性沥青的发展方向
(1)发展新型的改性剂
聚合物基纳米复合材料由于其独特的力学、热学、阻隔、光、电、磁等性能已经吸引了各个领域的兴趣。将纳米复合材料中的纳米复合技术和研发思路应用于改性沥青,将有望研发出高强、高韧性、耐高温性、抗老化的道路用改性沥青材料。
在改性剂的研究方面,新的功能性改性剂,如纳米材料改性剂、粉末SI3S改性剂、聚乙烯弹性体改性剂、有机硅改性剂以及硅藻土改性剂等均已出现。废旧橡胶粉、废塑料、无机材料等的使用具有明显的环境效益及经济、社会效益,对公路建设有着重要的意义。
(2)使用助剂并改进生产工艺
应用助剂来提高沥青的高低温稳定性和储存稳定性,在改性沥青过程中使用添加剂、偶联剂、分散剂及引发剂等,使加工过程中产生不可能的化学键来改善沥青性能。提高搅拌设备的加工效能,并使用相应的催化剂等加速沥青混合料的反应。
(3)完善改性沥青的实验评价体系
参照国外改性沥青标准及方法有针对性地开发一些改性沥青的试验方法和改性指标,形成新的改性沥青规范。
(4)研究新型路面结构
研究适合于改性沥青混合料的新型路面结构形式,获得最佳的整体效果。现在的路面形式主要有SMA、O GFC、SU PER等,SMA结构形式已在工程应用中得到广泛应用,也取得了良好的效果。
6 结语
目前越来越多的材料被用作改性剂来制备性能更优良的改性沥青,大部分生产工艺已趋于成熟。在废塑料及废高分子材料的污染日益严重而回收利用率却很低的环境现实问题面前,如果能将其利用于改性沥青的生产,不仅可为废材料寻找好的出路,也降低了改性沥青的成本,具有很好的环境和社会效益。国内外对废胶粉改性沥青研究报道较多并已实现大规模生产。用作改性剂的废旧塑料如聚乙烯、聚丙烯、ABS及聚氯乙烯,由于相容性和生产的改性沥青带有种种缺陷而没有得到大范围推广使用。笔者在研究中发现,针对这些废旧塑料尝试用溶剂法和高速剪切搅拌法相结合可以实现塑料和沥青两相很好的相容,但很难以同时满足优良的高低温性能,用SBS与废旧塑料复合改性可以改善这种情况,但增加了溶剂的投入和回收成本且相比SBS改性沥青
还稍有差距。在工程实践中应该根据不同的需要选择不同的改性沥青,多方面、多角度地深入研究。
参考文献
1 杨军.聚合物改性沥青[M].北京:化学工业出版社,2006
2 鲍燕妮,蒋相华.硅藻土改性沥青相容性研究[J].公路工程, 2009,34(1):90
3 张志清,胡光艳.白炭黑改性沥青混合料低温抗裂性能研究[J].北京工业大学学报,2006,32(11):1007
4 马峰.纳米碳酸钙改性沥青的DSC分析[J].郑州大学学报(工学版),2006,27(4):49
5 张兴友,胡光艳,宋艳茹.硅藻土改性沥青及其混合料的路用性能研究[J].吉林建筑工程学院院报,2008,25(2):7
6 张志清,张兴友,胡光艳,等.硅藻土改性沥青微观机理分析[J].北京工业大学学报,2007,33(9):943
7 樊芷芸.阴阳离子混合表面活性剂的应用[J].天津纺织工学院院报,1997,16(5):53
8 Wen Guian,Zhang Y ong.Rheological characterization of st2 orage2stable SBS2modified asphalts[J].Ploymer Testing, 2002,21(3):295
9 杨林江.改性沥青及其乳化技术[M].北京:人民交通出版社,2004
10方长青.包装废PE改性沥青的研究[D].西安:西安理工大学,2005
11Donnchadh Casey,Ciaran McNally.Development of a recy2 cled polymer modified binder for use in stone mastic asphalt [J].Resources,Conservation and Recycling,2008,52(10): 1167
12华锋.Novophalt混合料桥面铺装层施工特性研究[J].中国市政工程,2008,8(4):134
13刘克,杨锡武.PE改性沥青的几个问题[J].胶体与聚合物,
2008,26(3):8
14Burak Sengoz,et al.Morphology and image analysis of poly2 mer modified bitumen[J].Constr Build Mater,2009,23(5): 1986
15徐安花,李宜池,房建宏.J SR ROADEX U2Ⅱ改性沥青混合料的低温性能试验[J].青海交通科技,2003(3):14
16Zhang Baochang,Xi Man.The effect of styrene2butadiene2 rubber/montmorillonite modification on the characteristics and properties of asphalt[J].Constr Build Mater,2009,23
(10):3112
17董允.白炭黑对SBS改性沥青性能的影响[J].石油沥青, 2007,21(1):18
18Garcia2Morales M,Partal P.Effect of waste polymer addi2 tion on the rheology of modified bitumen[J].Science Direct, 2006,85(728):936
19石洪波,王洪国.废橡胶粉改性沥青配方与工艺条件研究[J].石化技术与应用,2005,23(4):28
20Eidt J r,Clarence Martin.Thermoplastic elastomer2asphalt nanocomposite compodition:US Pat,5652284[P].1997
21Manias E,Touny A,Wu L,et al.Nano2technology in asphalt [J].Chem Mater,2001,13(10):3516
22张登良.改性沥青机理及应用[J].石油沥青,2003,17(2):36 23曹祖光,蔡明,严军,等.SBS改性沥青储存稳定性影响因素的研究[J].中国市政工程,2006(4):89
24王锡通.聚合物改性沥青性能评价方法综述[J].石油沥青, 2007,21(3):8
25Burak Sengoz,G iray Isikyakar.Analysis of styrene2buta2 diene polymer modified bitumen using fluorescent microsco2 py and conventional test methods[J].J Hazardous Mater, 2008,150(2):424
(责任编辑 林 芳)
(上接第132页)
43Hawes D W,Feldman D.Absorption of phase change mate2 rials in concrete[J].Solar Energy Mater Solar Cells,1992, 27(2):91
44Hawes D W,Banu D,Feldman D.Stability of phase change materials in concrete[J].Solar Energy Mater Solar Cells, 1992,27(2):103
45Feldman D,Banu D,Hawes D W,et al.Obtaining an ener2 gy storing building material by direct incorporation of an or2 ganic phase change material in gypsum wallboard[J].Solar Energy Mater,1991,22(2):23146Feldman D,et al.Low chainesters of stea2ric acid as phase change materials for thermal energy storage in buildings [J].Solar Energy Mater Solar Cells,1995,36(3):311
47Ahmad M,Bontemp S A,Sallee H,et al.Experimental in2 vestigation and computer simulation of thermal behaviour of wallboards containing a phase change material[J].Energy and Buildings,2006,38(4):357
48冯国会,胡俊生,吕方磊,等.含脂肪酸相变材料的相变墙板热特性分析[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2005,21
(5):523
(责任编辑 王 炎)
国内外沥青发展现状
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技应用领域都具有十分诱人的应用前景。 SBS 是改善基质沥青高低生能最好的高分子材料之一。 当今，用SBS 作改性剂制作的改性沥青占所有改性沥青的 40%左右。 但它存在着 SBS 分散困难容易老化等特点，采用奥地利的Novophalt改性设备，也有设备磨损快，生产效率低的弊病。 乳化 SBS 改性沥青及其加工方法，属沥青改性及乳化加工技术领域，包括基质沥青，改性剂，由乳化剂加水配制而成的乳化液，其特征在于所述的改性剂为固态高分子聚合物热塑性橡胶SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)，其在基质沥青中的加入量为基质沥青重量百分比的1-8％；所述的乳化液在基质沥青中的加入量为基质沥青重量百分比的 50-100％。 其加工方法为先将固态 SBS 投入沥青中制得改性沥青。 再将改性沥青和乳化液同步输入乳化机乳化，制得乳化 SBS 改性沥青。 焦油沥青约占焦油的 50－60%，因而沥青的利用及升值成为焦油加工的一个重要的课题。 将焦油沥青造球后作为耐火材料的粘合剂，解决了原沥青粘合剂添加困难，混合不匀，耐火材料质量不好的问题炭沥青（Carbobitumen 缩写 CB），或煤－石油沥青（Pitch-Asphalt，缩写 PA），是以石油沥青为基料与软化沥青按一定配比和在适宜条件下共混制成一种新型筑路粘结材料，称。
改性沥青的研究进展
改性沥青的研究进展 黄 彬,马丽萍,许文娟 (昆明理工大学环境科学与工程学院,昆明650093) 摘要 为了得到性能更优良的改性沥青,越来越多的材料被用作改性沥青改性剂,同时新的评价标准和方法及其他领域的新化学分析方法也被用来更完整准确地评价改性沥青的性能。总结了国内外改性沥青的研究现状及进展,从改性机理、性能影响因素及评价方法等方面来介绍各种改性沥青的概况,并概述了改性沥青的发展方向。 关键词 改性沥青 改性剂 机理 发展Rsearch Development of Modif ied Asphalt HUAN G Bin ,MA Liping ,XU Wenjuan (Faculty of Environmental Science and Engineering ,Kunming University of Science and Technology ,Kunming 650093) Abstract More materials ,as modifier ,are used to improve the properties of modified asphalt.Besides ,the new evaluation standards and methods ,new chemical analysis methods are used to evaluate the properties more com 2pletely and accurately.The situation and development of modified asphalt research at home and abroad are summa 2rized.From the aspcts of modification mechanism ,influencing factors and evaluation methods ,various modified as 2phalts are introduced ,and the development trend of modified asphalt technology is illustrated in the paper. K ey w ords modified asphalt ,modifier ,mechanism ,development 黄彬:女,1986年生,硕士研究生,主要研究方向为固体废物资源化 E 2mail :binbin_huang @https://www.wendangku.net/doc/153404038.html, 马丽萍:女,1966年生,教 授,主要研究方向为工业废气污染控制、固废综合开发利用 E 2mail :lipingma22@https://www.wendangku.net/doc/153404038.html, 0 前言 普通道路沥青由于自身的组成和结构决定了其感温性能差,弹性和抗老化性能差,高温易流淌,低温易脆裂。而且在过去的10年中,车轴负荷增加、车流量增加、气候条件恶劣,难以满足高级公路的使用要求,必须对其改性以改善使用性能。在沥青或沥青混合料中加入天然或合成的有机或无机材料,熔融或分散在沥青中与沥青发生反应或裹覆在沥青集料表面,可以改善或提高沥青路面性能。 1 改性沥青的分类 在沥青的改性材料中,高分子聚合物是应用最广泛、研究最集中的一种。其他改性材料还有两大类:矿物质填料和添加剂。矿物质填料,如硅藻土、石灰、水泥、炭黑、硫磺、木质素、石棉和炭棉等,对沥青进行物理改性,可提高沥青抗磨耗性、内聚力和耐候性。添加剂,包括抗氧化剂和抗剥落剂,如有机酸皂、胺型或酚型抗氧化剂或阴、阳离子型或非离子型表面活性剂,可提高沥青粘附性、耐老化或抗氧化能力。聚合物改性沥青(PMA 、PMB ),按照改性剂的不同一般可分为3类:①热塑性橡胶类,即热塑性弹性体,主要是嵌段共聚物,如SBS 、SIS 、SE/BS ,是目前世界上最为普遍使用的道路沥青改性剂,并以SBS 最多;②橡胶类,如NR 、SBR 、CR 、BR 、IR 、EP 2DM 、IIR 、SIR 及SR 等,以胶乳形式使用,其中SBR 应用最为广泛;③树脂类,如EVA 、PE 、PVC 、PP 及PS 。 2 各种改性沥青及其发展现状 通过SCI 和EI 分别检索近15年来改性沥青在交通、建筑、材料、能源及环境等学科方面研究的文献情况,检索结果如图1、图2及表1、表2所示。根据表1、表2数据和图1、图2情况可以看出,近几年国内外对改性沥青的研究越来越多,尤其以SBS 和胶粉最为突出,出现了多种新型改性剂。下面 将分别介绍各种改性沥青及其发展现状。 图1 SCI 检索统计表 Fig.1 SCI search results 2.1 矿物质材料改性沥青 矿物质材料作改性剂的研究较少,主要为硅藻土、纳米 碳酸钙、矿渣粉、白炭黑等,可与基质沥青形成均匀、稳定的 共混体系以改善沥青性能[1] 。
SMC系列沥青改性剂
SMC系列沥青改性剂,常温改性沥青 现代交通路面材料的要求：在低温下应有弹性和塑形；在高温下要有足够的强度和稳定度；在加工和使用中增强抗老化能力；在多种矿物和结构表面有较强的粘附力；以及对构件变形的适应性和耐疲劳性。沥青材料本身难以满足这些性能要求，迫切需要对沥青进行改性。维持公司专业技术团队充分利用废旧塑料、旧橡胶轮胎提取物生产的第三代产品SMC沥青改性剂从根本上改变了沥青固有的缺陷，不但在以上几个方面取得突破性进展还大大提高道路使用其他性能，如减少燃油、燃煤、沥青消耗量。因此沥青路面工程使用S MC沥青改性剂是一件利国、利民、利于地球环境的三益事业。产品特点： 一，低碳、节能、环保：使用SMC改性沥青生产的沥青混凝土，常温拌合，不需要对干燥矿料加热，沥青不在需要高温熔融只需要电加热70~100℃，碳排放低（按照标准四车道的省、国道，减低的能耗标准煤230T/KM）。SMC改性沥青混凝土常温生产、不加高温，CO2、煤灰矿料粉尘、苯并芘、沥青烟等有害毒气体排放只有传统沥青的2-1 0%，其高分子聚合物弹性使它比热沥青降噪28% 二，即铺即通少修补：SMC改性沥青混凝土属于柔性熟料成型迅速、固化缓慢且具备自动修复性质，不可抗拒的创痕裂隙，经过车轮的再次碾压可自动修复 三，低造价：SMC改性沥青砼成本与同级别SBS改性沥青砼相比成本约低￥260元/m3，与低级别的基质重交沥青混凝土相比约低￥80元/m3。SMC沥青混合料可长时间储存，用不完的产品进行简单包装可储存1个月。 四，适应性强：SMC改性剂与矿量相适应性均佳，热拌热铺的沥青砼则不宜采用石灰石类高温变性矿料（2012年5月完工的内遂高速运行俩个月即全面翻工，就因为就地取材使用石灰石矿料造成的）。 五，延长使用寿命：SMC改性沥青砼常温生产，沥青不加高温，延缓沥青老化，延长固化时间（施工6年后硬化程度与SBS热拌沥青混凝土施工当天的数据接近），抗重载比其他沥青高2-3倍，无车辙、不推移涌包、不龟裂，延长路面2-3倍使用寿命。 六，施工方便：SMC改性沥青砼在生产、施工过程中不受气温、时效限制，气温低于零下20℃均可正常施工，可以机械摊铺也可以人工铺设。 SMC已列入交通部公路科学研究院指定合作推广产品，并由交通部指定相关《中国道路产品企业施工规范》
改性沥青现状及发展前景
改性沥青现状及发展前景 1、改性沥青应用现状 普通道路石油沥青，由于原油成分及炼制：工艺等原因，其含蜡量较高，导致其具有温度敏感性强，与石料的粘附性差，低温延度小等缺点。用其铺筑的沥青路面，夏季较软，易出现明显车辙壅包等病害；冬季较脆，易出现低温开裂等病害；混合料的抗疲劳性能，抗老化性能较差。同时，由于经济的快速发展，普通沥肯混合料已不能满足高等级道路和特殊地点的重交通，大轴载，快速安全运输的需要。 1．1 改性沥青的应用背景和现状 据相关资料，20世纪60年代以前，沥青路面仅用于城市道路和专用公路，沥青材料主要是煤沥青和用进口原油提炼的石油沥青。20世纪70年代前后，在全国范围内曾采用渣油吹氧稠化，掺配特立尼达(TLA)或阿尔巴尼亚稠沥青等改性的方法，提高结合料稠度，配制成200号沥青铺筑以表面处治为主的沥青面层。1985年国内开展 了沥青中掺丁苯，氯丁橡胶，废轮胎粉等改性沥青和掺金属皂等改善混合料性能的研究试验工作，取得了成功的经验。1992年NovophaltPE现场改性技术的引入，对改性沥青的推广应用起到了促进作用，使改性沥青从研究试验逐步发展到生产应用。 1．2影响改性沥青应用的因素 生产施工工艺在聚合物改性沥青的大规模应用中起到了关
键性的作用。无论是聚合物改性，物理改性还是采用不同的沥青加工工艺都会增加较大的工程成本，在国内经济不发达地区的应用会受到一定的制约。 2、改性沥青的研究现状 目前国内的研究重点在新的改性剂和沥青改性剂的加工工艺上还有一部分研究是面向工程应用的，即研究在沥青集料改性剂确定的情况下，找出合适的级配，最佳沥青用量和改性剂用量以满足实际工程的要求。我国研究改性沥青已有多年的历史，也取得了丰富的成果，但至今仍有两个问题没有很好地解决： (1)没有形成对改性沥青和改性性能统一的评价标准； (2)国内没有形成统一的研究体系。 改性沥青的研究是一项长期的复杂的系统工作，要想取得突破性成果必须综合各研究机构的优势，形成统一的研究体系，比如美国l987年～l992年的大型系统工程SHRP计划等等。而相对于国内，研究工作往往由各高等院校，科研院所独立完成，没有统一的研究规划，配套工作滞后。另外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的巨大浪费。 3、改性沥青的应用前景 由于普通沥青已不能适应现代化路面的要求，性能良好的改性沥青必将在高等级路面中起到越来越重要的作用 3．1 SBS改性沥青将获得更广泛的应用 研究表明，SBS改性的优越性突出表现在具有双向改性作用，
炭材料用改性煤沥青的结构及性能研究
第30卷 第2期2007年4月 煤炭转化 COA L CON V ERSION V ol.30 N o.2A pr.2007 *国家自然科学基金资助项目(50472081)和江西省自然科学基金资助项目.1)讲师;2)教授;3)副教授,九江学院,332009 江西九江;4)教授、博士生导师,西北工业大学材料科学与工程学院,710072 西安收稿日期:2006 12 22;修回日期:2007 01 13 炭材料用改性煤沥青的结构及性能研究 * 宋士华1) 马明亮2) 魏健宁3) 李世斌3) 李铁虎4) 摘 要 进行了对甲基苯甲醛(4 MB)改性煤沥青(CTP)的中间相微观结构研究.采用偏光显微镜研究4 MB 改性煤沥青的光学结构;采用扫描电镜(SEM )观察改性后煤沥青的形貌.研究结果表明,改性煤沥青的光学组织结构显著改善,随交联剂4 M B 用量的不同,可得到超镶嵌(SM )、广域(D)和小域(SD)三种光学结构;改性后煤沥青出现纤维结构,煤沥青的残碳率显著提高.因此,改性后的煤沥青有望作为优质的炭材料基体前驱体. 关键词 4 M B,煤沥青,改性,中间相,微观结构 中图分类号 T Q522 65 0 引 言 炭/炭复合材料(以下简称C/C)是新材料领域中重点研究和开发的一种新型超高温材料,它不仅具有炭石墨材料的固有性能,还兼有炭纤维复合材料的良好性能,具有比重轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲击、耐腐蚀、吸振性好和摩擦性好等一系列优异性能,已经在汽车工业、医疗卫生、体育、渔业、航天航空等多种领域广泛应用,其中在航天航空领域尤为重要.但是,C/C 制造工艺复杂、设备操作困难,导致周期长、成本高和产品性能稳定性差,大大限制了其进一步发展.因此,研究低成本、高性能的C/C 已受到世界各国的普遍关注. 由于煤沥青具有资源丰富、价格低廉和含碳量高等优点,常被用来作为C/C 用基体前驱体,这就要求煤沥青不仅要有良好的工艺性,而且要有优良的耐热性,同时残碳的各向异性也是追求的目标.李铁虎等曾用三聚甲醛改性煤沥青.本文采用对甲基苯甲醛改性煤沥青,既大大提高了沥青的残碳率,又有望生成易石墨化碳. 1 实验部分 1.1 原料 煤沥青:工业品,武钢焦化厂生产,其性能指标见表1;4 M B:化学纯,西安化学试剂厂生产;对甲苯磺酸:分析纯,中国五联化工厂生产.表1 煤沥青的性能指标T able 1 Pro per ties of coa l tar pitch M C/H SP/ BI/%QI/% /(g cm -3) 470 1.56 82.0 12.16 9.56 1.30 Note: M !!!Average m olecu lar w eight;SP !!!S oftening point. 1.2 对甲基苯甲醛改性煤沥青 将中温煤沥青粉碎至0 1m m 以下,然后与对甲苯磺酸按一定比例混合装入三口烧瓶,100 之前自由升温,从升温开始通入Ar,流量为50mL/min,100 之后以5 /m in 的速度升温至指定温度,开始滴加4 MB 等,并在指定温度下反应1h~6h,取出后快速冷却,即为改性沥青.1.3 改性煤沥青的热解 把改性后的煤沥青分别放入直径25m m,长200m m 的石英管中,盐浴,通氮气保护,分别以2 /min 的速率升温至预定温度(200 ,250 ,300 ,350 ,400 ,450 ,500 ),冷却后取样.1.4 性能测试 光学结构分析.仪器型号:OLYPUM S -B061型光学显微镜.热解产物用硫磺包埋后,经磨片、抛光后制得样片. 扫描电镜分析(SEM ).仪器型号:AMRY 公司AM RY-1000B 型扫描电镜. 热重分析(TGA ).仪器型号:PERKIN EL M ER 型热解重量分析仪.在N 2的保护下分析改性
橡胶沥青的国内外研究现状
国外研究现状 早在1845年，英国就进行了往沥青中掺加橡胶以改善其性能的尝试，1901 年法国修筑了试验路段，1937年英国在波兰修筑了几段路面，1947年美国也采用合成橡胶粉和胶乳改性修筑路面，日本于1942年开始采用天然橡胶胶乳掺入沥青乳液中。1952年在东京，1945年北海道，都修筑了这种改性沥青的路段。以后，天然橡胶、合成橡胶或掺入乳胶的沥青于1960年左右就开始在日本其它地方的路面工程中使用，并且用量剧增。由此可见，在国外橡胶改性沥青已成为一种发展趋势。 从上世纪六、七十年代以来，美国、瑞典、英国、法国、比利时、澳大利亚、日本、南非、印度等国家先后开展了橡胶沥青和橡胶沥青混凝土的应用研究。 近20年来，美国、加拿大、韩国、日本等国成功的应用胶粉改性沥青修筑高速公路、高等级公路。 美国用废轮胎作为改性剂制造改性沥青用于修筑公路已经有了20年的历史。1982年~ 1986年间已试验铺筑210多个路段，共1.1万km，这种路面的热稳定性能和防冻性能都比较好，并可以减少维修费用。美国联邦法院在1991年颁布了在新修筑的沥青路上必须掺用20%的胶粉的立法，极大地促进了废旧胶粉的利用，橡胶粉改性沥青已在美国加州、佛罗里达州、俄亥俄州等广泛使用。据美国联邦统计局统计，到1997年废胶粉改性沥青已消耗了8000万t废轮胎。 德日耗200t废轮胎用于修筑公路、运动场及机场跑道。法国、比利时、奥地利在公路建设中亦广泛采用废胶粒、胶粉配料；俄罗斯伏尔加格勒公路交通部门将废轮胎粒用于铺设路面，可有效地预防冬季路面结冰而产生交通事故。他们的做法是在用沥青铺筑路面后，当沥青尚未干时在上面洒一层废轮胎胶粒。这样，冬季路面的冰块容易被压碎，车辆行驶就不会因为打滑而发生冲撞事件。为了减少车辆行驶时的噪音，英国在萨里郡交通繁忙的4条道路上用废轮胎胶粒铺设路面，测定胶粉配料路面与传统配料路面是否坚固耐用，如果结果令人满意，英国柯拉斯将获得这种方法的广泛使用权。据称，用这种方法可以使噪音减少70%。这种技术是将3mm粒径的废轮胎胶粉混入热沥青中并搅拌均匀，用量为沥青总量的3%。这种技术优点之一是胶粉粒取自于再回收利用的废旧轮胎，有利于环境保护。此外, 这些橡胶颗粒还具有吸收光线, 缓减强光刺眼的好处, 与传统的
SBS改性沥青的性能与应用
SBS改性沥青的性能与应用 摘要：我国高速公路建设自改革开放以来，经历了从无到有，从起步到建设成高速公路网的翻天覆地变化。与此同时，传统的普通沥青已经很难适应现代对公路的高标准要求，而改性沥青的研制与应用则较好地解决了这一问题。本文主要通过介绍SBS改性沥青在高温、低温条件下的抗车辙、抗裂性能，与水稳定性，抗滑能力等内容，比较得出其对于传统沥青在工程、经济、社会各方面的优越性，探究了加强对SBS改性沥青的学习，开展对SBS改性沥青深入的研究与推广其广泛应用的长远意义。 关键词：SBS改性沥青；改性沥青性能；改性沥青应用；沥青施工；工程效益；应用前景 1 前言 随着交通流量的增长、车载质量的增加以及高温和低温的作用，为适应道路路面的使用性能的要求，保证路面良好的使用状态，延长路面的使用寿命，就必须探寻更高性能的路面材料。SBS改性沥青混凝土具有很好的高温抗车辙能力，低温抗裂能力，改善了沥青的水稳定性，提高了路面的抗滑能力，增强了路面的承载能力，提高了沥青的抗氧化能力，是比较优良的路面材料。自上世纪40年代以来，国内外学者对各类改性沥青的性能进行了大量的研究工作，改性沥青技术得到了越来越多的重视。现有研究结果表明，与其他改性沥青相比，SBS(苯乙烯一丁二烯一苯乙烯)改性沥青的综合性能[1]更为突出，SBS改性沥青必将在未来很长的一段时间内得到更深入的研究和更广泛的应用。 2 SBS改性沥青简介 SBS属于苯乙烯类热塑性弹性体，是苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物，SBS改性沥青是以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS均匀地分散于沥青中，同时，加入一定比例的专属稳定剂，形成SBS共混材料，利用SBS良好的物理性能对沥青做改性处理。在良好的设计配合比和施工条件下，用SBS改性沥青铺筑的沥青混凝土路面有着传统沥青路面无法比拟的优越性能，具有很好的耐高温、抗低温能力以及较好的抗车辙能力和抗疲劳能力，并极大地改善沥青的水稳定性，提高了路面的抗滑性能。
纤维改性沥青混合料研究进展
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/153404038.html, 纤维改性沥青混合料研究进展 作者：刘哲 来源：《中国科技纵横》2015年第24期 【摘要】通过对纤维改性沥青混合料研究历史及现状的调研，总结了纤维改性沥青混合 料的主要影响因素以及纤维改性沥青混合料的作用机理；阐述了纤维种类、长度、添加量以及界面粘结对沥青混合料性能的影响情况，不同因素的变化会影响沥青混合料的不同性能；总结了纤维在沥青混合料中的吸附、稳定、桥接以及加筋作用。 【关键词】纤维改性沥青混合料作用机理 1 概述 纤维作为一种新型的增强材料，被广泛的用作复合材料增强体，应用于航空航天、电子机械等尖端领域[1-3]，由于纤维具有高模量、高强度、高长径比以及较强的吸附能力，在道路沥青及沥青混合料中也多有应用。多年来，国内外对纤维改善沥青及其混合料性能进行了大量研究，并根据实际需求，开发出了一系列适用于道路沥青改性的路用纤维，主要包括木质素纤维、矿物纤维、聚合物纤维以及新兴的玄武岩纤维等。本文主要针对道路纤维在沥青混合料中的应用进行调研，分析了纤维对混合料性能影响的主要作用机理及影响因素，对其未来发展进行了展望。 2纤维改性沥青混合料的主要影响因素 2.1 纤维种类及性能 按处理方式划分，纤维可分为天然纤维和化学合成纤维，不同种类的纤维具有不同的性能，包括强度、模量、吸持沥青量、长径比以及表面形貌等等，而这些因素都会对沥青混合料性能产生影响。李智慧[4]等考察了聚丙烯腈纤维、聚酯纤维以及木质素纤维等三类不同的增 强体对沥青混合料性能的影响，同时分析了三类纤维的常规技术性能，建立了纤维性能与外掺纤维沥青混合料路用性能之间的关系。结果表明，掺加聚丙烯腈纤维和聚酯纤维的沥青混合料性能相当，而木质素纤维混合料性能稍差；纤维的种类还影响着其对沥青混合料的主要作用机理。对外掺纤维沥青混合料路用性能影响程度最大的纤维性质因素是抗拉强度与极限拉伸应变，其次是熔融温度，吸持沥青量也有一定程度影响，纤维直径影响最小，在纤维形状特征因素中纤维长度的影响程度大于纤维直径与长径比。T.Serkan[5]采用聚酯纤维对石油沥青进行改性处理，石油沥青混合料的马歇尔稳定度增加而流值降低，同时抗车辙及抗疲劳性能增加，表明聚酯纤维有效提高了石油沥青混合料的路用性能；F.M.Nejad等[6]使用碳纤维增强沥青混凝土，结果显示，碳纤维的加入有效提升了沥青混凝土的强度和抗老化性能。此外，有不少学者采用不同种类的纤维对沥青混合料进行混杂改性，取得了良好的效果[7-8]。
煤沥青的改性及其机理研究进展
煤沥青的改性及其机理研究进展* 张文娟,李铁虎,赵廷凯,侯翠岭,党阿磊 (西北工业大学材料科学与工程学院,西安710072) 摘要 煤沥青具有资源丰富、价格低廉等优点,但其残炭率低,可以通过改性来提高其残炭率。简要介绍了改性煤沥青的制备方法及近几年来国内外改性煤沥青的发展状况,并探讨了其机理。由于煤沥青组成复杂,并不能知道其确切的反应机理,只能根据测试结果提出其可能的改性机理。关键词 煤沥青 改性 机理 Research Advances in Modification of Coal Tar Pitch and Its Mechanism ZHAN G Wenjuan,LI T iehu,ZH AO Tingkai,HOU Cuiling,DANG Alei (Schoo l of M aterials Science and Engineering ,N o rthwester n P olytechnical U niver sity,Xi an 710072)Abstract Coal ta r pitch is abundant and cheap,but it s car bo n y ield is low.T he carbon y ield can be impr oved by modificat ion of coal tar pitch.T he pr epar atio n met ho d and the pro gr ess o f modificat ion of coal tar pitch in r ecent year s are summar ized.Further mo re,the mechanism of the modificatio n of co al tar pitch is discussed.A ltho ug h the exact mechanism o f modification can not be kno wn fo r its com plex co mpo sitio n,the po tential mechanism can be o b tained thro ug h the test r esults. Key words co al tar pitch,modificatio n,mechanism *西北工业大学研究生创业种子基金资助项目(Z2010008) 张文娟:女,1981年生,博士生,主要从事沥青改性及炭材料研究 T el:029 ******** E mail:zhangw j_312@https://www.wendangku.net/doc/153404038.html, 炭材料是指选用石墨或者无定型碳作为主要固体原料,辅以其他原料通过特定生产工艺而制得的无机非金属材料。现代炭材料品种繁多,其综合性能非常优异,被广泛应用在 冶金、机械、航空航天和半导体等工业领域[1] 。但由于炭材料制造工艺复杂、设备操作困难,导致周期长、成本高、产品的性能稳定性差,大大限制了其进一步发展。因此,研究低成本、高性能的炭材料,已受到世界各国的普遍关注。然而,研制综合性能优良的基体前驱体是研制低成本、高性能炭材料的关键所在[2]。煤沥青是一种组成与结构非常复杂的混合物,它的确切成分尚不清楚,但其基本组成单元是多环(三环以上)、稠环芳烃及其衍生物。与其它物质相比,煤沥青具有资源丰富、价格低廉、含碳量高、流动性好、易石墨化等优点[3] ,因此,煤沥青常用来作为炭材料用基体前驱体。但是,由于未经改性的煤沥青残炭率较低,炭化时产生较多的挥发 性组分,致使炭材料出现大量的孔隙[4] ,必然对炭材料的性能产生很大影响,使炭材料的密度下降、机械强度降低、电阻率增大、导电性变差、耐氧化能力降低。为了消除这些孔隙,获得一定密度要求的炭材料,需要经过多次浸渍/炭化工艺,势必耗费大量的时间、物力和财力。如果提高煤沥青的残炭率和高温流变等性能,则能减少浸渍/炭化次数,降低炭材料的制造成本。为此,有必要对煤沥青进行改性。 本文简要介绍了煤沥青的性质、组成及其种类,概述了改性煤沥青的制备方法及近几年来国内外改性煤沥青的发展状况,并对其机理进行了探讨。 1 煤沥青 1.1 煤沥青的性质 煤沥青,全称煤焦油沥青(Coal t ar pit ch,CT P),是煤焦油蒸馏提取馏分(如轻油、酚油、萘油、洗油和蒽油等)后的残留物。煤焦油是生产炼铁用冶金焦或生产民用煤气时作为煤高温干馏的副产物得到的。煤沥青是煤焦油加工过程中分离出的大宗产品,随蒸馏条件的不同,其产率一般为50%~60%。煤沥青常温下为黑色固体,无固定的熔点,呈玻璃相,受热后软化继而熔化,密度为1.25~ 1.35g/cm 3。煤沥青具有稳定的性能,在炼钢、炼铝、耐火材料、炭素工业、筑路及建材等行业有着广泛的应用。 1.2 煤沥青的组成 煤沥青的组成极为复杂,是多种组成的共熔混合物。已查明的化合物有70余种,大多数为三环以上的多环芳烃,还含有O 、N 、S 等元素的杂环化合物和少量高分子炭素物质。这些化合物中,约1/2带有基团,有甲基、羰基、酚羟基、亚氨基、巯基和苯基等。沥青组成既与炼焦煤性质及其杂原子含量有关,又受到炼焦工艺制度和煤焦油蒸馏条件的影响[5]。与其它物质相比,煤沥青具有资源丰富、价格低廉、含碳量高、流动性好、易石墨化等优点,因此,煤沥青常常用来作为炭材料的基体前驱体。 鉴于煤沥青化学组成的复杂性,常用溶剂组分分析法来 表征它的特性[5] ,即将煤沥青分离为若干具有相似化学、物
沥青的应用现状和发展趋势
改性沥青改性机理及其应用 与水泥混凝土路面相比，沥青混合料路面以其优良的性能在公路修筑中获得了广泛的应用，特别是在高等级路面中更足以沥青混合料路面为主。纵观沥青路面的发展历程，改性沥青得到了广泛的应用，而且这也是沥青混合料发展的必然趋势。 一．改性沥青的改性机理 普通道路沥青因其冬季易变硬发脆，夏季易变软流淌，其温度敏感性大，热稳定性和低温抗裂性差等缺点，易引起沥青路面严重车辙、拥包和开裂等破坏。在自然环境因素影响下，沥青路面老化严重、疲劳耐久性欠佳，导致其路用品质和使用年限很难达到预期的设计目标。研究表明，SBS是苯乙烯与丁二烯单体以丁基锂为引发剂，采用溶液聚合方法，制成的苯乙烯和丁二烯嵌段共聚物，在它的分子结构上具有软端和硬端，所以SBS兼有橡胶和塑料两种性能。物理共混——SBS微粒受到沥青组分中油分的作用发生溶胀而均匀分散在沥青中，SBS与沥青之间没有发生化学作用，只是一种分子间作用力；化学改性——加入添加剂使沥青和SBS之间发生加成、交联或接枝等化学反应，形成较强的共价键或离子键，改善沥青的化学性质。提出化学改性是提高SBS改性沥青路用性能的重要手段。SBS改性的优越性突出表现在具有双向改性作川，也就是使沥青软化点大幅度提高的同时，又使低温延度明显增加，感温性得到很大改善，而且弹性：恢复率特别大。所以理论上能极大地提高沥青混合料的整体性能。并且，根据改性沥青混合料的试验，车辙试验的动稳定度，冻融劈裂试验等指标也得出了SBS能大幅度提高沥青混合料性能的结果由于SBS改性沥青体现出其他改性剂无可比拟的优点，在将来较长的一段时间内国内改性沥青的发展方向应该以SBS作为主要方向。尤其是现在，SBS的价格比以前有了大幅度的降低，技术也已经成熟，非常有利于在国内广泛推广应用。 二．改性沥青的应用现状： 1．国内外SBS改性沥青的发展情况 （1）．发达国家SBS改性沥青在道路建设中的应用情况 SBS产品工业化生产始于20世纪60年代。1963年美国Philips石油公司首次用偶联法生产出线型SBS 共聚物，商品名Solprene。1965年美国Shell公司采用负离子聚合技术以三步顺序加料法开发出同类产品并实现工业化生产，商品名Kraton D。1967年荷兰Philips公司开发出星型SBS产品，1972年美国Shell 公司又开发出SBS的加氢产品（SEBS）。1980年，Firestone公司推出商品名为Streom的SBS产品，该产品的苯乙烯结合量为43%，产品有较高的熔融指数，主要用于塑料改性和热熔粘合剂。随后，日本的旭化成公司、意大利的Anic公司、比利时的Petrochim公司等出相继开发出SBS产品。目前世界上有美国、意大利、中国、中国台湾、比利时、法国、德国、日本、韩国等约12个国家和地区生产SBS产品。 北美和欧洲，SBS的最大应用领域是沥青改性，其次是粘合剂和鞋类。日本SBS主要用于聚合物改性和沥青改性。这些国家在公路建设中使用SBS进行沥青改性占SBS消费量的比例如下表。 消费领域北美西欧日本 沥青改性25% 44% 26% (2)．国内SBS改性沥青发展情况 我国从20世纪70年代中期开始对SBS进行研究开发，北京燕山石油化工公司研究院、兰州石油化工公司研究院、北京化工研究院、轻工业部制鞋所等单位均对SBS产品科研开发做了大量的工作。1984年4月燕山石化公司研究院千吨级SBS中试生产技术获得成功，随后又开发出万吨级成套工业技术。 1989年湖南岳阳巴陵石油化工公司合成橡胶厂采用燕山石化公司研究院的技术，建成国内第一套1万吨/年SBS生产装置，并于1990年全面投产，结束了我国SBS产品长期完全依赖进口的局面。1996年底，岳阳石油化工总厂将SBS装置生产能力扩建至3万吨/年，1998年又将装置生产能力扩建至5万吨/年。近年随着国内SBS市场的迅速扩大，2001年又再次将装置能力扩大到10万吨/年。北京燕山石化公
SBS改性沥青机理研究进展
S BS改性沥青机理研究进展 李双瑞,林 青,董声雄 (福州大学化学化工学院,福州 350002) 摘要:介绍了沥青的特性、苯乙烯2丁二烯2苯乙烯三嵌段共聚物(S BS)的性能,分析了S BS与基质沥青之间 的溶胀性和相容性问题,着重论述了S BS改性沥青机理的研究进展,指出机理主要分为物理共混和化学改性两 类:物理共混———S BS微粒受到沥青组分中油分的作用发生溶胀而均匀分散在沥青中,S BS与沥青之间没有发 生化学作用,只是一种分子间作用力;化学改性———加入添加剂使沥青和S BS之间发生加成、交联或接枝等化 学反应,形成较强的共价键或离子键,改善沥青的化学性质。提出化学改性是提高S BS改性沥青路用性能的重 要手段。 关键词:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物;S BS改性沥青;改性机理 采用聚合物对道路沥青进行改性是提高和改善沥青混合料路用性能的一种重要措施[1～6]。近年来,在聚合物改性材料中,苯乙烯2丁二烯2苯乙烯三嵌段共聚物(S BS)以其优异的性能,成为世界上使用最为广泛的沥青改性剂[7～12]。对S BS改性沥青路用性能的研究[13～17]表明:采用S BS对沥青改性后,改性沥青的低温柔性和高温性能明显提高,温度敏感性大大降低。关于S BS改性沥青的机理,国内外科技人员进行了大量的研究,但并没有形成统一的理论。本文根据国内外相关文献,介绍了沥青和S BS的性能以及S BS在沥青中的溶胀性和相容性问题,着重论述了S BS改性沥青机理的研究进展。 1 沥青的特性 沥青是由多种化学成分极其复杂的烃类所组成。这些烃类为一些带有不同长短侧链的高度缩合的环烷烃和芳香烃,以及这些烃类的非金属元素衍生物[18]。按生产来源划分,沥青主要可分为地沥青(包括天然沥青与石油沥青)、焦油沥青、煤沥青、页岩沥青等。道路中各国目前生产和最常用的是石油沥青。石油沥青是原油加工的重质产品[19]。石油沥青的组分极为复杂,通常用溶剂将沥青通过色层分析法分成饱和分、芳香分、胶质和沥青质四个组分[18]。Hubbard2Stanfield法将沥青划分为油分、树脂和沥青质3个组分[19]。 油分是石油沥青中最轻的馏分,含量在45%～60%。油分是石油沥青可以流动的主要原因,其含量越多,软化点越低,粘度越小,使沥青具有柔软性和抗裂性。树脂的含量在15%～30%。树脂的存在使石油沥青有一定的可塑性、可流动性和粘结性,直接决定着石油沥青的延伸度和粘结力。沥青质是固体无定形物质,含量在5%～30%。沥青质是高分子化合物,它是石油沥青中分子量最高的组分,决定着石油沥青的塑性状态界限、自固态变为液态的程度、粘滞性、温度稳定性、硬度和软化点。此外,石油沥青中还含有一定数量的沥青酸、沥青酸酐、碳化物和似碳物。 沥青的主要结构为胶体结构,即以沥青质为核,表面层被树脂浸润包裹,而树脂又溶于油分中,形成沥青胶团,无数胶团彼此通过油质结合成胶体结构。当沥青中沥青质含量适当,并有较多的树脂作为保护物质时,它所组成的胶团之间有一定的吸引力,这种结构称之为溶胶-凝胶结构。大多数优质的路用沥青都属于这种胶体结构,具有粘弹性和触变性。当沥青质含量较高时,胶粒相互缠结,粘度大、塑性小、 基金项目:中法先进科技合作项目(PRAMX02208); 作者简介:李双瑞(1977-),女,河南南阳人,博士研究生,从事沥青材料改性的研究; 联系人,E2mail:sxdong2004@https://www.wendangku.net/doc/153404038.html,.
环氧沥青综述.
环氧沥青的发展及其运用 摘要：环氧沥青是一种新型改性沥青，它的热固性赋予沥青以优良的物理、力学性能。用环氧沥青拌制的沥青混合料，具有强度高、韧性好、优良的抗疲劳性能、温度稳定性、耐腐蚀性能。 本文主要讲述环氧沥青的发展历史、制备工艺、基本性能，以及环氧沥青混合料在路面铺装的使用状况。 关键词：环氧沥青；耐疲劳性；耐久性能；沥青混合料 The development and application of apoxy asphalt ABSTRACT :Epoxy resin asphalt is a new of modified asphalt. Thermosetting gives asphalt good physical and mechanical property. epoxy resin asphalt mixture have high strength, toughness, good fatigue resistance, temperature stability, corrosion resistance. This paper mainly tell that the development of epoxy resin asphalt and the method of preparation, basic properties, and the application in pavement. Key words: epoxy resin asphalt; fatigue property; durability; asphalt mixture 1前言 1.1 道路沥青发展概述 随着我国改革开放和国民经济的迅速发展，需要大规模的修建高等级公路。沥青路面是在柔性基层、半刚性基层上，铺筑一定厚度的沥青混合料作面层的路面结构。这种路面与砂石路面相比，其强度和稳定性都大大提高，与水泥混凝土路面相比，沥青路面表面平整无接缝，行车振动小，噪音低，开放交通快，养护简便，适宜于路面分期修建，是我国路面的重要结构形式[1,2]。 沥青具有黏性和弹性，其表现为流动性和抗流动性。低温下，弹性占主导地位，沥青表现出抗流动性；高温下，黏性占主导地位，沥青易流动[3]。现代高等级公路的交通的特点是：交通密度大、车辆轴载重、荷载作用间歇短，以及高速和渠化，导致用沥青铺设的路面，在冬天寒冷季节，易出现温缩裂缝，在夏天高温季节，重载荷作用下易出现车辙，这主要是由于沥青在低温条件下脆性大、柔韧性差，而在高温条件下抗拉强度较低。 为此人们开始使对沥青进行改性以提高其性能。所谓改性沥青，也包括改性沥青混合料是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外
煤沥青多环芳烃脱除研究
第19卷第4期2013年12月 Vol.19No.4Dec.2013 烟台职业学院学报 Journal of Yantai Vocational College 煤沥青全称为煤焦油沥青，是煤高温干馏得到的煤焦油经蒸馏并提取轻馏分（如轻油、酚油、萘油、洗油和蒽油等）后的残留物。煤沥青的组成极为复杂，据统计，煤焦油中含有上万种有机化合物。由于煤沥青中含有对人体和环境有危害的以苯并［ａ］芘（ＢａＰ）为代表多环芳烃类（ＰＡＨｓ）物质强致癌性物质，这大大限制了煤沥青的应用。因此，对煤沥青进行多环芳烃脱除研究意义重大。 １煤沥青的毒性 煤焦油沥青含有苯并［ａ］蒽、苯并［ａ］芘等多种多 环芳烃类物质（表１），它经呼吸道吸入和经皮肤接 触渗透，进入人体后影响人体代谢，进而轻则引起各种皮炎、痤疮，重则产生肿瘤，国际癌症研究中心（ＩＡＲＣ）已确认煤沥青中含有的多种多环芳烃物质为致癌物；近来的研究表明，沥青所含有的吖啶、蒽等感光物，接触皮肤后使皮肤对光线过敏（尤其是紫外线）而发生日光性皮炎，严重时则引起皮肤癌，这种光致毒效应很可能是煤沥青最致命的威胁。与煤焦油接触人员，在工作中首先一定要采用积极的预 防措施避免或尽量减少这些多环芳烃类物质进入体内。科技工作者应该积极从机理上弄清楚煤沥青的致病机理，进一步有针对性的对煤沥青做出一些改性，尽可能的降低它的毒性，以最终实现煤沥青的环境友好，并为煤沥青的广泛应用提供参考。 表１煤沥青中几种常见的多环芳烃类致癌化合物中文名称英文名称结构式 萘ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ甲基萘ｍｅｔｈｙｌｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ苊ａｃｅｎａｐｈｔｈｅｎｅ苊烯 ａｃｅｎａｐｈｔｈｙｌｅｎｅ 煤沥青多环芳烃脱除研究 高天秀 （大同煤炭职业技术学院，山西 大同０３７００３） 收稿日期：2013-10-02 作者简介：高天秀（１９８２－）女，山西大同人，大同煤炭职业技术学院助教，工程硕士． 摘要：本文综述了煤沥青脱除多环芳烃类致癌化合物的研究进展。物理方法只能用在煤的干馏、炭素工业或者其它无法避免煤沥青的场合，对现场的工作人员进行有限的保护。而通过化学改性的办法，则可以低成本、高效率且较为彻底的脱除煤沥青中的大部分（超过７５％）的多环芳烃致癌化合物，这将为煤沥青的进一 步应用提供安全保障。显然，化学改性法是未来煤沥青脱毒的发展方向。从机理上看，主要是加入各种脱除剂，在较高的反应温度下，使之与有毒的多环芳烃类化合物发生各种化学反应，如加成、取代、加聚等，以改变这些有毒分子的结构，从而从根本上降低其毒性。值得注意的是，目前尚没有采用缔合机理的反应脱除剂，而π－π电荷转移缔合正是这些小分子化合物更有可能发生的反应。关键词：煤沥青；改性；多环芳烃中图分类号：TQ522.64 文献标识码：B 文章编号：1673-5382（2013）04-0081-03 81··
乳化沥青的发展趋势
乳化沥青的发展趋势 土木与建筑学院隧道与地下工程1002班吴辉学号201008020210 材料是科学与工业技术发展的基础,一种新材料的出现 ,能为社会物质文明带来巨大的变化。材料科学已当之无愧地成为当代科学技术的三大支柱之一 ,是当今世界的带头学科之一。在道路工程中,随着科学技术的发展以及为适应社会的需要 ,乳化沥青也得到了较快地发展。 一、乳化沥青 乳化沥青是指石油沥青与水在乳化剂、稳定剂等的作用下经乳化加工制得的均匀的沥青产品，也称沥青乳液。 将粘稠沥青加热至流态 ,再经高速离心运动、搅拌及剪切等机械作用，而使细小微粒分散在有乳化剂—稳定剂的水中，并形成均匀稳定的 分散系。 乳化沥青在道路建筑使用过程中具有可冷态施工、节约能源、节省沥青用量、改善施工条件、环境友好、无毒副作用等优点。 根据乳化剂的亲水基在水中是否电离，乳化剂可以分为离子型和非离子型两大类。离子型乳化剂按照离子的电性，又可以分为阳离子型、 阴离子型和两性离子型。相应地，乳化沥青也可分为阳离子乳化沥青、 阴离子乳化沥青和非离子乳化沥青等。 二、改性乳化沥青的种类 1.SBS类改性沥青 SBS 是一种热塑性弹性体,它是由苯乙烯和丁二烯组成的双嵌段共聚物。它具有弹性较高、高温不软化、低温不发脆等特性,这些都决定 了它用途的广泛性。根据苯乙烯和丁二烯所含比例的不同和分子结构的 差异,可以分为线型和星型2 种。 2.SBR类改性沥青 丁苯橡胶（SBR）是道路实际工程中另外一种使用较为普遍的改性剂,它能显著提高沥青的低温变形能力,改善沥青的温度敏感性和粘弹 性。 3.EVA、PE类改性沥青 EVA 是乙烯- 醋酸乙烯脂共聚物的缩写。它在常温下呈透明颗粒状,有轻微醋酸味,是一种无定形结构的热塑性树脂。EVA 有助于改善沥 青混合料的低温施工性能。EVA 改性沥青在较冷气候条件下施工时,应特 别注意施工过程中的混合料温度。混合料温度下降太低则压实很难进行, 路面质量得不到保证。 PE 是聚乙烯的缩写,它对沥青的选择性较大, 与沥青不能很好地相