CN107325570A - Sbs改性沥青基水泥路面嵌缝料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种SBS改性沥青基水泥路面嵌缝料制备方法，属于水泥路面材料技术领域，解决当前沥青基嵌缝料力学指标不明确，难以满足热氧老化、紫外线老化、接缝宽度伸缩变化等路用性能的要求、易产生开裂、挤出、脱落等问题。本发明首先通过在沥青基嵌缝料中添加适量的SBS改性剂及各种外加剂进行改性；再利用差示扫描量热仪、傅里叶红外光谱仪等分析SBS改性剂对沥青基嵌缝料微观性能影响；最后根据现行规范中对水泥路面接缝材料路用性能的要求，对SBS改性沥青基嵌缝料进行路用性能试验，对SBS掺量及各种外加剂进行优化，确定其最佳掺量。本发明制备方法可使制备的SBS改性沥青基嵌缝料更好地适应水泥路面的路用性能要求，改善嵌缝料的受力状态和耐久性。

Description

SBS改性沥青基水泥路面嵌缝料的制备方法

技术领域

本发明是一种采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)改性水泥路面沥青基嵌缝料的制备方法，属于水泥路面材料技术领域。

背景技术

近年来，我国公路建设进入到最具活力和发展速度最快的阶段，水泥路面作为一种主要的路面结构形式，已经广泛应用于公路和城市道路之中。但许多水泥路面在使用年限不久就易出现较大病害，且这些病害往往发生在接缝位置。接缝作为水泥路面结构中的最薄弱环节之一，其设置目的主要是为了适应温度变化等原因而引起路面板变形。在水泥路面中，接缝的破坏是荷载传递损失的主要原因，并易对路面基层产生水损坏。因此，在水泥路面中设置接缝对于提高水泥路面结构的平顺性、密水性和完整性具有重要的意义。

但是，嵌缝料的失效将导致接缝的破坏，并严重影响水泥路面的整体性、平整性和行车舒适性。因此，对于嵌缝材料的选择较为关键，需考虑多种影响因素，嵌缝料的优劣也直接影响到水泥路面的使用寿命。具有耐久性、粘结性、耐候性和弹性的嵌缝料应用到水泥路面接缝中时，往往能达到密封防水、减少污染的效果。当嵌缝料的性能较差时，会导致在嵌缝料处发生老化破损，产生嵌缝材料的外溢，接缝渗水和杂质嵌入等危害，进而导致水泥路面在接缝处发生错台、唧泥、脱空等破坏。

目前，使用较多的沥青基水泥路面嵌缝料大多粘附强度较低，高温稳定性较差，且在低温下易脆裂，导致水泥路面接缝处的密封效果差，从而限制嵌缝料的推广和应用。为确保嵌缝料在环境和受力条件复杂工况下能更好的发挥密封功效，延长嵌缝料的使用寿命，满足水泥路面的使用和发展要求，对沥青基嵌缝料的使用性能提出更高的要求。

当前我国水泥路面主要使用沥青基嵌缝料，并往往在主要成分沥青中添加橡胶或树脂，以便提高其粘结性能。该类材料的突出优点为价格低廉，材料易取。但其存在耐候性能较差、易老化变硬、污染严重、美观欠佳等缺点。尽管如此，由于具有较好的防水性能和较低的成本，沥青基嵌缝材料仍得到普遍应用。且在众多聚合物改性剂中，SBS改性剂在国内外的应用较为，具有优良性能，但很少有人通过微观表征手段来揭示SBS改性沥青基嵌缝料的改性机理。因此，采用SBS对水泥路面沥青基嵌缝料进行改性，并通过宏观和微观的试验分析对制备得到的SBS改性沥青基嵌缝料进行表征，以使其满足水泥路面路用性能的要求，解决当前由水泥路面嵌缝料的破坏所产生的诸多问题，具有重要的现实意义。

国内外专家学者使用SBS对沥青基嵌缝料进行改性，令嵌缝料的性能得到改善。当SBS改性剂添加到沥青基嵌缝料中，会吸收沥青中的轻质组分并发生膨胀，形成相互交联的网格结构，使该网格具有塑性、弹性及延展性。而SBS改性剂对沥青基嵌缝料的改性，与其掺入剂量有着密切相关的联系。当掺入剂量较低时，轻质组分能将SBS进行充分溶胀，导致SBS颗粒间间隙较大，不能形成有效的网格结构，使沥青基嵌缝料的性能不能明显改善；随着掺入剂量的不断增加，SBS中的分子链会通过界面层相互连接，在沥青基嵌缝料中形成分散体系，并逐渐形成更为完善的空间网格结构，与沥青形成两相连续互穿体系，从而使SBS改性剂的改性效果增强。

国内研究者在分析研究中分别不同SBS掺量进行对比实验，研究结果表明，随着SBS改性剂的加入可以使沥青基嵌缝料的性能大幅度提高。当SBS改性剂掺入到沥青中时，沥青的软化点、延度和弹性恢复率都在不断增加且改善性能明显，但当改性剂掺入剂量过大时反而会使沥青性能的改善效果延缓，影响其使用的经济性。因此，考虑经济性和改性剂改善性能的双重效益，确定合理的SBS改性剂的最佳添加量，使改性沥青基嵌缝料的性能得到最佳改善，从而提高水泥路面的使用性能，延长其使用寿命，为确定优化改性沥青基嵌缝料的研发制备方案和可行性提供理论依据。

综上所述，目前水泥路面采用的嵌缝料使用寿命较短，耐久性较差，易发生开裂、挤出、脱落等损坏问题。本发明作为一种使用SBS改性剂来改性水泥路面沥青基嵌缝料的制备方法，在沥青基嵌缝料中添加适量的SBS改性剂，对嵌缝料进行优化改性，预测出各因素影响下SBS改性剂的最佳掺量，使SBS改性沥青基嵌缝料更好适应水泥路面的使用要求，对于延长嵌缝料的使用寿命，提高其密封效果，改善水泥路面嵌缝料的耐久性具有重要的现实意义。

发明内容

(1)技术问题

本发明目的是提供一种SBS改性沥青基水泥路面嵌缝料制备方法，该方法在沥青基嵌缝料中添加适量SBS改性剂对其进行优化改性，解决当前沥青基嵌缝料力学指标不明确，难以满足热氧老化、紫外线老化、接缝宽度伸缩变化等路用性能的要求、易产生开裂、挤出、脱落等问题，为提高嵌缝料的耐久性和密封效果提供依据。

(2)技术方案

为确保嵌缝料在复杂受力条件及环境下能有效发密封防水作用，对嵌缝料的使用性能提出更高的要求，应对已有沥青基嵌缝料进行改性。本发明首先在沥青基嵌缝料中添加SBS改性剂，并加入增粘剂、相容剂、抗老化剂、分散剂、填料等外加剂，对SBS改性沥青基嵌缝料进行优化改性；然后利用差示扫描量热仪、傅里叶红外光谱分析仪、场发射扫描电子显微镜、能谱分析仪等表征方法分析SBS改性剂对沥青基嵌缝料微观性能的影响；最后根据现行规范中对水泥混凝土路面接缝材料路用性能的要求，对SBS改性沥青基嵌缝料进行路用性能和力学性能试验，模拟实际的水泥路面嵌缝料受力环境，对SBS改性沥青基嵌缝料路用性能实际效果进行测试，并对SBS改性剂掺量进行目标优化，从而预测出各因素影响下SBS改性剂掺量的最佳取值范围，对提高嵌缝料的密封效果，为改善水泥路面嵌缝料的耐久性提供科学的科学依据。

(3)有益效果

近年来，随着我国公路事业的迅猛发展，我国水泥路面已由建设为主，转变为建设和养护并重的阶段，对于水泥路面嵌缝料的研究已经日益受到关注。水泥路面嵌缝料在行车荷载和自然环境作用下容易出现开裂、挤出、脱落等损坏类型，进而导致水泥路面在接缝处易发生错台、唧泥、脱空等破坏，并严重影响到水泥路面的整体性、平整性和行车舒适性。本发明提供了一种采用SBS改性剂对沥青基水泥路面嵌缝料进行改性的制备方法，通过比较和分析SBS改性剂对沥青基嵌缝料微观和宏观性能的变化和影响，令制备出的SBS改性沥青基嵌缝料能更好适应水泥路面的路用性能要求。通过对SBS改性剂的掺量进行目标优化，预测出各因素影响下SBS改性剂掺量的最佳取值范围。对于分析水泥路面嵌缝料在自然环境和行车荷载条件下产生的开裂、挤出、脱落等损坏机理，延长其使用寿命，提高水泥路面的整体性、行车舒适性和耐久性具有十分重要的现实意义。

具体实施方式

本发明提供一种SBS改性沥青基水泥路面嵌缝料制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将基质沥青放入150～160℃真空干燥箱脱水1小时，然后将基质沥青加热至200℃，逐渐加入一定量的SBS改性剂，维持基质沥青温度在180℃，并不断用玻璃棒慢速搅拌20min，使SBS改性剂和基质沥青混合均匀，再按配比例添加一定量的增粘剂、相容剂及抗老化剂，并持续搅拌20min；

(2)采用沥青高速剪切机以3000r/min转速剪切40min，再用玻璃棒搅拌，排除气泡，将沥青放在160℃下发育30min，将改性沥青放入真空干燥箱中脱水20min，在常温下静置24小时，固化后制得SBS改性沥青基嵌缝料；

(3)使用差示扫描量热仪、傅里叶红外光谱分析仪、场发射扫描电子显微镜和能谱仪对制备的SBS改性沥青基嵌缝料相转变温度、热稳定性和相容性进行表征，分析SBS改性剂对沥青基嵌缝料各项性能的影响；

(4)对已制备的SBS改性沥青基嵌缝料进行高温稳定性、低温抗裂性、抗老化性能、弹性恢复和力学性能进行测试，分析SBS改性剂及各种外加剂对沥青基嵌缝料路用性能的影响；

(5)基于步骤(3)和(4)试验结果，评价所制备的SBS改性沥青基嵌缝料是否满足《公路水泥混凝土路面接缝材料(JTT 203-2014)》路用性能要求，对SBS改性剂及各种外加剂掺量进行优化，确定SBS改性剂及各种外加剂最佳掺量，完善水泥路面SBS改性沥青基嵌缝料制备方法。

Claims (1)

1.一种SBS改性沥青基水泥路面嵌缝料制备方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：

(1)将基质沥青放入150～160℃真空干燥箱脱水1小时，然后将基质沥青加热至200℃，逐渐加入一定量的SBS改性剂，维持基质沥青温度在180℃，并不断用玻璃棒慢速搅拌20min，使SBS改性剂和基质沥青充分混合，再按配比例添加一定量的增粘剂、相容剂及抗老化剂，并持续搅拌20min；

(2)采用沥青高速剪切机以3000r/min转速剪切40min，再用玻璃棒搅拌，排除气泡，将沥青放在160℃下发育30min，将改性沥青放入真空干燥箱中脱水20min，在常温下静置24小时，固化后制得SBS改性沥青基嵌缝料；

(3)使用差示扫描量热仪、傅里叶红外光谱分析仪、场发射扫描电子显微镜和能谱仪对制备的SBS改性沥青基嵌缝料相转变温度、热稳定性和相容性进行表征，分析SBS改性剂对沥青基嵌缝料各项性能的影响；

(4)对已制备的SBS改性沥青基嵌缝料进行高温稳定性、低温抗裂性、抗老化性能、弹性恢复性能和力学性能进行测试，分析SBS改性剂及各种外加剂对沥青基嵌缝料路用性能的影响；

(5)基于步骤(3)和(4)试验结果，评价所制备的SBS改性沥青基嵌缝料是否满足《公路水泥混凝土路面接缝材料(JTT 203-2014)》路用性能要求，对SBS改性剂及各种外加剂掺量进行优化，确定SBS改性剂及各种外加剂最佳掺量，完善水泥路面SBS改性沥青基嵌缝料制备方法。