SBS輻射接枝改性

及其在道路瀝青中的應(yīng)用中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所無錫市交通局無錫市高速公路建設(shè)指揮部

報(bào)告人：謝雷東

瀝青

—公路建設(shè)的重要材料之一改性瀝青—瀝青／聚合物共混改性材料提高路用性能主要用于高等級(jí)公路熱塑性彈性體SBS—

瀝青改性劑PropertiesAsphaltSBSDensity（25oC）～1.0～0.9Molecularweight～1000＞100000Viscidity（160oC）0.1—0.5＞1000AsphaltcomponentsBlocksofSBSSaturates8.5-9.8

SBS

8.6

Aromatics9.3-11.0

PB8.1-8.6

Resins

10.7-13.0

PS9.0-9.7

Asphaltenes

12.2-16.1

SBS——非極性聚合物瀝青——極性材料SolubilityparametersPropertiesSBS改性瀝青

—特殊的物理共混體系難加工能耗高效率低加工過程中老化嚴(yán)重質(zhì)量不穩(wěn)定容易離析不宜儲(chǔ)存

易老化力學(xué)性能不理想SBS改性瀝青目前存在的問題剪切分散靜置后SBS輻射改性目的接枝改性提高溶脹性和界面吸附性穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提高界面作用力和應(yīng)力傳遞效率改善力學(xué)性能消耗不穩(wěn)定雙鍵提高耐熱、耐老化性能適度交聯(lián)提高分子鏈內(nèi)聚強(qiáng)度提高耐熱、耐老化性能SBS接枝共聚物分析與表征SBS接枝共聚物性能

SBS-g-A4

抗氧化性能顯著改善

相轉(zhuǎn)變溫度升高，抗變形能力增加，溫度敏感性降低。改性瀝青性能分散穩(wěn)定性顯著改善

高剪切混合后靜置24小時(shí)對(duì)照樣SBS-g-A4/瀝青靜置1小時(shí)靜置1小時(shí)靜置24小時(shí)高剪切混合后改性瀝青流變性能Samples

TSHRP/℃Originasphalt

62.3

SBS(5%)

75.0

SBS-g-A4(4.5%)

75.0

SBS-g-A4(5%)

80.0

SBS-g-A4(5.5%)

83.4

TSHRP明顯提高，高溫性能有所改善高溫復(fù)合模量提高，損耗因子的溫度效應(yīng)下降，即：高溫彈性和溫度敏感性都有所改善中試研究單體助劑SBS預(yù)加工SBS混合料干態(tài)輻照接枝SBS獨(dú)特的固相輻射接枝方法

——工藝簡(jiǎn)便無需后處理適合工業(yè)化加工輻射加工——使用商用60Coγ輻照裝置（上海輻照中心）改性瀝青加工——使用工業(yè)設(shè)備

按常規(guī)加工工藝生產(chǎn)（不加穩(wěn)定劑）2004年6月：試加工5噸輻射改性瀝青；用于寧杭高速公路NH-YX22標(biāo)X、Y匝道（上面層）2004年11月：試加工10噸輻射改性瀝青和10噸普通改性瀝青（穩(wěn)定劑法、對(duì)比產(chǎn)品）；用于無錫環(huán)太湖公路HH21標(biāo)K19＋585～870、K19＋585～K20＋000左幅（上面層）工程檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示：產(chǎn)品主要性能指標(biāo)明顯優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并優(yōu)于對(duì)比加工的普通SBS改性瀝青及相鄰路段施工的商品改性瀝青（科茵格改性瀝青）。

無錫環(huán)太湖公路試驗(yàn)路段HH21標(biāo)

K19＋585～870、K19＋585～K20＋000左幅（上面層）中試產(chǎn)品性能（工程檢測(cè)數(shù)據(jù)）

試驗(yàn)項(xiàng)目輻射改性瀝青（小試產(chǎn)品）普通改性瀝青（對(duì)照加工產(chǎn)品）技術(shù)要求針入度（25°C，100g,5s）0.1mm636250～80延度（5°C，5cm/min）cm65.737.1≮30軟化點(diǎn)（環(huán)球法）°C66.456.2≮60TPOT后殘留物針入度比（25°C）％77.371.0≮65延度（5°C，5cm/min）cm34.920.0≮20混合料檢測(cè)結(jié)果

（工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）試驗(yàn)路段瀝青種類馬氏密度(g/cm3)理論密度(g/cm3)體積百分率（%）空隙率（%）粒料間隙率（%）飽和度（%）穩(wěn)定度(KN)流值(0.01㎝)輻射改性瀝青（中試產(chǎn)品）2.5272.62713.23.8177713.3136.8普通改性瀝青（對(duì)照產(chǎn)品）2.5172.63812.34.616.972.913.2125.8凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果（工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）

瀝青混合料（AK-13）無條件劈裂強(qiáng)度（Mpa）條件劈裂強(qiáng)度（Mpa）TSR（%）要求（%）輻射改性瀝青（中試產(chǎn)品）1.44201.231185.4≥80普通改性瀝青（對(duì)照加工產(chǎn)品）1.36271.106181.17科茵格改性瀝青（環(huán)太湖施工）1.4161.17382.8-10℃小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果（工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）

動(dòng)穩(wěn)定度（抗車轍）試驗(yàn)結(jié)果

（工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）瀝青混合料（AK-13）最大荷載（KN）跨中撓度（mm）抗彎拉強(qiáng)度（Mpa）勁度模量（Mpa）破壞應(yīng)變（με）要求（με）輻射改性瀝青（中試產(chǎn)品）1.1290.539.223408.12775.9≥2000普通改性瀝青（對(duì)照產(chǎn)品）1.03830.438.483897.82235.1瀝青混合料（AK-13）動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm）123平均要求輻射改性瀝青（中試產(chǎn)品）8025787578357912≥2500普通改性瀝青（對(duì)照產(chǎn)品）6500630078756892科茵格改性瀝青（環(huán)太湖施工）4500572748505026試鋪段路面現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果（工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）

樁號(hào)瀝青滲水系數(shù)構(gòu)造深度馬氏壓實(shí)度理論壓實(shí)度K20+000左輻射改性瀝青（中試產(chǎn)品）00.7101.197.0K19+920左3300.898.194.3K19+820左普通改性瀝青（對(duì)照產(chǎn)品）00.7100.196.1K19+720左00.797.893.9K19+640左56.70.899.595.5K20+000右科茵格改性瀝青（環(huán)太湖施工）270.798.194.2K20+380左00.798.794.8K20+280左86.6——96.892.8K20+190右00.898.094.2K20+080左20——100.196.0K20+245右00.8100.096.0我國(guó)公路通車?yán)锍?/p>

《國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》組成：7條首都放射線、9條南北縱向線、18條東西橫向線，簡(jiǎn)稱“7918網(wǎng)”規(guī)劃時(shí)間：2005-2030年靜態(tài)投資額：２萬(wàn)億元總規(guī)模：8.5萬(wàn)公里道路建設(shè)面臨的問題瀝青路面早期損壞嚴(yán)重設(shè)計(jì)使用壽命一般為15年通常2～3年即發(fā)生功能性損壞通常3～7年即發(fā)生結(jié)構(gòu)性損壞國(guó)內(nèi)改性瀝青市場(chǎng)需求起步較晚（1992年首次引進(jìn)并取得成功）發(fā)展迅猛（1998年僅占瀝青消費(fèi)總量2.6%，2002年迅速發(fā)展到10.5%）目前年用量已超過110萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)，將突破130萬(wàn)噸。輻射改性瀝青市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力

我國(guó)道路使用壽命短、資源浪費(fèi)嚴(yán)重，質(zhì)量穩(wěn)定的高性能改性瀝青，可以降低道路全壽命使用成本。早期改性瀝青主要采用現(xiàn)場(chǎng)加工，目前傾向于集中工廠化生產(chǎn)，對(duì)改性瀝青穩(wěn)定性提出了更高要求，輻射改性瀝青解決了儲(chǔ)存穩(wěn)定性難題，特別適合工廠化生產(chǎn)。

輻射改性瀝青產(chǎn)品定位性能／價(jià)格比較改性瀝青種類動(dòng)穩(wěn)定度（／次.mm-1）改性瀝青價(jià)格1（元／噸）普通SBS改性瀝青（文獻(xiàn)數(shù)據(jù)）5028約3300TLA復(fù)合改性瀝青2（文獻(xiàn)數(shù)據(jù)）8600約6000輻射接枝改性瀝青（中試數(shù)據(jù)）7912約3500注1：2004年底前價(jià)格注２：

TLA復(fù)合改性瀝青，一種用特立尼達(dá)湖瀝青（天然瀝青）配制的澆注型改性瀝青，我國(guó)已用于江陰長(zhǎng)江大橋。產(chǎn)品成本控制普通SBS改性瀝青成本：～5500

元／噸輻射改性瀝青成本：～5635元／噸（↑2.5％）降低產(chǎn)品成本對(duì)策降低SBS摻量降低改性瀝青加工成本（改革工藝或提高加工效率）

瀝青高剪切加工～10.6

%SBS原料～17.8

%基質(zhì)瀝青～67.4%助劑及改性處理～4.2%產(chǎn)品成本構(gòu)成近期工作進(jìn)展電子加速器輻照工藝研究使用常熟電纜廠輻照中心2.5MeV電子加速器SBS片材單面輻照最佳射程為10mm（雙面輻照為22mm）SBS粒料單面輻照最佳射程約為23.5mm（雙面輻照約為51.7mm）輻照劑量低于60kGy時(shí)，凝膠含量（交聯(lián)度）沒有明顯增加電子束處理SBS改性瀝青與鈷源處理性能指標(biāo)相近改性瀝青抗老化研究

初步建立SBS及瀝青老化研究方法，嘗試由兩種組分復(fù)配的抗氧化劑，可以將SBS的起始氧化峰溫度（DSC方法)提高30～60℃，取得明顯抗老化（氧化）效果不同SBS摻量產(chǎn)品性能SBS摻量（％）軟化點(diǎn)（℃）低溫延度(cm)估算成本(元／噸）實(shí)驗(yàn)結(jié)果技術(shù)要求實(shí)驗(yàn)結(jié)果技術(shù)要求5.089.3A/B/C/D39.0B/C/D5635(↑2.5%)4.576.8A/B/C/D32.4C/D5536(↑0.7%)4.260.5A/B/C/D30.0C/D5474(↓0.5%)4.057.9A/B/C29.0D5432(↓1.2%)不同SBS摻量產(chǎn)品性能及成本（本實(shí)驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)）

SBS摻量降低至4.2%，產(chǎn)品性能仍能同時(shí)滿足較熱地區(qū)（C級(jí)）和炎熱地區(qū)（D級(jí)）要求，而產(chǎn)品成本可比普通改性瀝青降低約0.5%不同SBS摻量產(chǎn)品適用范圍5%SBS摻量：能夠同時(shí)滿足寒冷地區(qū)（B級(jí)）至炎熱地區(qū)（D級(jí)）要求，并可延伸至更高使用溫度（D級(jí)＋25℃）4.5%SBS摻量：能夠同時(shí)滿足較熱地區(qū)（C級(jí)）至炎熱地區(qū)（D級(jí)）要求，并可延伸至（D級(jí)＋15℃）使用溫度4.2%SBS摻量：能夠同時(shí)滿足較熱地區(qū)（C級(jí)）至炎熱地區(qū)（D級(jí)）要求4.0%SBS摻量：低溫性能接近C級(jí)，高溫性能接近D級(jí)，有待進(jìn)一步改進(jìn)SBS摻量性能A類地區(qū)（嚴(yán)寒）B類地區(qū)（寒冷）C類地區(qū)（較熱）D類地區(qū)（炎熱）D＋5℃D+10℃D+15℃D+20℃D+25℃5%高溫性能低溫性能4.5%高溫性能低溫性能4.2%高溫性能低溫性能4.0%高溫性能低溫性能不同加工方式產(chǎn)品性能加工方式軟化點(diǎn)（℃）低溫延度(cm)高速剪切法84.229.1低速攪拌法74.526.2加工方式軟化點(diǎn)（℃）低溫延度(cm)高速剪切法84.029