[工程科技]sbs改性沥青老化及再生技术-黄晓明.ppt

沥青路面再生技术的发展趋势- SBS改性沥青的老化及再生技术,Xiaoming Huang 黄晓明 School of Transportation Southeast University, Nanjing, China huangxm@,主要内容,1. 背景 2. 普通沥青的老化特性 3. SBS改性沥青的老化特性 4. 再生剂的研发 5. 结论,,1. 背景,截止2009年底，我国公路里程： 全长约 38,608,000 km 高速公路65,100km 一级公路59,500km,1. 背景,路面类型,1. 背景,沥青层厚度=16-20cm,沥青层厚度=20-22cm,沥青层厚度=28-30cm,沥青层厚度=28-30cm,1. 背景,路面结构常用沥青混合料类型包括SMA，OGFC，密级配沥青混合料，沥青稳定基层和沥青稳定排水基层1. 背景,SBS改性沥青在上面层的使用率约为80%，而中面层的使用率也占了30%左右，由此可见，SBS改性沥青路面得到了普遍应用1. 背景,部分改性沥青路面出现破坏，沥青路面再生是大势所趋网裂,车辙,1. 背景,我国公路的特点： 我国路面结构大部分属于半刚性基层； 道路超载、重载严重，路面结构出现结构性损坏。

半刚性基层和沥青面层均有重复利用的价值； 当沥青路面使用能能降低到一定程度时必须进行旧路改造，再生利用是其中的一种有效途径1. 背景,沥青路面设计与使用－使用年限－2006年规范,,我国沥青路面的破坏特征与设计实践表明：沥青路面的结构性养护改造必须引起大家的重视，而结构性养护改造过程中材料再生利用和合理的结构组合十分重要1. 背景,沥青路面再生技术适用于处理半刚性基层沥青路面的早期破坏 常见沥青路面再生技术: 就地热再生技术 厂拌热再生技术 就地冷再生技术 厂拌冷再生技术 沥青路面再生是其老化的“逆过程”，沥青的老化特性是其再生技术的基础，因此有必要对沥青老化特性进行深入探讨1. 背景,再生利用的必然性和必要性： 按照沥青的设计寿命（10~15年），我国在上世纪90年代陆续建成的公路已进入大修、中修期； 从现在起，每年有12%的沥青路面需要翻修，旧沥青废弃量将达到每年220万吨之巨； 如能加以利用，每年可节省材料费3.5亿元人民币，而这个数字将以每年15%的速度增长 10年以后，沥青路面的大修、中修产生的旧沥青混合料将达到1000万吨，届时通过再生利用每年可节约材料费15亿元薄层再生处理,厚层再生处理,,,,,,,,,表面病害,结构整体病害,,,,,,,,,,,,,1. 背景,1. 背景,两种热再生设备,1. 背景,沥青路面再生利用规范进展 1966年，前苏联出版《沥青混凝土废料再生利用技术》； 1981年，美国出版《路面废料再生指南》 1981年，德国出版《热拌再生沥青混凝土施工规范》 1983年，英国出版《热拌沥青混凝土基本规范》 1984年，日本出版《路面废料再生利用技术指南》 1997年，澳大利亚出版《沥青混凝土路面再生指南》,1. 背景,2007年，中国制定《沥青路面再生应用技术规范》； 2007年12月，东南大学负责编写了《就地热再生技术指南》。

2. 普通沥青的老化特性,老化因素：温度、氧气、紫外线、水分、空气流速 老化时间：TFOT短期老化、PAV长期老化（5~20h）、紫外线加速老化（720~2880h） 老化指标：常规指标、SHRP指标、组分分析,2. 普通沥青的老化特性,普通沥青老化的常规表现为变硬、变脆,2. 普通沥青的老化特性,水和空气流速具有明显的加速老化作用,2. 普通沥青的老化特性,紫外线是引起沥青老化的重要原因,2. 普通沥青的老化特性,紫外线是引起沥青老化的重要原因,2. 普通沥青的老化特性,造成沥青老化的根本原因是其组分的变化,沥青的老化过程即是轻质组分的减少和沥青质的增加过程3. SBS改性沥青老化特性,SBS改性沥青和普通沥青的宏观试验比较,SBS改性沥青的老化规律与基质沥青基本相同，即主要表现为沥青胶结料的粘度增加和变形能力的下降现有的沥青胶结料常规指标侧重于评价沥青材料的宏观路用性能，因此难以细致区分改性沥青中的沥青相和SBS两种材料的各自老化特性引入微观方法分析SBS改性沥青的老化特性,3. SBS改性沥青老化特性,主要采用的微观分析方法介绍 傅里叶红外光谱分析：鉴定沥青的原子化合物及聚合物中特征官能团 ，判别老化前后沥青中特征官能团的变化情况；测定聚合物改性沥青中聚合物含量。

凝胶渗透色谱分析：得到改性沥青分子量的连续分布，从老化前后分子量变化情况，进行SBS改性沥青老化的定量评价3. SBS改性沥青老化特性,傅里叶红外光谱仪,3. SBS改性沥青老化特性,凝胶渗透色谱仪,3. SBS改性沥青老化特性,SBS改性剂的介绍,SBS改性剂全称聚苯乙烯（S）-丁二烯（B）嵌段共聚物，化学式为：,,,苯乙烯,,,丁二烯,苯乙烯,,,丁二烯中C=C键不稳定，在老化过程中，易发生断裂SBS改性剂中S段主要改善沥青基体的高温稳定，B段主要改善沥青的低温抗裂性能SBS改性沥青的老化不仅包括沥青基体的老化，还包括SBS改性剂的老化改性沥青不仅包括了基质沥青的所有特征峰，而且还在指纹区966cm-1、723cm-1处存在特征峰推断966cm-1处谱峰为丁二烯中C=C键所对应的特征峰，700cm-1处为苯乙烯所对应的特征峰SBS改性沥青的红外光谱分析,,3. SBS改性沥青老化特性,沥青在老化过程中主要发生了吸氧反应，1650-1700cm-1处产生的C=O键为沥青组分中不饱和碳链吸氧所致，1030cm-1处对应的亚砜基为沥青中的硫元素吸氧产生根据Lambert Beer定律可知，官能团的吸收峰大小可以表征该基团的含量，因此也能借此对SBS改性沥青的老化程度进行定量分析。

SBS改性沥青老化的红外光谱分析,3. SBS改性沥青老化特性,将上述各沥青样的透射谱转化为吸收谱，并通过积分计算羰基、亚砜基、丁二烯中C=C键以及饱和C-H键的吸收峰面积，同时引入羰基指数(CI)、亚砜指数(SI)、B链指数(BI):,BI指数减少，说明SBS中丁二烯的C=C键含量不断减小，即丁二烯段含量逐渐减小，改性剂对沥青低温性能的改性效果显著下降随着老化程度的增加，CI、SI上升，而BI指数却在减少羰基的产生伴随着整个老化过程，沥青中的不饱和碳原子在氧气的作用下发生吸氧反应，产生C=O键；而亚砜的产生则集中于短期老化阶段，这说明硫原子比碳原子具有更强的夺氧能力,3. SBS改性沥青老化特性,SBS改性沥青的凝胶渗透色谱分析,改性沥青的GPC图谱明显存在双峰 根据凝胶渗透色谱的原理，最先淋出的应为SBS高分子物质，后淋出的为沥青中的小分子物质数均分子量往往反映小分子物质的变化趋势 重均分子量则反映大分子的变化情况Mw,Mn,,,,,SBS改性沥青老化的凝胶渗透色谱分析,数均分子量在不断增加即小分子物质在不断向大分子靠拢，而重均分子量在不断减小，说明高分子物质的分子量有变小的趋势这也证明了SBS改性沥青老化过程中部分轻质油分等小分子不断挥发，沥青质增加，SBS高分子则发生降解，生成小分子物质。

分散度,3. SBS改性沥青老化特性,,,,,,,,SBS改性沥青老化过程中SBS改性剂的分子量减小趋势明显 ，即SBS高分子在老化过程中发生了明显的降解，从分散度角度分析，SBS高分子在改性沥青老化过程中分散度在变大，即SBS高分子不仅发生了降解，也有部分了交联反应 取16~22ml段为SBS相分子量分布，单独计算,3. SBS改性沥青老化特性,SBS本身的抗老化性能远低于沥青本身,《公路沥青路面施工技术规范》中对基质沥青在老化过程中允许的质量变化的上限为0.8%,,,3. SBS改性沥青老化特性,SBS的隔氧老化表明，隔氧老化1h的SBS分子中丁二烯中C=C键的含量约为原样的97.3%，表明引起老化的主要因素是氧气SBS隔氧老化1h,SBS改性剂的隔氧老化,SBS改性剂隔氧老化1h,SBS隔氧老化1h的红外光谱,3. SBS改性沥青老化特性,,,红外光谱微观分析,SBS改性剂与沥青基体相互作用特性,,,,,沥青基体对SBS的保护作用,测力延度试验分析,,,表征断裂能,4. 再生剂的研发,再生剂研发的初始思想 将老化沥青和原沥青的组分进行比较后，向老化沥青中加入所缺少的那部分组分，使组分重新协调 ，从而恢复其原有性能。

然而，沥青化学结构的复杂性使得企图以化学组分为指标来控制老化沥青再生是不现实的 提出以沥青路用性能恢复为控制指标的再生剂研发,4. 再生剂的研发,研发思路,4. 再生剂的研发,再生剂的研发,,再生组分的优选,渗透组分的优选,改性组分的优选,抗剥落组分的优选,,选取多种不同再生组分，通过对不同老化程度的改性沥青再生效果进行优选控制渗透组分闪点，选择渗透性强的渗透组分提高再生路面的抗低温开裂和抗高温车辙的性能提高再生路面的抗水损害性能，抗剥落剂种类为AS-P，掺量约占老化沥青的0.4%4. 再生剂的研发,工艺流程,4. 再生剂的研发,改性再生剂的基本性能,4. 再生剂的研发,,4. 再生剂的研发,再生沥青低温劈裂性能,,4. 再生剂的研发,再生沥青再度老化后的5℃延度,,,,3#和C#再生剂扩散性能比较,5. 结论,Ⅰ. 普通沥青老化的常规表现为变硬、变脆，空气流量、水、温度、氧气和紫外线为其老化的影响因素沥青的组分迁移是其老化的根本原因 Ⅱ. SBS改性沥青老化的宏观特性与普通沥青类似，即为胶结料的粘度增加和变形能力下降 Ⅲ. SBS改性沥青在老化过程中主要发生吸氧反应，产生C=O和S=O键，并伴随着丁二烯中C=C键含量的下降。

5. 结论,Ⅳ. SBS改性沥青老化过程中，SBS改性剂的分子量不断下降，SBS发生了降解反应，其丁二烯中的C=C键发生了断裂 Ⅴ. SBS改性剂的抗老化性远低于沥青SBS改性沥青老化过程中，沥青基体对SBS改性剂起到了保护作用 Ⅵ. 以恢复沥青路用性能为控制指标，通过组分优选，采用材料复配工艺，研发出了性能优异的再生剂Beautiful Southeast University and Nanjing,Thanks！ Welcome to Nanjing and SEU,,,,,。