Duroflex沥青添加剂

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在沥青混合料搅拌时直接改性的新工艺提要:我国改性沥青技术虽然已经有很大的发展,但技术过于单一:SBS改性剂+胶体磨混炼工艺。这种现象局限了改性沥青的应用,更不利于废塑料、废橡胶的再生利用。本文通过对直接在搅拌缸添加改性剂的工艺及其改性机理的分析,阐述了改性材料和工艺的多样性,可以得到性能良好、价格便宜的改性沥青混合料。
关键词:沥青 改性 路面

引言:
改性沥青在我国的研究可追溯到上世纪70年代末。80年代我国不少地方修筑了试验路。当时的改性剂使用橡胶(SBR)或再生橡胶粉,改性工艺有溶剂母体法,混炼母体法以及将橡胶粉直接加到沥青中的简易方法。当时我国还不能生产SBS这类兼有橡胶和塑料双重性能的沥青改性剂,而橡胶类(SBR)改性剂的特性十分强韧,与沥青溶混非常困难,一般通过母体法的工艺。用溶剂法加工母体比较容易,但母体中的残留汽油降低了改性沥青的耐久性。因此,直到90年代初期,我国改性沥青的大规模应用一直受到沥青改性工艺的制约。
国外对改性沥青技术的研究与应用起步于上世纪60年代,但在80年代后期已经较大规模地应用于公路工程中。其中德、澳等国用PE、EVA等热融性塑料、SBS等热融性弹塑性体可通过胶体磨直接对沥青进行改性,这种方法以其简便的工艺和良好的性能赢得了各国公路界的认同。
我国首次在高速公路全线的沥青路面上使用改性沥青是1992年12-1993年3月广佛高速公路使用奥地利费尔辛格公司的技术,用PE改性沥青,铺筑了约15公里长,40毫米厚,双向四车道SMA磨耗层罩面。接着在1993年4-6月,北京机场高速公路(不少地方称为国门第一路)也使用奥地利费尔辛格公司的技术,全部铺筑了采用PE+SBS改性的沥青路面。再然后,使用PE作改性剂逐渐减少,1997年以后我国改性沥青的改性剂几乎清一色使用SBS。单一的改性剂、同样的改性工艺虽然使我国改性沥青的质量得到比较有效的控制,但也限制了其他优秀的改性材料的应用,尤其是对废塑料和废橡胶的利用。
1. 我国改性沥青推广中存在的问题
SBS改性沥青在我国的推广迅速升温,不仅在媒体上,即使在公路界,业内技术人员也都出现了一些概念上的误导:认为改性沥青就是SBS,只有SBS才是最好的沥青改性剂。这种偏颇至少掩盖了以下几方面的问题:
a.沥青改性的目的是否只需要“锦上添花”。比如要求用最好的重交沥青加入5%SBS才叫改性。而对于国产大量的含腊量高的沥青,是否应该花力气研究,通过改性来改善和提高它的路用性能,使高含腊量的国产沥青通过适当的改性也能在我国重点公路中占一席之地(如是,将可以节省大量外汇来进口优质沥青)。
b.沥青改性剂的选用是否应该多样化。SBS(苯丁苯热弹塑性体)用于沥青改性固然好,但中国国土之大,自然条件多样,对沥青性能的要求当然也应该有差异。用PE(聚乙烯)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)、APP(无规聚丙烯)等热融塑料改性剂,SBR(丁苯橡胶)为代表的橡胶类改性剂…,已经在国外有很好的路用成果,它们作为沥青的优良改性剂可以大大地扩大沥青的适用范围。同时,多样的改性剂可以让用户根据成本控制的以及性能要求的合理性,来灵活选用。实际上,我国南方使用PE改性的沥青不仅用在广佛高速公路而且在桂林机场跑道的改建上都有十分成功的实践。
c. 沥青改性剂能否使用再生原料。这是更值得提倡的。废橡胶、废塑料是有机高分子材料。再生橡胶和再生塑料,本来就是沥青的最好改性剂,与同类的新橡胶、新塑料的改性效果没有甚么差别。笔者在93年初的广佛路上,有一段路就使用了再生的PE取代新PE对沥青进行改性,十余年下来,其路用效果看不出有显著的差异。美国近年来大量使用废轮胎橡胶粉改性沥青来铺筑路面,不仅延长了路面的寿命,还赋予路面一些新的优良性能,如:富有弹性、能很好地吸音等等。我国废弃的橡胶和塑料越来越多,再生利用的前景非常广阔。
2. 在沥青混合料搅拌时直接改性的新工艺
沥青改性剂的筛选有几个因素:a.改性后沥青的性能-沥青路用性能和沥青混合料的指标;b. 改性沥青的工艺性-改性剂与基质沥青的相溶性、改性方法的难易性、改性后的稳定性;c.改性沥青的成本。
用SBS改性的沥青,具备上述优点,尤其是采用胶体磨对SBS与沥青研磨共混,可以令SBS的微粒达到微米数量级,可以充分发挥SBS对沥青的强化作用。另一方面,SBS是一种兼有塑料和橡胶双重特性的弹塑性体,提高沥青在高温和低温两头的性能都可以兼顾。
橡胶类改性剂,弹性特好,对改善沥青的低温性能非常有利。但各种橡胶与沥青共混都十分困难。如何改善橡胶改性沥青的工艺性,一直是各国学者致力解决的问题。尤其是大量的旧汽车轮胎加工的废橡胶粉,除了橡胶之外,还有炭黑等填充料对沥青性能的提高都有很好的作用。美国近年来大量用直接将磨细的废轮胎橡胶粉(约100目)加入到搅拌缸中,让橡胶粉首先与高温骨料预拌,一部分橡胶融化变软,局部地裹覆在热骨料表面,然后加入热沥青再进行搅拌。在搅拌中沥青膜将直接与骨料表面的橡胶膜紧密接触,界面之间两种成分产生相互渗透,从而,局部强化了沥青膜,达到改性的目的。
运用上面的思路,很多与沥青相溶性不太好的高分子材料,都可以用于沥青的改性了。这种不须通过事先与沥青共混,将改性剂直接加入到搅拌缸中,通过对热骨料的部分裹覆,然后再与沥青膜相互渗透,最后达到同样的改性效果的工艺,在实践中达到了预想不到的效果。
上世纪最后几年出现了一批直接在搅拌缸中添加改性剂的工艺和材料。如壳牌的SEAM⒌鹿鶧uroflex(一种沥青改性剂的商品名),就是用直接加到搅拌缸的方法对沥青改性的成功例子。据德国柏林高等技术专科学院的技术测试数据1,2,在按照德国标准的普通0/8号沥青混合料中,直接在搅拌缸中加入混合料重的0.8%的Duroflex沥青改性剂,在500C空气浴橡胶轮的车辙试验中,20000次平均车辙压痕深度由改性前的6.9mm,下降到改性后的1.7mm。如图1、图2所示。
我国2003年末,在北京城建公司铺筑用Duroflex改性的试验路时,现场取样送交通部公路所的检测报告也得到类似的结论:AC-13Ⅰ型磨耗层在600C、轮载0.7Mpa时的动稳定度1488次/mm,向搅拌缸直接加入0.8%的Duroflex改性剂后,动稳定度大幅增加至7870次/mm。
同一批试样,加入Duroflex改性剂后,混合料的水稳定性以及低温抗裂性也有所提高。

3. 沥青混合料搅拌时直接改性的机理探讨
直接在搅拌缸中添加改性剂的工艺,为那些性能良好但由于与沥青的相容性差等因素难以利用预先与沥青融混的工艺的高分子材料开辟了对沥青改性的新途径。工艺流程见图3。


            图1. 车辙试验
1. 沥青混合料0/8,     2. 沥青混合料0/8添加Duroflex


             图2.车辙试样 

Duroflex®沥青混合料改性剂拌合工艺流程:

                                        图3

由图3, Duroflex改性的效果取决于“干拌”工序。在与热骨料长达20秒的“干拌”中,Duroflex?改性剂将首先吸热熔融,逐渐裹覆在热骨料的表面,其分散度至关重要。不同种类的改性剂,要求热骨料的温度和“干拌”时间会有差异。随后加入热沥青再进行常规搅拌,沥青与预先黏附于骨料外表面的改性剂会很好地结合、扩散、互溶。对沥青的改性机理大体上有以下几方面:
a.作为改性剂的高分子聚合物已经充分分散,但它们与沥青的“互溶”远未完成。通常高分子聚合物在熔融温度以下的游离状态时会呈结晶体状。正是这种非常弥散的聚合物晶体,为基体沥青的强化做出了贡献。在塑料工业的改性实践中,称这种用于改性的聚合物晶体强化了基体的现象为“塑料合金”,这是借用金相学的合金晶格歪扭强化基体的术语和原理。
实际上,奥地利费尔辛格公司PE改性沥青的资料,就曾反复提及PE结晶体的作用。西安公路交大的报告也引用过PE晶体强化沥青的作用。但由于我们把注意力太多地放在研究改性剂与基体沥青的“相容性”的问题上,长时间忽略了问题另一面,即“相容性”差,反而为改性剂强化基体沥青的作用提供了更好的平台。
b.在矿料的表面,矿料的晶格列阵通过与聚合物晶体的分子力来吸引基体沥青,在这里,聚合物类改性剂为矿料和沥青起了一个“搭桥”的作用。因而,加入Duroflex?改性剂后,可以大幅提高抗剥落能力,甚至对于酸性的花岗岩等矿料,也不需另外使用抗剥落剂等措施。

c.由于基体沥青膜与Duroflex?改性剂膜紧密接触,提供了强大的界面力,它们之间的分子在互相渗透时产生了物理/化学作用,形成了在改性剂与沥青接触的表面浅层的互融过渡层,令基体沥青得到了强化。

4. 结语
深入研究沥青改性的材料、工艺和相应的设备,使我们不再局限于沥青只用SBS改性才是最好的这一狭窄的认识。这使众多性能优秀的改性剂有用武之地。尤其是对于与沥青相容性不良的改性剂,可通过直接将它在混合料热拌的时候添加进去,为大量的废塑料、废橡胶的再生利用开辟了新途径。事物本来就是多姿多彩的,沥青的改性材料的选择和工艺方法也应有该多种多样的途径,才能适应我国公路大发展急剧增长的需求。

产品报价:21000元/吨

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