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岩沥青在改性沥青中的应用研究
2020年08月31日    阅读量:     新闻来源:中网沥青 haolibai.com  |  投稿

一、 灰分分析


表1 灰分及可溶物含量

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结果分析:2#样品由于颗粒物过多,导致萃取不充分,同时含有其他非沥青类可燃烧成分(不被CCl4萃取类),使灰分和可溶物含量之间的关系出现异常.


二、 预浸用沥青改性分析


将90#沥青升温至140℃,加入样品,搅拌30分钟后,升温至200℃搅拌2小时,即得到预浸用改性沥青,以下是使用不同样品及不同配比得到的预浸用改性沥青检测结果:

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表2 样品对基础沥青的改性影响


下面对表2测试结果进行分析:


2.1 改性沥青软化点同样品种类和用量的关系

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图1 天然沥青改性剂产量对软化点的影响


从软化点对掺量的拟合曲线(图1)上可以看出,1#对基础沥青软化点的改性效果优于2#,而且拟合曲线R方值远高于2#样品。由此证明了在预浸用改性沥青中1#样品更为有效且稳定,在用量达到20%时即可达到一般预浸用改性沥青指标要求。由于2#样品含杂质太多且大颗粒多,溶解效果差,沉淀很多,导致其对基础沥青的改性效果差并且不稳定;在用量达到40%时,改性效果基本达到最大沥青网sinoasphalt.com

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图2不同样品改性基础沥青后,杂质沉淀现象(左图为1#样品,右图为2#样品)


从图2可以看出,2#样品改性沥青混合罐底部出现大量沉淀,说明2#样品分散性差,难以溶解并悬浮于改性沥青中。


2.2 改性沥青针入度同样品种类和用量的关系


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图3掺量对改性沥青针入度的影响


从图3可以看出,1#和2#样品均使改性沥青针入度大幅下降,其中1#随掺量增加,下降速度最大,也表明了1#样品对沥青的改性效果最为显著,同图1展现的改性效果相吻合。在用量达到30%时,基本达到最大改性效果,针入度下降速度趋于平缓。然而2#样品用量需要达到50%,针入度下降速度才趋于平缓。


另外,1#样品改性效果拟合曲线为幂模式,2#样品为对数模式,导致拟合模式不同的原因同2#样品纯度太差,改性效果不显著有关。


2.3 改性沥青密度同样品种类和用量的关系

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图4掺量对改性沥青密度的影响


从图4可以看出,1#样品对沥青改性后的密度影响较低,改性沥青不易离析。然而,2#样品对沥青的密度影响极为显著,原因为2#样品含有大量的杂质,在改性后,沥青密度随2#样品掺量增加上升迅速,稳定性同时下降。从图4密度的变化上,说明1#样品改性后的沥青稳定性优于2#样品,在使用中,离析风险更低,从而使预浸沥青的保质期更长。


2.4 改性沥青延度同用量的关系


从图1、图3和图4的结果分析来看,在预浸用改性沥青生产中,1#样品更为适合,因此延度分析仅针对1#样品进行。从表1延度变化可以看出,1#样品的掺入会使沥青延度急剧下降,在掺量达到20%时甚至低于了10#建筑沥青的延度指标。原因是天然沥青改性剂主要成分为胶质和沥青质,饱和分和芳香分含量极低,导致延度下降较10#沥青改性更为明显。


2.5 小结


综上所述在预浸用改性沥青中,天然沥青改性剂1#样品更为适用,且用量宜为20%~22%。2#样品因为杂质含量过多,导致改性沥青密度明显上升,离析性太大,因此不适合用于预浸用改性沥青生产。


三、涂盖层改性沥青性能分析


在涂盖层用改性沥青生产中,为保证涂盖层改性沥青高温下的抗车辙性以及高温储存稳定性,要求改性沥青具有较好的耐热性、较低的针入度以及分散稳定性,因此适宜选用1#样品进行沥青改性。


3.1 SBS 防水卷材涂盖层胶质配方分析


设置SBS I型卷材(GB18242)用涂盖层改性沥青配方为对照组,根据天然沥青改性剂不同加量,分别设置1#样品取代配方总沥青用量的15%、20%、25%和30%的实验组。根据岩沥青可替代聚丙烯和10#沥青的特性,在实验组设置添加聚丙烯PP不添加10#沥青和不添加聚丙烯及10#沥青两种情况。通过对样本的软化点、针入度、低温柔性、密度进行检测,分析不同1#样品加量对改性沥青的影响。


3.1.1配方设计


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首先进行B组试验,验证1#样品在不使用10#沥青的情况下对沥青的改性效果。然后取消PP的使用进行A组试验,验证1#样品在不使用10#沥青和PP的情况下对沥青的改性效果。


3.1.2工艺条件


将90#沥青加热至140℃,加入增塑剂和岩沥青或10#沥青,搅拌30分钟,升温至160℃,加入胶粉和聚丙烯颗粒(如配方含有),继续升温至200℃,持续搅拌2小时,直至胶料呈现细腻油亮状态,无肉眼可见颗粒物,加入石粉,搅拌30分钟即得到涂盖层改性沥青。


3.1.3结果分析


通过对改性沥青的软化点、密度、针入度(25℃)和低温柔性进行测试,平均结果如下:

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3.1.3.1 1#样品取代10#建筑沥青效果分析


从表4中对照组试验结果和B组试验结果对比表明,B2配比可达到对照组的改性效果,软化点、针入度、密度没有出现显著变化,但低温柔性出现4℃的上升;表明岩沥青在取代10#沥青的情况下,会对胶质的低温柔性产生不利影响。


另外根据B组试验结果中胶料软化点测试原始数据和对照组原始数据的对比(见图5),说明,岩沥青在制胶过程中对软化点的影响较稳定,即分散性优于聚丙烯PP。

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3.1.3.1 1#样品取代10#建筑沥青和PP效果分析


从表4中对照组试验结果和A组试验结果对比表明,在使用1#样品取代10#沥青和PP的情况下,1#样品的掺量必须达到配方总沥青用量的25%以上,然而改性沥青低温柔性较对照组上升4.8℃,其基本改性效果能达到使用要求。另外在试验过程中,由于不使用pp和10#沥青,岩沥青小掺量时,胶料粘度低,岩沥青分散性差,极易沉淀,因此在生产中需要保证胶料具有合适的粘度。


3.1.4 小结


在SBS I 型胶料制备中,在不使用10#沥青的情况下,使用配方总沥青用量的20%的1#样品掺量能基本达到对照组改性效果;在不使用10#沥青和PP的情况下,使用配方总沥青用量的25%的1#样品掺量能基本达到对照组改性效果。另外,1#样品在高粘度胶料生产中,分散性优于聚丙烯颗粒(PP)。


3.2 自粘PY I 型聚酯胎卷材涂盖层胶质配方分析


设置自粘PY I型卷材用涂盖层改性沥青配方(GB23441)为对照组,由于自粘卷材对涂盖层胶料的耐热性要求较SBS卷材低,因此本文仅设置10%、15%、20%三个掺量配方试验组。研究在自粘卷材生产中1#样品取代10#沥青的可行性。配方设计如下

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工艺条件:将90#沥青加热至140℃,加入增塑剂和岩沥青或10#沥青,搅拌30分钟,升温至160℃,加入SBS 和SBR,继续升温至180℃,持续搅拌2小时,加入胶粉,直至胶料呈现细腻油亮状态,无肉眼可见颗粒物,加入石粉,搅拌30分钟即得到涂盖层改性沥青。


对胶料进行软化点、密度、针入度、低温柔性和剥离强度的检测,检测结果如下:


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从表6可以看出,在1#样品取代10#沥青后,实验组较对照组针入度下降、密度升高、低温柔性上升、剥离强度下降,软化点随掺量增加而升高;其中Z1配方基本可以达到对照组改性效果。说明在自粘卷材用涂盖层改性沥青生产中,可以使用1#样品代替10#沥青。


3.3 非固化胶质配方分析


从上文试验结果可以看出,1#样品的掺入主要作用为提高胶料耐热性,但对针入度、低温柔性、剥离强度有明显的不利影响。然而非固化由于其自身特性(胶料蠕变性要求高、低温不固化等),对胶料针入度、低温柔性、低温固化性指标要求较苛刻,另外非固化胶料的耐热性主要由聚合物(聚丙烯PP、聚乙烯PE、醋酸乙烯EVA等)、促凝剂提供,其中聚合物提高耐热性的同时,能够为胶料的基面粘合力提供一定的作用,而促凝剂对耐热性的提高机理和最终改性效果同1#样品有明显区别,因此在非固化胶料生产过程中,不宜采用1#样品取代聚丙烯、聚乙烯、醋酸乙烯等聚合物,尤其不可取代促凝剂。


根据以上分析,本文仍设置了实验组和对照组,进行替代试验。其中实验组配方中采用了20%的90#沥青和2%的LDPE,对照组配方中采用了18%的90#沥青和2%的1#样品,经过耐热温度和低温柔性结果分析,试验结果如下:

表7的试验结果同上文预浸用改性沥青和涂盖层用改性沥青的试验结果相吻合。由于非固化防水涂料生产配方中不使用10#沥青,且LDPE用量较低,使用1#样品代替LDPE后,非固化防水涂料耐热性出现了明显下降,低温柔性也出现了下降。因此不建议在非固化防水涂料中使用1#样品。


四、 对应成品物理性能


4.1 SBS I PY PE 3mm物理性能

对3.1.2中表4数据进行推测分析,使用22%掺量1#样品的预浸沥青和涂盖层A3配方制成的成品常规物理性能如下:

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4.2 PY I PE 3mm物理性能

对3.2中表6数据进行推测分析,使用22%掺量1#样品的预浸沥青和涂盖层Z1配方制成的成品常规物理性能如下:

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五、 经济性分析

5.1 SBS I PY 3mm卷材(GB18242)使用1#样品后经济性分析

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从表11可以得出,在预浸用改性沥青生产中,使用1#样品能够使SBS I PY 3mm成本每平米降低约0.127元/m2。在涂盖层用改性沥青生产中,使用1#样品取代10#沥青能够使SBS I PY 3mm成本每平米降低约0.34元;使用1#样品取代10#沥青和PP能使SBS I PY 3mm成本每平米降低约0.93元。合计每平米3mm厚SBS I 型卷材在使用1#样品后,整体成本最大可降低约1元/m2左右沥青网sinoasphalt.com。


因为1#样品的掺入主要是降低沥青和PP用量,因此随着沥青价格上涨,使用1#样品后的生产成本会随之下降,反之上升。


5.2 自粘PY I 3mm卷材(GB23441)使用1#样品经济性分析


以表10原料价格对使用1#样品后,自粘PY I 3mm卷材的生产成本降低进行分析。

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从表12中可以得出,实验组较对照组在涂盖层用改性沥青生产成本上,每平米3mm厚卷材能够降低约0.34元,预浸用改性沥青生产成本可降低0.127元,合计0.47元。


对于无胎自粘卷材(执行GB23441或GB/T35467),参照表10计算分析,2.0mm厚每平米卷材生产成本能够降低约0.34元。


5.3 小结


使用1#样品取代10#沥青和聚丙烯PP之后,能够使SBS I PY 3mm生产成本最大降低约1元/m2左右,能够使自粘PY I 3mm生产成本最大降低约0.47元/m2左右。


六、 总结


1.预浸用改性沥青生产中,天然沥青改性剂1#样品更为适用,且用量适宜为20%~22%。2#样品因为杂质含量过多,导致改性沥青密度明显上升,离析性太大,因此不适合用于预浸用改性沥青生产。


2. SBS I PY卷材(GB18242)涂盖层用改性沥青生产中,配方总沥青用量的20%的天然沥青改性剂1#样品掺量能够达到配方总沥青用量40%的10#沥青掺量所能达到的改性效果;在不使用10#沥青和PP的情况下,可使用配方总沥青用量25%的天然沥青改性剂1#样品掺量取代全部10#沥青掺量和全部pp掺量。


3.自粘卷材PY I 型聚酯胎防水卷材(GB23441)涂盖层用改性沥青生产中,配方总沥青用量的10%的天然沥青改性剂1#样品掺量能够达到配方总沥青用量26.8%的10#沥青掺量所能达到的改性效果。


4.在SBS I型聚酯胎防水卷材(GB18242)生产中,使用天然沥青改性剂1#样品取代10#沥青和PP能使3mm厚度卷材生产成本每平米降低1元左右;在自粘卷材PY I 型聚酯胎防水卷材(GB23441)生产中,使用天然沥青改性剂1#样品取代10#沥青能使3mm厚度卷材生产成本每平米降低0.47元左右;对于无胎自粘卷材(执行GB23441或GB/T35467),2.0mm厚每平米卷材生产成本能够降低约0.34元。


5. 非固化防水涂料不适宜采用天然沥青改性剂替代聚合物改性剂以及促凝剂。


标签:改性沥青技术中心行业新闻
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