改性瀝青機(jī)理及應(yīng)用.ppt

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1、改性瀝青機(jī)理及應(yīng)用張登良（長安大學(xué)公路學(xué)院）1．改性瀝青機(jī)理改性劑與瀝青的充分混溶是改善瀝青性能的基本前提。在此基礎(chǔ)上，改性劑吸附瀝青中的輕質(zhì)組分而發(fā)生溶脹，已溶脹的改性劑又與瀝青的其余組分相互作用，從而形成一種新結(jié)構(gòu)體系。加之此種改性劑自身的固有特性而使瀝青性能得到相應(yīng)的改善。同時，應(yīng)指出的是，在研磨過程中以及在穩(wěn)定劑或催化劑的作用下，會發(fā)生斷鏈與交聯(lián)反應(yīng)，形成一些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使改性瀝青的粘度與貯存穩(wěn)定性得到提高。1.1相容性從熱力學(xué)的含義講，相容性是指兩種或兩種以上的物質(zhì)按任意比例均能形成均相物質(zhì)的能力；而物理上的含義是指兩種物質(zhì)混溶以后形成

2、的一個穩(wěn)定的體系，不發(fā)生分層或相分離?？傮w來講，能完全滿足熱力學(xué)混溶條件形成均相體系的材料是極少的，而熱力學(xué)不相容則是常見情況。瀝青與高聚物之間存在著分子量及化學(xué)結(jié)構(gòu)的差異，因而屬于熱力學(xué)不相容體系，但這也許是改性瀝青所期望的。同聚合物共混物相類似，由于不同組分相界面上的相互作用，使聚合物共混物具有很多均相物質(zhì)所難以達(dá)到的性質(zhì)。SamMaccarrone認(rèn)為聚合物在瀝青——聚合物體系中的理想狀態(tài)是細(xì)分布而不是完全至溶。所以，對聚合物改性瀝青來講，達(dá)到物理意義上的相容是很有必要的。改性瀝青的相容性好是指改性劑以微細(xì)的顆粒均勻、穩(wěn)定地分布在瀝青中，不發(fā)

3、生分層、凝聚或者相分離的現(xiàn)象。它取決于改性劑和瀝青兩種不同的相界面上的相互作用，兩者的溶度參數(shù)或分子結(jié)構(gòu)越是接近相容性越好。改性劑與基質(zhì)瀝青的相容性是分子級的可混性，相容性能形成均質(zhì)混合體系。據(jù)研究，材料的溶度參數(shù)是定量反應(yīng)物質(zhì)極性的數(shù)據(jù)，根據(jù)一般規(guī)律，兩種物質(zhì)的極性越是接近，則兩物質(zhì)的溶度參數(shù)差就越小，則就越容易互相混溶，故改性劑與瀝青的溶度參數(shù)可作為評價相容性好壞的指標(biāo)。高分子聚合物的溶度參數(shù)?可按Small公式計算：式中：F——化學(xué)分子團(tuán)的引力常數(shù)；V——分子容積；?——密度；M——分子量。應(yīng)指出的是，不同原油基屬的瀝青與不同改性劑的相容性是

4、不同的。如屬中間基的勝利瀝青與SBR的相容性要優(yōu)于屬石蠟基的大慶瀝青；而大慶瀝青與EVA的相容性則優(yōu)于勝利瀝青；石蠟基瀝青與PE的相容性好是因?yàn)镻E和石蠟的溶度參數(shù)比較接近的緣故。聚合物在瀝青中的溶融行為與低分子的溶解是不同的，除了化學(xué)組成外，聚合物的結(jié)構(gòu)形狀、鏈的長短、鏈的柔性和結(jié)晶情況等都對其溶融性有明顯影響。1.2溶脹聚合物加入到瀝青后，一般并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但是在瀝青中輕質(zhì)組分的作用下，改性劑體積脹大，即發(fā)生溶脹。溶脹是聚合物對瀝青起到改性作用的重要環(huán)節(jié)。聚合物溶脹后表現(xiàn)出區(qū)別于聚合物又不同于瀝青界面性質(zhì)。溶脹是改性瀝青穩(wěn)定的保障。由于聚合

5、物與瀝青之間的界面作用，致使二者不會發(fā)生相分離，聚合物粒子均勻地分布于瀝青中，Nahas認(rèn)為：為了保證貯存穩(wěn)定性，聚合物吸收瀝青中的油分，體積脹大到原體積的5～10倍。在高劑量聚合物情況下，聚合物在瀝青中的溶脹程度降低，但可形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使瀝青性質(zhì)發(fā)生顯著的改善。1.3新膠體結(jié)構(gòu)的形成從表面能的角度來看，分散相被分散的越細(xì)，其比表面能就越高，根據(jù)能量最低原理，體系有自動降低表面能的趨勢，這種趨勢可通過兩種途徑實(shí)現(xiàn)：（1）被分散的分散相重新集結(jié)成較大的粒子，致使兩相分離，這是改性瀝青中不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象。（2）分散相有選擇地吸附瀝青中能夠降低其表面能的

6、物質(zhì)在兩相表面上以降低表面能。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時必然會打破瀝青原有膠體結(jié)構(gòu)，引起原瀝青中多個組成重新分配，在新條件下重新建立新的平衡。在低劑量聚合物情況下，聚合物被溶脹，瀝青中膠質(zhì)和瀝青質(zhì)析出并吸附于聚合物的表面，形成另一種膠體結(jié)構(gòu)，但組分比例發(fā)生變化，從而瀝青的性能得到改善?？梢哉J(rèn)為，兩種相容性較差的材料摻混后，材料的整體性質(zhì)在很大程度上是由兩相的界面性質(zhì)決定的，而界面性質(zhì)又取決于兩相界面上局部擴(kuò)散的深度及兩相的相互作用能。按照共混改性原理，如果兩種相容性好，那么這兩種材料的物理性質(zhì)也接近，雖然彼此間結(jié)合很好，但不能指望其性能有多大改善；若兩種材料

7、相容性太差，分散相不能很好分散，則其性質(zhì)也不可能有多大改善。只有具備適當(dāng)?shù)南嗳菪?，又有良好的界面性質(zhì)才能得到性質(zhì)優(yōu)良的改性材料。用聚合物改善瀝青的性質(zhì)同樣也應(yīng)滿足良好的界面性質(zhì)與很好的分散狀態(tài)，這樣才能使改性劑自身特有的性質(zhì)充分體現(xiàn)出來，起到明顯的改性效果。因此可認(rèn)為，改性瀝青即不是結(jié)構(gòu)全新的材料，也不是瀝青結(jié)構(gòu)的重復(fù)，而是一種同時具有原瀝青和聚合物基本特點(diǎn)的新型結(jié)構(gòu)。2．影響瀝青改性效果的因素2.1改性劑種類不同種類的聚合物具有不同的改性效果，而同一類聚合物也會由于劑量，粒子大小的差異產(chǎn)生不同的改性效果?；|(zhì)瀝青的溶度參數(shù)通常變動在8~9（卡/厘

8、米3）1/2之間，因此，適合于改性瀝青的改性劑應(yīng)在這一范圍內(nèi)遴選。實(shí)踐表明，塑料類在常溫下較硬，對改善瀝青的高溫性能見長；