在國內(nèi)外改性瀝青的研究中,通常采用在基質(zhì)瀝青中摻雜改性劑并經(jīng)過物理混溶或化學(xué)反應(yīng)的方式制備改性瀝青。目前文獻(xiàn)報道中添加的改性劑主要分為聚合物型和非聚合物型2種。 聚合物型瀝青改性劑包含熱塑性彈性體、橡膠瀝青改性劑和樹脂類等。苯乙烯 —丁二烯—苯乙烯嵌段共聚(SBS)、苯乙烯—異戊二烯—苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、 聚酯彈性體、聚烯烴彈性體等均屬于熱塑性彈性體,由于SBS改性瀝青制備工藝簡單 且材料來源廣泛,是當(dāng)前國內(nèi)外研究最多、應(yīng)用最廣的改性瀝青;丁苯橡膠(SBR)、 天然橡膠(NR)、氯丁橡膠(CR)等均屬于橡膠瀝青改性劑,其中具有良好低溫性能的SBR應(yīng)用較為廣泛;聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、環(huán)氧樹脂和呋喃樹脂等均屬于樹脂類改性劑,且相比于SBS等傳統(tǒng)改性劑,環(huán)氧樹脂改性瀝青因具備更好的彈性而研究廣泛。
非聚合物型瀝青改性劑包含生物瀝青、天然瀝青、硅藻土、硫磺、部分陰陽離子配制的表面活性劑等,其中硅藻土應(yīng)用最為廣泛,硫磺常被用作改性瀝青中的交 聯(lián)劑。另外,近年來一些化學(xué)改性劑、納米改性劑、纖維材料、廢舊材料和生物瀝青等如多聚磷酸(PPA)、納米電氣石、廢舊塑料包裝袋、廢舊陶瓷、木質(zhì)或礦物質(zhì)等制備的纖維、秸稈生物瀝青,被用于改性瀝青的研究也越來越廣泛。
*納米材料改性瀝青
近年來,無機(jī)納米材料改性瀝青因具有環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、改性效果明顯等特點(diǎn)成為瀝青工程的研究熱點(diǎn),納米材料的小尺寸效應(yīng)使其具有傳統(tǒng)高分子聚合物如SBS及SBR等改性材料沒有的優(yōu)異性能,如高比表面積、高表 面自由能、高分散性、抗老化性能、自潔性能、凈化廢氣性能等。目前,報道相對較多的納米材料有納米ZnO、改性蒙脫土、火山巖等,具備特殊性能的電氣石開始進(jìn)入人們視野進(jìn)行改性瀝青的研究。
*纖維材料改性瀝青常作為瀝青改性劑的纖維材料包括礦物質(zhì)纖維、塑料 纖維、木質(zhì)纖維、石棉纖維、玻璃纖維等,有研究顯示摻加纖維材料的瀝青使用性能得到了更好的提升。但目前還沒有研究出完善的性能指標(biāo)能夠規(guī)定纖維改性瀝青 及其混合料的性能。
*廢舊材料改性瀝青
生產(chǎn)生活廢舊材料一直以來都是威脅人類生存環(huán)境的重大問題,在廢舊材料的處理上,對于廢舊材料的加工和2次利用是有效途徑。如 廢輪胎橡膠、廢塑料、廢陶瓷、化工廢料等回收作為瀝青改性劑,成為研究改性瀝 青和加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的發(fā)展方向。
*化學(xué)改性劑改性瀝青
化學(xué)改性劑與其它常用改性劑不同,在一定的工藝條件下,化學(xué)改性劑會與基質(zhì)瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從根本上改變?yōu)r青原有結(jié)構(gòu)和理化性能,很好地補(bǔ)充了其它改性瀝青性能上的不足。化學(xué)改性瀝青中,彈性體3元共 聚物(Reactive Elastomeric Terpolymer,RET)改性劑、聚磷酸(Polyphosphoricaid, PPA)改性劑、環(huán)氧樹脂改性劑等研究最為廣泛。近年來,聚氨酯(Polyurethane, PU)改性劑發(fā)展較好,由于其具有很多優(yōu)異性能而在醫(yī)學(xué)、煤礦、汽車等領(lǐng)域均有應(yīng)用,但其在路面工程上的應(yīng)用較少,有部分研究將PU作為膠結(jié)料使用。
*生物瀝青
生物瀝青是由農(nóng)作物秸稈、廢棄食物油和生畜糞便等生物質(zhì)資源,通過熱裂解、分離和深加工得到重質(zhì)油,再與石油瀝青或其它藥劑混融制成。
為了解決單一改性劑改性瀝青性能的不足之處,可以選取2種及以上改性劑于基質(zhì)瀝青中制備復(fù)合改性瀝青。
對于改性瀝青的研究,最早始于國外。從19世紀(jì)法國使用天然橡膠制備改性瀝青至今,關(guān)于改性瀝青的研究發(fā)展已經(jīng)有上百年的歷史。由于SBS改性瀝青實用性強(qiáng)、 使用壽命較長、工藝簡單、工程造價相對較低且來源廣泛,迄今為止SBS改性瀝青是 實際道路瀝青中研究和應(yīng)用最為廣泛的。但隨著SBS廢料的逐年增多和人們環(huán)保理念的提升,未來對SBS的回收利用應(yīng)該得到更高的重視。 廢舊材料包括廢舊橡膠、廢舊塑料、廢舊陶瓷和化工生產(chǎn)廢舊料等,應(yīng)用在改性瀝青研究上已得到進(jìn)展。據(jù)不完全統(tǒng)計,中國約有140×104 t/a廢舊輪胎,增長速度年均15%,利用率卻僅為發(fā)達(dá)國家的30%左右。世界廢塑料累積量也已經(jīng)超過70×108 t,其中僅9%得到回收。另外,廢舊陶瓷也是愈來愈受人們關(guān)注的可再利用資源;どa(chǎn)廢料處理對于“雙碳”背景下的煉化企業(yè)具有重要意義,改性瀝青如果能應(yīng)用這些廢舊材料,這樣即節(jié)省了大量的資源又保護(hù)了環(huán)境,是未來改性瀝青研究的重要趨勢。
納米材料和纖維材料是當(dāng)今流行的材料,具有普通材料所不具備的特殊性能,已開始用作瀝青改性劑。雖然已經(jīng)研究了納米改性瀝青和纖維材料改性瀝青的性質(zhì)和機(jī)理,但納米材料與瀝青之間相互作用的機(jī)理大多是猜想,纖維材料改性瀝青的研究還不夠深入,因此對于納米材料和纖維材料改性瀝青的研究仍是重要的。
生物瀝青在石油資源日益緊缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天,因其良好的環(huán)保效應(yīng)和可替代部分石油基質(zhì)瀝青的特點(diǎn)逐漸進(jìn)入研究人員的視野。生物瀝青是1種新型材料,在路面瀝青領(lǐng)域報道較少,具有生產(chǎn)成本低、工程造價低、減少溫室氣體排放等優(yōu)點(diǎn),但是在技術(shù)性能上還存在缺陷,具有良好的發(fā)展前景。
對于摻雜2種及以上材料于基質(zhì)瀝青中制備改性瀝青及相應(yīng)的瀝青混合料,現(xiàn)研究已經(jīng)非常廣泛,它可以很好地運(yùn)用不同改性劑或材料間的協(xié)同作用來達(dá)到單一改性劑所達(dá)不到的效果,且這種思路也為改性瀝青的研究帶來了多種可能,仍是未來的重要研究手段。
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