复合改性沥青密封胶的组成优化及性能研究

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.220540

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2023, Vol. 51 ›› Issue (6): 136-145.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.220540

所属专题： 2023年材料科学与技术

复合改性沥青密封胶的组成优化及性能研究

夏慧芸杨浩田卢昌杰宋莉芳牛艳辉

长安大学材料科学与工程学院，陕西西安 710064

收稿日期:2022-08-22 出版日期:2023-06-25 发布日期:2022-11-18
通信作者: 夏慧芸（1981-），女，博士，副教授，主要从事交通功能材料研究。 E-mail:xiahy@chd.edu.cn
作者简介:夏慧芸（1981-），女，博士，副教授，主要从事交通功能材料研究。
基金资助:
浙江省交通厅科技项目(2021012);长安大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(300102310301)

Research on Composition Optimization and Performance of Composite Modified Asphalt Sealant

XIA Huiyun YANG Haotian LU Changjie SONG Lifang NIU Yanhui

College of Materials Science and Engineering，Chang’an University，Xi’an 710064，Shaanxi，China

Received:2022-08-22 Online:2023-06-25 Published:2022-11-18
Contact: 夏慧芸（1981-），女，博士，副教授，主要从事交通功能材料研究。 E-mail:xiahy@chd.edu.cn
About author:夏慧芸（1981-），女，博士，副教授，主要从事交通功能材料研究。
Supported by:
the Science and Technology Project of Zhejiang Provincial Transportation Department(2021012);the Special Fund for Basic Scientific Research of Central Universities of Chang’an University(300102310301)

摘要/Abstract

摘要：

改性沥青类密封胶修补效果优异、生产成本较低，已被广泛应用于裂缝修补，但仍存在黏结性、柔韧性和耐久性不足的问题。热塑性硫化硅橡胶（TPSiV）兼具有硅橡胶结构稳定、耐候性佳和热塑性聚氨酯高强度、高弹性等优势，表现出优异的黏结性、耐久性、柔韧性以及高低温稳定性。本研究以90#基质沥青为主要原料，首先采用糠醛抽出油（FEO）对TPSiV进行预溶胀处理，再采用高速剪切法，通过添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）、废旧胶粉（CR）、CaCO₃等改性剂，制备得到一系列高效复合改性沥青密封胶。系统研究SBS、TPSiV、CR掺量和CR粒径对改性沥青密封胶各项性能的影响，最终通过密封胶全套的路用指标对配方进行验证。采用软化点差值法表征了该密封胶的热储存稳定性，用荧光显微镜和扫描电子显微镜观察了TPSiV和TPSiV改性沥青的微观结构，采用傅里叶红外光谱（FTIR）对沥青改性前后的红外光谱进行了表征。结果表明：SBS掺量的增大显著提高了其高温性能，推荐掺量为3%；TPSiV提高了密封胶的柔韧性和粘结性，最佳掺量为3%；随着CR粒径减小，高温性能提高，低温性能下降，选择40目作为最佳粒径；随着CR掺量增加，改性沥青高温性能得到改善，最佳掺量为22%。该密封胶最佳配方SBS∶TPSiV∶CR∶CaCO₃∶FEO质量比5∶3∶22∶5∶3，满足储存稳定性要求；TPSiV具有粗糙的表面结构，表面附着有硅橡胶微粒，有利于后期与沥青粘附，且TPSiV在复合改性沥青中分散均匀，TPSiV复合改性沥青中化学改性和物理改性同时存在。

关键词: 热塑性硫化硅橡胶, 沥青密封胶, 道路裂缝, 热储存稳定性, 低温性能

Abstract:

Modified asphalt sealant has excellent repair effect and low production cost, and has been widely used in crack repair, but there are still problems such as insufficient adhesion, low flexibility and low durability. Thermoplastic vulcanized silicone (TPSiV) has the advantages of silicone rubber such as stable structure, good weather resistance, high strength and high elasticity of thermoplastic polyurethane, showing excellent adhesion, durability, flexibility and high and low-temperature stability. In this study, 90# matrix asphalt was used as the main raw material. Firstly, furfural extraction oil (FEO) was used to pre-swelling TPSiV, and then high-speed shear method was used to prepare a series of high efficiency composite modified asphalt sealant by adding styrene-butadiene-styrene (SBS), waste rubber powder (CR), CaCO₃ and other modifiers. The effects of SBS, TPSiV, CR content and CR particle size on the properties of modified asphalt sealant were systematically studied. Finally, the formula was verified through the indicators of the whole set of sealant. The thermal storage stability of the sealant was characterized by softening point difference method. The microstructure of TPSiV and TPSiV modified asphalt was observed by fluorescence microscope and scanning electron microscope. The IR spectra of asphalt before and after modification were characterized by Fourier infrared spectroscopy (FTIR).The results show that the increase of SBS content significantly improves its high temperature performance, and the best dosage is 3%. TPSiV improves the flexibility and cohesiveness of sealant, and the best dosage is 3%. With the decrease of CR particle size, the high-temperature performance is improved, while the low-temperature performance is decreased. The optimal particle size is 40 mesh. With the increase of CR content, the high-temperature performance of modified asphalt is improved, and the best dosage is 22%. The best sealant formula SBS∶TPSiV∶CR∶CaCO₃∶FEO mass ratio is 5∶3∶22∶5∶3, which meets the requirements of storage stability. TPSiV has a rough surface structure and the surface attached with silicone rubber particles is conducive to its adhesion to asphalt, and TPSiV disperses evenly in the composite modified asphalt. Chemical modification and physical modification of TPSiV compound modified asphalt exist simultaneously.

Key words: thermoplastic silicone vulcanizate, bituminous sealant, road crack, thermal storage stability, low-temperature performance

中图分类号:

TU533

夏慧芸, 杨浩田, 卢昌杰, 等. 复合改性沥青密封胶的组成优化及性能研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(6): 136-145.

XIA Huiyun, YANG Haotian, LU Changjie, et al. Research on Composition Optimization and Performance of Composite Modified Asphalt Sealant[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2023, 51(6): 136-145.

图/表 16

表1

表2

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表3

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图9

图10

图11

参考文献 29

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指标	试验结果	标准值	实验方法
软化点/℃	44.3 ℃	≥44 ℃	T 0606—2011
针入度（25 ℃，100 g，5 s）/0.1 mm	90	80~100	T 0604—2011
延度（15 ℃，5 cm/min）/cm	≥150	≥100	T 0605—2011
针入度指数	-1.5	-1.5~1.0	T 0604—2011
RTFOT质量变化	-0.2%	-0.8~0.8	T 0610—2011
RTFOT残留针入度比（25 ℃）	59.3%	≥57	T 0604—2011
RTFOT残留延度（10 ℃）/cm	9	≥6	T 0605—2011
RTFOT残留延度（15℃）/cm	9.1	实测值	T 0605—2011

指标	试验结果	试验方法
密度/（g·cm^-3）	1.1	ISO 1183
弯曲模量/MPa	22.4	ISO 178
泰伯耐磨性/mg	89	ASTM D1044
拉伸强度/MPa	5.2	ISO 37
100%定伸应力/MPa	2.2	ISO 37
断裂伸长率/%	600	ISO 37
硬度（邵氏A，15 s）	62	ISO 868
溶体流动速率/（g·（10 min）^-1）	20	ISO 1133

m（SBS∶TPSiV∶CR∶CaCO₃∶FEO）	锥入度/0.1 mm	软化点/℃	低温拉伸	弹性恢复率/%	流动值/1 mm	类型
	≤70	≥90	0 ℃，25%，3次循环，通过	30~70	≤3	高温型指标
	50~90	≥80	-10 ℃，50%，3次循环，通过	30~70	≤5	普通型指标
5∶0∶20∶5∶3	66.8	83	未通过	60.1	2.5	无
5∶2∶20∶5∶3	63.2	88	未通过	60.1	2.3	无
5∶2∶20∶5∶3	61.8	89	未通过	64.3	3.5	无
5∶3∶20∶5∶3	62.4	87	通过	69.3	4.1	普通型
5∶4∶20∶5∶3	58.7	92	通过	67.7	3.2	高温型
5∶5∶20∶5∶3	64.0	89	通过	64.6	3.0	普通型
5∶3∶16∶5∶3	63.2	88	通过	60.1	4.2	普通型
5∶3∶18∶5∶3	61.8	89	通过	64.3	3.8	普通型
5∶3∶22∶5∶3	58.7	93	通过	67.7	2.5	高温型、普通型
5∶3∶24∶5∶3	64.0	91	通过	64.6	2.6	高温型、普通型

样品	B_t/℃	B_b/℃	ΔB/℃
a1	86.9	84.9	2.0
a2	85.0	82.4	2.6
a3	58.7	58.6	0.1

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研究因素	基质沥青	SBS	TPSiV	CR	CaCO₃	FEO
SBS掺量	100	1	3	20	5	3
	100	2	3	20	5	3
	100	3	3	20	5	3
	100	4	3	20	5	3
	100	5	3	20	5	3
TPSiV掺量	100	5	1	20	5	3
	100	5	2	20	5	3
	100	5	3	20	5	3
	100	5	4	20	5	3
	100	5	5	20	5	3
CR掺量	100	5	3	16	5	3
	100	5	3	18	5	3
	100	5	3	20	5	3
	100	5	3	22	5	3
	100	5	3	24	5	3