彩色膠結料高低溫性能試驗研究

王騰飛

（上海浦興路橋建設工程有限公司，上海市 201210）

0 引言

彩色膠結料被用于制備彩色瀝青混合料時，常參照黑色石油瀝青的制備方法執行，彩色膠結料也應具有和石油瀝青相當的性能指標，但受制備彩色膠結料的原材料類型復雜的影響，存在高低溫性能穩定性差的弊端，不利于穩定的生產和應用，目前行業研究主要集中在針對彩色膠結料的工程應用上，較少進行用于制備膠結料原材料的影響規律研究。

彩色膠結料原材料主要有三種，分別是苯乙烯系熱塑性彈性體（SBS）、石油樹脂和橡膠油[1-3]。其中，瀝青行業常用SBS類型有線性和星型兩種，其在配方中起改善膠結料高低溫性能的雙重作用，為提高彩色膠結料的高溫穩定性和內部黏聚力，常采用星型SBS；工業石油樹脂種類較多，有C5、C9、C5加氫、單體樹脂等碳氫樹脂類型，分子量集中在300～3 000，這些樹脂作為石油衍生物，在膠結料配方充當調節粘性、穩定劑的作用，同時起到部分改善膠結料高低溫性能的作用[1]；橡膠油種類較多，根據油品來源不同，分進口橡膠油和國產橡膠油，國產橡膠油常采用芳烴油、環烷油和石蠟油調和制得，可定制性好，是橡膠行業重要原材料，其在配方中充當熔融樹脂和SBS的載體。

本文采用軟化點這一瀝青行業常規試驗方法對樹脂原材料進行分級，研究不同軟化點級別的樹脂對膠結料高低溫性能的影響規律，以及對耐老化性能的影響；另外，借助石油化工行業的碳型組分分析方法，按照芳烴含量對橡膠油進行分級，研究不同芳烴含量橡膠油對膠結料高低溫性能和耐老化性能的影響。

1 原材料選擇

SBS：中石化生產的星型SBS；

石油樹脂：C5樹脂；C5加氫樹脂；C5-C9共聚樹脂；

橡膠油：國產橡膠油，吳江產，顏色為墨綠色，常溫下為具有一定黏度的液態。

2 試驗內容

2.1 原材料檢測

選擇4個不同分子量的樹脂，按照瀝青行業軟化點試驗方法，分別測試其軟化點指標，結果見表1。

表1 樹脂原材料檢測結果

選擇三個不同芳烴含量的橡膠油，按照石油化工行業的碳型組分分析方法，分別其芳烴含量CA、環烷烴含量CN和石蠟烴含量CP，具體見表2。

表2 橡膠油原材料檢測結果

2.2 膠結料制備

采用室內制備方法，進行膠結料制備，制備工藝為：橡膠油加熱至160℃～170℃，加入工業樹脂，攪拌熔融，穩定加熱至175℃～185℃后，加入SBS，然后在高速攪拌設備上，以300 r/min轉速攪拌 30～45 min，5 000 r/min轉速剪切 30 min，制備完成，放入170℃烘箱保溫待用。

2.3 不同軟化點樹脂的摻入試驗研究

選用星型SBS，選用芳烴CA含量為25%的Ⅱ型橡膠油，依次采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型石油樹脂，按照SBS:樹脂：橡膠油=10∶45∶45的質量比例，按照上述制備工藝，制備4組彩色膠結料，并測試其瀝青指標，試驗結果見表3及圖1～圖3。

表3 不同軟化點樹脂制備的膠結料技術指標

圖1 樹脂軟化點與膠結料軟化點之間的關系曲線

圖2 樹脂軟化點與膠結料延度指標之間的關系曲線

圖3 樹脂軟化點與膠結料135℃布氏黏度指標之間的關系曲線

表3顯示，隨著膠結料配方中樹脂的軟化點（℃）從Ⅰ型的105增大至Ⅳ型的140，膠結料針入度（0.1 mm）從60.4遞減至13，膠結料軟化點（℃）從97.4遞減至75,膠結料5℃延度從72 cm遞減至脆斷（0 cm），膠結料軟化點和延度指標的衰減表明高軟化點樹脂會造成膠結料高低溫性能的衰減，且低溫指標衰減幅度更大；而隨著樹脂原材料軟化點從Ⅰ型增大至Ⅳ型，膠結料135℃布氏黏度（Pa·s）從3.0遞增至10，分析原因為樹脂在膠結料中發揮增黏的作用，樹脂軟化點越高，增黏效果越顯著，這與樹脂在其他工業生產應用中的作用效果一致。因此，可根據需求，選擇具有合適軟化點樹脂原材料，用于膠結料配方設計。

2.4 不同芳烴CA含量橡膠油的摻入試驗研究

選用星型SBS，選用軟化點為130℃的Ⅲ型樹脂，按照SBS：樹脂：橡膠油=10∶45∶45的質量比例，按照上文制備工藝，依次采用Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型橡膠油制備3組膠結料，并測試其瀝青指標，試驗結果見表4及圖4～圖6。

表4顯示，隨著橡膠油原材料芳烴CA含量從Ⅰ型的15%增大至Ⅲ型的40%，膠結料針入度（0.1 mm）從30.3穩定遞增至50.6，膠結料軟化點（℃）從98遞減至79.3，5℃低溫延度從12 cm遞增至36.4 cm，膠結料低溫延度指標的大幅提高表明高芳烴含量橡膠油可顯著改善膠結料的低溫性能，但其對膠結料高溫性能具有一定程度的衰減作用，這可從橡膠油在配方中的作業機理方面進行解釋，橡膠油在配方中承擔熔融SBS和樹脂原材料的作用，由于SBS、樹脂和橡膠油都屬于石油化工附屬產品，SBS可在橡膠油中進行熔融和交聯反應，具體涉及一系列復雜的物化反應，而呈不飽和狀態的芳烴組分是與SBS組分進行物化反應的主要成分，高芳烴含量有助于SBS在膠結料中的更好熔融和分散，SBS的熔融和分散效果越好，其對膠結料性能的改善越明顯。另外，三組膠結料老化后延度指標的大幅提高表明，高芳烴含量橡膠油不但有助于改善膠結料低溫性能，還具有提高膠結料耐老化性能的作用，可用于制備耐老化性能指標要求高的膠結料。

表4 不同芳烴CA含量橡膠油制備的膠結料技術指標

圖4 橡膠油芳烴含量與膠結料軟化點之間的關系曲線

圖5 橡膠油芳烴含量與膠結料老化前后延度指標之間的關系曲線

圖6 橡膠油芳烴含量與膠結料針入度指數PI之間的關系曲線

表4還顯示，隨著橡膠油原材料芳烴CA含量的遞增，三組膠結料的針入度指數PI呈現增大趨勢，針入度指數PI可在一定程度上反映結合料的溫度敏感性，由此可認為高芳烴含量橡膠油有助于改善彩色膠結料的溫度敏感性。

綜上，在彩色膠結料配方設計中，可根據膠結料技術指標要求，選擇具有合適軟化點的樹脂和芳烴含量的橡膠油。

3 結語

樹脂在膠結料中發揮增黏的作用，樹脂軟化點越高，膠結料布氏黏度越大,同時，高軟化點樹脂對膠結料的高低溫性能都有衰減作用，且對低溫性能的衰減幅度更大；高芳烴含量橡膠油在改善膠結料低溫性能和溫度敏感性的同時，對膠結料高溫性能造成不可避免的衰減作用。因此，通過選擇不同軟化點樹脂類型和不同芳烴含量的橡膠油，制備不同性能等級需求的彩色膠結料，一定程度上實現彩色膠結料配方定制。

[1]李立寒,呂偉民.彩色路面用膠結料的研究[J].建筑材料學報,1999,2(3);235-240.

[2]閻科偉,龐世華.一種彩色瀝青淺色膠結料的研究[J].建材技術與應用,2015(6):7-8.

[3]劉尚芳,李旭東.彩色瀝青路面淺析[J].公路交通科技,2015(7):101-103.