西太SBSⅠ-C改性瀝青質(zhì)量的控制

■張海燕 周少聰 洪汀輝翁 斌朱文影

(1.福建省海琴路橋建設(shè)有限公司，福州 350001；2.廈門華特集團有限公司，廈門 361001)

SBS改性瀝青以優(yōu)越的性能廣泛用于道路面層，SBS改性瀝青的質(zhì)量關(guān)系到路面混合料高低溫性能及道路耐久性。所以制作合格的SBS改性瀝青對道路質(zhì)量相當(dāng)重要，而SBS改性瀝青的性能指標(biāo)與生產(chǎn)原材料貼切相關(guān)。不同種類的基質(zhì)瀝青、改性劑、添加劑、穩(wěn)定劑及生產(chǎn)制造工藝直接影響著改性瀝青的各項性能指標(biāo)。本文采用大連西太基質(zhì)瀝青制備SBSⅠ-C改性瀝青。首先，用不同的比例改性劑、添加劑、穩(wěn)定劑分析了西太基質(zhì)瀝青在180℃溫度制備的SBSⅠ-C改性瀝青的各項性能指標(biāo)；其次，采用170℃溫度制備西太SBSⅠ-C改性瀝青，分析170℃制做溫度對Ⅰ-C改性瀝青的各項性能指標(biāo)影響；再次，用6個800g SBSⅠ-C改性瀝青樣品放置170℃烘箱存儲24h，分析改性瀝青樣品在170℃熱存儲后各項指標(biāo)變化。再以上述三種試驗方法得到試驗數(shù)據(jù)，從而總結(jié)西太基質(zhì)瀝青制備SBSⅠ-C改性瀝青適合的配比，為西太SBSⅠ-C改性瀝青生產(chǎn)現(xiàn)場提供比較合適配比成本，并能適合SBSⅠ-C改性瀝青性能指標(biāo)要求范圍。

1 試驗儀器與材料

1.1 試驗儀器

制備改性瀝青樣品使用的儀器見表1：

表1 儀器名稱、規(guī)格及生產(chǎn)廠家

1.2 試驗用材料

本試驗使用的材料：SBS 1301(791)、橡膠油(進口)、穩(wěn)定劑(自制)、基質(zhì)瀝青(大連西太)，西太瀝青技術(shù)指標(biāo)見表2：

表2 西太90A瀝青的技術(shù)指標(biāo)

2 試驗方法

本試驗采用試驗室制備SBS改性瀝青樣品。首先稱取基質(zhì)瀝青并加入橡膠油，待瀝青加熱升溫到165℃加入SBS改性劑并攪拌，升溫至規(guī)定的溫度后，換用剪切機剪切樣品至規(guī)定的時間，剪切速率控制在4000～6000轉(zhuǎn)/min之間。剪切完成后，換用攪拌機攪拌加穩(wěn)定劑交聯(lián)樣品至規(guī)定的時間，攪拌速率控制在800～1000轉(zhuǎn)/min之間。

3 試驗結(jié)果

試驗數(shù)據(jù)結(jié)果見表3、表4、表5。

(1)在180℃試驗溫度用不同比例橡膠油、SBS、穩(wěn)定劑制作改性瀝青樣品(外摻)，試驗結(jié)果見表3。

改性瀝青樣品制作工藝：首先，稱取基質(zhì)瀝青加入計量橡膠油。升溫至165℃加入計量SBS攪拌至180℃，再用剪切機剪切樣品20min。剪切完成后，再用攪拌機攪拌并加入計量穩(wěn)定劑交聯(lián)，溫度控制180℃攪拌75min。從表3試驗結(jié)果分析，樣品8在未加穩(wěn)定劑交聯(lián)狀態(tài)下，SBS改性瀝青48h離析試驗結(jié)果在40℃以上，完全不滿足Ⅰ-C改性瀝青離析指標(biāo)規(guī)定小于2.5℃要求。這是由于基質(zhì)瀝青和SBS改性劑在剪切力作用下只相混一起，在無穩(wěn)定劑交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，改性瀝青樣品隨著存儲時間延長，改性瀝青中的SBS改性劑往上浮，最終致使基質(zhì)瀝青和改性劑兩相分離。同時未加穩(wěn)定劑的改性樣品軟化點指標(biāo)較低，粘度較小，與有加穩(wěn)定劑交聯(lián)的改性瀝青的軟化點指標(biāo)、粘度指標(biāo)差別較大。以此表明，穩(wěn)定劑對改善改性瀝青離析指標(biāo)、軟化點高溫指標(biāo)起到重要作用；樣品5、樣品6添加0.19% 穩(wěn)定劑，溫度180℃攪拌交聯(lián)75min，離析指標(biāo)未能滿足Ⅰ-C改性瀝青離析指標(biāo)規(guī)定小于2.5℃要求，以此表明，改性瀝青樣品在穩(wěn)定劑添加量較小狀態(tài)下，樣品在制作過程中交聯(lián)穩(wěn)定速度較慢，所以適量的穩(wěn)定劑對改性瀝青的交聯(lián)穩(wěn)定速度有加快，但由于穩(wěn)定劑劑量增加對改性瀝青粘度成線性增加，穩(wěn)定劑超量會使改性瀝青樣品產(chǎn)生結(jié)團，加大生產(chǎn)風(fēng)險；樣品1、樣品2、樣品3、樣品4改性瀝青隨著橡膠油比例的增加，改性瀝青的老化前延伸度、老化后延伸度逐漸增大，尤其樣品1在未加入橡膠油的狀態(tài)下，RTFOT老化延伸度19cm，未能達到Ⅰ-C改性瀝青延伸度指標(biāo)要求范圍。以此表明，橡膠油是起到提升改性瀝青的低溫延伸度的作用。

表3 180℃試驗溫度下的試驗結(jié)果

(2)在170℃試驗溫度用不同比例橡膠油、同比例SBS及穩(wěn)定劑制作改性瀝青樣品(外摻)，試驗結(jié)果見表4。

表4 170℃試驗溫度下的試驗結(jié)果

表4改性瀝青樣品制作工藝：首先，稱取基質(zhì)瀝青加入計量橡膠油，升溫至165℃加入計量SBS攪拌至170℃，再用剪切機剪切樣品20min，再用攪拌機攪拌加入計量穩(wěn)定劑。樣品9加穩(wěn)定劑攪拌時間為75min，樣品10加穩(wěn)定劑時間為95min，整個制作過程溫度控制170℃。從表4試驗結(jié)果分析，樣品9、樣品10在制作溫度170℃剪切分散SBS、交聯(lián)穩(wěn)定后，改性瀝青樣品的針入度、軟化點、延伸度、粘度、RTFOT和TFOT延伸度指標(biāo)都能滿足Ⅰ-C改性瀝青指標(biāo)要求范圍，但是樣品9在170℃加0.21%穩(wěn)定劑攪拌75min，改性瀝青48h離析試驗結(jié)果不能滿足要求。樣品10在170℃加0.21%穩(wěn)定劑攪拌90min，改性瀝青48h離析試驗結(jié)果能滿足要求。以此說明，170℃溫度制作改性瀝青樣，穩(wěn)定劑交聯(lián)速度較慢，樣品交聯(lián)穩(wěn)定需要更長時間。從樣品10試驗數(shù)據(jù)結(jié)果得出，西太瀝青制作改性瀝青樣品，在170℃也能穩(wěn)定交聯(lián)，滿足離析指標(biāo)規(guī)定的要求。不足之處在于交聯(lián)速度偏慢，交聯(lián)穩(wěn)定需較長時間，生產(chǎn)效率低。但從延伸度結(jié)果分析，170℃溫度制作改性樣品抗老化效果較強，這是因為170℃溫度制作溫度比180℃制作溫度減小SBS改性劑在高溫制作過程中產(chǎn)生老化。

(3)800g改性樣品在170℃烘箱存儲24h的試驗結(jié)果見表5。

表5 經(jīng)過170℃烘箱存儲24h的試驗結(jié)果

表5試驗方法，將改性瀝青樣品 2、樣品4、樣品6、樣品8、樣品9、樣品10置于170℃烘箱存儲24h，再檢測每個改性瀝青樣品的各項指標(biāo)，觀察每個改性樣品在170℃烘箱存儲24h后質(zhì)量的變化，檢驗改性瀝青樣品的熱儲存穩(wěn)定性能，從而分析改性樣品在制備時發(fā)育時間是否充足，再總結(jié)改性瀝青樣品經(jīng)170℃存儲引起指標(biāo)衰減是否滿足Ⅰ-C改性瀝青指標(biāo)規(guī)定范圍要求。從表5的試驗結(jié)果分析，無穩(wěn)定劑交聯(lián)的樣品8在170℃烘箱熱存儲24h后，檢測離析指標(biāo)也未能滿足Ⅰ-C改性瀝青指標(biāo)要求，并且軟化點指標(biāo)衰減較快，然而延伸度有所提升，延伸度提升原因在于改性瀝青樣品中SBS改性劑在熱存儲過程中，SBS改性劑與基質(zhì)瀝青相容更充分，SBS改性劑分散在基質(zhì)瀝青體系中更均勻，使得改性瀝青韌性提升所帶來低溫延伸度的增加；樣品2經(jīng)過170℃烘箱存儲24h后，樣品經(jīng)熱存儲后性能指標(biāo)衰減明顯，RTFOT延伸度未能達到Ⅰ-C改性瀝青指標(biāo)范圍要求；樣品6、樣品9經(jīng)過170℃烘箱存儲24h后，離析指標(biāo)符合Ⅰ-C改性瀝青指標(biāo)要求，以此說明樣品6、樣品9在制備過程中在其工藝條件、溫度、發(fā)育時間的條件下改性瀝青樣品發(fā)育未充分穩(wěn)定。再經(jīng)170℃烘箱熱存儲過程中，條件溫度促使樣品能繼續(xù)發(fā)育與交聯(lián)完善。

4 結(jié)論

(1)同一個改性樣品采用TFOT和RTFOT兩種試驗方法，RTFOT老化延伸度比TFOT老化延伸小，但JTG E20—2011規(guī)程提及RTFOT與TFOT試驗之間可以互相替換，而實際試驗結(jié)果存在差別。

(2)西太基質(zhì)瀝青制備SBSⅠ-C改性瀝青，生產(chǎn)溫度可以控制175℃～182℃之間，較高制作溫度能提升生產(chǎn)效率，但是高溫加快改性瀝青老化速度。此文試驗結(jié)果只代表本批次西太基質(zhì)瀝青所具備此試驗特性與性能。

(3)以本文的試驗配比，及工藝條件制備的西太Ⅰ-C改性瀝青樣品，改性瀝青樣品在170℃烘箱存儲24h針入度增加、軟化點降低、延伸度降低、粘度增大、離析指標(biāo)值減小。

(4)西太基質(zhì)瀝青制備SBSⅠ-C改性指時，應(yīng)控制針入度、延伸度、離析指標(biāo)之間的綜合平衡點及合適的試驗配比，以滿足改性瀝青存儲后質(zhì)量衰減引起性能指標(biāo)不足預(yù)留空間。