SBS改性瀝青短期老化性能研究

高 磊，喻金樓，聶桂海，羅雪平

(廣州大學 廣州市 510006)

0 引言

SBS改性瀝青因其優異的綜合性能已經廣泛應用于瀝青路面工程和建筑防水工程，但氣候環境、重載交通、工況介質等眾多因素會加劇SBS改性瀝青的性能劣化，對構筑物的使用壽命產生不利影響，瀝青的熱氧老化是其主要原因之一[1-2]。祁文洋[3-4]認為SBS改性瀝青老化存在兩個明顯老化階段：第一階段：瀝青吸氧率低，小分子比例基本不變；第二階段：瀝青吸氧速率逐漸增大，小分子比例減少，并用測力延度指標來評價SBS改性瀝青老化。徐歐明[5]等研究了紫外線對SBS改性瀝青的老化特性。陳靜云[6]等通過紅外光譜對SBS改性瀝青的老化進行微觀分析，從官能團的角度探索瀝青老化過程。

雖然目前已有很多關于SBS改性瀝青老化前后的性能研究，但大部分側重老化機理和組分變化，缺少對不同SBS摻量改性瀝青的老化規律研究。因此，有必要對不同SBS摻量改性瀝青進行較為深入的研究，為實際道路施工確定SBS最佳摻量，使SBS改性瀝青的抗老化性能最佳，從而提高路面使用壽命。

1 原材料

(1)瀝青

本實驗所用瀝青為殼牌新粵瀝青有限公司提供的70號基質瀝青，其基本性能指標詳見表1。經檢驗其性能均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)。

表1 試驗瀝青基本指標

(2)改性劑

本研究選用星型LG-411SBS改性劑，其技術指標如表2所示，試樣如圖1所示。

圖1 SBS改性劑

表2 試驗改性劑基本指標

(3)穩定劑

本研究選用的穩定劑是硫化物穩定劑，其為墨綠色粉末狀，如圖2所示。

圖2 穩定劑

2 改性瀝青制備

SBS改性瀝青的制備包括溶脹、剪切及發育三個部分。首先將預熱的70號基質瀝青與SBS改性劑混合，放入163℃的烘箱內溶脹30min；剪切階段采用HR-6高速手持剪切分散機，在175℃的條件下，首先低速剪切15min，剪切速度為3000rad/min；然后高速剪切45min，剪切速度為10000rad/min，使改性劑均勻分散在基質瀝青中；然后加入1‰的穩定劑，充分攪拌，放入175℃的烘箱內發育1h，完成SBS改性瀝青的制備。流程圖如圖3所示。

圖3 SBS制備工藝流程圖

3 抗短期老化性能試驗結果分析

3.1 針入度

瀝青針入度是瀝青主要質量指標之一，是表示瀝青軟硬程度、稠度的指標。本研究對不同摻量的SBS改性瀝青進行短期老化，對比老化前后針入度、軟化點，并計算針入度比和軟化點增量，分析SBS改性瀝青抗短期老化能力。SBS改性瀝青25℃針入度和軟化點試驗結果如表3所示。

表3 SBS改性瀝青25℃針入度和軟化點試驗結果

根據表3可知，在同一SBS改性劑摻量下，短期老化后的SBS改性瀝青的針入度減小，軟化點出現不同程度的增大。隨著SBS改性劑摻量的增加，針入度逐漸較小，這是因為SBS摻入瀝青中形成致密的網狀結構，瀝青黏度增加，限制了瀝青的流動。軟化點開始逐漸增大，在5%摻量時突然下降，這是因為SBS摻量過大，分散不均勻，產生離析，使得軟化點降低[1]。

根據表3，計算得到SBS改性瀝青25℃針入度比和軟化點增量公式為：

ΔT=Tt-T0

其中：Kp—試樣TFOT老化后殘留物針入度比(%)；

Pt—試樣TFOT老化5h后殘留物針入度(0.1mm)；

p0—試樣TFOT老化前殘留物針入度(0.1mm)；

ΔT—試樣TFOT老化5h后軟化點增量(℃)；

Tt—試樣TFOT老化5h后軟化點(℃)；

T0—試樣TFOT老化前軟化點(℃)。

25℃ SBS改性瀝青針入度比和軟化點增量隨SBS改性劑摻量變化關系如圖4。

圖4 25℃SBS改性瀝青針入度比和軟化點增量隨SBS改性劑摻量變化關系

由圖4可知：針入度比隨著SBS改性劑摻量的增加而增加，當SBS改性劑摻量超過3%后，針入度比增大趨勢變緩；3%、4%摻量時溫度敏感性最低，軟化點增量最小，有較好的抗老化性能。

3.2 旋轉黏度

本試驗采用Brookfield旋轉黏度計探究SBS摻量對SBS改性瀝青黏度的影響，進而評價其抗老化性能。在60℃條件下，選用29號轉子，轉速為1rad/min；在135℃條件下，選用21號轉子，轉速為30rad/min。圖5、圖6為不同摻量SBS在60℃、135℃條件下老化前后的黏度變化情況。

圖5 不同SBS摻量60℃下老化前后黏度

圖6 不同SBS摻量135℃下老化前后黏度

從圖5、圖6可以看出，SBS改性瀝青老化前黏度均隨SBS摻量的增加而增加，這主要是因為隨著SBS改性劑的增加，分散在瀝青中的組分增加，形成了密實網狀結構，使得SBS改性瀝青黏度增加；當SBS改性劑摻量小于4%時，老化后的SBS改性瀝青黏度增長幅度較小，抗老化性能較好；當SBS改性劑摻量大于4%時，老化后的SBS改性瀝青黏度增幅變大，抗老化性能減弱。

3.3 延度

延度是瀝青在外力作用下發生拉伸變形而不破壞的能力指標，反映瀝青的柔韌性。延度的大小直接影響瀝青的低溫變形能力，延度越大，低溫變形能力越強。本研究采用試驗溫度為10℃、拉伸速度為50mm/min±2.5mm/min。不同摻量SBS改性瀝青老化前后10℃延度試驗結果如圖7所示。

圖7 不同摻量SBS改性瀝青老化前后10℃延度試驗結果

由圖7可知：當SBS改性劑摻量低于4%時，老化前后的瀝青延度均隨SBS改性劑摻量的增加而增加，這是因為基質瀝青與SBS逐漸交聯形成空間網狀結構，進而增加SBS改性瀝青的延展性；當SBS改性劑摻量為5%時，老化前后的延度出現不同程度的下降，這是因為當SBS改性劑摻量為4%時，瀝青延度已經達到最大值，空間網狀結構已經完成，繼續增加SBS改性劑，僅能增加瀝青稠度，而無法提高其延展性，使得瀝青脆性增加[2]。可見，SBS改性劑摻量為4%時抗老化性能最佳。

3.4 彈性恢復

彈性恢復用于評價熱塑性橡膠類聚合物改性瀝青的彈性恢復性能，即測定用延度試驗儀拉長一定長度后的可恢復變形的百分率。本研究試驗溫度為25℃，拉伸速率為50mm/min±2.5mm/min。不同摻量的SBS改性瀝青老化前后彈性恢復試驗結果如圖8。

圖8 不同摻量的SBS改性瀝青老化前后彈性恢復試驗結果

如圖8所示：隨著改性劑摻量的增加，老化后的SBS改性瀝青彈性恢復率逐漸升高，這是因為在老化過程中SBS改性劑與基質瀝青中的輕質組分能夠很好相融，從而改善SBS改性瀝青的韌性[3]；老化前的SBS改性瀝青彈性恢復率先增大后減小，與老化后改性瀝青的彈性恢復率無明顯規律，所以無法有效評價不同摻量SBS改性瀝青的抗短期老化性能。

4 結論

通過本文研究可以得出以下結論：

(1)隨著SBS改性劑摻量的增加，老化前后不同摻量的SBS改性瀝青針入度逐漸減小，軟化點逐漸升高，60℃動力粘度、135℃旋轉黏度逐漸升高，延度先升高后減小。

(2)當SBS改性劑摻量為4%時，SBS改性瀝青老化前后軟化點最大，高溫性能最好；殘留針入度比和軟化點增量較小，老化前后10℃延度最大，具有較低的溫度敏感性，抗老化性能最佳。

(3)當SBS改性劑摻量超過4%時，老化后黏度迅速增大，延度下降，抗短期老化能力略有降低。