穩定劑對SBS 改性瀝青的性能影響

廉 潔，李永振，姜 峰，畢 飛

（1.中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100000；2.山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031）

引言

在我國高速公路和國省道工程建設中應用最廣泛的膠結料是石油瀝青和SBS 改性瀝青，其中SBS改性瀝青具有優越的高低溫性能，能夠保證路面良好的使用功能[1-2]。在道路工程的建設過程中，由于環保的要求越來越高，石料的來源受限，滿足規范要求的石料廠家有限，對集料的質量監控變得容易，故越來越多的道路工程工作者關注SBS 改性瀝青的質量，采用了諸如流變測試、熒光顯微鏡、紅外光譜等監控手段[3]，雖然部分SBS 改性瀝青的質量得到了保證，但仍存在很多施工后的路面質量問題。針對嚴格監控手段下仍出現路面工程質量問題，開展SBS 改性瀝青的性能研究具有重要意義。

SBS 改性瀝青的性能與改性劑摻量、添加劑、基質瀝青等有密切的關系。國內許多道路工程工作者主要關注改性劑種類、摻量及基質瀝青對SBS 改性瀝青的性能影響，很少關注添加劑及對SBS 改性瀝青的性能影響及一些測試技術的影響。

1 原材料及試樣制備方法

1.1 原材料

基質瀝青采用齊魯石化70 #瀝青，試驗結果見表1。SBS 改性劑采用岳化791-H。穩定劑為東營潤豐博越石油技術有限公司生產的改性瀝青穩定劑產品。

表1 70 #瀝青試驗結果

1.2 生產工藝

生產工藝流程見圖1，將70 # 瀝青加熱至180±5 ℃，按照3.0%～5.0%、步長0.5%的摻量加 入SBS 改 性 劑， 以1 500 r/min 的 速 度 攪 拌15 min， 經吸油膨脹后采用高速剪切機以4 000 r/min 的速度在180 ℃±5 ℃的溫度下剪切40 min，剪切完成后在2 min 內慢慢加入穩定劑，然后以1 500 r/min 的速度攪拌發育2 h，即可制得SBS改性瀝青成品。

科研人員為了順利通過考核，往往忽略科研的實際需要和發展規劃，根據容易達到的研究成果設定項目績效目標，使得目標與結果倒掛。此外績效目標的設定往往不夠細化，僅作簡單陳述，績效目標設定相關性的論證也不夠充分，績效目標的合理性難以得到保證。

圖1 SBS 改性瀝青生產工藝流程

1.3 檢測方法

由表2 可知，添加穩定劑后變化比較大的指標有軟化點、延度和離析，其中離析指標變化最大，未添加穩定劑時的離析指標均很大，不滿足規范要求的不大于2.5 ℃的要求，添加穩定劑后SBS 改性瀝青不離析。

穩定劑對SBS 改性瀝青疲勞因子的影響見圖5。可以看出，添加穩定劑后，SBS 改性瀝青的疲勞因子增大，疲勞因子越大，瀝青在荷載作用下能量損失速度越快，疲勞性能越差，說明穩定劑降低了SBS改性瀝青的疲勞性能。

2 試驗結果及分析

2.1 常規指標

穩定劑對SBS 改性瀝青的軟化點指標影響見圖2。

不同改性劑含量的SBS 改性瀝青熒光顯微圖像見圖6。可以看出，改性劑摻量越大，SBS 改性劑在瀝青中分布的越廣，呈現集聚成線狀或網狀的現象越多，儲存穩定性存在問題的可能性越大。

為了應對臨時的停電，豬場都購買了發電機備用，在大風降溫來臨前應組織人員對發電機進行測試，確保發電機能正常運轉，并準備好充足的燃料。

表2 制備的SBS 改性瀝青性能指標

（1）常規指標：按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）[4]檢測改性瀝青的針入度、軟化點、延度、離析等指標。（2）流變性能：按照美國SHRP 技術規范[5]用動態剪切流變DSR 測定改性瀝青原樣在不同溫度下的和疲勞因子。（3）熒光顯微鏡：將剪切完發育好的SBS 改性瀝青澆筑在載玻片，蓋上蓋玻片，馬上放置在熒光顯微鏡下觀察拍照。采用Leica 熒光顯微鏡采集瀝青的顯微圖像，并使用Photoshop 軟件進行圖像的灰度增強、濾波去噪處理，對處理后的圖像進行微觀結構分析。（4）紅外光譜：首先按照3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%的SBS 改性劑摻量制備改性瀝青標準曲線，然后再制備1 個已知摻量的樣品，檢驗標準曲線的準確性。具體方法參考《道路瀝青SBS 改性劑含量測定技術規程 （紅外光譜法）》（DB 37/T2977—2017）[6]。

不同改性劑摻量的改性瀝青的常規指標見表2。SBS 改性瀝青的高溫性能與瀝青路面的抗車轍變形能力息息相關?，F行規范中能反映瀝青高溫性能的指標主要有軟化點和135 ℃旋轉黏度。延度是在一定的溫度下，瀝青受到一定的應力產生的塑性變形，其反映了瀝青的低溫拉伸變形性能[7]。

圖2 穩定劑對軟化點指標的影響

由圖2 可知，隨著改性劑摻量的增加，軟化點逐漸增大，在SBS 改性劑摻量達到4.5%時，瀝青的軟化點指標增長速度下降，說明SBS 改性劑經過剪切后以微粒狀態與瀝青相互融合，改善了瀝青的黏彈性狀態，使瀝青在保有黏性的同時，增加了彈性，從而提升了瀝青的高溫性能。但未加穩定劑前4.5%摻量的SBS 改性瀝青軟化點為72.5 ℃，雖滿足規范中SBS（I-D）的60 ℃指標要求，但不滿足某些項目中不小于75 ℃的要求，加入穩定劑后，瀝青的針入度指標變化不大，軟化點指標提高了接近10 ℃，延度指標增加0.3%摻量SBS 改性劑，軟化點指標提升了5 ℃，而添加0.15%的穩定劑后軟化點指標提升了近10 ℃。在指標要求嚴格的條件下，添加穩定劑的方法在降低成本的同時使瀝青指標變得更好。

穩定劑對SBS 改性瀝青延度指標的影響見圖3。

圖3 穩定劑對延度指標的影響

美國SHRP 技術規范[5]中采用車轍因子表征瀝青永久變形的能來評價瀝青的高溫性能，采用疲勞因子表征瀝青在剪切過程中因內部摩擦時生熱損失的能量，用來評價瀝青的疲勞性能[8]。

2.2 流變性能

由圖3 可知：（1）在未加入穩定劑時，改性劑摻量增加瀝青的5 ℃延度值增加，當摻量由4.3%增加到4.5%時，瀝青的延度值增長變緩，說明在低溫條件下，SBS 改性瀝青中的改性劑的彈性性能抵抗了外力作用下的塑性變形，表現為延度增大。但改性劑的摻量達到一定程度時，延度指標變差，說明存在最佳摻量。（2）在加入穩定劑后，相同改性劑摻量的瀝青延度指標均大于未添加穩定劑的改性瀝青。因為穩定劑能夠促進SBS 改性劑在瀝青中形成一種富有彈性且穩定的網絡結構，從而增加了瀝青的高低溫性能。

穩定劑對SBS 改性瀝青的車轍因子的影響見圖4?？梢钥闯?，添加穩定劑后，SBS 改性瀝青的車轍因子增大，說明穩定劑提升了SBS 改性瀝青的高溫抗車轍能力。

圖4 穩定劑對車轍因子的影響

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圖5 穩定劑對疲勞因子的影響

2.3 穩定劑對瀝青的影響

SBS改性劑為聚合物彈性體，瀝青是石油煉制物，兩者物化性質不同，SBS 改性瀝青是兩者的物理共融物，改性劑經強力外力作用以微粒狀分散在瀝青中，高溫狀態下呈現瀝青的黏性作用，低溫狀態下呈顯改性劑的彈性作用。有研究認為SBS 改性劑在瀝青中溶脹率越高，體積分布率越高，剪切的越碎，分散的越均勻，對瀝青性能的改善越好[9-10]。

制定完善合理的科研成果評價體系和科研成果轉化政策，將科研成果轉化納入科研成果評價體系，作為創新性能力評價標準之一，并與績效獎勵、職稱評聘、科研獎項的評比等掛鉤，保證評價指標的多樣化?？筛鶕咝０l展需求和實際發展狀況制定若干權變量，明確獎勵范圍、獎勵力度，提高對科研成果持有人的獎勵力度，并保證實時激勵，充分調動科研成果持有人的積極性和主動性。

圖6 不同摻量改性瀝青熒光顯微鏡圖像

穩定劑對SBS 改性瀝青儲存穩定性的影響見圖7。由圖7 可知，未加入穩定劑的SBS 改性瀝青中改性劑顆粒明顯且離析很大，加入穩定劑后，瀝青顆粒不明顯，在瀝青中分布很均勻，離析值很小。因為穩定劑能夠促進改性劑與基質瀝青的溶脹作用，使改性劑的顆粒粒徑更小，同時促進改性劑顆粒相互連接形成網絡結構[11]，在瀝青中均勻分布，有利于改性瀝青的儲存穩定性，同時增加瀝青的高溫性能。

圖7 穩定劑對儲存穩定性的影響

2.4 紅外光譜含量檢測

按文獻[6]規定的方法，制備SBS含量3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%的標準樣品，然后取樣進行紅外光譜檢測，利用紅外光譜軟件處理數據，以966 cm-1和1 377 cm-1處的特征峰面積比值（即A966/A1377）作為Y 軸，以SBS 含量作為X 軸，然后通過線性擬合得出SBS 含量與特征峰面積比之間的線性方程，得到標準曲線，見圖8。采用相同的制備方法，分別制備兩個SBS 含量為4.3%的樣品，其中一個不添加穩定劑，另一個添加0.15%穩定劑，取樣進行紅外光譜檢測，得到特征峰面積比，試驗結果見圖8。

圖8 紅外光譜法測SBS 改性劑含量標準曲線

由圖8 可知，該方程的相關性系數為0.992 1，滿足大于0.99 的要求。添加穩定劑的樣品特征峰面積比（A966/A1377）小于未加穩定劑的樣品，通過線性方程反算，得到未加穩定劑的樣品SBS 改性劑含量為4.2%，添加穩定劑的樣品SBS 改性劑含量為3.9%，說明添加穩定劑后，測得的SBS 改性劑含量小于實際添加量。

計算結果若HM

在山東省道路工程建設瀝青材料質量檢測過程中，在利用紅外光譜法[12]測SBS 改性劑含量技術規程制作標準樣品時均不添加穩定劑，而取樣的SBS改性瀝青成品在生產時均添加穩定劑，造成了實際測量的SBS 改性劑含量結果偏小，給質量監控的準確性帶來困難。

3 結語

（1）穩定劑能夠促進改性劑與基質瀝青的溶脹作用，使改性劑的顆粒粒徑更小，同時促進改性劑顆粒相互連接形成富有彈性且穩定的網絡結構，在瀝青中均勻分布，有利于改性瀝青的儲存穩定性，降低成本的同時改善瀝青的高低溫性能。改善瀝青的黏彈性狀態，使瀝青在保有黏性的同時，增加了彈性，提升了瀝青的高溫性能。（2）穩定劑使SBS改性瀝青的車轍因子和疲勞因子增大，改善了高溫抗車轍性能，降低了疲勞性能。（3）添加穩定劑，會造成紅外光譜法測定SBS改性劑含量的結果偏小，對瀝青質量監控的準確性帶來困難。