SBS改性瀝青改性劑含量對瀝青性能的影響

孫輝宇

(黑龍江省泰斯特森工程檢測有限公司，黑龍江 哈爾濱 150028)

1 引 言

隨著中國國內交通水平的不斷進步，交通運輸要求迅猛發展，其對于公路的交通量和承載能力要求不斷提升，瀝青路面便是因此，使其在各等級的交通公路所占有的建設比例也越來越高。但我國地域遼闊，不同地區溫差差異大，在公路運營通車階段，交通量、溫度、老化等各類因素，都會對瀝青路面造成不同程度的危害，因此尋求綜合性能強、工作溫域寬的高性能瀝青成為交通行業發展趨勢。在各類各功能的瀝青不斷涌現的今天，因其良好的在高溫與低溫的適用性能、可適用于各等級瀝青公路的廣泛應用性能以及簡單的加工工藝的特點，使得SBS改性瀝青在其中脫穎而出，成為炙手可熱的寵兒。

然而，SBS改性瀝青在完成鋪設之后，雖然有著路面性能優秀、高溫車轍較少、低溫抗裂性強、水穩性能優良、抗剝落效果好等優點，但隨著對SBS與基質瀝青這兩者之間的聯系，進行不斷深入的研究，發現SBS的不同摻量會對改性瀝青的各類指標產生較大的差異和影響。因此，探討SBS摻量對于改性瀝青的常規性能指標與SHRP計劃中的流變性能的相關性，對其相關性進行分析便是本研究的主要內容。

2 SBS原材介紹與試驗方法

2.1 SBS改性基理

SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)是一種具有熱塑性的呈彈性表征的固體，它是嵌段共聚物，呈線型或星型狀態，由苯乙烯和丁二烯組成，其中丁二烯為軟段(即彈性段)，處于中間位置，使SBS改性劑變為高彈狀態；而起固定和補強作用作為分散相的苯乙烯段，則是硬段，填充在軟段之間。在SBS改性劑這種結構下，與瀝青混合形成網狀結構，發生改性瀝青網兜效應，使混合物具有良好的的延展性、塑性和彈性。

2.2 制備方法

本研究作為研究對象的是90#基質瀝青和SBS改性劑，分別出于遼河油田重交和燕山石化，改性劑摻加劑量依次為2%、4%、6%、8%。選擇高速剪切機作進行攪拌，攪拌溫度為160 ℃、攪拌機轉速為6 500轉/分，持續攪拌時間共2 h。

在改性瀝青的制作工藝流程中，會摻雜一定量的空氣，空氣會影響試樣最終的檢測結果。因此，在制樣完成后，可以通過玻璃棒和真空干燥箱將改性瀝青中的空氣排除。

3 SBS改性瀝青常規性能指標及分析

SBS作為一種彈性固體，因為屬于橡膠類，所以與瀝青具有顯著的差異性，因此會與瀝青發生反應，產生性能變化，改性后瀝青結構出現凝膠化提升便是最具特色的變化之一，這會使瀝青造成溫度敏感性的改變。

通過制拌不同SBS含量的改性瀝青，將之按照JTG E20-201l《公路工程瀝青及瀝青混合。料試驗規程》中的要求，進行針入度、延度、軟化點、密度、135 ℃運動粘度、彈性恢復參數均的試驗檢測，其結果見表1。

表1 SBS改性瀝青常規性能指標

(1)在5 ℃、15 ℃、25 ℃的條件下，將不同含量的改性瀝青進行針入度試驗，得出圖1。

圖1 SBS不同含量下針入度與溫度的相關性

通過圖1可知，針入度在SBS含量逐漸遞增的情況下，其針入度有著先增大后減小的趨勢。而隨著試驗溫度的改變，其化也不斷增大。

這個現象說明改性瀝青中的SBS成分，并不會隨著SBS的含量不斷增加，提高參與材料性能改善作用的占比。因此，此次結果為先增大后減小。

通過表1中延度、軟化點、密度、135 ℃運動粘度、彈性恢復參數的檢測結果，進行歸類，統計為圖2。

圖2 不同改性劑含量下的常規性能參數圖

可以知其參數通過SBS含量的不斷增加，數據不斷增大。但其中的密度、延度、軟化點、彈性恢復的增長率逐漸平緩。這說明雖然隨著SBS含量的不斷增大，其膠凝化的程度不斷提高，SBS粒子間的相互影響及作用力慢慢增大，形成的網狀結構所造成的改性瀝青網兜效應不斷增強，但隨著SBS含量慢慢達到一定界限，SBS改性劑的改性作用效率開始降低。

通過圖2可以看出，隨著改性劑含量的改變，運動粘度的增長存在一定的規律性，所以將135 ℃運動粘度數據結果做出趨勢圖，得到圖3。

圖3 SBS瀝青運動粘度數據趨勢圖

可以看出，135 ℃運動粘度確實與改性劑的含量呈線性相關。雖然改性劑在超過一定含量后，理論上仍有大部分成分參與基質瀝青的改性作用，但在運動粘度上造成顯著的影響。

4 SBS改性瀝青對SHRP性能指標的影響

4.1 高溫性能

在改性劑不同含量下，進行動態剪切流變性能檢測，測得試驗結果如圖4所示。

圖4 SBS不同含量下的動態剪切流變性能圖

其中，相位角的變化代表的是改性瀝青中粘性成分和彈性成分占比，通過圖4可以看到，溫度與相位角角度值呈正相關；而改性劑的含量則與其相位角呈負相關，且隨著含量的增加改變的幅度越發平緩。這說明在溫度升高的情況下，瀝青中的粘性成分和它的彈性成分的比值在不斷加大，抵抗變形能力越來越差，而SBS含量的增加，則可以改善這一現象。

|G*|/sinδ的大小直接反應改性瀝青在拌和攤鋪后抵抗車轍的能力。由圖4可知，隨著改性劑含量的增加，其|G*|/sinδ不斷增大，動穩定性不斷加強，且改變趨勢越發平緩；而隨著測試溫度的增加，|G*|/sinδ則開始開始顯現下降趨勢。

這整體的走向可以看出，在同等溫度，改性劑含量提升的情況下，SBS改性劑在不斷改善改性瀝青在高溫方面的性能，這是因為隨著溫度的持續升高，在瀝青中能夠溶解的軟瀝青質成分的能力不斷增強，SBS的作用不斷加大，其溶脹帶來了體積膨脹，使SBS間的相互作用能力增強，以此控制瀝青在除自身外的要素作用下的形變，減弱粘性形變，從而限制δ的增大，使改性性能越發明顯，進而提高動穩定性。

4.2 低溫性能

在SBS改性劑不同含量下，進行彎曲蠕變勁度檢測，-12～-14 ℃作為測試溫度區域，測得試驗數據見圖5。

圖5 SBS不同含量下彎曲蠕變勁度性能圖

由圖5可知，蠕變勁度S因其升高的溫度、SBS含量的增加，在不斷減少，而m值則在不斷地升高。且在低溫狀態，例如在-24 ℃下，不同含量的S與m的差距最大。這是因為在低溫情況下，SBS對于瀝青的改性性能越發明顯。

4 結 論

通過將SBS改性瀝青在不同含量和外界要素下，進行探討與分析，可以得到以下結果：

(1)SBS含量對常規性能參數指標的影響：隨著含量的增加，改性瀝青延度、軟化點、密度、135 ℃運動粘度、彈性恢復都在提高，而針入度則是先增大后減小。

(2)SBS含量對動態剪切流變性能的影響：隨著含量的增加，相位角在不斷減小，|G*|/sinδ不斷增加，且兩者的改變趨勢都在越發平緩。

(3)SBS含量對低溫彎曲蠕變性能的影響：隨著含量的增加，蠕變勁度S試不斷減小、m不斷增加。

(4)隨著SBS改性含量的不斷增加，改性瀝青的高溫、低溫性能都會有所加強，在溫差大的地區，含量的改性作用明顯。但常溫下，其性能會隨含量的增加先增大后減小，因此選取SBS含量時，也應考慮性能價值與經濟價值等綜合因素的影響。