SBS/膠粉復合改性瀝青性能研究

黃淑賓

摘要：為提升瀝青路面使用性能，探究SBS/膠粉復合改性對瀝青性能的提升效果，文章基于針入度、軟化點、延度、60 ℃動力黏度試驗，對比不同SBS、橡膠粉摻量對SBS/膠粉復合改性瀝青性能的影響，確定其最佳摻量，并基于工程實際應用，對SBS/膠粉復合改性技術的經濟效益、社會效益進行分析。結果表明：SBS/膠粉復合改性瀝青改性劑最佳摻量為5%SBS+12%橡膠粉時，可有效提升瀝青高溫性能，同時對其低溫性能影響較小;SBS/膠粉復合改性瀝青綠色環保，具有顯著的社會經濟效益。

關鍵詞：道路工程;SBS/膠粉復合改性;高溫性能;經濟效益

中國分類號：U416.03

0引言

隨著我國經濟的快速發展，高速公路交通量逐年上升，由于各類不利因素的影響，瀝青路面往往出現早期病害，由此對于高速公路主要路面形式——瀝青路面的性能要求也越來越高。為改善瀝青路面路用性能，減少瀝青路面病害的產生并提升瀝青路面使用年限，需要對道路建筑材料和施工工藝等方面加以改進，其中對基質瀝青的改性處理，可明顯提升瀝青路面使用性能，因此得到了廣泛應用。改性瀝青中苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性瀝青在我國運用最為廣泛，其可顯著改善瀝青及瀝青混合料的高溫性能[1]，但由于價格高昂，制約其進一步大規模應用。而廢橡膠粉可替代部分SBS生產SBS/膠粉復合改性瀝青，既能有效處置廢棄輪胎而減少污染，降低SBS摻量而控制成本，也可高效結合兩種改性劑的優點，在相較于橡膠瀝青降低其黏度利于拌和施工的同時，改善瀝青的存儲穩定性[2]。

因此可采用復合改性技術，在有效改善瀝青性能的基礎上，降低改性瀝青的生產成本，充分利用廢膠粉資源從而緩解生態壓力。本文針對不同SBS改性劑、橡膠粉摻量對SBS/膠粉復合改性瀝青性能的影響，找到基于瀝青性能的最優瀝青改性方案，以期指導相關工程項目應用。

1原材料及試驗方法

1.1試驗材料

1.1.1基質瀝青

選取某90 #基質瀝青，其相關技術指標滿足要求，如下頁表1所示。

1.1.2改性劑

SBS改性劑選用河北某石化廠的SBS4303顆粒;橡膠粉選擇子午胎40目膠粉，其技術指標符合《橡膠瀝青路面技術標準》（CJJT 273-2019）的要求。

1.2試驗方法

1.2.1三大指標

依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）中T0604-2011、T0606-2011、T0605-2011、T0620-2000試驗方法，分別檢測不同SBS改性劑與膠粉改性劑復摻用量瀝青的針入度、軟化點、15 ℃延度。

1.2.260 ℃動力黏度

依據規程中T0620-2000試驗方法，分別檢測不同SBS改性劑與膠粉改性劑復摻用量瀝青的60 ℃動力黏度。60 ℃動力黏度表征夏季路面瀝青材料受剪切應力而產生流動變形的程度，可用其來評價瀝青路面高溫抗永久變形性能。

因此，采用三大指標及60 ℃動力黏度對復合改性瀝青性能進行評價，確定SBS改性劑與膠粉改性劑復摻用量。

2SBS/膠粉復合改性瀝青性能研究

對不同SBS、膠粉摻量下的SBS/膠粉復合改性瀝青進行三大指標及60 ℃動力黏度檢測。

2.1針入度（圖1）

（1）SBS、橡膠粉的摻入可有效改善瀝青常溫抗變形能力，使得瀝青針入度大幅降低，在最少摻量下（3%SBS+8%橡膠粉），與原基質瀝青相比，針入度降幅達29.9%。

（2）隨外摻劑摻量的增加，瀝青常溫抗變形能力提升效果逐漸變好。由圖1可知，隨著SBS、橡膠粉摻量的增多，SBS/膠粉復合改性瀝青的針入度逐漸減小，在3%SBS摻量下橡膠粉摻量從8%增加至16%，瀝青針入度從5.93 mm降至5.42 mm。

（3）SBS摻量應適中，當SBS摻量達到5%時，復合改性瀝青針入度降幅明顯，摻量超過5%時，針入度降幅減小，常溫抗變形性能提升較小。在8%橡膠粉摻量下，SBS摻量由3%增至5%時，瀝青針入度從5.93 mm降至5.53 mm，而SBS摻量增至7%時，瀝青針入度為5.39 mm。這是由于隨著SBS摻量的增多，SBS與基質瀝青之間形成的網狀結構逐漸增多，小分子組分逐漸減少，瀝青硬化從而抗變形能力增強。

2.2軟化點（圖2）

（1）SBS、橡膠粉可有效改善瀝青的高溫性能，且改善效果隨摻量的增加而變好。與基質瀝青相比，在3%SBS摻量下，8%、12%、16%橡膠粉摻量的復合改性瀝青軟化點分別提升44.4%、55.9%、68.2%。

（2）膠粉的摻量對復合改性瀝青軟化點影響更為顯著。當SBS摻量從5%提升至7%時，復合改性瀝青軟化點增幅較小，而當膠粉摻量從12%到16%時，軟化點增幅明顯。這是由于膠粉顆粒的增加，增大了瀝青的稠度，提升了瀝青的高溫穩定性[3]。

2.3延度（圖3）

（1）膠粉的摻入對復合改性瀝青低溫性能不利。隨著膠粉摻量的增加，SBS/膠粉復合改性瀝青的延度值逐漸降低。這主要是由于膠粉對瀝青中輕質組分的吸收能力較強，使得瀝青塑性降低，在低溫環境下易開裂，因此SBS/膠粉復合改性瀝青中膠粉的摻量不宜過大。

（2）適量的SBS可提升改性瀝青低溫性能，但摻量過大則對其有不利影響。由圖3可知，SBS摻量從3%升至5%時，瀝青延度小幅增大，但摻量超過5%時，其5 ℃延度降幅明顯。這是由于適量SBS可在瀝青中較好地相容膨脹，SBS摻量過高則會在瀝青中形成薄弱的結團點，從而降低其低溫抗裂性能。

2.460 ℃動力黏度（圖4）

（1）SBS、橡膠粉的摻入可顯著改善瀝青的高溫抗永久變形性能，隨改性劑摻量的增多，復合改性瀝青性能也逐漸增強。在5%SBS摻量下，隨橡膠粉摻量從8%增至16%，復合改性瀝青60 ℃動力黏度從12 259 Pa·s增至31 925 Pa·s，增幅達160%。

（2）SBS摻量過小對瀝青高溫性能改善不明顯，3%SBS摻量下SBS/膠粉復合改性瀝青60 ℃動力黏度均<16 000 Pa·s，高溫性能仍然較差。因此對于SBS的摻量選擇不宜過小。

綜合考慮復合改性瀝青的高低溫性能，SBS/膠粉復合改性瀝青改性劑最佳摻量為5%SBS+12%橡膠粉。

3.1經濟效益

SBS/膠粉復合改性瀝青的應用，可以大幅降低高速公路的前期建設成本，也可節約后期運營及養護維修成本，因此具有良好的經濟效益。

3.1.1生產成本

以5%SBS+12%橡膠粉改性劑摻量計算SBS/膠粉復合改性瀝青生產成本，并與成品SBS改性瀝青進行價格對比，如表2所示。

由表2可知，成品SBS改性瀝青單價為7 200元/t，SBS/膠粉復合改性瀝青單價為4 500+900+180+400=5 890元/t，與成品SBS改性瀝青相比，SBS/膠粉復合改性瀝青價格降低約16.9%，從而大大降低了改性瀝青的生產成本。

3.1.2養護維修成本

SBS/膠粉復合改性瀝青的應用可有效提升瀝青路面的路用性能，而路面性能的提升使其到達養護維修的時間推遲。有資料表明，使用SBS/膠粉復合改性瀝青后可將路面維修周期推遲至少5年以上[4]。即便瀝青路面進入維修期，SBS/膠粉復合改性瀝青路面病害出現概率及嚴重程度，也遠低于其他瀝青路面，因此可大大減少維修養護工作量，從而節省大量的養護維修成本。

3.1.3運營成本

基于SBS/膠粉復合改性瀝青良好的路用性能，其出現車轍、坑槽等病害的概率及嚴重程度遠小于其他瀝青路面，能夠保證良好的車況及路面服務質量。在高速公路運營期間，可減少交通事故的發生，并降低車輛行駛時因躲避坑槽等出現的行車額外消耗，從而有效降低行車運輸成本。

3.2社會效益

（1）能對廢棄輪胎進行有效處置。目前我國每年產生廢舊輪胎多達5 000多萬只，但僅有14.2%的輪[KG（0.09mm]胎得到了處置，且只是被當作燃料燃燒，其產生的大量煙塵將嚴重影響環境空氣質量，而其燃燒產生的大量灰燼廢物的處置也成為新的問題。同時，大量廢舊輪胎或被隨意丟棄，嚴重污染生態環境;或直接露天堆放，居高不下的運輸、堆放等成本增大了處置成本。將廢輪胎加工成橡膠粉，再應用到SBS/膠粉復合改性瀝青中，就能對廢棄輪胎進行低碳、綠色、環保的有效處置，變廢為寶;（2）有效提高路面的服務性能。SBS/膠粉復合改性瀝青的應用可有效降低瀝青路面的噪音，同時可使路面病害出現頻率大幅下降，降低路面行駛時的顛簸感，從而有效提升路面的服務性能，讓駕駛員獲得更好的駕駛體驗;（3）SBS/膠粉復合改性瀝青路面路用性能優良，耐久性好，與其他瀝青路面相比能有效提高其使用年限，降低后期養護費用及全壽命周期費用，從而降低成本、節約資源。

4結語

（1）SBS/膠粉復合改性瀝青改性劑最佳摻量為5%SBS+12%橡膠粉;（2）SBS、橡膠粉可顯著改善瀝青的高溫性能，橡膠粉的摻入對瀝青低溫性能不利，過量SBS的摻入也會減弱其低溫性能，因此對于SBS/膠粉復合改性瀝青改性劑摻量的選擇，應當關注改性劑對于瀝青低溫性能的影響，防止所制得的改性瀝青低溫性能無法滿足要求;（3）SBS/膠粉復合改性技術可大幅降低改性瀝青的生產成本，具有顯著的社會及經濟效益。

參考文獻：

[1]于秀麗.SBS改性瀝青路用性能分析[J].交通世界， 2021（17）：14-16.

[2]賈曉凡.膠粉/SBS復合改性瀝青及混合料性能研究[D].蘭州：蘭州交通大學， 2020.

[3]周志剛，陳功鴻， 張紅波， 等.橡膠粉/SBS與高黏劑復合改性瀝青的制備及性能研究[J].材料導報， 2021，35（6）：6 093-6 099.

[4]王小龍.廢膠粉/SBS雙復合改性瀝青及路用性能研究[D].西安：長安大學， 2016.