存儲溫度對SBS改性瀝青的性能影響分析★

高景偉 陳 凱

(1.陜西交建機械化養護有限公司，陜西 西安 710000;2.長安大學，陜西 西安 710075)

0 引言

SBS改性瀝青因其較好的高溫穩定性、低溫抗裂性、耐疲勞性等，廣泛應用于高等級瀝青路面中。在生產與存儲過程中，為保持SBS改性瀝青的良好性能，應使SBS在基質瀝青與SBS體系中處于細分布的理想狀態。但是，由于SBS與基質瀝青形成的改性瀝青屬于熱力學不相容體系，使得改性瀝青在較高溫度的存儲過程中存在著不穩定。同時，現行規范規定的SBS改性瀝青生產過程中關于溫度的參數界限值不能完全控制改性瀝青的性能，使其性能波動較大，部分性能較差，甚至達不到規范要求［1］。因此，如果在生產工藝中，忽略SBS改性瀝青的控制溫度，將會嚴重影響改性瀝青的性能質量。

近年來，研究人員針對加工工藝中溫度對SBS改性瀝青性能影響進行了廣泛的研究。郝培文等［2］研究了拌和溫度對SBS改性瀝青性能的影響，并指出合理的拌和溫度可以促使SBS與基質瀝青均勻混融，并提高其技術性能。叢玉鳳等［3］也提出了選取合理的剪切溫度，可使改性瀝青具有較高的儲存穩定性與良好的路用性能。Saeed等［4］通過分析改性瀝青的離析機理，提出了SBS與基質瀝青在溶解度參數與密度上的差異，在高溫存儲下SBS改性瀝青會發生離析。黃衛東等［5］發現在常溫和高溫貯存下改性瀝青軟化點下降，運用熒光顯微照相技術研究了SBS與瀝青、軟瀝青質的相互作用以及SBS在瀝青中的溶脹分散過程等，分析常溫長時間貯存后改性瀝青的離析變大現象。以上研究缺乏針對相同改性劑不同基質瀝青與相同基質瀝青不同改性劑的對比研究;同時，對于不同存儲溫度的SBS改性瀝青性能評價多應用現有的針入度評價體系，很難準確評價改性瀝青的高溫性能［6］，以至于溫度控制參數尚難達成統一共識。因此，對SBS改性瀝青存儲溫度存在的問題進行分析研究，對確保SBS改性瀝青優良的質量性能具有重要意義。

實踐證明，整個生產工藝中的存儲溫度都會影響改性瀝青的使用性能［7］。為研究其變化規律以控制改性瀝青的生產，筆者通過選取不同的存儲溫度，對3種不同的改性瀝青進行存儲加工，應用常規瀝青試驗與重復蠕變試驗，分析不同溫度對SBS改性瀝青的改性效果與瀝青使用性能的影響，以期提出系統合理的存儲溫度，使SBS改性瀝青的性能達到較高的指標要求。

1 試驗

1.1 試驗材料

1)基質瀝青采用韓國SK-90號瀝青與埃索ESSO-90號瀝青，其技術性能指標見表1。

2)SBS改性劑為S-YY，S-YS(S代表星型結構，且S-YY的分子質量較大)，嵌段比(S/B)為30/70，摻入量為4%。

表1 基質瀝青基本性質試驗結果

3)自制穩定劑，劑量為2.6‰。

瀝青配制情況見表2。

表2 SBS改性瀝青制備

1.2 改性瀝青的制備

將基質瀝青加熱到120℃左右，加入SBS改性劑，選取180℃作為加工溫度，低速剪切10 min后，在5 500 r/min條件下進行混合分散50 min，制得改性瀝青［8，9］。在 SBS充分溶脹基礎上加入穩定劑繼續攪拌30 min，分別在90℃，120℃，150℃下存儲，得到不同存儲溫度的9組SBS改性瀝青試樣。依針入度指標PI、當量軟化點T800、重復蠕變試驗擬合 Gv值、當量脆點T1，2與 5℃延度作為分析指標，對其進行試驗研究分析。

1.3 改性瀝青性能評價指標

1)依據JTJ 052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程，對改性瀝青進行針入度試驗、延度試驗和軟化試驗［10］。采用針入度指標PI，當量軟化點T800℃，5℃延度，當量脆點T1，2來評價道路瀝青的路用性能［11-13］。

2)采用重復蠕變試驗，基于Burgers模型擬合高溫指標Gv值，來評價改性瀝青的高溫性能［14］。重復蠕變試驗在DSR儀器上完成。試驗采用應力水平為60 kPa，試驗溫度為60℃。每個蠕變周期加載1 s，恢復9 s，荷載周期為100次。選取伯格斯(Bur-gers)模型作為瀝青材料的流變模型，見圖1。Burgers本構方程如式(1)所示:

其中，γ為剪應變;τ0為恒定的剪應力，Pa;G0為Maxwell模型的彈性模量，Pa;η1為Kelvin模型的粘性系數，Pa·s;η0為Maxwell模型的粘性系數，Pa·s;t為蠕變時間，即加載時間，s;設t/η0=Jv，Jv為蠕變柔量。

圖1 Burgers模型

由式(1)可知，Burgers模型的應變可分為瞬時彈性部分γe、延遲彈性部分γde與粘性部分γv，各參數可由線性規劃、迭代等數學解法確定［15］。

為了求解Jv，可將式(1)兩邊同時除以常量τ0:

令 1/G0=J0，1/G1=J1，J(t)= γ/τ0，則式(2)為:

應用式(3)直接對柔量進行擬合計算，以Gv=1/Jv作為蠕變勁度的粘性成分，用來評價SBS改性瀝青的高溫抗變形性能。

2 試驗結果分析

結合以上研究，選取180℃為加工溫度，制備E+S-YS，E+SYS，S+S-YY三種不同的SBS改性瀝青試樣。在不同存儲溫度(90℃，120℃，150℃)下，將SBS改性瀝青試樣存儲48 h，并對試樣的技術性能進行試驗測試，試驗結果見表3，表4。

表3 不同存儲溫度的SBS改性瀝青性能指標試驗結果

表4 不同存儲溫度的SBS改性瀝青的重復蠕變試驗結果

2.1 感溫性

由表3可知:

1)基質瀝青相同、改性劑不同的SBS改性瀝青，在不同的存儲溫度的條件下，其針入度指數變化規律不同。隨著存儲溫度的升高，添加S-YY的兩種改性瀝青，PI值逐漸升高;而添加S-YS的改性瀝青，其PI值為先增大后減小。

2)基質瀝青不同、改性劑相同的SBS改性瀝青，在不同的存儲溫度的條件下，其針入度指數變化規律近似。

3)對比不同存儲溫度，發現三者在150℃的存儲溫度下PI值浮動較小，說明較高的存儲溫度對溫度敏感性是有利的。

2.2 高溫穩定性

隨著存儲溫度的升高，三種改性瀝青的T800值與PI值變化趨勢近似，總體變化幅度略有差異。E+S-YY與S+S-YY改性瀝青的T800，隨著溫度的升高，其逐漸升高。當存儲溫度為150℃時，這兩種改性瀝青的T800達到最高值。E+S-YS改性瀝青的T800，在存儲溫度為120℃時，達到最高值。其后隨著溫度的升高，其T800又降低。由表4可知，在不同的存儲溫度下，三種SBS改性瀝青其Gv指標明顯不同。添加S-YY改性劑的改性瀝青，其高溫性能排序依次為:150℃ ＞120℃ ＞90℃;而添加S-YS改性劑的改性瀝青，其高溫性能排序依次為:120℃ ＞90℃ ＞150℃。由此說明，選取適宜的存儲溫度能夠保持SBS相與瀝青相相互之間的擴散、溶脹作用，確保兩者之間網絡結構的穩定，最終保證了不同SBS改性瀝青較好的高溫穩定性。

因此，添加S-YS與S-YY的改性瀝青，其存儲溫度分別為120℃與150℃，能夠保證其最佳的高溫穩定性。

2.3 低溫抗裂性

由表3可知:1)三種改性瀝青的5℃延度隨著存儲溫度的增加，總體趨勢為逐漸增大。當存儲溫度達到150℃時，其5℃延度達到最大值。這表明添加S-YS與S-YY的改性瀝青在150℃存儲溫度下，其低溫抗裂性能最好。2)三種改性瀝青的T1，2的值，規律與延度近似，在存儲溫度為150℃時，添加S-YY的改性瀝青，其T1，2達到了最低值;而添加S-YS的改性瀝青，在存儲溫度為120℃時，其達到了最低值，說明添加S-YS與S-YY的改性瀝青，其存儲溫度分別為120℃與150℃，低溫抗裂性能較好。

3 結語

通過選取不同的加工溫度與存儲溫度，對三種不同SBS改性瀝青的感溫性、高溫性能、低溫性能進行了對比評價分析，得到結論如下:1)以針入度指標PI、當量軟化點T800、重復蠕變試驗擬合Gv值、當量脆點T1，2與5℃延度，作為SBS改性瀝青感溫性能、高溫性能與低溫性能的評價指標，能夠確保評價結果的準確性與合理性。2)隨著存儲溫度的升高，相同SBS改性劑不同基質瀝青的改性瀝青各項性能指標變化規律近似相同;不同SBS改性劑相同基質瀝青的改性瀝青變化規律差異較大。為了保證SBS改性瀝青的各項性能，應根據不同SBS改性劑選取合理的存儲溫度。3)當SBS改性劑為S-YY時，加工SBS改性瀝青，推薦存儲溫度為150℃;對于SBS改性劑為S-YS時，推薦存儲溫度為120℃。

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