聚合物SBS的種類對中海AH-70重交通道路瀝青性能的影響

鄧慶忠，董叔鑫，陳瑞國，陳 書

(中海瀝青(廣東)有限公司，廣東 湛江 524022)

聚合物SBS的種類對中海AH-70重交通道路瀝青性能的影響

鄧慶忠，董叔鑫，陳瑞國，陳 書

(中海瀝青(廣東)有限公司，廣東 湛江 524022)

研究了不同種類聚合物SBS在相同制備工藝條件下對中海AH-70重交通道路瀝青性能的影響。結果表明：不同牌號的SBS對瀝青的改性效果存在差異，SBS(1301-1H)能夠顯著提高瀝青的高溫路用性能；SBS(796)對瀝青低溫路用性能的改善效果最優；SBS(501)改善瀝青感溫性的效果最佳；通過研究高溫儲存穩定性和熒光顯微結構可知SBS(796)與瀝青的相容性最好。在實驗考察范圍內，SBS(501)與SBS(796)復配時能制備各項指標均滿足JTG F40—2004技術要求的I-D改性瀝青。

SBS種類 改性瀝青 中海瀝青

隨著我國經濟總量的攀升，交通運輸負荷正逐年遞增，這不僅體現在交通數量上的增長，同時載荷也向重載和超重載的趨勢發展[1]；而我國高等級公路以瀝青路面為主，日益繁重的交通負荷對瀝青材料性能的要求越來越高，普通的基質瀝青已很難達到高等級路面的路用要求；為了滿足更苛刻的交通運輸需求，延長路面的服役年限，改性瀝青已在路面建設中普遍使用。目前，可用于改善瀝青路用性能的改性劑主要有：SBS(苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物)、SBR(丁苯橡膠)、廢輪胎膠粉、PE(聚乙烯)、EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)、環氧樹脂等[2-3]，其中SBS能夠顯著改善瀝青的高低溫路用性能，因而在高等級公路的建設中應用廣泛，但不同牌號SBS對不同來源的瀝青性能的影響存在差異，主要在于：①SBS的結構組成(例如嵌段比、相對分子質量及其分布、有無支鏈等[4])不同，造成其物化性質的差別；②由于瀝青來源不同，其組分(例如飽和分、芳香分、膠質、瀝青質等)含量也不同。因而SBS與瀝青存在配伍性問題，配伍性的好壞直接決定了改性瀝青的生產成本。本研究以中海瀝青為原料，考察不同牌號的SBS對瀝青路用性能的影響。

1 實 驗

1.1 原 料

AH-70重交通道路瀝青為基質瀝青，中海瀝青(廣東)有限公司生產，其性能指標見表1；SBS改性劑為商業化產品，主要包括天津樂金渤天化學有限責任公司生產的501，岳陽巴陵石化公司生產的791，791H，796，寧波科元公司生產的1301H；SBS在整個體系中起加筋增強的作用，從而使瀝青的高低溫性能有所改善；相容劑采用芳香分含量較高的側線餾分油，由中海瀝青(廣東)有限公司生產，相容劑的加入能促進SBS與基質瀝青的融合，使SBS分子在瀝青中充分舒展，增強體系的穩定性；穩定劑，常溫下為黑色粉末狀固體，主要成分為硫磺，穩定劑在改性瀝青體系中的作用是交聯SBS分子與瀝青分子，增加SBS分子在瀝青中的溶解度，從而使整個體系在高溫下儲存時不發生相分離。

1.2 改性瀝青制備過程

將基質瀝青、相容劑按比例加入制樣桶內，升溫至170 ℃，加入定量的SBS，升溫至180 ℃恒溫；然后，啟動高速剪切機，混合物在3 500 r/min的速率下剪切30 min；最后，在180 ℃的條件下加入穩定劑，并攪拌發育即得到改性瀝青樣品。

1.3 改性瀝青評價指標

用于評價改性瀝青性能的主要指標有針入度(25 ℃)、軟化點、延度(5 ℃)、針入度指數。在我國現行的改性瀝青標準中，主要采用延度(5 ℃)來評價改性瀝青的低溫路用性能，數值越大說明改性瀝青抵抗低溫形變的能力越強。

表1 AH-70重交通道路瀝青主要性能

目前，主要采用薄膜烘箱試驗(TFOT)和旋轉薄膜烘箱試驗(RTFOT)來模擬瀝青在混合料拌合、攤鋪過程中的短期老化；通過測定老化后瀝青的延度(5 ℃)和針入度比來表征瀝青短期老化后的路用性能。

離析實驗是指瀝青在163 ℃的烘箱中恒溫48 h后，試樣上端1/3段和下端1/3段間的軟化點差值，該差值越小越好[7]，離析實驗可表征SBS改性瀝青在高溫下的儲存穩定性。

如果不喜歡吃雞蛋，黃婉秋說還有一個替代的方法，那就是把雞蛋換成豬瘦肉。把100克豬瘦肉用鹽、醬油、雞精、料酒拌好，做成餅狀，放進一個盤子，再把阿膠、川芎、當歸、黨參、黃芪分別放在肉餅的上面和下面，用中火蒸15分鐘左右。蒸好之后，吃肉餅，同樣可以起到養顏、美容的效果。中醫認為，女性的氣血是否充盈，運行是否暢通，是養顏的關鍵。而在黃婉秋的養顏方當中，有三味藥是補血的，那就是當歸、川芎和阿膠；有兩味藥是益氣的，就是黃芪和黨參。長期服用這些藥，自然氣血充盈，而且氣血運行非常暢通，所以她的氣色也就自然會與眾不同了。

2 結果與討論

2.1 SBS種類對瀝青針入度的影響

以中海AH-70重交通道路瀝青為基質瀝青，在SBS改性瀝青制備工藝一致的條件下，5種SBS聚合物對中海AH-70重交通道路瀝青進行改性，SBS摻量對改性瀝青針入度的影響見圖1。從圖1可以看出，當SBS種類一定時，隨SBS摻量的增加，改性瀝青的針入度逐漸降低。主要原因在于SBS會吸附瀝青中的油分，使瀝青中的輕組分含量降低，故瀝青稠度增加，針入度降低；SBS摻量一定時，針入度隨SBS種類的變化幅度較小，說明SBS種類對瀝青針入度無顯著影響。

圖1 SBS摻量對改性瀝青針入度的影響■—SBS(1301H)； ●—SBS(796)； ▲—SBS(791H)；▼—SBS(791)；◆—SBS(501)。圖2～圖7同

2.2 SBS種類對瀝青高溫性能的影響

以中海AH-70重交通道路瀝青為基質瀝青，在SBS改性瀝青制備工藝一致的條件下，5種聚合物SBS對中海AH-70重交通道路瀝青進行改性，SBS摻量對改性瀝青軟化點的影響見圖2。從圖2可以看出，當SBS種類一定時，瀝青軟化點隨SBS摻量的增加而升高。主要原因在于SBS吸附了輕組分使瀝青中的膠質、瀝青質含量相對增加，其稠度增大；另外SBS在油分子的作用下充分舒展，在瀝青體系中起加筋增強的作用，故瀝青的軟化點提升。從圖2還可以看出，當SBS摻量一定時，SBS(1301H)制備的改性瀝青軟化點均在曲線的最上方，說明就高溫性能而言SBS(1301H)的改性效果最好，SBS(501)和SBS(791H)的高溫改性效果相近，SBS(796)的效果最差。

圖2 SBS摻量對改性瀝青軟化點的影響

2.3 SBS種類對瀝青低溫性能的影響

圖3 SBS摻量對改性瀝青延度的影響

2.4 SBS種類對瀝青短期老化性能的影響

以中海AH-70重交通道路瀝青為基質瀝青，在SBS改性瀝青制備工藝一致的條件下，5種聚合物SBS對中海AH-70重交通道路瀝青進行改性，SBS摻量對改性瀝青老化后瀝青的延度(5 ℃)和針入度比的影響見圖4和圖5。從圖4可以看出：當SBS種類一定時，隨改性劑摻量的增加，瀝青的老化延度(5 ℃)有逐漸增大的趨勢，說明SBS的加入有利于改善瀝青抗短期老化的能力；當SBS摻量一定時，改性劑SBS(796)的曲線在最上方，說明SBS(796)的改性效果最佳；而SBS(501)，SBS(791)，SBS(791H)無明顯的區分度，說明其改性效果相近；SBS(1301H)的曲線在最下方，說明在這5種SBS中，SBS(1301H)的改性效果最差。從圖5可以看出，當SBS種類一定時，隨改性劑摻量的增加，瀝青的針入度比有逐漸增大的趨勢，說明瀝青的抗老化能力得到改善，這與老化延度的實驗結果一致，說明SBS能增強瀝青的抗老化能力，當SBS摻量一定時，改變SBS的種類對針入度比的影響較小，且部分數據點有重疊，說明SBS的種類變化對改性瀝青針入度比無顯著影響。

圖4 SBS摻量對改性瀝青老化延度的影響

圖5 SBS摻量對改性瀝青針入度比的影響

2.5 SBS種類對瀝青感溫性的影響

以中海AH-70重交通道路瀝青為基質瀝青，在SBS改性瀝青制備工藝一致的條件下，5種聚合物SBS對中海AH-70重交通道路瀝青進行改性，SBS摻量對改性瀝青針入度指數和黏度“活化能”的影響分別見圖6和圖7。從圖6可以看出：當SBS種類一定時，隨SBS摻量的增加，改性瀝青的針入度指數有逐步增大的趨勢，說明SBS能改善瀝青的溫度敏感性；當SBS摻量一定時，由改性劑SBS(501)制備的改性瀝青的針入度指數曲線在最上方，說明在實驗考察范圍內，SBS(501)對針入度指數的改善效果最好，而SBS(791)、SBS(791H)和SBS(1301H)的曲線基本重合，說明這3種改性劑的效果相近，改性劑SBS(796)的效果略差。從圖7可以看出：當SBS種類一定時，黏度“活化能”Ea隨SBS摻量的增加而增加，表明黏度隨溫度的敏感性降低，說明SBS的摻入有利于改善瀝青的感溫性，與針入度指數的結果一致；當SBS摻量一定時，含有改性劑SBS(501)的瀝青的Ea最大，說明SBS(501)的改性效果最佳，而SBS(791)，SBS(791H)，SBS(1301H)的改性效果相近，SBS(796)的改性效果略差，這也與針入度指數的實驗結果一致，說明在實驗考察范圍內，針入度指數與黏度“活化能”均能有效表征改性瀝青的感溫性。

圖6 SBS摻量對改性瀝青針入度指數的影響

圖7 SBS摻量對改性瀝青黏度“活化能”的影響

2.6 SBS種類對改性瀝青高溫儲存穩定性的影響

由于SBS與基質瀝青在溶解度參數、密度、相對分子質量及其分布等方面存在明顯差異[8]，因而SBS改性瀝青在熱力學上是不穩定體系，在高溫下儲存時聚合物分子有相互聚集的趨勢，若在儲存過程中改性瀝青發生了離析現象，則會影響SBS對瀝青的改性效果，因此改性瀝青的儲存穩定性決定了改性瀝青的使用形式，若儲存穩定性差，則其只能采用現場改性的方式。SBS改性瀝青的高溫儲存穩定性實驗結果見表2。從表2可以看出，當SBS種類一定時，SBS摻量越大，改性劑與基質瀝青的軟化點差越大，說明離析程度越大。主要原因在于SBS與基質瀝青的溶解度參數、密度、相對分子質量等參數存在差異，因而在無攪拌的條件下，會發生SBS與基質瀝青的相分離。從表2還可以看出：當SBS摻量為4.5%時，改性劑SBS(796)所制備的改性瀝青的軟化點差為18.7 ℃，明顯好于其它改性劑；SBS摻量小于4.5%時均有相似的規律，說明改性劑SBS(796)與中海瀝青的相容性最佳。

表2 改性瀝青的高溫儲存穩定性實驗結果

2.7 SBS種類對改性瀝青微觀結構的影響

聚合物SBS在藍色光波的照射下會向外散射出熒光，而基質瀝青在此波段范圍內無熒光現象產生，因而可據此研究SBS分子在瀝青中的分散情況。由2.6中的研究結果表明，當SBS摻量為4.0%時，能明顯區分SBS與基質瀝青的相容性差異，因而研究此摻量下改性瀝青的微觀結構，SBS改性瀝青的熒光顯微照片見圖8。所有熒光顯微照片的放大倍數均為400倍。從圖8可以看出:SBS(796)與基質瀝青間的相界面較模糊，說明中海瀝青與SBS(796)具有較好的相容性，而改性劑SBS(501)，SBS(791)，SBS(791H)，SBS(1301H)均能看到清晰的光亮點，說明中海瀝青與這幾種SBS的相容性較差；熒光顯微結構表明改性劑SBS(796)與中海瀝青的相容劑最佳，這與儲存穩定性的結果一致。

圖8 SBS改性瀝青的熒光顯微照片

2.8 用于中海瀝青改性的SBS種類比選

目前，SBS改性瀝青I-D在南方高溫地區應用廣泛，因而以I-D改性瀝青為目標，針對中海瀝青優選SBS，以制備性能優良的SBS改性瀝青。根據上述結果，改性瀝青的高溫儲存穩定性隨SBS摻量的增加，有逐漸變差的趨勢，對其它指標均影響不大。當SBS摻量為4.0%時，只有改性劑SBS(501)和SBS(796)制備的改性瀝青能夠滿足JTG F40—2004中的離析實驗要求，因而選定SBS(501)和SBS(796)作為改性劑，用于制備I-D改性瀝青。在5種SBS中，SBS(796)的低溫改性效果最好，但高溫改性效果最差；而改性劑SBS(501)的高低溫改性效果均居中。由于當改性劑摻量為4.0%時，SBS(501)和SBS(796)制備的改性瀝青的軟化點均低于60 ℃，為了制備各項指標均滿足I-D的技術要求，將改性劑的摻量增加到4.2%，同時將SBS(501)和SBS(796)按質量比1∶1的比例復配，以檢驗SBS的復配改性效果，結果見表3。由表3可見：在實驗考察范圍內，SBS(501)制備改性瀝青時，其離析實驗(軟化點差)不能滿足規范要求；SBS(796)制備改性瀝青時，其針入度指數不能滿足規范要求；只有當SBS(501)與SBS(796)按質量比1∶1的比例復配時，制備改性瀝青的各項指標能夠滿足JTG F40—2004中I-D的技術指標要求。

表3 改性瀝青的主要性質

3 結 論

在實驗考察范圍內，不同牌號的SBS對中海瀝青性能的影響存在差異。隨著SBS摻量的增加，瀝青的軟化點會逐漸增加，其中SBS(1301-1H)對中海瀝青的軟化點的改善效果最顯著；隨著SBS摻量的增加，瀝青的低溫延度先增大后降低，其中SBS(796)對中海瀝青的低溫延度的改善效果最優；隨著SBS摻量的增加，瀝青的感溫性能得到改善，其中SBS(501)改善中海瀝青感溫性的效果最佳；通過研究高溫儲存穩定性和熒光顯微結構可知，SBS(796)與中海瀝青的相容性最好；當SBS(501)與SBS(796)按質量比1∶1復配時，能制備各項指標均滿足JTG F40—2004技術要求的I-D改性瀝青。

[1] 王隨原, 周進川.SBS改性瀝青混合料蠕變性能試驗研究[J].公路交通科技, 2006, 23(12)：10-13

[2] Kalyoncuoglu S F, Tigdemir M. A model for dynamic creep evaluation of SBS modified HMA mixtures[J].Construction and Building Materials, 2011, 25(2)：859-866

[3] 閔召輝, 黃衛, 錢振東.環氧瀝青蠕變力學模型研究[J].公路交通科技, 2008, 25(12)：71-75

[4] 馮新軍, 郝培文, 薛航.SBS改性瀝青的相容性研究[J].長沙交通學院學報, 2007, 23(2)：25-31

[5] 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社, 2001：84-85

[6] Wei Jianming, Liu Zhangyong, Zhang Yuzhen.Rheological properties of amorphous poly alpha olefin(APAO)modified asphalt binders[J].Construction and Building Materials, 2013, 48(19)：533-539

[7] 朱紅, 程健.塔河SBS改性瀝青穩定性影響因素的研究[J].石油瀝青, 2012, 26(6)：34-38

[8] 宋江濤, 王暖緒, 樊亮, 等.SBS改性瀝青熱儲存穩定性評價[J].公路, 2012(4)：181-184

INFLUENCE OF ADDING SBS ON PERFORMANCE OF ZHONGHAI NO.70 HEAVY DUTY ROAD ASPHALT

Deng Qingzhong, Dong Shuxin, Chen Ruiguo, Chen Shu

(CNOOCBitumen(Guangdong)Co.Ltd.,Zhanjiang，Guangdong524002)

The effects of SBS types on the properties of Zhonghai 70#heavy duty road asphalt were investigated after the SBS modified asphalts were prepared under the same conditions.The results indicate that the modification effect on Zhonghai asphalt depends on the kinds of SBSs.The SBS(1301-1H)can improve the pavement performance of Zhonghai asphalt at high temperature，while the effect of SBS(796)on the low temperature property of Zhonghai asphalt is the best.The SBS(501)is the best in improving the ability to resist temperature sensitivity of asphalt.The compatibility between SBS(796)and Zhonghai asphalt is the best, proved by the test of storage stability at high temperature and fluorescence image analysis.Within the scope of the experimental investigation, the I-D modified asphalt can be obtained using the compound of SBS(501)and SBS(796), all the indexes of the asphalt product can meet the JTG F40-2004 technical requirements.

SBS type； modified asphalt； Zhonghai asphalt

2016-07-14；修改稿收到日期：2016-10-13。

鄧慶忠，碩士，工程師，主要從事瀝青產品的研發與應用工作。

鄧慶忠，E-mail：upcdengqz@163.com。