SBS/橡膠粉復合改性瀝青高溫性能研究

何志俊

（山西省交通開發(fā)投資集團有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

隨著交通渠化的實行以及交通量的日益增長，車轍已經(jīng)成為瀝青路面最重要的破壞方式之一[1～2]。瀝青路面的車轍破壞與瀝青混合料在高溫時抵抗荷載變形能力的不足密切相關，因此提高瀝青混合料的高溫性能，對于改善瀝青路面抗車轍能力至關重要[3～4]。SBS作為一種常見的瀝青改性劑，對于提高瀝青高溫性能具有顯著效果，然而由于其高昂的價格，增加了工程造價，因此尋求價格相對低廉的瀝青改性劑，具有重要意義。相關研究表明，將廢舊輪胎粉碎制成橡膠粉用于瀝青改性，不僅能變廢為寶，而且能改善瀝青的高溫性能[5～6]。然而用橡膠粉改性瀝青時，如果摻量太小起不到明顯的改性效果，如果摻量太大，橡膠粉容易在瀝青中沉淀，造成存儲的不穩(wěn)定[7]。基于此，本文將SBS和橡膠粉同時用于瀝青改性，發(fā)揮兩種材料各自的優(yōu)勢，在節(jié)省工程造價的基礎上最大限度提高瀝青高溫性能，為提高瀝青路面抗車轍性能提供理論參考。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

瀝青選用Shell70號基質(zhì)瀝青，其基本技術指標見表1。橡膠粉采用廢舊輪胎橡膠粉（如圖1所示）。SBS改性劑選用新型SBS。

表1 Shell70號的基本技術指標

圖1 橡膠粉圖片

1.2 復合改性瀝青制備

先將橡膠粉加入熱瀝青中，并用玻璃棒攪拌一定時間，待橡膠粉初步均勻分散在瀝青中后，維持瀝青溫度在180℃～200℃，用高速剪切機由慢至快，并在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定到4 000 rpm后高速攪拌30 min；然后逐步加入SBS并繼續(xù)高速剪切30 min，即可制得SBS/橡膠粉復合改性瀝青。

圖2 布氏黏度試驗照片

2 試驗結果

2.1 橡膠粉粒徑和摻量對瀝青高溫性能的影響

維持SBS摻量為2%不變，選擇20目和40目的橡膠粉顆粒，控制橡膠粉摻量為7%、10%、13%、16%和19%，測定SBS/橡膠復合改性瀝青的針入度、軟化點、177℃布氏黏度和彈性恢復，研究橡膠粉粒徑和摻量對瀝青高溫性能的影響，試驗結果如表2所示。

表2 橡膠粉粒徑和摻量對瀝青高溫性能的影響

從表2可以看出，橡膠粉目數(shù)越大，SBS/橡膠復合改性瀝青的針入度越大，軟化點越小；當橡膠粉摻量小于19%時，隨著橡膠粉目數(shù)的增大，復合改性瀝青布氏黏度和彈性恢復同時降低，表明橡膠粉目數(shù)越小，復合改性瀝青高溫性能越好。解釋其主要原因為，目數(shù)越大，橡膠粉顆粒越細，相比于細顆粒，粗顆粒的橡膠粉在瀝青中更容易保持橡膠顆粒的彈性性質(zhì)，橡膠粉吸附瀝青之后不容易發(fā)生沉淀和離析，性質(zhì)更加穩(wěn)定，且橡膠粉顆粒之間的摩阻力更大，高溫時，在荷載作用下瀝青抵抗變形的能力更強，因此黏度和彈性恢復越大，瀝青的低溫性能更突出。因此綜合考慮高低溫性能應該選擇20目的橡膠粉對瀝青進行改性。

當橡膠粉目數(shù)一定時，隨著橡膠粉摻量的增多，SBS/橡膠復合改性瀝青的針入度逐漸減小，軟化點、布氏黏度和彈性恢復逐漸增大，高摻量下，復合改性瀝青的彈性恢復甚至能達到90%。當橡膠粉摻量大于16%時，再增加橡膠粉時，改性瀝青軟化點、布氏黏度和彈性恢復的變化幅度較小，另外相關文獻[7]表明，若使橡膠瀝青混合料的動穩(wěn)定度大于3 000次/mm，必須要求177℃時橡膠瀝青的布氏黏度大于2.7 Pa·s，按照這一標準，當摻加20目橡膠粉時，要求其摻量不小于13%，當摻加40目橡膠粉時，要求其摻量不小于16%。高溫下橡膠顆粒發(fā)生脫硫，與瀝青發(fā)生反應，隨著橡膠粉摻量的增多，橡膠粉吸附瀝青中飽和芬和芳香芬的比例增多，瀝青中輕質(zhì)組分的減少使瀝青在高溫荷載作用下抵抗變形的能力逐漸增強，因此高溫性能得到明顯改善。

2.2 SBS摻量對瀝青高溫性能的影響

在SBS/橡膠復合改性瀝青中保持橡膠粉目數(shù)和摻量分別為20目和13%不變，變化SBS摻量，測定不同SBS摻量下復合改性瀝青的針入度、軟化點、177℃布氏黏度和彈性恢復，研究SBS摻量對復合改性瀝青高溫性能的影響，試驗結果如表3所示。

表3 SBS摻量對瀝青高溫性能的影響

從表3可以看出，當橡膠粉目數(shù)和摻量保持不變時，隨著SBS摻量的增多，復合改性瀝青的針入度逐漸減小，軟化點、布氏黏度和彈性恢復逐漸增大，當SBS摻量超過2%時，復合改性瀝青軟化點均大于65℃，且選擇20目橡膠粉時復合改性瀝青的布氏黏度大于2.7 Pa·s，此時再增加SBS摻量雖然能提高瀝青的高溫性能，但是過高的黏度導致瀝青的施工溫度大幅增長，加速瀝青老化，且給施工帶來困難，因此綜合考慮，SBS最佳摻量應為2%。高溫時SBS在瀝青中發(fā)生溶脹和吸附作用，使瀝青中的輕質(zhì)組分含量降低，瀝青高溫性能得到改善，另外隨著SBS摻量的增多，SBS鏈在瀝青中相互交織，形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡結構，在高溫時，三維網(wǎng)絡結構能夠有效地抵抗荷載作用引起的瀝青變形，因此復合改性瀝青的高溫性能逐漸提高。

3 結論

a）橡膠粉目數(shù)越大，SBS/橡膠復合改性瀝青的針入度越大，軟化點越小；布氏黏度和彈性恢復越低，表明橡膠粉目數(shù)越小，復合改性瀝青高溫性能越好。因此宜選擇20目的橡膠粉顆粒對瀝青進行改性。

b）當橡膠粉目數(shù)和SBS摻量一定時，隨著橡膠粉摻量的增多，復合改性瀝青的針入度逐漸減小，軟化點、布氏黏度和彈性恢復逐漸增大，瀝青高溫性能逐漸提高，當選擇20目橡膠粉時，橡膠粉最佳摻量宜為13%。

c）橡膠粉目數(shù)和摻量保持不變時，隨著SBS摻量的增多，復合改性瀝青的針入度逐漸減小，軟化點、布氏黏度和彈性恢復逐漸增大，復合改性高溫性能逐漸提高，當SBS摻量大于2%時，過大的黏度會造成施工困難，因此合適的SBS摻量應為2%。