膠粉與SBS復合改性瀝青技術研究

摘要 該文研究了膠粉與SBS復合改性瀝青的制備工藝及其性能。通過分析復合改性瀝青的性能評價方法和指標，對原材料進行了性能檢測，探討了復合改性瀝青的生產工藝參數，并確定了膠粉與SBS的最佳摻量。研究結果表明：采用合適的工藝參數和最佳摻量可以顯著改善瀝青的性能，提高其耐久性和抗老化能力，研究成果旨在為工程應用提供理論支持和實際指導。

關鍵詞 膠粉；SBS復合改性瀝青；性能評價方法；最佳摻量

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2025）04-0055-03

0 引言

國民經濟增長促進了我國汽車保有量的不斷增長，導致了橡膠輪胎的大量廢棄，廢棄輪胎造成了資源浪費和環境污染的世界難題[1]。據國家統計局數據統計，我國輪胎產量已連續十六年居世界前列，每年仍以8%～10%的速度增長，2020年我國廢舊輪胎產量超過2 000萬噸[2-4]。隨著交通運輸業的迅速發展，道路交通量和車載荷的不斷增加，對道路瀝青的性能要求也愈發苛刻。傳統的道路瀝青在高溫穩定性、低溫抗裂性及耐久性方面已難以滿足現代化道路建設的需求。為了解決這一問題，改性瀝青的研究應運而生，并逐漸成為提高道路性能的重要手段。

膠粉與SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物）復合改性瀝青作為一種新型的改性材料，因其優異的性能逐漸受到關注。膠粉主要來源于廢舊輪胎，通過將其粉碎并摻入瀝青中，不僅可以有效改善瀝青的高溫穩定性和低溫抗裂性，還具有較好的環保效益。SBS作為一種熱塑性彈性體，能夠顯著提高瀝青的彈性和韌性，使其在高溫和低溫條件下都具有良好的性能表現。

該文旨在探討膠粉與SBS復合改性瀝青的制備工藝及其性能特點，通過對比分析不同配比和工藝參數下復合改性瀝青的性能，找出優化的工藝方案，為道路工程提供高性能的瀝青材料。研究結果不僅對提高道路使用壽命和行駛舒適性具有重要意義，同時也為廢舊輪胎的再利用提供了一條切實可行的路徑。

1 復合改性瀝青性能評價方法及指標

該文采用三大指標、177℃布氏黏度等來評價膠粉與SBS復合改性瀝青性能。

針入度是用來衡量瀝青黏度的關鍵指標，它直觀地反映了瀝青的硬度。尤其是在橡膠粉改性瀝青的指標體系中，針入度依然占據重要位置。軟化點則表示瀝青在特定溫度下的物理特性，高軟化點表明瀝青在高溫下具有更好的抗軟化和變形能力，因此，它是評估瀝青熱穩定性的一個關鍵參數，這使得軟化點成為橡膠粉改性瀝青的另一個重要指標。延度用于衡量瀝青的延展性，體現了瀝青的內部凝聚力，并且與路面的實際使用性能有直接關系。這三項指標的測試方法依舊按照現行的標準規范進行。結合國內外對橡膠粉改性瀝青的要求和應用實踐，該文提出了膠粉與SBS復合改性瀝青的三項指標的建議范圍。

為了確保膠粉與SBS復合改性瀝青混合料的施工性能，施工溫度應保持在160～180℃之間。如果溫度過低，瀝青的黏度會過高，影響混合料的施工；而如果溫度過高，雖然黏度降低，施工更為方便，但設備可能無法承受過高的溫度。因此，選擇在177℃下用布氏黏度來評估瀝青的黏度。考慮到橡膠改性瀝青混合料具有一定的形變恢復能力，因此增加瀝青彈性恢復試驗評價瀝青性能，根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中T0662進行試驗，在恒溫25℃水中受拉伸作用后能夠回縮的比例，反映了瀝青在受到外力作用后的恢復能力；同時，在膠粉與SBS復合改性瀝青的使用過程中，橡膠粉和瀝青容易產生分層現象，而48h軟化點差可以反映聚合物改性瀝青的存儲穩定性。因此，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）中的T0611進行試驗，以評估其存儲穩定性。

根據調研分析，該文提出膠粉與SBS復合改性瀝青黏度技術指標，見表1。

2 原材料性能檢測

（1）基質瀝青

基質瀝青的選擇要受到當地氣候、交通條件的影響，一般采用當地常用的瀝青品種。采用的基質瀝青質量應滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）規范要求。考慮到膠粉與SBS復合改性瀝青中同時含有兩種改性劑，很容易因溶脹不充分而引起嚴重的離析問題，因此選擇了SK70#基質瀝青來解決這一問題。

（2）SBS改性劑

SBS改性劑是一種熱塑性彈性體，同時具有橡膠和塑料的特性，常溫下有著橡膠的彈性性能，高溫下又可以如同熱塑料一樣流動。通常可分為兩種：星型和線型，星型SBS改性瀝青的性能優于線型SBS，但加工難度較大、成本較高。該項目選用的SBS改性劑為岳陽石化提供的1301型改性劑，其外觀如圖1所示，技術指標應滿足表2。

（3）膠粉

該項目選用的膠粉是在常溫粉碎法制成的基礎上，通過在工廠中預先與反應劑混合接枝的改性膠粉（Modified Crumb Rubber），簡稱MCR。項目采用目數為60目的橡膠粉，其外觀如圖2所示，技術指標應滿足表3。

3 復合改性瀝青生產工藝參數

為了確保橡膠粉和SBS的改性效果，并賦予復合改性瀝青理想的性能，同時盡量減少剪切時間（因為剪切時間過長可能導致瀝青高溫老化，影響復合改性瀝青的性能），最終確定了剪切時間為1 h。復合改性瀝青的制備過程分為三個關鍵步驟：配料、混合、老化，每一步的工藝參數都需要嚴格控制，以確保最終產品的質量和性能，具體要求如下。

（1）選用優質瀝青、改性劑（如SBS、EVA）、填料和增塑劑；將瀝青加熱至150～160℃，確保其充分熔化。

（2）取質量比為1：1的芳烴油與SBS混合，采用高剪切混合機，設備轉速應控制在5 000 RPM；混合時間為30 min，以確保各組分充分混合；混合過程中溫度應保持在180℃，防止溫度過高導致材料降解；隨后，將混合物放入160℃的烘箱中，進行0.5 h的溶脹處理。

（3）將從烘箱中取出的活化橡膠粉與基質瀝青混合后，加入到已經剪切了0.5 h的SBS改性瀝青中。在保持相同的剪切條件下，繼續剪切1 h，即可獲得膠粉與SBS復合改性瀝青。

通過嚴格控制上述工藝參數，生產出的復合改性瀝青在高溫穩定性、低溫抗裂性和耐久性方面表現優異，滿足道路建設的高標準要求。

4 膠粉與SBS最佳摻量確定

（1）SBS摻量對復合改性瀝青性能的影響

該文選取了1%、2%、3%、4%、5%與6%SBS摻量進行試驗。試驗材料選用線型YH791SBS和60目橡膠粉，橡膠粉摻量為15%，試驗結果見圖3。

根據上圖趨勢，當SBS的添加量為1%時，兩者針入度幾乎一致。但SBS的添加量至2%時，復合改性瀝青的針入度明顯下降。隨著SBS摻量從2%逐步增加到6%，復合改性瀝青的針入度持續降低。

在軟化點方面，隨著SBS摻量的增加，復合改性瀝青的軟化點逐漸上升，尤其是當SBS摻量從1%增加到4%時，軟化點顯著提高。例如，當SBS摻量從3%增加到4%時，軟化點上升了14.3℃。然而，當SBS摻量從4%進一步增加到6%時，軟化點的增幅顯著減小，僅增加了3.6℃。

在延度方面，5℃延度隨著SBS摻量的增加而增大，從1%的14.8 cm增加到5%的26.1 cm，但在6%時略微下降到24.2 cm。這表明SBS摻量的增加提高了瀝青在低溫下的延展性，使其在低溫下更加柔韌。

綜合試驗結果，在制備膠粉與SBS復合改性瀝青時，將SBS的摻加范圍確定為：2%～4%。

（2）橡膠粉摻量對復合改性瀝青性能的影響

為了確保試驗結果的可靠性，選擇了40目和60目的橡膠粉。結合對SBS改性瀝青和橡膠瀝青的相關研究，確定了12%、15%、18%和21%的橡膠粉與2%、3%和4%的SBS進行混合。

該試驗增加了橡膠瀝青和SBS改性瀝青兩組對照組，并評估了性能。樣品外觀方面，12%摻量橡膠粉復合改性瀝青表面較光滑；而摻量增至21%時，表面變得粗糙，有明顯的顆粒感，說明摻量在21%時，橡膠粉的溶脹效果較差。試驗結果見圖4～圖6。

從圖4可以看出，隨著膠粉摻量的增加，針入度整體上有下降的趨勢，表明瀝青變得更加硬化；SBS摻量的增加同樣導致針入度的降低，比如編號1（膠粉24%，SBS 0%）的針入度為60.9，而編號14（膠粉21%，SBS 4%）的針入度為49.1。

軟化點方面，隨著SBS摻量的增加，軟化點顯著提高，這表明瀝青的高溫穩定性得到改善。膠粉摻量增加同樣提升軟化點，但效果不如SBS明顯。例如編號2（膠粉0%，SBS 6%）的軟化點為75.9，而編號14（膠粉21%，SBS 4%）的軟化點達到93.3。

當橡膠粉摻量為12%時，不同SBS摻量下的復合改性瀝青顯示出較大的延度差異；當橡膠粉摻量增加到15%時，這些差異有所減少；然而，當橡膠粉摻量進一步提高到18%時，延度差異再次顯著增大。根據這些試驗結果，推薦的膠粉與SBS復合改性瀝青的最佳配方是：橡膠粉摻量為18%，選擇YH791型號的SBS，摻量為4%。

5 結語

研究結果表明：通過先剪切SBS改性瀝青，然后再加入橡膠粉進行共同剪切的方式，制備出的復合改性瀝青性能最佳。經過芳烴油處理的SBS和橡膠粉改善了與瀝青的相容性，從而提高了復合改性瀝青的均勻性和性能。最佳的剪切溫度為180℃，剪切時間為1 h。在SBS摻量增加的情況下，針入度下降，軟化點上升，而延度則呈現出先增加后減少的趨勢。SBS的最佳摻量范圍為2%～4%。橡膠粉的摻量對性能的影響更為顯著，最佳摻量為18%。綜合考慮，確定的最佳配方為橡膠粉18%和SBS 4%。

參考文獻

[1]朱浩然，蔡海泉，李峰，等.活性橡膠瀝青膠結料微觀結構分析[J].重慶交通大學學報， 2016（4）：35-39.

[2]Wang Feng， Kuang Minming， Li Guanlong， Zhou Xiaolong， Li Chenglie. Investigation of Swelling and Dissolution Process of Natural Rubber in Aromatic Oil[J]. China Petroleum Processing and Petrochemical Technology， 2015（3）： 76-86.

[3]康成生，李良英，張星宇，等.廢舊膠粉改性瀝青的紅外圖譜特征[J].中國建材科技， 2016（5）：46-48+114.

[4]栗培龍，丁湛，陳沖.橡膠粉在熱瀝青中的溶脹降解特性分析[J].華南理工大學學報（自然科學版）， 2016（12）：97-102.

[5]陳中秋.高聚熟化膠粉與SBS復合改性瀝青混合料在宣曲高速公路的應用研究[J].公路， 2018（10）：6-9.

收稿日期：2024-08-05

作者簡介：韓波（1986—），男，本科，高級工程師，研究方向：國省干線公路建設。