重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074
摘要：为了探究采用SBS-g-MAH作为相容剂在SBS中引入极性基团从而提高改性剂在沥青中的易溶性制备适用于干法改性工艺的速溶型SBS改性剂的可能性。本文对不同剪切时间下干法SBS改性剂与普通SBS改性剂制备的改性沥青进行了三大指标试验，通过两种改性沥青三大指标的剪切时间-性能曲线选出了对剪切时间最敏感的指标并进一步提出了改性剂易溶度指标。并对不同配方的易溶型SBS改性剂进行了试验比对，试验结果发现，随着SBS-g-MAH的掺量提高，改性剂的易溶性增强。
关键词：干法SBS；易溶度；极性基团；三大指标
1 引言
现有SBS 改性沥青的加工方式采用行业俗称的“湿法”改性工艺。在改性沥青加工厂将SBS改性剂与基质沥青预混，制成成品改性沥青，再运输到沥青拌和楼现场储存使用。湿法工艺应用广泛，但存在着能耗高、监管难、性能衰减等难以避免的缺点。
针对湿法工艺制备SBS改性沥青带来的一系列问题，干法SBS改性工艺逐渐出现，干法工艺在制备SBS改性沥青混合料的过程中，将集料、SBS改性剂和基质沥青一起投入，经过拌和直接制成SBS改性沥青混合料。干法制备改性沥青的工艺已出现较长时间，例如SBR、橡胶粉等改性剂均可以用于干法工艺[3，4，5，6]。SBS改性沥青长期采用湿法工艺的主要原因是传统的SBS改性剂在沥青中的易溶性不佳，需要通过预先制备使SBS改性剂在沥青中充分分散。近几年来随着适用于干法改性工艺的速溶型干法SBS改性剂出现，对于干法SBS改性及速溶型SBS改性剂的研究也逐渐增多。
本文通过对速溶型SBS改性剂及普通SBS改性剂进行试验，选取对剪切时间最敏感的指标，提出了一种易溶性评价指标；通过选用SBS-g-MAH（马来酸酐接枝SBS）为相容剂，在SBS中引入极性基团，制备了不同配方的速溶型SBS改性剂，并通过试验研究了极性基团引入对SBS在沥青中易溶性及改性沥青三大指标的影响。
2 SBS改性剂易溶性评价
干法SBS改性工艺在制备沥青混合料的过程中投放SBS改性剂，没有预先制备SBS改性沥青的工序，因此干法工艺对于改性剂的易溶性要求大大提高。干法SBS改性剂研究起步较晚，目前相关规范尚未提出针对干法SBS改性剂的易溶性评价指标。本研究通过对比在不同剪切时间下普通SBS和干法SBS改性剂制备的改性沥青各指标的衰减幅度，选择对时间最敏感的指标，从而提出干法SBS改性剂易溶性评价指标。
2.1 材料与试验方案
本研究选用的普通SBS改性剂为岳阳巴陵石化生产的YH791H，选用的干法SBS改性剂为国路高科研发的SBS-T，选用的基质沥青为A级70号沥青。
由于SBS-T含有多种助剂并不完全由SBS构成，为使两种改性剂有效成分在沥青中占比相近，本研究中SBS-T掺量选为8%，YH791H掺量选为4.5%。
根据T/CHTS 20003-2018《公路干法SBS改性沥青路面技术指南》中干法SBS改性沥青制备方法。本研究在5000r/min的剪切速率和185℃的制备温度下剪切20min制备改性沥青，并依次缩短剪切时间至15min、10min、5min，测定不同剪切时间下的改性沥青三大指标。
2.2 试验结果与分析
将三大指标的试验结果整理如表1。
表1 三大指标试验结果
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从试验结果可以得知，随着剪切时间缩短，两种SBS改性剂的延度逐渐下降，普通SBS的延度衰减幅度巨大，当剪切时间小于等于10min后，改性沥青在5℃环境中已经丧失了延展性。从图2可以得知，随着剪切时间缩短，两种SBS改性剂软化点下降，逐渐接近未改性基质沥青性能。从图3可以得知，普通SBS改性沥青的针入度随剪切时间缩短逐渐接近未改性基质沥青性能，干法SBS改性沥青针入度与剪切时间关系不明显，这是由于干法SBS改性沥青针入度十分接近基质沥青，由于测量误差的存在，难以真正反映干法SBS改性沥青针入度变化趋势。
综合考虑不同指标的剪切时间——性能曲线，可以看出，改性沥青的5℃延度对于剪切时间最敏感。这是由于当剪切时间缩短时，SBS改性剂难以充分溶解于沥青中，不仅沥青中实际溶解的改性剂减少使得改性沥青性能劣化，同时未溶解的SBS颗粒在延度试验的拉伸场景中成为了应力集中点，进一步劣化了沥青试件的抗拉性能。因此本研究以5℃延度为基础提出了SBS改性剂易溶性指标——易溶度。易溶度反映了在标准工艺参数下剪切时间由20min逐渐缩短为15min、10min、5min后改性沥青延度相对剪切20min的延度残余比例均值。计算方法如下式：
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式中：
Y——SBS改性剂易溶度；
D20——在185℃下以5000r/min的剪切速率剪切20min所制备改性沥青的5℃延度（cm）；
D15——在185℃下以5000r/min的剪切速率剪切15min所制备改性沥青的5℃延度（cm）；
D10——在185℃下以5000r/min的剪切速率剪切10min所制备改性沥青的5℃延度（cm）；
D5——在185℃下以5000r/min的剪切速率剪切5min所制备改性沥青的5℃延度（cm）。
3 SBS-g-MAH对SBS改性剂易溶性影响研究
3.1 速溶型SBS改性剂制备
为了解决普通SBS在沥青中易溶性差的问题，本研究采用SBS-g-MAH作为相容剂，从而在SBS中引入极性基团以提高改性剂在沥青中的易溶性。为了探究SBS-g-MAH添加比例对SBS易溶性与改性沥青基本性能的影响，本研究制备了3种速溶型改性剂A、B、C。
3种速溶型SBS改性剂具体配方如表1：
表1 速溶型SBS改性剂配方
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3.2 不同配方速溶型SBS改性剂易溶性研究
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图4 不同配方改性剂延度变化趋势
本研究所制备的速溶型SBS改性剂中有效成分主要为SBS与相容剂，在以A、B、C三种速溶型SBS改性剂制备改性沥青时，根据有效成分掺量4.5%换算实际掺量。
在185℃下以5000r/min的剪切速率分别剪切20min、15min、10min、5min制备3种配方改性剂的改性沥青。将5℃延度试验结果整理为图4，图中参考线为SBS-T所制备改性沥青在剪切时间20min时的延度。
以上文中提出的易溶度计算方法计算A、B、C三种改性剂及干法SBS改性剂SBS-T与普通SBS改性剂YH791H的易溶度，易溶度分别为0.91、0.93、0.96、0.81、0.22。
从试验结果可以得知，随着相容剂添加比例的提高，SBS改性剂易溶度逐渐提高；本研究制备的3种易溶型SBS改性剂的易溶度均较SBS-T有所提高；普通SBS改性剂易溶度与易溶型SBS改性剂易溶度有很大差距。
4 结论
通过对干法SBS改性剂SBS-T、普通SBS改性剂YH791H及3种自研速溶型改性剂进行的改性沥青三大指标试验可以得出以下结论：
（1）5℃延度对SBS改性剂在沥青中溶解程度最为敏感，可以通过5℃延度的衰减曲线评价SBS改性剂的易溶性；
（2）普通SBS改性剂易溶度与干法SBS改性剂差距很大，无法满足干法改性工艺要求；
（3）通过添加SBS-g-MAH在SBS中引入极性基团可以有效提高改性剂在沥青中的易溶性；
参考文献：
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