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掺加SBS改性剂对基质沥青性能影响分析

发表时间：2021/6/7 来源：《基层建设》2021年第2期作者：于新巧

[导读] 摘要：沥青是由沥青质、饱和酚、芳香酚和胶质组成的比较复杂的碳氢化合物和非金属衍生物的集合体，是一种低温硬化变脆，高温软化呈流体且具有粘性、弹性和塑性的流变材料。

        中铁七局工程质量检测中心河南郑州 450000
        摘要：沥青是由沥青质、饱和酚、芳香酚和胶质组成的比较复杂的碳氢化合物和非金属衍生物的集合体，是一种低温硬化变脆，高温软化呈流体且具有粘性、弹性和塑性的流变材料。因此，沥青路面低温易开裂，高温易产生车辙，这在一定程度上影响其在低温高寒和高温高热地区的使用。基于扩大沥青路面使用范施工，提高其经济性围，指导快速是对其进行改性是很有必要的。
        关键词：SBS改性剂；基质沥青；试验结果
        0 前言
        所谓改性沥青，就是在沥青中添加一定量的改性剂（树脂、高分子聚合物、橡胶粉或填料等），是沥青的性能得到改善。本文仅针对掺加不同比例SBS改性剂对于90号基质沥青三大基本指标影响程度分析。
        1 试验概述
        1.1 SBS改性剂
        SBS是聚苯乙烯丁二烯嵌段共聚物，将其加入热沥青以后，聚苯乙烯（PS段）首先软化流动，聚丁二烯（PB段）则充分吸收沥青中的油分和软沥青组分，形成海绵状。冷却后，PS再度硬化，形成物理交联的网状结构，沥青则进入其三维网状结构，成为一个具有很大弹性形变能力的高分子弹性体，从而改善沥青性能。
        1.2 沥青性能
        分别对基质沥青、改性沥青的软化点、针入度、延度依据JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》、JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求及步骤进行试验。
        1.3 SBS改性沥青的制备
        将基质沥青样品约1000g加热到160℃，以2500r/min分别按比例加入改性剂搅拌40min，再以4000—4500r/min在170℃—180℃温度下将沥青中的SBS改性剂剪切分散，然后在160℃—170℃发育30min制得改性沥青。
        2 试验结果与讨论
        2.1 不同SBS改性剂掺量对基质沥青的影响
        分别将3.6%、3.8%、4.0%、4.2%、4.5% SBS改性剂掺入基质沥青制得五组试验样品，检验三大基本指标值如下；
        1）软化点
        图表一掺加改性剂对基质沥青软化点的影响

        从图表一中可明显看出基质沥青中加入SBS后，沥青的软化点明显提高，且随着SBS加入量的增大而增大。这是由于SBS是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，PB和PS使其具有两个玻璃化温度：为80℃左右，为90℃左右，两个玻璃化温度使沥青呈现出高弹性的特点，以致在高温下不软化，低温下不发脆，软化点由此得到提高。基于以上分析推测由于沥青组分中芳香分与SBS具有较好的相容性，SBS吸收芳香分后在沥青中分散更均匀，表面积增大，能够进行化学反应的空间结构位置增多，SBS与沥青形成的网状结构较为紧密，从而更有利于软化点的提高。
        1）延度
        图表二掺加改性剂对基质沥青延度的影响

        从图表二中可看到，SBS改性剂掺量的不同对基质沥青的延度影响并无明显规律可循，这是由于基质沥青中轻组分（饱和分）结构分布影响，与SBS相容性相对较差，在SBS掺量较低范围内（3.8%以下）可对基质沥青延度有较大改善，随着掺量的增加，沥青组分中轻组分和SBS相容性趋于饱和，不再随掺量的增加而影响试验结果，甚至会随SBS掺量增加而降低延度值。
        2）针入度
        图表三掺加改性剂对基质沥青针入度的影响

        从图表三中可看出随着SBS加入量的增加，改性沥青的针入度在逐渐减小，但程度并不大。这是因为加入的SBS吸收了沥青中的部分软组分，SBS加入量越多，软组分吸收的越充分，最终SBS在沥青中形成网格结构使得改性沥青针入度进一步降低。但由于缺少相容剂，无法有效提高沥青中软组分中芳香分含量，软组分被SBS吸收的总量及速率受限，因此值加入SBS改性剂对于基质沥青针入度影响并不大。
        图表四掺加改性剂对基质沥青三大指标的影响

        3 制备改性沥青过程可能对试验结果的影响
        3.1发育是否完整的影响
        图表五发育是否完整的影响

        上图中分析可知，充分的发育过程能提升改性剂在基质沥青中的溶解性能，从而增大改性剂的溶解量，提高改性后沥青的性能指标。
        3.2储存稳定性的影响
        图表六储存稳定性的影响

        从上图可分析得到改性后的沥青储存稳定性不良，在改性过程中加入稳定剂提高改性后沥青的储存稳定性，防止改性沥青在混合料拌和过程中的离析及混合料摊铺过程中的离析。
        3.3烘箱保温的影响
        图表七烘箱保温的影响

        保温后可以缩短搅拌时间，增加改性剂的溶解速率，降低改性剂和沥青加热过程中的老化，提升改性后沥青的性能。
        3.4剪切速率的影响
        图表八剪切速率的影响

        不同的剪切速率对制备改性沥青的三大指标存在一定的影响，多次试验后确定本次试验所用基质沥青制备改性沥青的剪切速率以以4000—4500r/min为宜。
        4 结语
        1）以上试验结果均满足JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》中改性沥青I-D类指标（软化点60℃—80℃，延度大于20cm，针入度大于40mm—60mm）要求；
        2）单纯加入SBS改性剂对于基质沥青软化点影响很大，明显随着掺入量的增加软化点显著提高；对于针入度和延度的影响有限；
        3）适当掺加其他助剂可改善基质沥青组分中芳香分与SBS改性剂相容性，促进基质沥青与SBS有效结合；
        4）改性剂并非越多越好，存在一个最佳掺量，如果用量较大，反而会降低沥青性能。以图表四三项指标均值来看，SBS改性剂掺量以4.0%为宜。
        参考文献：
        [1]殷长燕.SBS改性沥青生产工艺参数的确定[J].筑路机械与施工机械化.2014（10）
        [2]宋子房.SBS改性沥青混合料低温性能研究[J].筑路机械与施工机械化.2014（08）