存储温度对SBS改性沥青的性能影响分析★

高景伟 陈 凯

(1.陕西交建机械化养护有限公司，陕西 西安 710000;2.长安大学，陕西 西安 710075)

0 引言

SBS改性沥青因其较好的高温稳定性、低温抗裂性、耐疲劳性等，广泛应用于高等级沥青路面中。在生产与存储过程中，为保持SBS改性沥青的良好性能，应使SBS在基质沥青与SBS体系中处于细分布的理想状态。但是，由于SBS与基质沥青形成的改性沥青属于热力学不相容体系，使得改性沥青在较高温度的存储过程中存在着不稳定。同时，现行规范规定的SBS改性沥青生产过程中关于温度的参数界限值不能完全控制改性沥青的性能，使其性能波动较大，部分性能较差，甚至达不到规范要求［1］。因此，如果在生产工艺中，忽略SBS改性沥青的控制温度，将会严重影响改性沥青的性能质量。

近年来，研究人员针对加工工艺中温度对SBS改性沥青性能影响进行了广泛的研究。郝培文等［2］研究了拌和温度对SBS改性沥青性能的影响，并指出合理的拌和温度可以促使SBS与基质沥青均匀混融，并提高其技术性能。丛玉凤等［3］也提出了选取合理的剪切温度，可使改性沥青具有较高的储存稳定性与良好的路用性能。Saeed等［4］通过分析改性沥青的离析机理，提出了SBS与基质沥青在溶解度参数与密度上的差异，在高温存储下SBS改性沥青会发生离析。黄卫东等［5］发现在常温和高温贮存下改性沥青软化点下降，运用荧光显微照相技术研究了SBS与沥青、软沥青质的相互作用以及SBS在沥青中的溶胀分散过程等，分析常温长时间贮存后改性沥青的离析变大现象。以上研究缺乏针对相同改性剂不同基质沥青与相同基质沥青不同改性剂的对比研究;同时，对于不同存储温度的SBS改性沥青性能评价多应用现有的针入度评价体系，很难准确评价改性沥青的高温性能［6］，以至于温度控制参数尚难达成统一共识。因此，对SBS改性沥青存储温度存在的问题进行分析研究，对确保SBS改性沥青优良的质量性能具有重要意义。

实践证明，整个生产工艺中的存储温度都会影响改性沥青的使用性能［7］。为研究其变化规律以控制改性沥青的生产，笔者通过选取不同的存储温度，对3种不同的改性沥青进行存储加工，应用常规沥青试验与重复蠕变试验，分析不同温度对SBS改性沥青的改性效果与沥青使用性能的影响，以期提出系统合理的存储温度，使SBS改性沥青的性能达到较高的指标要求。

1 试验

1.1 试验材料

1)基质沥青采用韩国SK-90号沥青与埃索ESSO-90号沥青，其技术性能指标见表1。

2)SBS改性剂为S-YY，S-YS(S代表星型结构，且S-YY的分子质量较大)，嵌段比(S/B)为30/70，掺入量为4%。

表1 基质沥青基本性质试验结果

3)自制稳定剂，剂量为2.6‰。

沥青配制情况见表2。

表2 SBS改性沥青制备

1.2 改性沥青的制备

将基质沥青加热到120℃左右，加入SBS改性剂，选取180℃作为加工温度，低速剪切10 min后，在5 500 r/min条件下进行混合分散50 min，制得改性沥青［8，9］。在 SBS充分溶胀基础上加入稳定剂继续搅拌30 min，分别在90℃，120℃，150℃下存储，得到不同存储温度的9组SBS改性沥青试样。依针入度指标PI、当量软化点T800、重复蠕变试验拟合 Gv值、当量脆点T1，2与 5℃延度作为分析指标，对其进行试验研究分析。

1.3 改性沥青性能评价指标

1)依据JTJ 052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程，对改性沥青进行针入度试验、延度试验和软化试验［10］。采用针入度指标PI，当量软化点T800℃，5℃延度，当量脆点T1，2来评价道路沥青的路用性能［11-13］。

2)采用重复蠕变试验，基于Burgers模型拟合高温指标Gv值，来评价改性沥青的高温性能［14］。重复蠕变试验在DSR仪器上完成。试验采用应力水平为60 kPa，试验温度为60℃。每个蠕变周期加载1 s，恢复9 s，荷载周期为100次。选取伯格斯(Bur-gers)模型作为沥青材料的流变模型，见图1。Burgers本构方程如式(1)所示:

其中，γ为剪应变;τ0为恒定的剪应力，Pa;G0为Maxwell模型的弹性模量，Pa;η1为Kelvin模型的粘性系数，Pa·s;η0为Maxwell模型的粘性系数，Pa·s;t为蠕变时间，即加载时间，s;设t/η0=Jv，Jv为蠕变柔量。

图1 Burgers模型

由式(1)可知，Burgers模型的应变可分为瞬时弹性部分γe、延迟弹性部分γde与粘性部分γv，各参数可由线性规划、迭代等数学解法确定［15］。

为了求解Jv，可将式(1)两边同时除以常量τ0:

令 1/G0=J0，1/G1=J1，J(t)= γ/τ0，则式(2)为:

应用式(3)直接对柔量进行拟合计算，以Gv=1/Jv作为蠕变劲度的粘性成分，用来评价SBS改性沥青的高温抗变形性能。

2 试验结果分析

结合以上研究，选取180℃为加工温度，制备E+S-YS，E+SYS，S+S-YY三种不同的SBS改性沥青试样。在不同存储温度(90℃，120℃，150℃)下，将SBS改性沥青试样存储48 h，并对试样的技术性能进行试验测试，试验结果见表3，表4。

表3 不同存储温度的SBS改性沥青性能指标试验结果

表4 不同存储温度的SBS改性沥青的重复蠕变试验结果

2.1 感温性

由表3可知:

1)基质沥青相同、改性剂不同的SBS改性沥青，在不同的存储温度的条件下，其针入度指数变化规律不同。随着存储温度的升高，添加S-YY的两种改性沥青，PI值逐渐升高;而添加S-YS的改性沥青，其PI值为先增大后减小。

2)基质沥青不同、改性剂相同的SBS改性沥青，在不同的存储温度的条件下，其针入度指数变化规律近似。

3)对比不同存储温度，发现三者在150℃的存储温度下PI值浮动较小，说明较高的存储温度对温度敏感性是有利的。

2.2 高温稳定性

随着存储温度的升高，三种改性沥青的T800值与PI值变化趋势近似，总体变化幅度略有差异。E+S-YY与S+S-YY改性沥青的T800，随着温度的升高，其逐渐升高。当存储温度为150℃时，这两种改性沥青的T800达到最高值。E+S-YS改性沥青的T800，在存储温度为120℃时，达到最高值。其后随着温度的升高，其T800又降低。由表4可知，在不同的存储温度下，三种SBS改性沥青其Gv指标明显不同。添加S-YY改性剂的改性沥青，其高温性能排序依次为:150℃ ＞120℃ ＞90℃;而添加S-YS改性剂的改性沥青，其高温性能排序依次为:120℃ ＞90℃ ＞150℃。由此说明，选取适宜的存储温度能够保持SBS相与沥青相相互之间的扩散、溶胀作用，确保两者之间网络结构的稳定，最终保证了不同SBS改性沥青较好的高温稳定性。

因此，添加S-YS与S-YY的改性沥青，其存储温度分别为120℃与150℃，能够保证其最佳的高温稳定性。

2.3 低温抗裂性

由表3可知:1)三种改性沥青的5℃延度随着存储温度的增加，总体趋势为逐渐增大。当存储温度达到150℃时，其5℃延度达到最大值。这表明添加S-YS与S-YY的改性沥青在150℃存储温度下，其低温抗裂性能最好。2)三种改性沥青的T1，2的值，规律与延度近似，在存储温度为150℃时，添加S-YY的改性沥青，其T1，2达到了最低值;而添加S-YS的改性沥青，在存储温度为120℃时，其达到了最低值，说明添加S-YS与S-YY的改性沥青，其存储温度分别为120℃与150℃，低温抗裂性能较好。

3 结语

通过选取不同的加工温度与存储温度，对三种不同SBS改性沥青的感温性、高温性能、低温性能进行了对比评价分析，得到结论如下:1)以针入度指标PI、当量软化点T800、重复蠕变试验拟合Gv值、当量脆点T1，2与5℃延度，作为SBS改性沥青感温性能、高温性能与低温性能的评价指标，能够确保评价结果的准确性与合理性。2)随着存储温度的升高，相同SBS改性剂不同基质沥青的改性沥青各项性能指标变化规律近似相同;不同SBS改性剂相同基质沥青的改性沥青变化规律差异较大。为了保证SBS改性沥青的各项性能，应根据不同SBS改性剂选取合理的存储温度。3)当SBS改性剂为S-YY时，加工SBS改性沥青，推荐存储温度为150℃;对于SBS改性剂为S-YS时，推荐存储温度为120℃。

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