聚合物SBS的种类对中海AH-70重交通道路沥青性能的影响

邓庆忠，董叔鑫，陈瑞国，陈 书

(中海沥青(广东)有限公司，广东 湛江 524022)

聚合物SBS的种类对中海AH-70重交通道路沥青性能的影响

邓庆忠，董叔鑫，陈瑞国，陈 书

(中海沥青(广东)有限公司，广东 湛江 524022)

研究了不同种类聚合物SBS在相同制备工艺条件下对中海AH-70重交通道路沥青性能的影响。结果表明：不同牌号的SBS对沥青的改性效果存在差异，SBS(1301-1H)能够显著提高沥青的高温路用性能；SBS(796)对沥青低温路用性能的改善效果最优；SBS(501)改善沥青感温性的效果最佳；通过研究高温储存稳定性和荧光显微结构可知SBS(796)与沥青的相容性最好。在实验考察范围内，SBS(501)与SBS(796)复配时能制备各项指标均满足JTG F40—2004技术要求的I-D改性沥青。

SBS种类 改性沥青 中海沥青

随着我国经济总量的攀升，交通运输负荷正逐年递增，这不仅体现在交通数量上的增长，同时载荷也向重载和超重载的趋势发展[1]；而我国高等级公路以沥青路面为主，日益繁重的交通负荷对沥青材料性能的要求越来越高，普通的基质沥青已很难达到高等级路面的路用要求；为了满足更苛刻的交通运输需求，延长路面的服役年限，改性沥青已在路面建设中普遍使用。目前，可用于改善沥青路用性能的改性剂主要有：SBS(苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物)、SBR(丁苯橡胶)、废轮胎胶粉、PE(聚乙烯)、EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)、环氧树脂等[2-3]，其中SBS能够显著改善沥青的高低温路用性能，因而在高等级公路的建设中应用广泛，但不同牌号SBS对不同来源的沥青性能的影响存在差异，主要在于：①SBS的结构组成(例如嵌段比、相对分子质量及其分布、有无支链等[4])不同，造成其物化性质的差别；②由于沥青来源不同，其组分(例如饱和分、芳香分、胶质、沥青质等)含量也不同。因而SBS与沥青存在配伍性问题，配伍性的好坏直接决定了改性沥青的生产成本。本研究以中海沥青为原料，考察不同牌号的SBS对沥青路用性能的影响。

1 实 验

1.1 原 料

AH-70重交通道路沥青为基质沥青，中海沥青(广东)有限公司生产，其性能指标见表1；SBS改性剂为商业化产品，主要包括天津乐金渤天化学有限责任公司生产的501，岳阳巴陵石化公司生产的791，791H，796，宁波科元公司生产的1301H；SBS在整个体系中起加筋增强的作用，从而使沥青的高低温性能有所改善；相容剂采用芳香分含量较高的侧线馏分油，由中海沥青(广东)有限公司生产，相容剂的加入能促进SBS与基质沥青的融合，使SBS分子在沥青中充分舒展，增强体系的稳定性；稳定剂，常温下为黑色粉末状固体，主要成分为硫磺，稳定剂在改性沥青体系中的作用是交联SBS分子与沥青分子，增加SBS分子在沥青中的溶解度，从而使整个体系在高温下储存时不发生相分离。

1.2 改性沥青制备过程

将基质沥青、相容剂按比例加入制样桶内，升温至170 ℃，加入定量的SBS，升温至180 ℃恒温；然后，启动高速剪切机，混合物在3 500 r/min的速率下剪切30 min；最后，在180 ℃的条件下加入稳定剂，并搅拌发育即得到改性沥青样品。

1.3 改性沥青评价指标

用于评价改性沥青性能的主要指标有针入度(25 ℃)、软化点、延度(5 ℃)、针入度指数。在我国现行的改性沥青标准中，主要采用延度(5 ℃)来评价改性沥青的低温路用性能，数值越大说明改性沥青抵抗低温形变的能力越强。

表1 AH-70重交通道路沥青主要性能

目前，主要采用薄膜烘箱试验(TFOT)和旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)来模拟沥青在混合料拌合、摊铺过程中的短期老化；通过测定老化后沥青的延度(5 ℃)和针入度比来表征沥青短期老化后的路用性能。

离析实验是指沥青在163 ℃的烘箱中恒温48 h后，试样上端1/3段和下端1/3段间的软化点差值，该差值越小越好[7]，离析实验可表征SBS改性沥青在高温下的储存稳定性。

如果不喜欢吃鸡蛋，黄婉秋说还有一个替代的方法，那就是把鸡蛋换成猪瘦肉。把100克猪瘦肉用盐、酱油、鸡精、料酒拌好，做成饼状，放进一个盘子，再把阿胶、川芎、当归、党参、黄芪分别放在肉饼的上面和下面，用中火蒸15分钟左右。蒸好之后，吃肉饼，同样可以起到养颜、美容的效果。中医认为，女性的气血是否充盈，运行是否畅通，是养颜的关键。而在黄婉秋的养颜方当中，有三味药是补血的，那就是当归、川芎和阿胶；有两味药是益气的，就是黄芪和党参。长期服用这些药，自然气血充盈，而且气血运行非常畅通，所以她的气色也就自然会与众不同了。

2 结果与讨论

2.1 SBS种类对沥青针入度的影响

以中海AH-70重交通道路沥青为基质沥青，在SBS改性沥青制备工艺一致的条件下，5种SBS聚合物对中海AH-70重交通道路沥青进行改性，SBS掺量对改性沥青针入度的影响见图1。从图1可以看出，当SBS种类一定时，随SBS掺量的增加，改性沥青的针入度逐渐降低。主要原因在于SBS会吸附沥青中的油分，使沥青中的轻组分含量降低，故沥青稠度增加，针入度降低；SBS掺量一定时，针入度随SBS种类的变化幅度较小，说明SBS种类对沥青针入度无显著影响。

图1 SBS掺量对改性沥青针入度的影响■—SBS(1301H)； ●—SBS(796)； ▲—SBS(791H)；▼—SBS(791)；◆—SBS(501)。图2～图7同

2.2 SBS种类对沥青高温性能的影响

以中海AH-70重交通道路沥青为基质沥青，在SBS改性沥青制备工艺一致的条件下，5种聚合物SBS对中海AH-70重交通道路沥青进行改性，SBS掺量对改性沥青软化点的影响见图2。从图2可以看出，当SBS种类一定时，沥青软化点随SBS掺量的增加而升高。主要原因在于SBS吸附了轻组分使沥青中的胶质、沥青质含量相对增加，其稠度增大；另外SBS在油分子的作用下充分舒展，在沥青体系中起加筋增强的作用，故沥青的软化点提升。从图2还可以看出，当SBS掺量一定时，SBS(1301H)制备的改性沥青软化点均在曲线的最上方，说明就高温性能而言SBS(1301H)的改性效果最好，SBS(501)和SBS(791H)的高温改性效果相近，SBS(796)的效果最差。

图2 SBS掺量对改性沥青软化点的影响

2.3 SBS种类对沥青低温性能的影响

图3 SBS掺量对改性沥青延度的影响

2.4 SBS种类对沥青短期老化性能的影响

以中海AH-70重交通道路沥青为基质沥青，在SBS改性沥青制备工艺一致的条件下，5种聚合物SBS对中海AH-70重交通道路沥青进行改性，SBS掺量对改性沥青老化后沥青的延度(5 ℃)和针入度比的影响见图4和图5。从图4可以看出：当SBS种类一定时，随改性剂掺量的增加，沥青的老化延度(5 ℃)有逐渐增大的趋势，说明SBS的加入有利于改善沥青抗短期老化的能力；当SBS掺量一定时，改性剂SBS(796)的曲线在最上方，说明SBS(796)的改性效果最佳；而SBS(501)，SBS(791)，SBS(791H)无明显的区分度，说明其改性效果相近；SBS(1301H)的曲线在最下方，说明在这5种SBS中，SBS(1301H)的改性效果最差。从图5可以看出，当SBS种类一定时，随改性剂掺量的增加，沥青的针入度比有逐渐增大的趋势，说明沥青的抗老化能力得到改善，这与老化延度的实验结果一致，说明SBS能增强沥青的抗老化能力，当SBS掺量一定时，改变SBS的种类对针入度比的影响较小，且部分数据点有重叠，说明SBS的种类变化对改性沥青针入度比无显著影响。

图4 SBS掺量对改性沥青老化延度的影响

图5 SBS掺量对改性沥青针入度比的影响

2.5 SBS种类对沥青感温性的影响

以中海AH-70重交通道路沥青为基质沥青，在SBS改性沥青制备工艺一致的条件下，5种聚合物SBS对中海AH-70重交通道路沥青进行改性，SBS掺量对改性沥青针入度指数和黏度“活化能”的影响分别见图6和图7。从图6可以看出：当SBS种类一定时，随SBS掺量的增加，改性沥青的针入度指数有逐步增大的趋势，说明SBS能改善沥青的温度敏感性；当SBS掺量一定时，由改性剂SBS(501)制备的改性沥青的针入度指数曲线在最上方，说明在实验考察范围内，SBS(501)对针入度指数的改善效果最好，而SBS(791)、SBS(791H)和SBS(1301H)的曲线基本重合，说明这3种改性剂的效果相近，改性剂SBS(796)的效果略差。从图7可以看出：当SBS种类一定时，黏度“活化能”Ea随SBS掺量的增加而增加，表明黏度随温度的敏感性降低，说明SBS的掺入有利于改善沥青的感温性，与针入度指数的结果一致；当SBS掺量一定时，含有改性剂SBS(501)的沥青的Ea最大，说明SBS(501)的改性效果最佳，而SBS(791)，SBS(791H)，SBS(1301H)的改性效果相近，SBS(796)的改性效果略差，这也与针入度指数的实验结果一致，说明在实验考察范围内，针入度指数与黏度“活化能”均能有效表征改性沥青的感温性。

图6 SBS掺量对改性沥青针入度指数的影响

图7 SBS掺量对改性沥青黏度“活化能”的影响

2.6 SBS种类对改性沥青高温储存稳定性的影响

由于SBS与基质沥青在溶解度参数、密度、相对分子质量及其分布等方面存在明显差异[8]，因而SBS改性沥青在热力学上是不稳定体系，在高温下储存时聚合物分子有相互聚集的趋势，若在储存过程中改性沥青发生了离析现象，则会影响SBS对沥青的改性效果，因此改性沥青的储存稳定性决定了改性沥青的使用形式，若储存稳定性差，则其只能采用现场改性的方式。SBS改性沥青的高温储存稳定性实验结果见表2。从表2可以看出，当SBS种类一定时，SBS掺量越大，改性剂与基质沥青的软化点差越大，说明离析程度越大。主要原因在于SBS与基质沥青的溶解度参数、密度、相对分子质量等参数存在差异，因而在无搅拌的条件下，会发生SBS与基质沥青的相分离。从表2还可以看出：当SBS掺量为4.5%时，改性剂SBS(796)所制备的改性沥青的软化点差为18.7 ℃，明显好于其它改性剂；SBS掺量小于4.5%时均有相似的规律，说明改性剂SBS(796)与中海沥青的相容性最佳。

表2 改性沥青的高温储存稳定性实验结果

2.7 SBS种类对改性沥青微观结构的影响

聚合物SBS在蓝色光波的照射下会向外散射出荧光，而基质沥青在此波段范围内无荧光现象产生，因而可据此研究SBS分子在沥青中的分散情况。由2.6中的研究结果表明，当SBS掺量为4.0%时，能明显区分SBS与基质沥青的相容性差异，因而研究此掺量下改性沥青的微观结构，SBS改性沥青的荧光显微照片见图8。所有荧光显微照片的放大倍数均为400倍。从图8可以看出:SBS(796)与基质沥青间的相界面较模糊，说明中海沥青与SBS(796)具有较好的相容性，而改性剂SBS(501)，SBS(791)，SBS(791H)，SBS(1301H)均能看到清晰的光亮点，说明中海沥青与这几种SBS的相容性较差；荧光显微结构表明改性剂SBS(796)与中海沥青的相容剂最佳，这与储存稳定性的结果一致。

图8 SBS改性沥青的荧光显微照片

2.8 用于中海沥青改性的SBS种类比选

目前，SBS改性沥青I-D在南方高温地区应用广泛，因而以I-D改性沥青为目标，针对中海沥青优选SBS，以制备性能优良的SBS改性沥青。根据上述结果，改性沥青的高温储存稳定性随SBS掺量的增加，有逐渐变差的趋势，对其它指标均影响不大。当SBS掺量为4.0%时，只有改性剂SBS(501)和SBS(796)制备的改性沥青能够满足JTG F40—2004中的离析实验要求，因而选定SBS(501)和SBS(796)作为改性剂，用于制备I-D改性沥青。在5种SBS中，SBS(796)的低温改性效果最好，但高温改性效果最差；而改性剂SBS(501)的高低温改性效果均居中。由于当改性剂掺量为4.0%时，SBS(501)和SBS(796)制备的改性沥青的软化点均低于60 ℃，为了制备各项指标均满足I-D的技术要求，将改性剂的掺量增加到4.2%，同时将SBS(501)和SBS(796)按质量比1∶1的比例复配，以检验SBS的复配改性效果，结果见表3。由表3可见：在实验考察范围内，SBS(501)制备改性沥青时，其离析实验(软化点差)不能满足规范要求；SBS(796)制备改性沥青时，其针入度指数不能满足规范要求；只有当SBS(501)与SBS(796)按质量比1∶1的比例复配时，制备改性沥青的各项指标能够满足JTG F40—2004中I-D的技术指标要求。

表3 改性沥青的主要性质

3 结 论

在实验考察范围内，不同牌号的SBS对中海沥青性能的影响存在差异。随着SBS掺量的增加，沥青的软化点会逐渐增加，其中SBS(1301-1H)对中海沥青的软化点的改善效果最显著；随着SBS掺量的增加，沥青的低温延度先增大后降低，其中SBS(796)对中海沥青的低温延度的改善效果最优；随着SBS掺量的增加，沥青的感温性能得到改善，其中SBS(501)改善中海沥青感温性的效果最佳；通过研究高温储存稳定性和荧光显微结构可知，SBS(796)与中海沥青的相容性最好；当SBS(501)与SBS(796)按质量比1∶1复配时，能制备各项指标均满足JTG F40—2004技术要求的I-D改性沥青。

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INFLUENCE OF ADDING SBS ON PERFORMANCE OF ZHONGHAI NO.70 HEAVY DUTY ROAD ASPHALT

Deng Qingzhong, Dong Shuxin, Chen Ruiguo, Chen Shu

(CNOOCBitumen(Guangdong)Co.Ltd.,Zhanjiang，Guangdong524002)

The effects of SBS types on the properties of Zhonghai 70#heavy duty road asphalt were investigated after the SBS modified asphalts were prepared under the same conditions.The results indicate that the modification effect on Zhonghai asphalt depends on the kinds of SBSs.The SBS(1301-1H)can improve the pavement performance of Zhonghai asphalt at high temperature，while the effect of SBS(796)on the low temperature property of Zhonghai asphalt is the best.The SBS(501)is the best in improving the ability to resist temperature sensitivity of asphalt.The compatibility between SBS(796)and Zhonghai asphalt is the best, proved by the test of storage stability at high temperature and fluorescence image analysis.Within the scope of the experimental investigation, the I-D modified asphalt can be obtained using the compound of SBS(501)and SBS(796), all the indexes of the asphalt product can meet the JTG F40-2004 technical requirements.

SBS type； modified asphalt； Zhonghai asphalt

2016-07-14；修改稿收到日期：2016-10-13。

邓庆忠，硕士，工程师，主要从事沥青产品的研发与应用工作。

邓庆忠，E-mail：upcdengqz@163.com。