高性能SBS改性沥青的制备及配伍性能探索

王正敏

中建七局（上海）有限公司 上海 201812

1 问题的提出

巴基斯坦PKM公路项目所在位置属于炎热干旱区，夏季气温较高，6月平均气温为38 ℃，最高超过47 ℃，路面温度超过70 ℃，是亚洲实测资料中的最高气温，排全球第四。由于该极端高温气候的存在，对于以沥青混凝土作为主要路面结构的该工程项目而言，对路面高温稳定性要求极为严格。SBS改性沥青软化点和延度的提高有助于改善其高温性能和低温性能。若改性沥青配伍性选择不当，将可能影响SBS改性沥青的质量，导致路面出现大面积的车辙、泛油和拥包等因高温稳定性不足而引起的病害，直接影响该项目的投资效益，并产生不良的社会影响[1-3]。

2 改性沥青配伍及改性机理

配伍性与相容性不同，相容性反映的是改性沥青的热存储稳定性，而配伍性反映了改性剂对基质沥青性能的改善效果。沥青的三大指标反映的是沥青的性能指标，但并不能反映沥青的组分及其性质，由于SBS与基质沥青之间的密度、极性、分子量与溶解度参数等性质差异较大，绝大部分SBS与沥青之间相容性较差，这便要求选择的基质沥青都要进行四组分试验，同时进行剪切试验，最终选出配伍性好的基质沥青和改性剂，并确定生产工艺参数。

2.1 测试相容性方法

在1根玻璃管内灌入沥青，在163 ℃高温条件下存放48 h，冷冻后，取试管上部和下部1/3处取样，测定软化点之差要求≤2.5 K。反之若存在凝聚和分层现象，则说明配伍有问题。

2.2 解决方式

加入橡胶油的多少可适当提高芳香酚含量，改善其相容性。可采取以下2种方法提高其相容性：一是加入增溶剂，二是采用化学稳定剂来避免两相之间的离析现象。

2.3 SBS改性沥青的热贮存稳定性

加入稳定剂降低沥青相与SBS之间的界面能，促进SBS相的分散并阻止SBS相的凝聚，能够强化黏结从而提高热贮存稳定性。不同助剂也应进行匹配，才能取得良好的效果。所以研究SBS改性沥青生产制备原理，是获得性能优越改性沥青的一个重要方面。同时选择适合用于生产制备SBS改性沥青的基质沥青和SBS改性剂[4-6]。

3 基质沥青选择

1）尽量选用较低沥青质含量和较高芳香酚、胶质含量的基质沥青。

2）60～70号基质沥青实验室实测延度（5 cm/min，5 ℃）达到了5 cm，软化点46 ℃。除软化点和延度技术指标低于设计SBS类I-D改性沥青技术指标要求外，其余指标均高于设计要求，所以基质沥青选用60～70号石油沥青。

4 I-D型改性沥青技术性能测试

本工程采用SBS苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段工聚合物，即热塑性丁苯橡胶。该橡胶具有良好的热稳定性和低温抗裂性，可增加沥青的黏附性，有较大的弹性恢复率，表现在出现车辙和低温开裂后，有较强的自我恢复能力，能有效地延长路面的使用寿命。根据选定的原材料分别配制不同质量百分比组合（外掺）的改性剂组合（表1）。

表1 不同掺量组合

改性沥青通常要经过下列步骤：配料→溶胀→研磨细化→孕育→检测。

研磨细化时，原料研磨得越细，其软化点、延度越好。孕育流程为：溶胀40 min→研磨20 min→孕育（添加稳定剂）。

4.1 改性沥青小样的制备

加工SBS改性沥青时，首先把检测合格的基质沥青加热到165～175 ℃，加入已称量好的SBS改性剂，机械搅拌溶胀时间为40 min，温度为165～175 ℃。然后用高速剪切机剪切研磨15～20 min，温度控制在170～180 ℃，剪切速度3 000～5 000 r/min。剪切完成后加入稳定剂和抽出油，再次剪切15 min。最后在150～160 ℃环境下搅拌孕育1～3 h即成成品改性沥青。

4.2 改性沥青小样的检测

采用改性沥青三大指标（针入度、软化点、延度）及储存稳定性离析（48 h软化点差）和残留延度（5 ℃）初步验证，若上述5个指标均合格，则再对该配比的改性沥青的其他指标（针入度指数PI、运动黏度135 ℃、闪点、溶解度、弹性恢复25 ℃、老化后质量变化、延度5 ℃、针入度比25 ℃）进行检测，指标全部符合要求者为拟试生产改性沥青配方和加工工艺（表2）。

表2 改性沥青主要性能指标检测结果

5 结语

分析了改性沥青的性能随改性剂剂量变化的规律，从满足I-D型SBS改性沥青技术要求的角度出发，验证不同SBS剂量组合小试主要性能指标检测结果。提出了合理的SBS剂量组合范围；分析经济指标和技术指标，选择基质沥青∶SBS改性剂∶橡胶油∶稳定剂∶=100∶4.3∶3∶0.12。

但在成套设备的生产过程中，单纯依靠小试给出的SBS剂量组合范围很难控制改性沥青中改性剂和助剂的剂量。在生产过程中我们提出了多重控制指标，即软化点≥80 ℃；5 ℃延度（5 cm/min）不小于20 cm；软化点离析≤2.5 K；老化延度≥15 cm。

同时，在不同改性剂量组合下，改性沥青主要性能指标会有相应变化。检测结果显示：加入橡胶油，增加了基质沥青中芳香酚的含量，改善了沥青的延展性。由表中可以看出，橡胶油增大，延度增加，针入度增加，软化点有下降；改性剂增加，软化点明显上升，针入度下降，若继续增加，延度变化曲线将呈抛物线形状。以上结论为SBS改性沥青质量控制提供了方向。

基质沥青延度（5 cm/min，5 ℃）达到5 cm，加入改性剂后5 ℃的延度提高到20 cm以上，软化点从45 ℃提高到80 ℃以上，提高了高温性能和低温性能，其他各项指标经检验均合格。