橡胶和改性沥青储存稳定性能研究

陈 振 华

(广东交通实业投资有限公司，广东 广州 510100)

1 概述

橡胶沥青在减少反射裂缝，疲劳裂缝和增加路面耐久性方面表现出良好的改善性能。在应用橡胶粉方面，一个值得注意的共识是，从环保的角度来看，利用了需要长时间才能自然降解的轮胎废物。SBS，由于其弹性和热塑性的特性，被划分为热塑性橡胶类，是一种被广泛利用的改性剂[1]。虽然废胶粉已被广泛使用，因其与SBS相比成本低，但橡胶沥青在使用寿命期间抵抗热的能力减弱，因而限制了其在废旧路面再生的机会。因此，有必要进一步研究利用废胶粉以及SBS的复合改性。

康爱红等采用离析试验方法(CBT)、荧光显微照相技术和红外光谱法对废胶粉改性沥青进行微观结构分析，表明：橡胶改性沥青存储稳定性相应较差，废胶粉掺量越大，基质沥青中游离的废胶粉增加，致使离析变大[2]。梁明等采用的储存试验表明从铝管底部取到的试样的黏度通常比顶部大，这一差别随着胶粉颗粒的增大而越来越明显，显示出稳定性差的趋势[3]。WANG Yi等的研究结果表明采用高温储存不可避免地影响了橡胶沥青的性能，橡胶沥青在高温下长期储存应该避免[4]。熊萍等对不同的改性沥青，在不同热储存时间下，试验研究其离析后的动态剪切流变性能，据此提出用离析率Rs来评价改性沥青的储存稳定性[5]。

综上所述，尽管在SBS改性沥青，橡胶沥青，CR/SBS复合橡胶沥青方面的研究颇多，但三者之间的常温储存性能还没系统研究总结过。本文的主要目的是结合室内试验，研究橡胶沥青、SBS改性沥青、复合橡胶沥青常温储存后性能的衰变规律，并分析其储存稳定性能的情况。

2 试验材料与试验方法

2.1 试验材料

在本文中，采用的是加德士90号沥青，其性能指标和化学组成见表1。苯乙烯—丁二烯—苯乙烯共聚物(SBS)是一种星型结构的聚合物。废胶粉是由常温粉碎法由废轮胎加工制成的，颗粒大小为30目(0.6 mm)。

表1 加德士A-90沥青性能指标

2.2 橡胶沥青、SBS改性沥青、CR/SBS复合橡胶沥青的制备

三种沥青的改性工艺如下：

1)橡胶沥青：基质沥青加热到165 ℃，加入胶粉，21%外掺量，180 ℃下搅拌1 h。

2)SBS改性沥青：基质沥青加热到165 ℃，加入SBS，搅拌加热到180 ℃溶胀30 min，剪切1 h，剪速4 000 rpm，剪切完成后加入稳定剂和抽出油，并在170 ℃下发育2 h～3 h。

3)CR/SBS复合橡胶沥青(不加稳定剂)：基质沥青加热到165 ℃，加入2%SBS，搅拌均匀后加入17%外掺量橡胶粉，180 ℃搅拌1 h，剪切2 h，剪速4 000 rpm，最后180 ℃下搅拌发育2 h。

4)CR/SBS复合橡胶沥青(加稳定剂)：基质沥青加热到165 ℃，加入2%SBS，搅拌均匀后加入17%外掺量橡胶粉，180 ℃搅拌1 h，剪切2 h，剪速4 000 rpm，最后180 ℃下搅拌发育2 h，之后在其中加入0.14%稳定剂并搅拌30 min。

2.3 试验方法

将制得的三种沥青装入规定的离析试管(直径2.5 cm，高度14 cm)中,垂直放进163 ℃±1 ℃下放置48 h。然后将离析试管取出,放入冰箱中至少4 h。待冷却后，将样品分成3部分，舍去中间部分，将顶部和底部的1/3试样用来做软化点试验并取少量沥青制片。

荧光显微镜是研究聚合物改性沥青稳定性的有效工具。改性沥青中的聚合物相有一个特点：当聚合物相在受到短光波激发时可以散发出波长较长的光。利用这个原理，可采用荧光光源激发出的光(最好是蓝光)照向改性沥青，聚合物相在荧光的激发下会反射出波长较长的黄光(当光源为蓝光时)，而沥青相则不激发出任何光，因此在荧光显微镜下就可以清楚地分辨出聚合物相(黄色)和沥青相(黑色)[6]。

3 试验结果

3.1 常温储存后对三种沥青黏度、软化点的影响

为研究橡胶沥青、SBS改性沥青、CR/SBS复合橡胶沥青的储存稳定性，本文以黏度和软化点作为重点，观测橡胶沥青、SBS改性沥青、CR/SBS复合橡胶沥青放置不同天数的常温储存后这两项指标的变化。由于复合橡胶沥青的常温储存后其性能变化情况未知，故选取较长的储存时间来研究，因此本文选取了将三种沥青放置1 d,6 d,12 d作对比研究。橡胶沥青、SBS改性沥青、CR/SBS复合橡胶沥青放置不同天数后黏度、软化点变化分别如表2～表4和图1～图3所示。

表2 橡胶沥青180 ℃黏度、软化点试验记录

由表2,图1分析可知，从图1中可看到黏度与软化点的变化规律不一致。橡胶沥青放置时间越长，沥青黏度变化增大，说明二次、三次加热后橡胶继续溶胀，沥青芳香分和饱和分减少，黏度增加，这不利于橡胶沥青的施工流动性能。因此，橡胶沥青加工后不能久放，且不宜多次加热，一般4 h内用完最好。加热次数对橡胶沥青软化点的影响不是很大，这主要是因为黏度过大，橡胶粉不会发生离析，因而软化点差别不大。

表3 SBS改性沥青135 ℃黏度、软化点试验记录

由表3,图2分析可知，SBS改性沥青放置时间越长，沥青黏度、软化点的变化都是减小，但减小幅度不大，故放置一段时间对SBS改性沥青的性能影响不显著。因此，SBS改性沥青加工后在常温下储存，其性能指标不会降低。

表4 CR/SBS复合橡胶沥青180 ℃黏度、软化点试验记录

由表4和图3分析可知，从图3中可看到黏度与软化点的变化规律不一致。随着CR/SBS复合橡胶沥青放置时间增长，黏度变化逐渐减小，但总幅度不大，软化点先减小后增大。因此，CR/SBS复合橡胶沥青加工后不能久放，最好生产完毕立即使用。

3.2 离析试验结果及荧光显微图分析

3.2.1离析试验结果分析

上述三种沥青分别在第1天，第6天，第12天做离析试验，分析其常温储存后稳定性能评价，采用离析后软化点的变化评价其稳定性能，同时分别从离析管中取顶部和底部的试样制片，采用荧光显微镜来分析其储存性能的变化情况。其中离析试验记录见表5，三种沥青第1天，第6天，第12天离析后顶部与底部的荧光显微镜图见图4～图6。

表5 三种沥青离析试验记录

由表5，橡胶沥青第1天、第6天、第12天离析试验顶部和底部的软化点之差都在2.5 ℃之内，这是否说明橡胶沥青的储存稳定性就比较好，其实不然，因为橡胶沥青主要以物理溶胀为主，30目(0.6 mm)的胶粉在沥青中大部分还是以颗粒的形式存在的，而其高黏度特性导致其软化点差别不大，因而不适宜用离析试验来评价橡胶沥青的储存稳定性，或者说可以适当提高离析试验的温度来研究其储存稳定性能。梁明[3]的研究也证明了这一点。

SBS改性沥青第1天，第6天，第12天离析试验顶部和底部的软化点之差都在2.5 ℃之内，说明SBS改性沥青放置时间长不影响其性能。SBS改性沥青第1天的软化点比第6天、第12天的要大，这是因为改性剂经强力剪切形成细丝，并在轻质组分的作用下发生溶胀，在制备后的初期，由于短期SBS与沥青相互牵引，形成弹性网络处于应力状态，而放置一段时间以后，由于应力松弛作用，弹性网络变得松弛导致软化点较低[7]。

为研究复合橡胶沥青的储存稳定性，设计加与不加稳定剂的方案，试验结果发现在CR/SBS复合橡胶沥青在制备完的第1天内其储存稳定性满足要求，但第6天、第12天发现其离析的比较严重，随着存储时间的增长，是否加稳定剂对离析试验结果的影响减小。这和前述所说的CR/SBS复合橡胶沥青加工后不能久放，即使加入稳定剂也不能有效改善，因此，最好生产完毕就立即使用相吻合。

3.2.2离析试验荧光显微图分析

第一天的荧光显微图见图4，首先，橡胶沥青的离析变化不大。其次，多次试验表明，加入稳定剂后SBS改性剂在荧光显微镜中是看不到的，而不加稳定剂可明显看到SBS改性剂的分布。最后，无论复合橡胶沥青中添加稳定剂与否，清晰的看到胶粉沉积在底部而SBS改性剂凝聚在顶部，表明复合橡胶沥青离析严重，生产完后应立即使用。

第6天橡胶沥青，改性沥青试样的显微图与第1天基本类似，显微图显示橡胶沥青的离析变化不大。SBS改性沥青底部SBS改性剂稍微比顶部多，略有离析。而CR/SBS复合橡胶沥青加和没加稳定剂中的SBS改性剂都在顶部聚集，离析较严重。

第12天橡胶沥青，改性沥青试样的显微图与第1天基本类似，结果表明橡胶沥青的离析变化不大。SBS改性沥青的试样中看不出改性剂的分布情况。复合橡胶沥青加和没加稳定剂中的SBS改性剂在显微图中已看不到分布情况，这可能与放置时间长后，胶粉与少量的SBS结合在离析后沉积在底部，软化点差大于10 ℃以上。

4 结语

1)因橡胶沥青的高黏度，故橡胶沥青的储存稳定性不适宜用聚合物离析试验来评价。橡胶沥青的荧光显微镜图像表明，胶粉在其中的分布形态是细长的、条状的。

2)SBS改性沥青的常温储存稳定性好，在常温储存不影响其性能指标。试验结果表明，加入稳定剂后的SBS改性剂在荧光显微镜中看不到分布情况。

3)CR/SBS复合橡胶沥青储存后，由于复合橡胶沥青具有大掺量的胶粉颗粒，并没有形成类似SBS改性沥青的网状结果，故而SBS改性剂凝聚在顶部，而胶粉沉积在底部，这说明了CR/SBS复合橡胶沥青离析严重，储存稳定性差，加工完毕宜立即使用。