影响SBS 改性沥青质量因素分析

李 雪

（辽宁宝来生物能源有限公司，辽宁 盘锦 124000）

1 概述

经济的发展使全世界对沥青的性能有更高的要求，普通沥青往往不能满足正常的生产和生活，因此，改性沥青便成为沥青发展的重中之重。为了提高路面的抗永久变形、抗车辙、抗推移、抗疲劳、抗低温开裂、抗老化、抗水侵害等病害能力，对道路沥青进行改性，以此来提高沥青材料的综合能力［1］。所谓改性沥青是指通过向沥青中掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等掺剂 （改性剂） 或采取对沥青轻加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得到改善而制成的沥青结合料［2］。从沥青的性能来讲，他是一种对温度很敏感的材料，随着温度的变化其状态和性能都将发生变化。温度升高时沥青会变软、变稀、粘结力下降，温度下降时会变粘稠、变硬、变脆，丧失粘结力。这种性能对沥青的使用是很不利的，在夏季或气候炎热的地区，在重载的作用下沥青路面容易形成车辙；在冬季或寒冷的地区，沥青路面易出现裂缝。这些问题的出现，不仅使路面的使用状态变坏，而且要大大缩短路面的使用寿命［3］。从客观需要看，现代公路交通，特别是高速公路对沥青路面的要求越来越高，现代交通的特点是交通量大、载重量大、行车速度快，所以要求路面承载力大、耐久性好并具有良好的表面状况。所以改性沥青的目的就是要改善沥青的感温性，提高软化点、降低脆点，扩大改性沥青混凝土路面高温不软、低温不裂的温度范围，并具有较高的强度，从而大大延长使用寿命［4］。

本文研究不同的试验条件及SBS 类型对改性沥青质量的影响，基于此种基质沥青的特殊性，即与大多数SBS 的相容性均较差，会发生离析现象，所以需找出一种特殊结构的SBS 与其调制改性沥青，使其离析试验结果合格，进而得到最佳的试验条件及SBS 类型，为改性沥青的工业化生产提供技术支持。

2 试验部分

2.1 试验原料

改性沥青的主要原料为基质沥青、SBS、稳定剂、相容剂。SBS 采用燕山石化的星型4303，辽宁北方戴纳索合成橡胶有限公司的混合型C411S 和双嵌段结构线型S4302，岳阳石化的线型791-H。稳定剂为市面上销售的含硫稳定剂。相容剂为糠醛抽出油，自制。基质沥青的性质见表1。

由表1 可知，基质沥青各项指标均符合JTG F40-2004 《公路沥青路面施工技术规范》 中90号A 级重交道路沥青。用该沥青调制改性沥青，看其是否符合JTG F40-2004 改性沥青I-C 要求。

2.2 改性沥青的制备

取一定量的基质沥青和相容剂，用电炉加热到160-170℃，边搅拌边徐徐加入SBS 改性剂，将剪切机转速调到6000r/min 左右，控制电炉温度，使剪切温度达到 175-180℃，剪切 30min 右后，缓慢加入稳定剂，继续剪切30min 后，放入170℃烘箱中发育4h，取出后用显微镜观察细度，然后产品参照现行规范进行改性沥青性能分析。

2.3 不同实验条件对改性沥青的影响

2.3.1 SBS 类型对改性沥青相容性的影响

一般来讲，星型SBS 橡胶改性沥青效果优于线性SBS 橡胶，但在加工性能方面，线性要容易的多，星型就稍有难度，对设备的剪切力和研磨力要求相对较高。在 SBS4.0%，稳定剂0.2%，相容剂2.0%的条件下，不同类型的SBS 调制的改性沥青性质见表2。

由表2 可以看出，针对软化点，星型＞混合型＞线型＞双嵌段结构线型。延度和老化后延度相近。此种沥青与 4303、C411S、791-H SBS 的相容性均不好，离析试验均不合格，而与S4302 SBS 的相容性好，因 S4302 为双嵌段线型结构，依据相似相容原理，所以其离析试验结果合格。

表1 基质沥青性质

表2 相同试验条件下SBS 类型对改性沥青指标的影响

2.3.2 稳定剂加入速度对改性沥青制备的影响

由于沥青和聚合物改性剂SBS 的分子量差异很大，二者往往不能很好地相容，SBS 在基质沥青中常常自发的凝聚和离析，而加入稳定剂的作用就是阻止沥青和SBS 分离，使改性沥青的储存稳定性变好。

稳定剂是一种容易引发并形成交联的一类物质，类似于合成橡胶硫化体系，在一定条件下进行引发交联反应，形成沥青与SBS 之间的交联结构，或SBS 分子之间的交联结构，增加二相之间的化学结合力，改善体系稳定性。稳定剂对SBS改性沥青的稳定作用主要由SBS 自身间的交联反应和SBS 与沥青间的直接反应而产生，SBS 交联形成的网络结构可将沥青包裹在其中，阻止SBS和沥青分离。SBS 和沥青反应生成物存在于SBS和沥青相界面间，起表面活性剂作用，可降低SBS 相沥青相间的表面张力和体系的自由能，抑制 SBS 和沥青相分离［5］。在 791-H SBS4.0%，稳定剂0.2%，相容剂2.0%的条件下，稳定剂的加入速度对改性沥青制备的影响见表3。

由表3 可知，当采用一次性迅速加入稳定剂时，稳定剂会引发SBS 之间的过度交联反应，此时调制的改性沥青呈 “果冻” 状，即出现凝胶现象。而采用徐徐缓慢地加入稳定剂时，稳定剂引发SBS 与沥青之间的正常交联，没有出现凝胶现象。所以采取缓慢加入稳定剂对改性沥青的制备和改性性能指标较好。

表3 稳定剂加入速度对改性沥青指标的影响

2.3.3 相容剂加入量对改性沥青指标的影响

相容剂能使SBS 的组织结构发生变化，促进SBS 更充分地溶胀，增加其在沥青中的分散能力，增加改性沥青的稳定性，同时又不影响改性沥青的性能。虽然相容剂能够促使SBS 在沥青中分散更均匀，但相容剂和SBS 间也仅仅是一种物理作用，相互间的作用力属于物理作用力，且较弱。通常相容剂采取的是芳香分含量高、饱和分含量低的组分，与沥青和SBS 的相容性较好，这是因为芳香分能促进SBS 在沥青中溶胀，有利于SBS 在沥青中均匀分散［6］。糠醛抽出油就是这样一种石油馏分。在 791-H SBS4.0%，稳定剂0.2%的条件下，相容剂的加入量对改性沥青指标影响见表4。图1 为相容剂含量与软化点的关系。图2 为相容剂含量与离析试验软化点差的关系。

由表4 和图1、图2 可知，随着相容剂含量的增加，改性沥青针入度逐渐增加，延度逐渐增加；软化点先升高后降低，说明相容剂可以起到促进相容和降粘作用，当相容剂含量为4.0%时，降粘起主导作用，所以软化点降低到 71.5℃；48h 离析软化点差逐渐减少，说明相容剂可以使改性沥青的储存稳定性变好。

表4 不同掺量相容剂对改性沥青指标的影响

续表

图1 相容剂含量与软化点关系

图2 相容剂含量与离析试验软化点差关系

2.3.4 发育温度及时间对改性沥青指标的影响

发育的作用就是让研磨分散后的改性沥青在必要的温度下存放一定时间，使具有相当活力轻质油分渗透到改性剂中，从而达到改善技术性能和防止离析的目的。

温度对SBS 在基质沥青中的发育有重要的影响，一般随着温度升高，基质沥青分子运动剧烈，SBS 的分子链段活动性变大，SBS 的发育较快。在发育时间4h 的条件下，不同发育温度对改性沥青各项指标的影响见表5。图3 为发育温度与老化后延度关系。由表5 和图3 可知，随着温度的升高，沥青的软化点和延度都有所提高，但温度到180℃后，温度升高沥青老化加剧，延度逐渐降低。发育温度在170℃时，效果最佳。

在发育温度170℃条件下，不同发育时间对改性沥青各项指标的影响见表6。图4 为发育时间与软化点关系。由表6 和图4 可知，增加发育时间可以增加改性沥青的高温稳定性，在发育4h后，继续增加发育时间，其软化点的和低温延度的增幅明显减小。所以发育时间在4h 即可。合理的发育时间使SBS 的分子链充分展开，在沥青中形成连续的网状结构，对沥青起到加筋作用和形成性能更好更稳定的新胶体体系［7］。

表5 不同发育温度下改性沥青性能指标

表6 不同发育时间下改性沥青性能指标

图3 发育温度与老化后延度关系

图4 发育时间与软化点关系

3 结论

通过针对某炼厂的基质沥青调制改性沥青情况，得到以下结论：

（1） 双嵌段结构线型的S4302 SBS 与此种沥青的相容性好，而用星型、混合型、线型的SBS调制的改性沥青相容性均不好。

（2） 一次性快速加入稳定剂时，改性沥青容易凝胶，而采用缓慢匀速方法加入稳定剂 时，改性沥青现状良好。

（3） 相容剂的加入会改善离析情况，相容剂能够促进SBS 溶胀和降粘，本次试验相容剂最佳用量为4.0%。

（4） 发育温度并非越高越好。温度达到180℃后，温度升高沥青老化加剧，延度逐渐降低。发育温度在170℃时，效果最佳。

（5） 增加发育时间可以提高改性沥青的高温稳定性，在发育4h 后，继续增加发育时间，其软化点的和低温延度的增幅明显减小。所以综合考虑，本次试验合理的发育时间为4h。