稳定剂对SBS 改性沥青的性能影响

廉 洁，李永振，姜 峰，毕 飞

（1.中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100000；2.山东省交通科学研究院，山东 济南 250031）

引言

在我国高速公路和国省道工程建设中应用最广泛的胶结料是石油沥青和SBS 改性沥青，其中SBS改性沥青具有优越的高低温性能，能够保证路面良好的使用功能[1-2]。在道路工程的建设过程中，由于环保的要求越来越高，石料的来源受限，满足规范要求的石料厂家有限，对集料的质量监控变得容易，故越来越多的道路工程工作者关注SBS 改性沥青的质量，采用了诸如流变测试、荧光显微镜、红外光谱等监控手段[3]，虽然部分SBS 改性沥青的质量得到了保证，但仍存在很多施工后的路面质量问题。针对严格监控手段下仍出现路面工程质量问题，开展SBS 改性沥青的性能研究具有重要意义。

SBS 改性沥青的性能与改性剂掺量、添加剂、基质沥青等有密切的关系。国内许多道路工程工作者主要关注改性剂种类、掺量及基质沥青对SBS 改性沥青的性能影响，很少关注添加剂及对SBS 改性沥青的性能影响及一些测试技术的影响。

1 原材料及试样制备方法

1.1 原材料

基质沥青采用齐鲁石化70 #沥青，试验结果见表1。SBS 改性剂采用岳化791-H。稳定剂为东营润丰博越石油技术有限公司生产的改性沥青稳定剂产品。

表1 70 #沥青试验结果

1.2 生产工艺

生产工艺流程见图1，将70 # 沥青加热至180±5 ℃，按照3.0%～5.0%、步长0.5%的掺量加 入SBS 改 性 剂， 以1 500 r/min 的 速 度 搅 拌15 min， 经吸油膨胀后采用高速剪切机以4 000 r/min 的速度在180 ℃±5 ℃的温度下剪切40 min，剪切完成后在2 min 内慢慢加入稳定剂，然后以1 500 r/min 的速度搅拌发育2 h，即可制得SBS改性沥青成品。

科研人员为了顺利通过考核，往往忽略科研的实际需要和发展规划，根据容易达到的研究成果设定项目绩效目标，使得目标与结果倒挂。此外绩效目标的设定往往不够细化，仅作简单陈述，绩效目标设定相关性的论证也不够充分，绩效目标的合理性难以得到保证。

图1 SBS 改性沥青生产工艺流程

1.3 检测方法

由表2 可知，添加稳定剂后变化比较大的指标有软化点、延度和离析，其中离析指标变化最大，未添加稳定剂时的离析指标均很大，不满足规范要求的不大于2.5 ℃的要求，添加稳定剂后SBS 改性沥青不离析。

稳定剂对SBS 改性沥青疲劳因子的影响见图5。可以看出，添加稳定剂后，SBS 改性沥青的疲劳因子增大，疲劳因子越大，沥青在荷载作用下能量损失速度越快，疲劳性能越差，说明稳定剂降低了SBS改性沥青的疲劳性能。

2 试验结果及分析

2.1 常规指标

稳定剂对SBS 改性沥青的软化点指标影响见图2。

不同改性剂含量的SBS 改性沥青荧光显微图像见图6。可以看出，改性剂掺量越大，SBS 改性剂在沥青中分布的越广，呈现集聚成线状或网状的现象越多，储存稳定性存在问题的可能性越大。

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表2 制备的SBS 改性沥青性能指标

（1）常规指标：按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）[4]检测改性沥青的针入度、软化点、延度、离析等指标。（2）流变性能：按照美国SHRP 技术规范[5]用动态剪切流变DSR 测定改性沥青原样在不同温度下的和疲劳因子。（3）荧光显微镜：将剪切完发育好的SBS 改性沥青浇筑在载玻片，盖上盖玻片，马上放置在荧光显微镜下观察拍照。采用Leica 荧光显微镜采集沥青的显微图像，并使用Photoshop 软件进行图像的灰度增强、滤波去噪处理，对处理后的图像进行微观结构分析。（4）红外光谱：首先按照3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%的SBS 改性剂掺量制备改性沥青标准曲线，然后再制备1 个已知掺量的样品，检验标准曲线的准确性。具体方法参考《道路沥青SBS 改性剂含量测定技术规程 （红外光谱法）》（DB 37/T2977—2017）[6]。

不同改性剂掺量的改性沥青的常规指标见表2。SBS 改性沥青的高温性能与沥青路面的抗车辙变形能力息息相关。现行规范中能反映沥青高温性能的指标主要有软化点和135 ℃旋转黏度。延度是在一定的温度下，沥青受到一定的应力产生的塑性变形，其反映了沥青的低温拉伸变形性能[7]。

图2 稳定剂对软化点指标的影响

由图2 可知，随着改性剂掺量的增加，软化点逐渐增大，在SBS 改性剂掺量达到4.5%时，沥青的软化点指标增长速度下降，说明SBS 改性剂经过剪切后以微粒状态与沥青相互融合，改善了沥青的黏弹性状态，使沥青在保有黏性的同时，增加了弹性，从而提升了沥青的高温性能。但未加稳定剂前4.5%掺量的SBS 改性沥青软化点为72.5 ℃，虽满足规范中SBS（I-D）的60 ℃指标要求，但不满足某些项目中不小于75 ℃的要求，加入稳定剂后，沥青的针入度指标变化不大，软化点指标提高了接近10 ℃，延度指标增加0.3%掺量SBS 改性剂，软化点指标提升了5 ℃，而添加0.15%的稳定剂后软化点指标提升了近10 ℃。在指标要求严格的条件下，添加稳定剂的方法在降低成本的同时使沥青指标变得更好。

稳定剂对SBS 改性沥青延度指标的影响见图3。

图3 稳定剂对延度指标的影响

美国SHRP 技术规范[5]中采用车辙因子表征沥青永久变形的能来评价沥青的高温性能，采用疲劳因子表征沥青在剪切过程中因内部摩擦时生热损失的能量，用来评价沥青的疲劳性能[8]。

2.2 流变性能

由图3 可知：（1）在未加入稳定剂时，改性剂掺量增加沥青的5 ℃延度值增加，当掺量由4.3%增加到4.5%时，沥青的延度值增长变缓，说明在低温条件下，SBS 改性沥青中的改性剂的弹性性能抵抗了外力作用下的塑性变形，表现为延度增大。但改性剂的掺量达到一定程度时，延度指标变差，说明存在最佳掺量。（2）在加入稳定剂后，相同改性剂掺量的沥青延度指标均大于未添加稳定剂的改性沥青。因为稳定剂能够促进SBS 改性剂在沥青中形成一种富有弹性且稳定的网络结构，从而增加了沥青的高低温性能。

稳定剂对SBS 改性沥青的车辙因子的影响见图4。可以看出，添加稳定剂后，SBS 改性沥青的车辙因子增大，说明稳定剂提升了SBS 改性沥青的高温抗车辙能力。

图4 稳定剂对车辙因子的影响

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图5 稳定剂对疲劳因子的影响

2.3 稳定剂对沥青的影响

SBS改性剂为聚合物弹性体，沥青是石油炼制物，两者物化性质不同，SBS 改性沥青是两者的物理共融物，改性剂经强力外力作用以微粒状分散在沥青中，高温状态下呈现沥青的黏性作用，低温状态下呈显改性剂的弹性作用。有研究认为SBS 改性剂在沥青中溶胀率越高，体积分布率越高，剪切的越碎，分散的越均匀，对沥青性能的改善越好[9-10]。

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图6 不同掺量改性沥青荧光显微镜图像

稳定剂对SBS 改性沥青储存稳定性的影响见图7。由图7 可知，未加入稳定剂的SBS 改性沥青中改性剂颗粒明显且离析很大，加入稳定剂后，沥青颗粒不明显，在沥青中分布很均匀，离析值很小。因为稳定剂能够促进改性剂与基质沥青的溶胀作用，使改性剂的颗粒粒径更小，同时促进改性剂颗粒相互连接形成网络结构[11]，在沥青中均匀分布，有利于改性沥青的储存稳定性，同时增加沥青的高温性能。

图7 稳定剂对储存稳定性的影响

2.4 红外光谱含量检测

按文献[6]规定的方法，制备SBS含量3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%的标准样品，然后取样进行红外光谱检测，利用红外光谱软件处理数据，以966 cm-1和1 377 cm-1处的特征峰面积比值（即A966/A1377）作为Y 轴，以SBS 含量作为X 轴，然后通过线性拟合得出SBS 含量与特征峰面积比之间的线性方程，得到标准曲线，见图8。采用相同的制备方法，分别制备两个SBS 含量为4.3%的样品，其中一个不添加稳定剂，另一个添加0.15%稳定剂，取样进行红外光谱检测，得到特征峰面积比，试验结果见图8。

图8 红外光谱法测SBS 改性剂含量标准曲线

由图8 可知，该方程的相关性系数为0.992 1，满足大于0.99 的要求。添加稳定剂的样品特征峰面积比（A966/A1377）小于未加稳定剂的样品，通过线性方程反算，得到未加稳定剂的样品SBS 改性剂含量为4.2%，添加稳定剂的样品SBS 改性剂含量为3.9%，说明添加稳定剂后，测得的SBS 改性剂含量小于实际添加量。

计算结果若HM

在山东省道路工程建设沥青材料质量检测过程中，在利用红外光谱法[12]测SBS 改性剂含量技术规程制作标准样品时均不添加稳定剂，而取样的SBS改性沥青成品在生产时均添加稳定剂，造成了实际测量的SBS 改性剂含量结果偏小，给质量监控的准确性带来困难。

3 结语

（1）稳定剂能够促进改性剂与基质沥青的溶胀作用，使改性剂的颗粒粒径更小，同时促进改性剂颗粒相互连接形成富有弹性且稳定的网络结构，在沥青中均匀分布，有利于改性沥青的储存稳定性，降低成本的同时改善沥青的高低温性能。改善沥青的黏弹性状态，使沥青在保有黏性的同时，增加了弹性，提升了沥青的高温性能。（2）稳定剂使SBS改性沥青的车辙因子和疲劳因子增大，改善了高温抗车辙性能，降低了疲劳性能。（3）添加稳定剂，会造成红外光谱法测定SBS改性剂含量的结果偏小，对沥青质量监控的准确性带来困难。