环保高效型SBS改性沥青稳定剂路用性能研究

2021-11-02李颖孔超朱洪志孙文超孙荣鲍发凯

工程建设与设计 2021年19期

李颖，孔超，朱洪志，孙文超，孙荣，鲍发凯

（山东高速物资储运有限公司，山东淄博255400）

1 引言

SBS改性沥青是我国使用最为广泛的改性沥青，但由于SBS在沥青中的分散方式为溶胀而非溶解，所以，在实际使用过程中产生了较为严重的SBS离析现象[1]。目前，国内外普遍采用向SBS改性沥青中掺入稳定剂的方法来减小SBS的离析现象，最为常用的稳定剂原材料为硫黄。硫黄沥青中与SBS发生硫化反应的同时，有大量的弱毒性的烟雾产生，对环境造成了污染，损害生产人员的健康。国内外对此也展开了大量的研究工作。例如，二硫化四甲基秋兰姆[2]、白炭黑[3]等材料在硫黄基稳定剂中的使用在一定程度上起到了环保的作用。本文就是在上述背景下对自主研发的环保高效型SBS改性沥青稳定剂展开路用性能的研究工作。

2 环保高效型SBS改性沥青稳定剂的配方与试验设计

2.1 稳定剂配方及SBS改性沥青的制备

在制备环保高效型SBS改性沥青稳定剂的过程中，稳定剂助剂的主要原材料为乙烯基类硅氧烷，调节剂选用不饱和脂肪酸，润湿剂采用醇类试剂，引发剂选用偶氮类试剂。同时掺有链终止剂，将稳定剂助剂与高稳定性不溶解硫进行复配，制备得到环保高效型稳定剂。

向温度为175°C基质沥青中掺加4%的SBS（沥青质量百分比），利用高速剪切仪以4 500 r/min的速度进行剪切，剪切时间30 min，然后，缓缓地掺入环保高效型SBS改性沥青稳定剂，并在175～180°C的温度下搅拌75 min，即可制备得到SBS改性沥青。

2.2 试验设计

环保高效型稳定剂掺量（SBS改性沥青质量百分比）分别为0%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%，并对制备的不同稳定剂掺量的SBS改性沥青进行135°C旋转黏度、针入度、软化点及48 h离析软化点差等技术性能的测试；制备AC-13改性沥青混合料并进行动稳定度、低温破坏应变、残留稳定度、冻融劈裂强度百分比等技术指标的测试。通过对SBS改性沥青及沥青混合料技术性能的分析，确定环保高效型稳定剂的最佳掺量，并借助荧光显微镜对比分析48 h离析软化点差试验中，试样上部SBS的分布情况。

3 环保高效型SBS改性沥青及沥青混合料技术性能

3.1 环保高效型SBS改性沥青技术性能

根据2.2中的试验设计，对制备的不同稳定剂含量的SBS改性沥青进行135°C旋转黏度、针入度、软化点及48 h离析软化点差等技术性能的测试。测试结果见表1。

表1 显示，随着环保高效型SBS改性沥青稳定剂掺量的逐渐增大，SBS改性沥青的135°C旋转黏度不断增大，25°C针入度则逐渐减小，软化点逐渐增大，5°C延度逐渐增大。这说明环保高效型SBS改性沥青稳定剂对沥青的黏滞性与低温性能具有较大的提升作用。其机理主要在于稳定剂中的硫可以与SBS发生硫化反应，在SBS改性沥青中形成较为致密的三维网状结构，进而提高SBS改性沥青的黏滞性以及低温延性。同时，这种三维网状结构有助于减小SBS在沥青中的离析现象。从表1可以看出，随着稳定剂掺量的逐渐提升，SBS改性沥青48 h的离析软化点差从45.8°C（稳定剂掺量0%）逐渐降到规范要求的2.5°C以下，这在很大程度上可以减小SBS改性沥青在贮存和运输过程中SBS的离析现象。不过，值得注意的是，当稳定剂掺量为0.2%时，SBS改性沥青135°C旋转黏度超过了规范规定的3%的上限，这对SBS改性沥青的施工和易性造成了一定的困扰，所以，环保高效型SBS改性沥青稳定剂的掺量也应当有所限制。

3.2 环保高效型SBS改性沥青混合料技术性能

根据2.2中的试验设计，对制备的不同稳定剂含量的SBS改性沥青混合料进行动稳定度、低温破坏应变、残留稳定度、冻融劈裂强度百分比等技术指标的测试。测试结果见表2。

表2 环保高效型SBS改性沥青混合料技术性能

表2 显示，随着环保高效型SBS沥青稳定剂掺量的逐渐增大，SBS改性沥青混合料的各项路用性能也随之发生了变化，表现为动稳定度逐渐提高，低温破坏应变逐渐增大，冻融劈裂试验残留强度百分比逐渐升高，残留稳定度百分率也逐渐增大。上述现象表明，环保高效型SBS改性沥青掺入使得沥青混合料抵抗高温车辙的性能、低温抗裂性以及水稳定性均得到了较大程度的提升。这主要取决于环保高效型SBS改性沥青稳定剂对SBS改性沥青黏滞性与低温性的提升作用。

综合环保高效型SBS改性沥青及沥青混合料的技术性能，本文认为，从技术性能的角度出发，环保高效型SBS改性沥青稳定剂的最佳掺量约为0.15%（沥青质量百分比）。

4 基于微观影像的贮存稳定性效果分析

本文将环保高效型SBS改性沥青稳定剂掺量为0%和0.15%的SBS改性沥青浇筑在直径25 mm，长度140 mm的铝管中，竖直放置于163°C的烘箱中静置48 h，然后，在不扰动沥青试样的前提下将铝管置于冰箱中竖直冷却4 h，然后，取铝管上部1/3的SBS改性沥青制备荧光显微试验载玻片，观察到的图像如图1和图2所示。

图1 稳定剂掺量0%荧光显微图

图2 稳定剂掺量0.15%荧光显微图

对比图1和图2，当环保高效型SBS改性沥青稳定剂掺量为0%时，试样上部1/3的制备的载玻片试样在荧光显微镜下呈现出了大面积的黄绿色。这表明SBS大量的聚集，SBS改性沥青的离析程度较大；而当环保高效型SBS改性沥青稳定剂掺量为0.15%时，同位置的荧光显微图像则与前者大为不同，图2显示SBS并未像图1一样呈现出大面积的聚集状态，而是以近似于均匀分布的形态呈现在视野中，同时，SBS之间以网状的结构相互交织在一起。这种现象表明，环保高效型SBS改性沥青稳定剂在抵抗SBS的离析方面的作用非常大，且硫化反应效果显著，这与环保高效型SBS改性沥青及沥青混合料的技术性能的提升相互印证。