SBS改性瀝青的改性機(jī)理和改性效果研究

李 達(dá)

(中國(guó)港灣有限責(zé)任公司)

SBS改性瀝青的改性機(jī)理和改性效果研究

李 達(dá)

(中國(guó)港灣有限責(zé)任公司)

SBS是一種在國(guó)內(nèi)外都廣泛使用的改性瀝青，它具有較好的彈性恢復(fù)和高溫特性，可以防止低溫開(kāi)裂，可以顯著提高路面的使用性能，大幅度提高路面的平整度、摩擦系數(shù)、延長(zhǎng)路面使用壽命及降低養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。分別從針入度、軟化點(diǎn)、延度、針入度指數(shù)、彈性恢復(fù)系數(shù)等方面進(jìn)行了幾種改性瀝青的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明SBS改性效果較其他改性瀝青更為理想。

改性瀝青;延度;摩擦系數(shù);壽命

1 SBS改性方法分類及改性機(jī)理

1.1 SBS 改性方法分類

SBS對(duì)瀝青的改性通?？梢苑譃槲锢砀男院突瘜W(xué)改性兩大類。物理改性法是在高溫狀態(tài)下，將瀝青與SBS混融，并通過(guò)高速剪切將SBS打碎后均勻分散在瀝青中;化學(xué)改性法是通過(guò)在瀝青中加入化學(xué)穩(wěn)定劑實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定改性瀝青的制備。

單從改性的機(jī)理來(lái)看，物理改性法中SBS與基質(zhì)瀝青之間只是機(jī)械的分散和包裹，其中未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改性劑與瀝青之間不易形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較差;但是，正是由于SBS聚丁二烯段的雙鍵或雙鍵鄰位的亞甲基比較活潑，在穩(wěn)定劑存在的條件下，會(huì)與瀝青中的雜原子及活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，使瀝青直接連到SBS上，生成SBS—瀝青接枝物，得到相對(duì)穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，從此角度分析，化學(xué)改性瀝青的基本性能明顯優(yōu)于物理改性瀝青。SBS的空間結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

分別采用物理改性和化學(xué)改性的SBS瀝青及其混合料的技術(shù)性能如何，國(guó)內(nèi)外尚未給出綜合對(duì)比評(píng)價(jià)結(jié)論，而且對(duì)于采用化學(xué)改性方法所鋪筑路面的使用性能也未進(jìn)行深入的研究。

1.2 改性機(jī)理

瀝青改性實(shí)際上就是一個(gè)物理共混的過(guò)程，改性過(guò)程中，當(dāng)與瀝青具有良好相容性的大分子聚合物添加到瀝青中后，通過(guò)容脹與吸附作用改變?yōu)r青的組分構(gòu)成。采用陰離子聚合方法制得SBS嵌段共聚物，同時(shí)SBS通過(guò)聚苯乙烯的聚集作用形成一種三維結(jié)構(gòu)，聚苯乙烯末端基團(tuán)使瀝青強(qiáng)度增加，而中間的聚丁二烯嵌段使SBS具有兩個(gè)玻璃化溫度：Tg1為-83～85℃，Tg2為90℃左右，由此使瀝青呈現(xiàn)高彈性的特征，低溫時(shí)不發(fā)脆，高溫時(shí)不軟化。當(dāng)SBS分散到基質(zhì)瀝青中時(shí)，最初的膠體平衡結(jié)構(gòu)遭到破壞，此時(shí)SBS吸附瀝青中的芳烴和膠質(zhì)同時(shí)容脹，新的膠體結(jié)構(gòu)體系由此建立，也正是由于這個(gè)原因，使得瀝青具備了理想的彈性、塑性以及延伸性，全面改善了瀝青的使用性能。

圖1 SBS結(jié)構(gòu)示意圖

2 SBS改性瀝青的改性效果對(duì)比

公路工程采用改性瀝青的目的：(1)改善瀝青結(jié)合料感溫性(高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性);(2)改善瀝青混合料的耐久性;(3)提高瀝青路面抗水損壞能力;(4)提高瀝青混合料抗變形能力。

采用的改性劑不同，對(duì)瀝青性能的影響也是不同的，交通部公路科學(xué)研究所對(duì)SBS、PE、SBR、EVA等四類改性劑的改性效果進(jìn)行了正交對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 不同改性劑對(duì)瀝青改性效果對(duì)比(交科所)

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，相比于其他改性方法，SBS在高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能、彈性恢復(fù)性能、溫度敏感性能等方面優(yōu)勢(shì)明顯，其他幾類改性方法效果均不如SBS。

通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比，幾種改性瀝青的改性效果如表2所示。

表2 改性瀝青改性效果比較

試驗(yàn)結(jié)果表明，SBS的橡膠顆粒均勻分散在基質(zhì)瀝青中，大幅降低了基質(zhì)瀝青的溫度敏感性，其直接結(jié)果體現(xiàn)在：一方面大幅提高了基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)，大幅度提高了路面高溫抗車轍能力;另一方面，使得基質(zhì)瀝青的脆點(diǎn)降低，路面結(jié)構(gòu)在寒冷季節(jié)不發(fā)脆，具有很好的柔性和彈性，可以有效控制溫縮裂縫的出現(xiàn)。SBS的使用能夠有效提高瀝青的彈性和強(qiáng)度，使其具有良好的變形恢復(fù)能力，進(jìn)而有效延長(zhǎng)路面的使用壽命。由于SBS改性瀝青可使路面具有良好的附著能力，可以大大提升交通行車的安全性。

3 結(jié)語(yǔ)

利用SBS改性瀝青，不僅可以明顯改善瀝青的理化性能和路用性能，而且可以大幅度地提高路面的平整度、摩擦系數(shù)。

對(duì)比試驗(yàn)顯示，5%橡膠含量的SBS改性瀝青各項(xiàng)基本指標(biāo)大部分優(yōu)于同等含量的PE和EVA改性瀝青，而且彈性和強(qiáng)度均較為理想，能夠有效地延長(zhǎng)路面結(jié)構(gòu)的使用壽命，同時(shí)提高行車安全系數(shù)。

［1］白成富.OMMT摻量對(duì)SBS改性瀝青路用性能的影響研究［J］. 山西建筑，2011，(28).

［2］萬(wàn)利.SBS改性瀝青的特點(diǎn)及其應(yīng)用［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27(3) ：42-45.

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2012-06-12