改性劑對瀝青性能的影響

程秀蓮，楊 瑩，霸書紅，周 琦

（沈陽理工大學(xué)裝備工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159）

改性劑對瀝青性能的影響

程秀蓮，楊 瑩，霸書紅，周 琦

（沈陽理工大學(xué)裝備工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159）

以黏度、針入度、軟化點和延度為瀝青性能表征參數(shù)，研究了膠粉、SBS、SBR和芳烴油對瀝青性能的影響。結(jié)果表明，膠粉、SBS、SBR都可使瀝青黏度增大、軟化點提高、針入度降低、延度增大。膠粉使瀝青黏度增大和針入度下降最顯著，SBS使瀝青軟化點提高最有效，SBR使瀝青延度增大最多。芳烴油用量不同，在瀝青中起的作用不同。

瀝青；SBS；膠粉；芳烴油；SBR

瀝青具有粘接、防水、減震等特點，廣泛應(yīng)用于道路和房屋修建中。瀝青是一種典型粘彈材料，低溫變脆，高溫變軟，因而限制了其應(yīng)用范圍。在實際應(yīng)用中， 人們希望瀝青在低溫或短時間荷載作用下有柔韌性，高溫或長時間荷載作用下能抗永久變形，在施工溫度下黏度低［1］。

隨著交通事業(yè)的迅猛發(fā)展和住宅標準要求的提高，普通瀝青已遠不能滿足道路與房屋建設(shè)的要求，促進了改性瀝青工業(yè)的快速發(fā)展。聚合物改性瀝青是各種改性方法中比較有效的改性方法。SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物）［2，3］、SBR（丁苯橡膠）［4］、膠粉［5，6］是性能較好的聚合物改性劑。每種聚合物改性的瀝青都有其優(yōu)點，但都不能同時滿足改性工藝簡單、施工溫度低、穩(wěn)定性好、高低溫使用性能均好、耐老化、經(jīng)濟效益高等要求，因此，只有多種改性劑配合使用［7］，才能兼顧多種要求。

本文研究了SBS、SBR、膠粉、芳烴油對瀝青的黏度、針入度、軟化點和延度的影響，為進一步提高改性瀝青的性能奠定基礎(chǔ)。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與原料

主要儀器：軟化點測定儀，天津永利達材料試驗機有限公司；針入度測定儀，SZR-5型，滄州中德偉業(yè)儀器設(shè)備有限公司；延度測定儀，TP642型，北京時代新維測控設(shè)備有限公司。

主要原料：90#瀝青，盤錦三鑫公司；膠粉，30目胎膠粉，玉田縣海維商貿(mào)有限公司；SBR，PSBR，山東高氏科工貿(mào)有限公司；SBS，T161B，中國石油獨山子石化公司；芳烴油，山東孚潤達工貿(mào)有限公司。

1.2 改性瀝青制備

膠粉或膠粉和SBS復(fù)合改性瀝青的制備：將一定量的基質(zhì)瀝青或基質(zhì)瀝青和芳烴油用油浴加熱至180℃時，逐漸加入改性劑膠粉或膠粉和SBS，剪切60 min，制得試樣。

膠粉和SBR復(fù)合改性瀝青的制備：將一定量的基質(zhì)瀝青或基質(zhì)瀝青和芳烴油用油浴加熱至180℃時，逐漸加入改性劑膠粉，剪切60 min，降溫至130℃，加入改性劑SBR，再剪切60 min，制得試樣。

1.3 改性瀝青性能測定

黏度：用墮球法［8］測定改性瀝青的黏度，其基本原理是依據(jù)斯托克斯（stokes）定律，對于特定體系，小球下落速度和被測流體的黏度成反比。根據(jù)測定的小球下落速度可以計算出流體的黏度，本文用小球下落速度表征改性瀝青的相對黏度。具體測定條件為加熱改性瀝青至135℃，并保溫30 min，測定小球在其中的下落速度。

針入度、軟化點及延度：改性瀝青的針入度、軟化點、延度測試分別按T0604—2000《瀝青針入度試驗》、T0606—2000《瀝青軟化點試驗（ 環(huán)球法）》、T0605—1993《瀝青延度試驗》進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性劑對瀝青黏度的影響

瀝青是溫敏性材料，溫度高，黏度低。不同施工操作的適宜黏度范圍為：噴射，0.05～0.1 Pa·s；泵送，0.5～1 Pa·s；碾壓，1～50 Pa·s［9］。改性瀝青黏度大小決定施工溫度，施工溫度與能耗和經(jīng)濟效益密切相關(guān)。膠粉、SBS、SBR、芳烴油對瀝青黏度的影響見表1和表2。

表1 改性劑對瀝青黏度的影響Tab.1 Effect of modifying agent on viscosity of asphalt

由表1可見，在膠粉和SBS或SBR總量不變的條件下，隨膠粉數(shù)量的減小，SBS或SBR增加，小球下降速度增大，瀝青黏度變小，說明膠粉比SBS或SBR使瀝青黏度提高幅度大。在相同配比下，SBR改性瀝青黏度小于SBS改性瀝青黏度，說明SBS比SBR使瀝青黏度提高幅度大。因此，三者使瀝青黏度提高幅度大小的順序為膠粉＞SBS＞SBR。改性劑與膠粉的配比由0：7變?yōu)?：7，瀝青黏度有大幅度的升高，說明SBS或SBR與膠粉有相互作用，形成某種物理或化學(xué)交聯(lián)［10］，使體系黏度大幅度提高。

表2 芳烴油用量對膠粉改性瀝青黏度的影響Tab.2 Effect of aromatic oil on viscosity of the power modified asphalt

由表2可見，在膠粉用量不變的條件下，隨芳烴油用量的增加，膠粉改性瀝青黏度減小，但當芳烴油用量大于10%時，膠粉改性瀝青黏度才開始小于未加芳烴油的膠粉改性瀝青黏度。說明芳烴油用量小于10%時，芳烴油的作用主要是使膠粉更好的分散在瀝青中，使瀝青黏度變大，當芳烴油用量大于10%時，芳烴油的作用主要是增加瀝青中的小分子質(zhì)量組分，使瀝青黏度降低。

芳烴油對SBS、SBR或與膠粉復(fù)合改性瀝青黏度的影響，與其對膠粉改性瀝青黏度的影響類似。

2.2 改性劑對瀝青針入度的影響

針入度和抗車轍能力、脆化點有一定關(guān)系，針入度越大，抗車轍能力越小，針入度越小，改性瀝青越硬，脆性越大，因此，必須有一個適宜的針入度。膠粉、SBS、SBR、芳烴油對瀝青針入度的影響見表3和表4。

表3 改性劑對瀝青針入度的影響Tab.3 Effect of modifiers on needle penetration of asphalt

由表3可見，3種改性劑均使瀝青的針入度降低，三者使瀝青針入度降低幅度大小的順序為膠粉＞SBS＞SBR。與對瀝青黏度升高的順序相同。黏度是瀝青液態(tài)時，分子間作用力大小的宏觀表現(xiàn)，針入度是瀝青固態(tài)時，分子間作用力大小的宏觀體現(xiàn)。一般情況下，二者一致。

表4 芳烴油用量對復(fù)合改性瀝青針入度的影響Tab.4 Effect of aromatic oil amount on needle penetration of composite modified asphalt

由表4可見，芳烴油用量為3%，針入度略有增加，其用量小于3%，可能由于芳烴油促進膠粉、SBS、SBR在瀝青中的分散，針入度反而減小。芳烴油用量大于5%，針入度有大幅度升高。芳烴油用量大時使瀝青體系分子間作用力減小，對瀝青固態(tài)體系的影響大于對瀝青液態(tài)體系的影響。

2.3 改性劑對瀝青軟化點的影響

瀝青的適宜使用溫度范圍為其軟化點和脆化點之間，使用溫度越遠離軟化點和脆化點，瀝青使用壽命越長。軟化點的高低直接影響瀝青可使用的最高溫度。膠粉、SBS、SBR、芳烴油對瀝青軟化點的影響見表5和表6。

由表5可見，3種改性劑均使瀝青的軟化點提高，提高幅度大小的順序為SBS＞膠粉＞SBR。軟化點是瀝青由固態(tài)轉(zhuǎn)為液態(tài)時，分子間作用力大小的宏觀表現(xiàn)，T161B型SBS為星型結(jié)構(gòu)，膠粉近似為球形，SBR為線型結(jié)構(gòu)，在固液臨界狀態(tài)，星型結(jié)構(gòu)分子對瀝青分子作用力最大，使軟化點提高最多。

由表6可見，芳烴油使瀝青軟化點降低。其影響與對針入度影響相似。

表5 改性劑對瀝青軟化點的影響Tab.5 Effect of modifier on softening point of asphalt

表6 芳烴油用量對復(fù)合改性瀝青軟化點的影響Tab.6 Effect of aromatic oil amount a on softening point of composite modified asphalt

2.4 改性劑對瀝青延度的影響

延度的大小直接影響瀝青低溫變形能力。膠粉、SBS、SBR、芳烴油對瀝青延度的影響見表7和表8。

表7 改性劑對瀝青延度的影響Tab.7 Effect of modifier on asphalt ductility

由表7可見，3種改性劑均使瀝青的延度增大，增大幅度大小的順序為SBR＞SBS＞膠粉。延度是瀝青在拉伸外力作用下，分子間作用力大小的宏觀表現(xiàn)。SBR玻璃化溫度約為-50℃、SBS有2個玻璃化溫度，橡膠相-83.5℃以上、樹脂相77℃以上、膠粉為含有炭黑等物質(zhì)的橡膠。SBS由于樹脂相的存在，膠粉由于炭黑的存在，使其低溫下，SBS自身的物理交聯(lián)強度，及膠粉與瀝青的交聯(lián)強度均大大降低。

表8 芳烴油用量對復(fù)合改性瀝青延度的影響Tab.8 Effect of aromatic oil amount on ductility of composite modified asphalt

由表8可見，芳烴油使瀝青延度增大，但用量大于5%時，延度增加幅度明顯減小。芳烴油的凝點僅為十幾度，分子質(zhì)量比瀝青小很多，自身內(nèi)聚力小，用量小時，使SBS、SBR更充分的發(fā)揮作用，使其延度增大；用量大時，瀝青用量減小明顯，使其延度增大變慢，加入量過大會使其延度減小。

3 結(jié)論

1）3種改性劑均使瀝青黏度增大、針入度變小，變化幅度均為膠粉＞SBS＞SBR。

2）3種改性劑均使瀝青的軟化點增大，變化幅度為SBS＞膠粉＞SBR。

3）3種改性劑均使瀝青的延度增大，變化幅度為SBR ＞＞SBS＞膠粉。

4）芳烴油用量小時使改性瀝青黏度增大，用量大時使改性瀝青黏度減小。

5）芳烴油使改性瀝青針入度變大、軟化點降低、延度增加。

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Effects of modifiers on asphalt properties

CHENG Xiu-lian，YANG Ying，Ba Shu-hong，ZHOU Qi
（College of Equipment Engineering of Shenyang Ligong University， Shenyang ，Liaoning 110159， China）

The effects of rubber power， SBS， SBR and aromatic oil on the asphalt properties were studied using the viscosity， needle penetration， softening point and ductility index as the characterizing parameters. The results showed that the viscosity， softening point and ductility of asphalt were increased and the needle penetration of asphalt was decreased by adding power rubber or SBS or SBR. The increasing of viscosity and the decreasing of needle penetration were the biggest by adding rubber power； the increasing of softening point was the highest by adding SBS； the increasing of ductility was the biggest by adding SBR. Different amounts of aromatic oil in asphalt had different role.

asphalt； SBS； rubber power； aromatic oil； SBR

TQ437

A

1001-5922（2015）07-0037-04

2015-02-04

程秀蓮（1965-），女，碩士，教授，主要從事環(huán)境治理和涂料、粘合劑等精細化學(xué)品的研究與開發(fā)。E-mail：chengxiulian001@163.com。