聚合物SBS的種類對(duì)中海AH-70重交通道路瀝青性能的影響

鄧慶忠，董叔鑫，陳瑞國(guó)，陳 書

(中海瀝青(廣東)有限公司，廣東 湛江 524022)

聚合物SBS的種類對(duì)中海AH-70重交通道路瀝青性能的影響

鄧慶忠，董叔鑫，陳瑞國(guó)，陳 書

(中海瀝青(廣東)有限公司，廣東 湛江 524022)

研究了不同種類聚合物SBS在相同制備工藝條件下對(duì)中海AH-70重交通道路瀝青性能的影響。結(jié)果表明：不同牌號(hào)的SBS對(duì)瀝青的改性效果存在差異，SBS(1301-1H)能夠顯著提高瀝青的高溫路用性能；SBS(796)對(duì)瀝青低溫路用性能的改善效果最優(yōu)；SBS(501)改善瀝青感溫性的效果最佳；通過(guò)研究高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性和熒光顯微結(jié)構(gòu)可知SBS(796)與瀝青的相容性最好。在實(shí)驗(yàn)考察范圍內(nèi)，SBS(501)與SBS(796)復(fù)配時(shí)能制備各項(xiàng)指標(biāo)均滿足JTG F40—2004技術(shù)要求的I-D改性瀝青。

SBS種類 改性瀝青 中海瀝青

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量的攀升，交通運(yùn)輸負(fù)荷正逐年遞增，這不僅體現(xiàn)在交通數(shù)量上的增長(zhǎng)，同時(shí)載荷也向重載和超重載的趨勢(shì)發(fā)展[1]；而我國(guó)高等級(jí)公路以瀝青路面為主，日益繁重的交通負(fù)荷對(duì)瀝青材料性能的要求越來(lái)越高，普通的基質(zhì)瀝青已很難達(dá)到高等級(jí)路面的路用要求；為了滿足更苛刻的交通運(yùn)輸需求，延長(zhǎng)路面的服役年限，改性瀝青已在路面建設(shè)中普遍使用。目前，可用于改善瀝青路用性能的改性劑主要有：SBS(苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物)、SBR(丁苯橡膠)、廢輪胎膠粉、PE(聚乙烯)、EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)、環(huán)氧樹脂等[2-3]，其中SBS能夠顯著改善瀝青的高低溫路用性能，因而在高等級(jí)公路的建設(shè)中應(yīng)用廣泛，但不同牌號(hào)SBS對(duì)不同來(lái)源的瀝青性能的影響存在差異，主要在于：①SBS的結(jié)構(gòu)組成(例如嵌段比、相對(duì)分子質(zhì)量及其分布、有無(wú)支鏈等[4])不同，造成其物化性質(zhì)的差別；②由于瀝青來(lái)源不同，其組分(例如飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等)含量也不同。因而SBS與瀝青存在配伍性問(wèn)題，配伍性的好壞直接決定了改性瀝青的生產(chǎn)成本。本研究以中海瀝青為原料，考察不同牌號(hào)的SBS對(duì)瀝青路用性能的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原 料

AH-70重交通道路瀝青為基質(zhì)瀝青，中海瀝青(廣東)有限公司生產(chǎn)，其性能指標(biāo)見(jiàn)表1；SBS改性劑為商業(yè)化產(chǎn)品，主要包括天津樂(lè)金渤天化學(xué)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的501，岳陽(yáng)巴陵石化公司生產(chǎn)的791，791H，796，寧波科元公司生產(chǎn)的1301H；SBS在整個(gè)體系中起加筋增強(qiáng)的作用，從而使瀝青的高低溫性能有所改善；相容劑采用芳香分含量較高的側(cè)線餾分油，由中海瀝青(廣東)有限公司生產(chǎn)，相容劑的加入能促進(jìn)SBS與基質(zhì)瀝青的融合，使SBS分子在瀝青中充分舒展，增強(qiáng)體系的穩(wěn)定性；穩(wěn)定劑，常溫下為黑色粉末狀固體，主要成分為硫磺，穩(wěn)定劑在改性瀝青體系中的作用是交聯(lián)SBS分子與瀝青分子，增加SBS分子在瀝青中的溶解度，從而使整個(gè)體系在高溫下儲(chǔ)存時(shí)不發(fā)生相分離。

1.2 改性瀝青制備過(guò)程

將基質(zhì)瀝青、相容劑按比例加入制樣桶內(nèi)，升溫至170 ℃，加入定量的SBS，升溫至180 ℃恒溫；然后，啟動(dòng)高速剪切機(jī)，混合物在3 500 r/min的速率下剪切30 min；最后，在180 ℃的條件下加入穩(wěn)定劑，并攪拌發(fā)育即得到改性瀝青樣品。

1.3 改性瀝青評(píng)價(jià)指標(biāo)

用于評(píng)價(jià)改性瀝青性能的主要指標(biāo)有針入度(25 ℃)、軟化點(diǎn)、延度(5 ℃)、針入度指數(shù)。在我國(guó)現(xiàn)行的改性瀝青標(biāo)準(zhǔn)中，主要采用延度(5 ℃)來(lái)評(píng)價(jià)改性瀝青的低溫路用性能，數(shù)值越大說(shuō)明改性瀝青抵抗低溫形變的能力越強(qiáng)。

表1 AH-70重交通道路瀝青主要性能

目前，主要采用薄膜烘箱試驗(yàn)(TFOT)和旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)(RTFOT)來(lái)模擬瀝青在混合料拌合、攤鋪過(guò)程中的短期老化；通過(guò)測(cè)定老化后瀝青的延度(5 ℃)和針入度比來(lái)表征瀝青短期老化后的路用性能。

離析實(shí)驗(yàn)是指瀝青在163 ℃的烘箱中恒溫48 h后，試樣上端1/3段和下端1/3段間的軟化點(diǎn)差值，該差值越小越好[7]，離析實(shí)驗(yàn)可表征SBS改性瀝青在高溫下的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

如果不喜歡吃雞蛋，黃婉秋說(shuō)還有一個(gè)替代的方法，那就是把雞蛋換成豬瘦肉。把100克豬瘦肉用鹽、醬油、雞精、料酒拌好，做成餅狀，放進(jìn)一個(gè)盤子，再把阿膠、川芎、當(dāng)歸、黨參、黃芪分別放在肉餅的上面和下面，用中火蒸15分鐘左右。蒸好之后，吃肉餅，同樣可以起到養(yǎng)顏、美容的效果。中醫(yī)認(rèn)為，女性的氣血是否充盈，運(yùn)行是否暢通，是養(yǎng)顏的關(guān)鍵。而在黃婉秋的養(yǎng)顏方當(dāng)中，有三味藥是補(bǔ)血的，那就是當(dāng)歸、川芎和阿膠；有兩味藥是益氣的，就是黃芪和黨參。長(zhǎng)期服用這些藥，自然氣血充盈，而且氣血運(yùn)行非常暢通，所以她的氣色也就自然會(huì)與眾不同了。

2 結(jié)果與討論

2.1 SBS種類對(duì)瀝青針入度的影響

以中海AH-70重交通道路瀝青為基質(zhì)瀝青，在SBS改性瀝青制備工藝一致的條件下，5種SBS聚合物對(duì)中海AH-70重交通道路瀝青進(jìn)行改性，SBS摻量對(duì)改性瀝青針入度的影響見(jiàn)圖1。從圖1可以看出，當(dāng)SBS種類一定時(shí)，隨SBS摻量的增加，改性瀝青的針入度逐漸降低。主要原因在于SBS會(huì)吸附瀝青中的油分，使瀝青中的輕組分含量降低，故瀝青稠度增加，針入度降低；SBS摻量一定時(shí)，針入度隨SBS種類的變化幅度較小，說(shuō)明SBS種類對(duì)瀝青針入度無(wú)顯著影響。

圖1 SBS摻量對(duì)改性瀝青針入度的影響■—SBS(1301H)； ●—SBS(796)； ▲—SBS(791H)；▼—SBS(791)；◆—SBS(501)。圖2～圖7同

2.2 SBS種類對(duì)瀝青高溫性能的影響

以中海AH-70重交通道路瀝青為基質(zhì)瀝青，在SBS改性瀝青制備工藝一致的條件下，5種聚合物SBS對(duì)中海AH-70重交通道路瀝青進(jìn)行改性，SBS摻量對(duì)改性瀝青軟化點(diǎn)的影響見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，當(dāng)SBS種類一定時(shí)，瀝青軟化點(diǎn)隨SBS摻量的增加而升高。主要原因在于SBS吸附了輕組分使瀝青中的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量相對(duì)增加，其稠度增大；另外SBS在油分子的作用下充分舒展，在瀝青體系中起加筋增強(qiáng)的作用，故瀝青的軟化點(diǎn)提升。從圖2還可以看出，當(dāng)SBS摻量一定時(shí)，SBS(1301H)制備的改性瀝青軟化點(diǎn)均在曲線的最上方，說(shuō)明就高溫性能而言SBS(1301H)的改性效果最好，SBS(501)和SBS(791H)的高溫改性效果相近，SBS(796)的效果最差。

圖2 SBS摻量對(duì)改性瀝青軟化點(diǎn)的影響

2.3 SBS種類對(duì)瀝青低溫性能的影響

圖3 SBS摻量對(duì)改性瀝青延度的影響

2.4 SBS種類對(duì)瀝青短期老化性能的影響

以中海AH-70重交通道路瀝青為基質(zhì)瀝青，在SBS改性瀝青制備工藝一致的條件下，5種聚合物SBS對(duì)中海AH-70重交通道路瀝青進(jìn)行改性，SBS摻量對(duì)改性瀝青老化后瀝青的延度(5 ℃)和針入度比的影響見(jiàn)圖4和圖5。從圖4可以看出：當(dāng)SBS種類一定時(shí)，隨改性劑摻量的增加，瀝青的老化延度(5 ℃)有逐漸增大的趨勢(shì)，說(shuō)明SBS的加入有利于改善瀝青抗短期老化的能力；當(dāng)SBS摻量一定時(shí)，改性劑SBS(796)的曲線在最上方，說(shuō)明SBS(796)的改性效果最佳；而SBS(501)，SBS(791)，SBS(791H)無(wú)明顯的區(qū)分度，說(shuō)明其改性效果相近；SBS(1301H)的曲線在最下方，說(shuō)明在這5種SBS中，SBS(1301H)的改性效果最差。從圖5可以看出，當(dāng)SBS種類一定時(shí)，隨改性劑摻量的增加，瀝青的針入度比有逐漸增大的趨勢(shì)，說(shuō)明瀝青的抗老化能力得到改善，這與老化延度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，說(shuō)明SBS能增強(qiáng)瀝青的抗老化能力，當(dāng)SBS摻量一定時(shí)，改變SBS的種類對(duì)針入度比的影響較小，且部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)有重疊，說(shuō)明SBS的種類變化對(duì)改性瀝青針入度比無(wú)顯著影響。

圖4 SBS摻量對(duì)改性瀝青老化延度的影響

圖5 SBS摻量對(duì)改性瀝青針入度比的影響

2.5 SBS種類對(duì)瀝青感溫性的影響

以中海AH-70重交通道路瀝青為基質(zhì)瀝青，在SBS改性瀝青制備工藝一致的條件下，5種聚合物SBS對(duì)中海AH-70重交通道路瀝青進(jìn)行改性，SBS摻量對(duì)改性瀝青針入度指數(shù)和黏度“活化能”的影響分別見(jiàn)圖6和圖7。從圖6可以看出：當(dāng)SBS種類一定時(shí)，隨SBS摻量的增加，改性瀝青的針入度指數(shù)有逐步增大的趨勢(shì)，說(shuō)明SBS能改善瀝青的溫度敏感性；當(dāng)SBS摻量一定時(shí)，由改性劑SBS(501)制備的改性瀝青的針入度指數(shù)曲線在最上方，說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)考察范圍內(nèi)，SBS(501)對(duì)針入度指數(shù)的改善效果最好，而SBS(791)、SBS(791H)和SBS(1301H)的曲線基本重合，說(shuō)明這3種改性劑的效果相近，改性劑SBS(796)的效果略差。從圖7可以看出：當(dāng)SBS種類一定時(shí)，黏度“活化能”Ea隨SBS摻量的增加而增加，表明黏度隨溫度的敏感性降低，說(shuō)明SBS的摻入有利于改善瀝青的感溫性，與針入度指數(shù)的結(jié)果一致；當(dāng)SBS摻量一定時(shí)，含有改性劑SBS(501)的瀝青的Ea最大，說(shuō)明SBS(501)的改性效果最佳，而SBS(791)，SBS(791H)，SBS(1301H)的改性效果相近，SBS(796)的改性效果略差，這也與針入度指數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)考察范圍內(nèi)，針入度指數(shù)與黏度“活化能”均能有效表征改性瀝青的感溫性。

圖6 SBS摻量對(duì)改性瀝青針入度指數(shù)的影響

圖7 SBS摻量對(duì)改性瀝青黏度“活化能”的影響

2.6 SBS種類對(duì)改性瀝青高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性的影響

由于SBS與基質(zhì)瀝青在溶解度參數(shù)、密度、相對(duì)分子質(zhì)量及其分布等方面存在明顯差異[8]，因而SBS改性瀝青在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定體系，在高溫下儲(chǔ)存時(shí)聚合物分子有相互聚集的趨勢(shì)，若在儲(chǔ)存過(guò)程中改性瀝青發(fā)生了離析現(xiàn)象，則會(huì)影響SBS對(duì)瀝青的改性效果，因此改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性決定了改性瀝青的使用形式，若儲(chǔ)存穩(wěn)定性差，則其只能采用現(xiàn)場(chǎng)改性的方式。SBS改性瀝青的高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出，當(dāng)SBS種類一定時(shí)，SBS摻量越大，改性劑與基質(zhì)瀝青的軟化點(diǎn)差越大，說(shuō)明離析程度越大。主要原因在于SBS與基質(zhì)瀝青的溶解度參數(shù)、密度、相對(duì)分子質(zhì)量等參數(shù)存在差異，因而在無(wú)攪拌的條件下，會(huì)發(fā)生SBS與基質(zhì)瀝青的相分離。從表2還可以看出：當(dāng)SBS摻量為4.5%時(shí)，改性劑SBS(796)所制備的改性瀝青的軟化點(diǎn)差為18.7 ℃，明顯好于其它改性劑；SBS摻量小于4.5%時(shí)均有相似的規(guī)律，說(shuō)明改性劑SBS(796)與中海瀝青的相容性最佳。

表2 改性瀝青的高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.7 SBS種類對(duì)改性瀝青微觀結(jié)構(gòu)的影響

聚合物SBS在藍(lán)色光波的照射下會(huì)向外散射出熒光，而基質(zhì)瀝青在此波段范圍內(nèi)無(wú)熒光現(xiàn)象產(chǎn)生，因而可據(jù)此研究SBS分子在瀝青中的分散情況。由2.6中的研究結(jié)果表明，當(dāng)SBS摻量為4.0%時(shí)，能明顯區(qū)分SBS與基質(zhì)瀝青的相容性差異，因而研究此摻量下改性瀝青的微觀結(jié)構(gòu)，SBS改性瀝青的熒光顯微照片見(jiàn)圖8。所有熒光顯微照片的放大倍數(shù)均為400倍。從圖8可以看出:SBS(796)與基質(zhì)瀝青間的相界面較模糊，說(shuō)明中海瀝青與SBS(796)具有較好的相容性，而改性劑SBS(501)，SBS(791)，SBS(791H)，SBS(1301H)均能看到清晰的光亮點(diǎn)，說(shuō)明中海瀝青與這幾種SBS的相容性較差；熒光顯微結(jié)構(gòu)表明改性劑SBS(796)與中海瀝青的相容劑最佳，這與儲(chǔ)存穩(wěn)定性的結(jié)果一致。

圖8 SBS改性瀝青的熒光顯微照片

2.8 用于中海瀝青改性的SBS種類比選

目前，SBS改性瀝青I-D在南方高溫地區(qū)應(yīng)用廣泛，因而以I-D改性瀝青為目標(biāo)，針對(duì)中海瀝青優(yōu)選SBS，以制備性能優(yōu)良的SBS改性瀝青。根據(jù)上述結(jié)果，改性瀝青的高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性隨SBS摻量的增加，有逐漸變差的趨勢(shì)，對(duì)其它指標(biāo)均影響不大。當(dāng)SBS摻量為4.0%時(shí)，只有改性劑SBS(501)和SBS(796)制備的改性瀝青能夠滿足JTG F40—2004中的離析實(shí)驗(yàn)要求，因而選定SBS(501)和SBS(796)作為改性劑，用于制備I-D改性瀝青。在5種SBS中，SBS(796)的低溫改性效果最好，但高溫改性效果最差；而改性劑SBS(501)的高低溫改性效果均居中。由于當(dāng)改性劑摻量為4.0%時(shí)，SBS(501)和SBS(796)制備的改性瀝青的軟化點(diǎn)均低于60 ℃，為了制備各項(xiàng)指標(biāo)均滿足I-D的技術(shù)要求，將改性劑的摻量增加到4.2%，同時(shí)將SBS(501)和SBS(796)按質(zhì)量比1∶1的比例復(fù)配，以檢驗(yàn)SBS的復(fù)配改性效果，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)：在實(shí)驗(yàn)考察范圍內(nèi)，SBS(501)制備改性瀝青時(shí)，其離析實(shí)驗(yàn)(軟化點(diǎn)差)不能滿足規(guī)范要求；SBS(796)制備改性瀝青時(shí)，其針入度指數(shù)不能滿足規(guī)范要求；只有當(dāng)SBS(501)與SBS(796)按質(zhì)量比1∶1的比例復(fù)配時(shí)，制備改性瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)能夠滿足JTG F40—2004中I-D的技術(shù)指標(biāo)要求。

表3 改性瀝青的主要性質(zhì)

3 結(jié) 論

在實(shí)驗(yàn)考察范圍內(nèi)，不同牌號(hào)的SBS對(duì)中海瀝青性能的影響存在差異。隨著SBS摻量的增加，瀝青的軟化點(diǎn)會(huì)逐漸增加，其中SBS(1301-1H)對(duì)中海瀝青的軟化點(diǎn)的改善效果最顯著；隨著SBS摻量的增加，瀝青的低溫延度先增大后降低，其中SBS(796)對(duì)中海瀝青的低溫延度的改善效果最優(yōu)；隨著SBS摻量的增加，瀝青的感溫性能得到改善，其中SBS(501)改善中海瀝青感溫性的效果最佳；通過(guò)研究高溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性和熒光顯微結(jié)構(gòu)可知，SBS(796)與中海瀝青的相容性最好；當(dāng)SBS(501)與SBS(796)按質(zhì)量比1∶1復(fù)配時(shí)，能制備各項(xiàng)指標(biāo)均滿足JTG F40—2004技術(shù)要求的I-D改性瀝青。

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INFLUENCE OF ADDING SBS ON PERFORMANCE OF ZHONGHAI NO.70 HEAVY DUTY ROAD ASPHALT

Deng Qingzhong, Dong Shuxin, Chen Ruiguo, Chen Shu

(CNOOCBitumen(Guangdong)Co.Ltd.,Zhanjiang，Guangdong524002)

The effects of SBS types on the properties of Zhonghai 70#heavy duty road asphalt were investigated after the SBS modified asphalts were prepared under the same conditions.The results indicate that the modification effect on Zhonghai asphalt depends on the kinds of SBSs.The SBS(1301-1H)can improve the pavement performance of Zhonghai asphalt at high temperature，while the effect of SBS(796)on the low temperature property of Zhonghai asphalt is the best.The SBS(501)is the best in improving the ability to resist temperature sensitivity of asphalt.The compatibility between SBS(796)and Zhonghai asphalt is the best, proved by the test of storage stability at high temperature and fluorescence image analysis.Within the scope of the experimental investigation, the I-D modified asphalt can be obtained using the compound of SBS(501)and SBS(796), all the indexes of the asphalt product can meet the JTG F40-2004 technical requirements.

SBS type； modified asphalt； Zhonghai asphalt

2016-07-14；修改稿收到日期：2016-10-13。

鄧慶忠，碩士，工程師，主要從事瀝青產(chǎn)品的研發(fā)與應(yīng)用工作。

鄧慶忠，E-mail：upcdengqz@163.com。