速溶型SBS聚合物對橡膠改性瀝青黏滯性能的影響研究

宣大發(fā) 呂大春 王鵬 王秋敏

摘要：為了研究速溶型SBS聚合物對橡膠改性瀝青黏滯性能的影響，分別采用摻量0%、5%、10%、15%及20%的橡膠改性瀝青與摻量8%的速溶型SBS改性劑進(jìn)行復(fù)配，成功制備出不同摻量的RPCSBS改性瀝青，進(jìn)行了不同溫度、不同轉(zhuǎn)速及不同橡膠粉摻量下的Brookfield黏度試驗，并采用Brookfield黏度、施工溫度及黏流活化能作為技術(shù)指標(biāo)對不同摻量下RPCSBS改性瀝青的黏滯性能進(jìn)行了研究。試驗結(jié)果表明，一定程度的橡膠粉摻入，會增加RPCSBS改性瀝青的黏度、黏流活化能及施工溫度。當(dāng)橡膠粉摻量達(dá)到15%時，RPCSBS改性瀝青的黏度、黏流活化能及施工溫度均達(dá)到最大，不利于RPCSBS改性瀝青的現(xiàn)場施工，故實際現(xiàn)場復(fù)配時，應(yīng)精確控制橡膠粉和干法SBS改性劑的摻量，避免使用15%CR+8%SBS摻量。

關(guān)鍵詞：瀝青結(jié)合料;速溶型SBS;聚合物;橡膠改性瀝青;黏滯性能

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通流量和交通荷載不斷增長，人們對道路性能的使用要求越來越高，導(dǎo)致改性瀝青的應(yīng)用越來越廣泛。在眾多改性瀝青中，SBS改性瀝青以其優(yōu)越的綜合性能得到廣泛應(yīng)用。目前SBS改性瀝青的加工主要分為濕法和干法兩種，濕法應(yīng)用更為廣泛。濕法工藝是指先通過工廠或者拌和樓現(xiàn)場濕法加工成成品SBS改性瀝青，然后投入拌和樓中與集料拌和成SBS改性瀝青混合料。但是隨著濕法SBS改性瀝青的廣泛應(yīng)用，其弊端也不斷凸顯，如SBS改性劑摻量難以檢測、成品SBS改性瀝青保存時間有限、性能衰減等問題[1]。為了革除以上弊端，國內(nèi)公司成功開發(fā)出了性能優(yōu)越、質(zhì)量穩(wěn)定的速溶型SBS改性劑（即干法SBS改性劑）。干法SBS改性工藝可以直接將SBS改性劑、基質(zhì)瀝青及集料投入拌和樓中攪拌，在高溫下通過攪拌葉片和石料的快速剪切及碰撞過程，可以使瀝青與速溶型SBS達(dá)到快速改性的效果，避免了成品改性瀝青的加工環(huán)節(jié)，降低了改性瀝青在儲存過程中的性能衰減、能耗損失及污染物的排放。

膠粉作為一種新型道路建筑材料，被添加入瀝青中制備成橡膠改性瀝青。它具有優(yōu)良的高溫抗車轍、低溫抗裂、降低路面噪音及環(huán)保等特性，成為美國、日本、南非等國家和地區(qū)最常用的路用添加劑之一[2]。相比干法SBS改性瀝青昂貴的造價，橡膠改性瀝青造價低廉、抗老化性能更加優(yōu)異，但瀝青黏度較高?；赱JP]以上特點，若能將兩者的優(yōu)良性能進(jìn)行復(fù)合，在提高性能的同時降低SBS改性瀝青的造價，這將對SBS改性瀝青的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用。

為了防止復(fù)合改性后的干法SBS改性瀝青黏度過高，影響施工和易性;同時更好地將膠粉復(fù)合干法SBS改性瀝青（RubberpowdercompositedrySBSmodifiedasphalt，RPCSBS）應(yīng)用于實際工程中，本文對RPCSBS改性瀝青的黏滯性進(jìn)行了系統(tǒng)分析，深入地研究了速溶型SBS聚合物對橡膠改性瀝青的黏滯性能影響。

1 試驗原材料

1.1 試驗原材料

試驗基質(zhì)瀝青采用70#A級道路石油瀝青，基質(zhì)瀝青的技術(shù)性能指標(biāo)及試驗結(jié)果見表1。由表1試驗結(jié)果可知，所采用的基質(zhì)瀝青滿足我國現(xiàn)行規(guī)范JTGF40-2004[3]的技術(shù)要求。

本研究采用的干法SBS改性劑為國產(chǎn)速溶型SBS改性劑，是一種藍(lán)色粉末狀物質(zhì)，橡膠粉為廣西交科集團(tuán)有限公司生產(chǎn)。

2 改性瀝青的制備

將基質(zhì)瀝青在170℃的烘箱中加熱0.5h，然后加入摻量8%（外摻）質(zhì)量的干法SBS改性劑攪拌均勻，在170℃的溫度下用高速剪切儀以4000r/min的轉(zhuǎn)速剪切30min后，再加入相應(yīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的橡膠粉剪切20min，直至干法SBS改性劑和橡膠粉全部溶解且分布均勻為止，即制得RPCSBS改性瀝青。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 RPCSBS改性瀝青黏度影響因素分析

黏度代表瀝青的黏滯性[4]。黏度的大小，直接反映瀝青路面集料間黏結(jié)能力的強(qiáng)弱，反映瀝青的高溫性能。不同轉(zhuǎn)速、不同溫度和不同摻量下RCPSBS改性瀝青的黏度試驗結(jié)果見表2、表3。

從表2、表3可知，同一溫度和轉(zhuǎn)速下，不同摻量RPCSBS改性瀝青的黏度隨著橡膠粉摻量增加而呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢，峰值摻量為15%CR+8%SBS。不同溫度下，隨著布氏黏度儀轉(zhuǎn)速的增加，不同摻量RPCSBS改性瀝青的黏度不斷降低，這主要是因為黏塑性體本身剪切變稀的特性導(dǎo)致。黏度越高的RPCSBS改性瀝青，不同轉(zhuǎn)速下黏度離散性越大;黏度越小的RPCSBS改性瀝青，不同轉(zhuǎn)速下黏度離散性越小。以135℃下?lián)搅?5%CR+8%SBS為例，轉(zhuǎn)速1r下的黏度分別是2r、3r、4r、5r的30.0%、49.8%、53.3%、50.2%。由此可見，即使按照規(guī)范E20-2011的T0625-2011試驗規(guī)程來進(jìn)行實驗，在高黏度下的RPCSBS改性瀝青布氏黏度離散性還是很大的。根據(jù)表4、表5可得，不同摻量、溫度下RPCSBS改性瀝青的黏度測試扭矩均在10%～98%之間，符合規(guī)范E20-2011的要求，測試黏度均有效。為了對不同摻量RPCSBS改性瀝青的黏度統(tǒng)一進(jìn)行量化，選擇不同摻量RPCSBS改性瀝青扭矩為50%時對應(yīng)的布氏黏度作為標(biāo)準(zhǔn)值[5]。計算結(jié)果如表4、表5所示。

由圖1可得，同一溫度下，不同摻量RPCSBS改性瀝青黏度隨著橡膠粉摻量的增加，開始時略微增加，然后隨著摻量的增加，黏度急劇下降，之后又急劇上升，并且達(dá)到峰值，最后隨著橡膠粉摻量的增加而回落。

3.2 RPCSBS改性瀝青施工和易性分析

瀝青的黏度主要是用來表征瀝青的流動性，即施工和易性。為了保證瀝青在施工和拌和時具有足夠的流動性，對于基質(zhì)瀝青一般要求135℃的布氏黏度≤3Pa·s;不同種類的改性瀝青則一般根據(jù)相應(yīng)的施工溫度而定，但一般高溫狀態(tài)下的布氏黏度也應(yīng)≤3Pa·s。根據(jù)規(guī)范E20-2011的T0625-2011試驗要求，確定不同摻量RPCSBS改性瀝青下的拌和溫度和壓實溫度。計算結(jié)果如表6和圖2所示。

由表6和圖2可得，根據(jù)等黏原則，將布氏黏度為0.17Pa·s±0.02Pa·s時對應(yīng)的溫度作為拌和溫度;將布氏黏度為0.28Pa·s±0.03Pa·s時對應(yīng)的溫度作為壓實溫度。隨著橡膠粉摻量的增加，RPCSBS改性瀝青的拌和溫度和壓實溫度都表現(xiàn)出一致的規(guī)律性，均隨著橡膠粉摻量的增加先略微上升，然后當(dāng)橡膠粉摻量達(dá)到10%時，降至谷底，隨后開始隨著橡膠粉摻量的增加而增大，兩者變化規(guī)律呈倒峰值曲線變化。

3.3 RPCSBS改性瀝青黏流活化能分析

黏流活化能E是高分子材料表征黏流特性的重要參數(shù)之一，它指黏彈性材料的分子鏈段用于克服位壘，由原位置躍遷到附近鏈段間空洞位置所需的最小能量，可見其既可以反映材料流動的難易程度，又能反映材料黏度隨溫度變化的敏感性[6]。一般分子鏈剛性大、極性強(qiáng)或含有較大側(cè)基的高分子材料，黏流活化能較高，需要較高的溫度才能流動;相反，柔性較好的線形分子鏈高分子材料Eη較低，在較低溫度下即可發(fā)生流動。當(dāng)溫度遠(yuǎn)高于玻璃化溫度Tg，高分子材料黏度與溫度的依賴關(guān)系服從于Arrhenius方程[7]，如式（1）所示。對式（1）兩邊求對數(shù)可得式（2）。根據(jù)在不同溫度下瀝青的黏度η（T）值，以lg（η）～1/T作圖，所得直線的斜率即為-Eη/（2.303R），從而可求得瀝青Eη的大小。如圖3所示。

分析圖3可得，隨著橡膠粉摻量的增加，RPCSBS改性瀝青的黏流活化能呈現(xiàn)先降低后增加至峰值，隨后回落的趨勢。這表明隨著橡膠粉摻量的增加，RPCSBS改性瀝青的黏度隨溫度變化敏感性也在不斷發(fā)生變化，在摻量達(dá)到15%CR+8%SBS時，黏度隨溫度變化敏感性最大。

聯(lián)合圖2～3分析可得，當(dāng)橡膠粉摻量達(dá)到15%時，RPCSBS改性瀝青的黏度、黏流活化能及施工溫度均達(dá)到最大，不利于RPCSBS改性瀝青的現(xiàn)場施工。故實際現(xiàn)場復(fù)配時，應(yīng)精確控制橡膠粉和干法SBS改性劑的摻量，避免使用15%CR+8%SBS摻量。

4 結(jié)語

（1）一定程度的橡膠粉摻入，會增加RPCSBS改性瀝青的黏度、黏流活化能及施工溫度。

（2）當(dāng)橡膠粉摻量達(dá)到15%時，RPCSBS改性瀝青的黏度、黏流活化能及施工溫度均達(dá)到最大，不利于RPCSBS改性瀝青的現(xiàn)場施工。故實際現(xiàn)場復(fù)配時，應(yīng)精確控制橡膠粉和干法SBS改性劑的摻量，避免使用15%CR+8%SBS摻量。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱榮芳，唐國奇.基于動態(tài)力學(xué)的直投改性技術(shù)機(jī)理及應(yīng)用研究[J].公路與汽運，2017（5）：75-78.

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