SBS/橡膠粉復(fù)合改性瀝青高溫性能研究

何志俊

（山西省交通開(kāi)發(fā)投資集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

隨著交通渠化的實(shí)行以及交通量的日益增長(zhǎng)，車轍已經(jīng)成為瀝青路面最重要的破壞方式之一[1～2]。瀝青路面的車轍破壞與瀝青混合料在高溫時(shí)抵抗荷載變形能力的不足密切相關(guān)，因此提高瀝青混合料的高溫性能，對(duì)于改善瀝青路面抗車轍能力至關(guān)重要[3～4]。SBS作為一種常見(jiàn)的瀝青改性劑，對(duì)于提高瀝青高溫性能具有顯著效果，然而由于其高昂的價(jià)格，增加了工程造價(jià)，因此尋求價(jià)格相對(duì)低廉的瀝青改性劑，具有重要意義。相關(guān)研究表明，將廢舊輪胎粉碎制成橡膠粉用于瀝青改性，不僅能變廢為寶，而且能改善瀝青的高溫性能[5～6]。然而用橡膠粉改性瀝青時(shí)，如果摻量太小起不到明顯的改性效果，如果摻量太大，橡膠粉容易在瀝青中沉淀，造成存儲(chǔ)的不穩(wěn)定[7]。基于此，本文將SBS和橡膠粉同時(shí)用于瀝青改性，發(fā)揮兩種材料各自的優(yōu)勢(shì)，在節(jié)省工程造價(jià)的基礎(chǔ)上最大限度提高瀝青高溫性能，為提高瀝青路面抗車轍性能提供理論參考。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

瀝青選用Shell70號(hào)基質(zhì)瀝青，其基本技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。橡膠粉采用廢舊輪胎橡膠粉（如圖1所示）。SBS改性劑選用新型SBS。

表1 Shell70號(hào)的基本技術(shù)指標(biāo)

圖1 橡膠粉圖片

1.2 復(fù)合改性瀝青制備

先將橡膠粉加入熱瀝青中，并用玻璃棒攪拌一定時(shí)間，待橡膠粉初步均勻分散在瀝青中后，維持瀝青溫度在180℃～200℃，用高速剪切機(jī)由慢至快，并在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定到4 000 rpm后高速攪拌30 min；然后逐步加入SBS并繼續(xù)高速剪切30 min，即可制得SBS/橡膠粉復(fù)合改性瀝青。

圖2 布氏黏度試驗(yàn)照片

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 橡膠粉粒徑和摻量對(duì)瀝青高溫性能的影響

維持SBS摻量為2%不變，選擇20目和40目的橡膠粉顆粒，控制橡膠粉摻量為7%、10%、13%、16%和19%，測(cè)定SBS/橡膠復(fù)合改性瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、177℃布氏黏度和彈性恢復(fù)，研究橡膠粉粒徑和摻量對(duì)瀝青高溫性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 橡膠粉粒徑和摻量對(duì)瀝青高溫性能的影響

從表2可以看出，橡膠粉目數(shù)越大，SBS/橡膠復(fù)合改性瀝青的針入度越大，軟化點(diǎn)越小；當(dāng)橡膠粉摻量小于19%時(shí)，隨著橡膠粉目數(shù)的增大，復(fù)合改性瀝青布氏黏度和彈性恢復(fù)同時(shí)降低，表明橡膠粉目數(shù)越小，復(fù)合改性瀝青高溫性能越好。解釋其主要原因?yàn)?，目?shù)越大，橡膠粉顆粒越細(xì)，相比于細(xì)顆粒，粗顆粒的橡膠粉在瀝青中更容易保持橡膠顆粒的彈性性質(zhì)，橡膠粉吸附瀝青之后不容易發(fā)生沉淀和離析，性質(zhì)更加穩(wěn)定，且橡膠粉顆粒之間的摩阻力更大，高溫時(shí)，在荷載作用下瀝青抵抗變形的能力更強(qiáng)，因此黏度和彈性恢復(fù)越大，瀝青的低溫性能更突出。因此綜合考慮高低溫性能應(yīng)該選擇20目的橡膠粉對(duì)瀝青進(jìn)行改性。

當(dāng)橡膠粉目數(shù)一定時(shí)，隨著橡膠粉摻量的增多，SBS/橡膠復(fù)合改性瀝青的針入度逐漸減小，軟化點(diǎn)、布氏黏度和彈性恢復(fù)逐漸增大，高摻量下，復(fù)合改性瀝青的彈性恢復(fù)甚至能達(dá)到90%。當(dāng)橡膠粉摻量大于16%時(shí)，再增加橡膠粉時(shí)，改性瀝青軟化點(diǎn)、布氏黏度和彈性恢復(fù)的變化幅度較小，另外相關(guān)文獻(xiàn)[7]表明，若使橡膠瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度大于3 000次/mm，必須要求177℃時(shí)橡膠瀝青的布氏黏度大于2.7 Pa·s，按照這一標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)摻加20目橡膠粉時(shí)，要求其摻量不小于13%，當(dāng)摻加40目橡膠粉時(shí)，要求其摻量不小于16%。高溫下橡膠顆粒發(fā)生脫硫，與瀝青發(fā)生反應(yīng)，隨著橡膠粉摻量的增多，橡膠粉吸附瀝青中飽和芬和芳香芬的比例增多，瀝青中輕質(zhì)組分的減少使瀝青在高溫荷載作用下抵抗變形的能力逐漸增強(qiáng)，因此高溫性能得到明顯改善。

2.2 SBS摻量對(duì)瀝青高溫性能的影響

在SBS/橡膠復(fù)合改性瀝青中保持橡膠粉目數(shù)和摻量分別為20目和13%不變，變化SBS摻量，測(cè)定不同SBS摻量下復(fù)合改性瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、177℃布氏黏度和彈性恢復(fù)，研究SBS摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青高溫性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 SBS摻量對(duì)瀝青高溫性能的影響

從表3可以看出，當(dāng)橡膠粉目數(shù)和摻量保持不變時(shí)，隨著SBS摻量的增多，復(fù)合改性瀝青的針入度逐漸減小，軟化點(diǎn)、布氏黏度和彈性恢復(fù)逐漸增大，當(dāng)SBS摻量超過(guò)2%時(shí)，復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)均大于65℃，且選擇20目橡膠粉時(shí)復(fù)合改性瀝青的布氏黏度大于2.7 Pa·s，此時(shí)再增加SBS摻量雖然能提高瀝青的高溫性能，但是過(guò)高的黏度導(dǎo)致瀝青的施工溫度大幅增長(zhǎng)，加速瀝青老化，且給施工帶來(lái)困難，因此綜合考慮，SBS最佳摻量應(yīng)為2%。高溫時(shí)SBS在瀝青中發(fā)生溶脹和吸附作用，使瀝青中的輕質(zhì)組分含量降低，瀝青高溫性能得到改善，另外隨著SBS摻量的增多，SBS鏈在瀝青中相互交織，形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在高溫時(shí)，三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效地抵抗荷載作用引起的瀝青變形，因此復(fù)合改性瀝青的高溫性能逐漸提高。

3 結(jié)論

a）橡膠粉目數(shù)越大，SBS/橡膠復(fù)合改性瀝青的針入度越大，軟化點(diǎn)越小；布氏黏度和彈性恢復(fù)越低，表明橡膠粉目數(shù)越小，復(fù)合改性瀝青高溫性能越好。因此宜選擇20目的橡膠粉顆粒對(duì)瀝青進(jìn)行改性。

b）當(dāng)橡膠粉目數(shù)和SBS摻量一定時(shí)，隨著橡膠粉摻量的增多，復(fù)合改性瀝青的針入度逐漸減小，軟化點(diǎn)、布氏黏度和彈性恢復(fù)逐漸增大，瀝青高溫性能逐漸提高，當(dāng)選擇20目橡膠粉時(shí)，橡膠粉最佳摻量宜為13%。

c）橡膠粉目數(shù)和摻量保持不變時(shí)，隨著SBS摻量的增多，復(fù)合改性瀝青的針入度逐漸減小，軟化點(diǎn)、布氏黏度和彈性恢復(fù)逐漸增大，復(fù)合改性高溫性能逐漸提高，當(dāng)SBS摻量大于2%時(shí)，過(guò)大的黏度會(huì)造成施工困難，因此合適的SBS摻量應(yīng)為2%。