穩(wěn)定劑對SBS 改性瀝青的性能影響

廉 潔，李永振，姜 峰，畢 飛

（1.中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100000；2.山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031）

引言

在我國高速公路和國省道工程建設(shè)中應(yīng)用最廣泛的膠結(jié)料是石油瀝青和SBS 改性瀝青，其中SBS改性瀝青具有優(yōu)越的高低溫性能，能夠保證路面良好的使用功能[1-2]。在道路工程的建設(shè)過程中，由于環(huán)保的要求越來越高，石料的來源受限，滿足規(guī)范要求的石料廠家有限，對集料的質(zhì)量監(jiān)控變得容易，故越來越多的道路工程工作者關(guān)注SBS 改性瀝青的質(zhì)量，采用了諸如流變測試、熒光顯微鏡、紅外光譜等監(jiān)控手段[3]，雖然部分SBS 改性瀝青的質(zhì)量得到了保證，但仍存在很多施工后的路面質(zhì)量問題。針對嚴(yán)格監(jiān)控手段下仍出現(xiàn)路面工程質(zhì)量問題，開展SBS 改性瀝青的性能研究具有重要意義。

SBS 改性瀝青的性能與改性劑摻量、添加劑、基質(zhì)瀝青等有密切的關(guān)系。國內(nèi)許多道路工程工作者主要關(guān)注改性劑種類、摻量及基質(zhì)瀝青對SBS 改性瀝青的性能影響，很少關(guān)注添加劑及對SBS 改性瀝青的性能影響及一些測試技術(shù)的影響。

1 原材料及試樣制備方法

1.1 原材料

基質(zhì)瀝青采用齊魯石化70 #瀝青，試驗(yàn)結(jié)果見表1。SBS 改性劑采用岳化791-H。穩(wěn)定劑為東營潤豐博越石油技術(shù)有限公司生產(chǎn)的改性瀝青穩(wěn)定劑產(chǎn)品。

表1 70 #瀝青試驗(yàn)結(jié)果

1.2 生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)工藝流程見圖1，將70 # 瀝青加熱至180±5 ℃，按照3.0%～5.0%、步長0.5%的摻量加 入SBS 改 性 劑， 以1 500 r/min 的 速 度 攪 拌15 min， 經(jīng)吸油膨脹后采用高速剪切機(jī)以4 000 r/min 的速度在180 ℃±5 ℃的溫度下剪切40 min，剪切完成后在2 min 內(nèi)慢慢加入穩(wěn)定劑，然后以1 500 r/min 的速度攪拌發(fā)育2 h，即可制得SBS改性瀝青成品。

科研人員為了順利通過考核，往往忽略科研的實(shí)際需要和發(fā)展規(guī)劃，根據(jù)容易達(dá)到的研究成果設(shè)定項(xiàng)目績效目標(biāo)，使得目標(biāo)與結(jié)果倒掛。此外績效目標(biāo)的設(shè)定往往不夠細(xì)化，僅作簡單陳述，績效目標(biāo)設(shè)定相關(guān)性的論證也不夠充分，績效目標(biāo)的合理性難以得到保證。

圖1 SBS 改性瀝青生產(chǎn)工藝流程

1.3 檢測方法

由表2 可知，添加穩(wěn)定劑后變化比較大的指標(biāo)有軟化點(diǎn)、延度和離析，其中離析指標(biāo)變化最大，未添加穩(wěn)定劑時(shí)的離析指標(biāo)均很大，不滿足規(guī)范要求的不大于2.5 ℃的要求，添加穩(wěn)定劑后SBS 改性瀝青不離析。

穩(wěn)定劑對SBS 改性瀝青疲勞因子的影響見圖5?？梢钥闯?，添加穩(wěn)定劑后，SBS 改性瀝青的疲勞因子增大，疲勞因子越大，瀝青在荷載作用下能量損失速度越快，疲勞性能越差，說明穩(wěn)定劑降低了SBS改性瀝青的疲勞性能。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 常規(guī)指標(biāo)

穩(wěn)定劑對SBS 改性瀝青的軟化點(diǎn)指標(biāo)影響見圖2。

不同改性劑含量的SBS 改性瀝青熒光顯微圖像見圖6。可以看出，改性劑摻量越大，SBS 改性劑在瀝青中分布的越廣，呈現(xiàn)集聚成線狀或網(wǎng)狀的現(xiàn)象越多，儲存穩(wěn)定性存在問題的可能性越大。

為了應(yīng)對臨時(shí)的停電，豬場都購買了發(fā)電機(jī)備用，在大風(fēng)降溫來臨前應(yīng)組織人員對發(fā)電機(jī)進(jìn)行測試，確保發(fā)電機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并準(zhǔn)備好充足的燃料。

表2 制備的SBS 改性瀝青性能指標(biāo)

（1）常規(guī)指標(biāo)：按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）[4]檢測改性瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度、離析等指標(biāo)。（2）流變性能：按照美國SHRP 技術(shù)規(guī)范[5]用動(dòng)態(tài)剪切流變DSR 測定改性瀝青原樣在不同溫度下的和疲勞因子。（3）熒光顯微鏡：將剪切完發(fā)育好的SBS 改性瀝青澆筑在載玻片，蓋上蓋玻片，馬上放置在熒光顯微鏡下觀察拍照。采用Leica 熒光顯微鏡采集瀝青的顯微圖像，并使用Photoshop 軟件進(jìn)行圖像的灰度增強(qiáng)、濾波去噪處理，對處理后的圖像進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析。（4）紅外光譜：首先按照3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%的SBS 改性劑摻量制備改性瀝青標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后再制備1 個(gè)已知摻量的樣品，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線的準(zhǔn)確性。具體方法參考《道路瀝青SBS 改性劑含量測定技術(shù)規(guī)程 （紅外光譜法）》（DB 37/T2977—2017）[6]。

不同改性劑摻量的改性瀝青的常規(guī)指標(biāo)見表2。SBS 改性瀝青的高溫性能與瀝青路面的抗車轍變形能力息息相關(guān)?，F(xiàn)行規(guī)范中能反映瀝青高溫性能的指標(biāo)主要有軟化點(diǎn)和135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度。延度是在一定的溫度下，瀝青受到一定的應(yīng)力產(chǎn)生的塑性變形，其反映了瀝青的低溫拉伸變形性能[7]。

圖2 穩(wěn)定劑對軟化點(diǎn)指標(biāo)的影響

由圖2 可知，隨著改性劑摻量的增加，軟化點(diǎn)逐漸增大，在SBS 改性劑摻量達(dá)到4.5%時(shí)，瀝青的軟化點(diǎn)指標(biāo)增長速度下降，說明SBS 改性劑經(jīng)過剪切后以微粒狀態(tài)與瀝青相互融合，改善了瀝青的黏彈性狀態(tài)，使瀝青在保有黏性的同時(shí)，增加了彈性，從而提升了瀝青的高溫性能。但未加穩(wěn)定劑前4.5%摻量的SBS 改性瀝青軟化點(diǎn)為72.5 ℃，雖滿足規(guī)范中SBS（I-D）的60 ℃指標(biāo)要求，但不滿足某些項(xiàng)目中不小于75 ℃的要求，加入穩(wěn)定劑后，瀝青的針入度指標(biāo)變化不大，軟化點(diǎn)指標(biāo)提高了接近10 ℃，延度指標(biāo)增加0.3%摻量SBS 改性劑，軟化點(diǎn)指標(biāo)提升了5 ℃，而添加0.15%的穩(wěn)定劑后軟化點(diǎn)指標(biāo)提升了近10 ℃。在指標(biāo)要求嚴(yán)格的條件下，添加穩(wěn)定劑的方法在降低成本的同時(shí)使瀝青指標(biāo)變得更好。

穩(wěn)定劑對SBS 改性瀝青延度指標(biāo)的影響見圖3。

圖3 穩(wěn)定劑對延度指標(biāo)的影響

美國SHRP 技術(shù)規(guī)范[5]中采用車轍因子表征瀝青永久變形的能來評價(jià)瀝青的高溫性能，采用疲勞因子表征瀝青在剪切過程中因內(nèi)部摩擦?xí)r生熱損失的能量，用來評價(jià)瀝青的疲勞性能[8]。

2.2 流變性能

由圖3 可知：（1）在未加入穩(wěn)定劑時(shí)，改性劑摻量增加瀝青的5 ℃延度值增加，當(dāng)摻量由4.3%增加到4.5%時(shí)，瀝青的延度值增長變緩，說明在低溫條件下，SBS 改性瀝青中的改性劑的彈性性能抵抗了外力作用下的塑性變形，表現(xiàn)為延度增大。但改性劑的摻量達(dá)到一定程度時(shí)，延度指標(biāo)變差，說明存在最佳摻量。（2）在加入穩(wěn)定劑后，相同改性劑摻量的瀝青延度指標(biāo)均大于未添加穩(wěn)定劑的改性瀝青。因?yàn)榉€(wěn)定劑能夠促進(jìn)SBS 改性劑在瀝青中形成一種富有彈性且穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而增加了瀝青的高低溫性能。

穩(wěn)定劑對SBS 改性瀝青的車轍因子的影響見圖4。可以看出，添加穩(wěn)定劑后，SBS 改性瀝青的車轍因子增大，說明穩(wěn)定劑提升了SBS 改性瀝青的高溫抗車轍能力。

圖4 穩(wěn)定劑對車轍因子的影響

其次，我對意見箱藏得太深有意見。眾里尋它千百度，意見箱卻在隱蔽處。你一個(gè)正大光明接收意見的，卻羞羞答答地不敢見人算怎么回事？跟提意見的人藏貓貓，躲到旮旯胡同，到底是何居心？對有意見的人有意見你就直說，你躲什么躲？躲得了初一，躲得了十五么？你以為藏一輩子、躲一輩子，我們就沒意見了？或者我們有意見，沒地兒找你，意見就自生自滅了？

泥巴喜歡畫畫和幻想，這兩者相輔相成，消耗大量時(shí)間。她可以邊畫邊想，也可以邊想邊畫，可以根據(jù)自己的畫再幻想，也可以根據(jù)自己的幻想畫畫，這么著，一天就過去了。泥巴學(xué)了很長時(shí)間的美術(shù)，以前在小學(xué)的時(shí)候和其他隊(duì)員一起畫畫，一天他們?nèi)ギ嬕黄ヱR，但純情的姑娘在這個(gè)時(shí)候就顯露出自己的與眾不同來，所有男男女女交的作業(yè)中，唯獨(dú)泥巴畫的馬是不帶雞巴的。泥巴說，多難為情啊。

圖5 穩(wěn)定劑對疲勞因子的影響

2.3 穩(wěn)定劑對瀝青的影響

SBS改性劑為聚合物彈性體，瀝青是石油煉制物，兩者物化性質(zhì)不同，SBS 改性瀝青是兩者的物理共融物，改性劑經(jīng)強(qiáng)力外力作用以微粒狀分散在瀝青中，高溫狀態(tài)下呈現(xiàn)瀝青的黏性作用，低溫狀態(tài)下呈顯改性劑的彈性作用。有研究認(rèn)為SBS 改性劑在瀝青中溶脹率越高，體積分布率越高，剪切的越碎，分散的越均勻，對瀝青性能的改善越好[9-10]。

制定完善合理的科研成果評價(jià)體系和科研成果轉(zhuǎn)化政策，將科研成果轉(zhuǎn)化納入科研成果評價(jià)體系，作為創(chuàng)新性能力評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一，并與績效獎(jiǎng)勵(lì)、職稱評聘、科研獎(jiǎng)項(xiàng)的評比等掛鉤，保證評價(jià)指標(biāo)的多樣化?？筛鶕?jù)高校發(fā)展需求和實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r制定若干權(quán)變量，明確獎(jiǎng)勵(lì)范圍、獎(jiǎng)勵(lì)力度，提高對科研成果持有人的獎(jiǎng)勵(lì)力度，并保證實(shí)時(shí)激勵(lì)，充分調(diào)動(dòng)科研成果持有人的積極性和主動(dòng)性。

圖6 不同摻量改性瀝青熒光顯微鏡圖像

穩(wěn)定劑對SBS 改性瀝青儲存穩(wěn)定性的影響見圖7。由圖7 可知，未加入穩(wěn)定劑的SBS 改性瀝青中改性劑顆粒明顯且離析很大，加入穩(wěn)定劑后，瀝青顆粒不明顯，在瀝青中分布很均勻，離析值很小。因?yàn)榉€(wěn)定劑能夠促進(jìn)改性劑與基質(zhì)瀝青的溶脹作用，使改性劑的顆粒粒徑更小，同時(shí)促進(jìn)改性劑顆粒相互連接形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[11]，在瀝青中均勻分布，有利于改性瀝青的儲存穩(wěn)定性，同時(shí)增加瀝青的高溫性能。

圖7 穩(wěn)定劑對儲存穩(wěn)定性的影響

2.4 紅外光譜含量檢測

按文獻(xiàn)[6]規(guī)定的方法，制備SBS含量3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%的標(biāo)準(zhǔn)樣品，然后取樣進(jìn)行紅外光譜檢測，利用紅外光譜軟件處理數(shù)據(jù)，以966 cm-1和1 377 cm-1處的特征峰面積比值（即A966/A1377）作為Y 軸，以SBS 含量作為X 軸，然后通過線性擬合得出SBS 含量與特征峰面積比之間的線性方程，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖8。采用相同的制備方法，分別制備兩個(gè)SBS 含量為4.3%的樣品，其中一個(gè)不添加穩(wěn)定劑，另一個(gè)添加0.15%穩(wěn)定劑，取樣進(jìn)行紅外光譜檢測，得到特征峰面積比，試驗(yàn)結(jié)果見圖8。

圖8 紅外光譜法測SBS 改性劑含量標(biāo)準(zhǔn)曲線

由圖8 可知，該方程的相關(guān)性系數(shù)為0.992 1，滿足大于0.99 的要求。添加穩(wěn)定劑的樣品特征峰面積比（A966/A1377）小于未加穩(wěn)定劑的樣品，通過線性方程反算，得到未加穩(wěn)定劑的樣品SBS 改性劑含量為4.2%，添加穩(wěn)定劑的樣品SBS 改性劑含量為3.9%，說明添加穩(wěn)定劑后，測得的SBS 改性劑含量小于實(shí)際添加量。

計(jì)算結(jié)果若HM

在山東省道路工程建設(shè)瀝青材料質(zhì)量檢測過程中，在利用紅外光譜法[12]測SBS 改性劑含量技術(shù)規(guī)程制作標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)均不添加穩(wěn)定劑，而取樣的SBS改性瀝青成品在生產(chǎn)時(shí)均添加穩(wěn)定劑，造成了實(shí)際測量的SBS 改性劑含量結(jié)果偏小，給質(zhì)量監(jiān)控的準(zhǔn)確性帶來困難。

3 結(jié)語

（1）穩(wěn)定劑能夠促進(jìn)改性劑與基質(zhì)瀝青的溶脹作用，使改性劑的顆粒粒徑更小，同時(shí)促進(jìn)改性劑顆粒相互連接形成富有彈性且穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在瀝青中均勻分布，有利于改性瀝青的儲存穩(wěn)定性，降低成本的同時(shí)改善瀝青的高低溫性能。改善瀝青的黏彈性狀態(tài)，使瀝青在保有黏性的同時(shí)，增加了彈性，提升了瀝青的高溫性能。（2）穩(wěn)定劑使SBS改性瀝青的車轍因子和疲勞因子增大，改善了高溫抗車轍性能，降低了疲勞性能。（3）添加穩(wěn)定劑，會(huì)造成紅外光譜法測定SBS改性劑含量的結(jié)果偏小，對瀝青質(zhì)量監(jiān)控的準(zhǔn)確性帶來困難。