SBS改性瀝青離析試驗(yàn)影響因素

林雪花

摘要：以JTJ 052-2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中T0661的方法為試驗(yàn)依據(jù)，對(duì)改性瀝青離析試驗(yàn)中條件因素進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：對(duì)某些成品改性瀝青，離析過程中的冰箱冷卻溫度與試驗(yàn)條件對(duì)離析指標(biāo)具有明顯的影響;分析認(rèn)為這種影響與改性瀝青的改性工藝、改性劑摻量及基質(zhì)瀝青有關(guān)，相容性好的樣品離析受試驗(yàn)條件影響小，而相容性不好的樣品離析受其影響大。

關(guān)鍵詞：SBS改性瀝青;離析試驗(yàn);影響因素;離析機(jī)理

1 概述

離析指標(biāo)是評(píng)價(jià)改性瀝青儲(chǔ)存穩(wěn)定性的主要指標(biāo)，道路工程中多以JTJ 052-2000《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》T0661-2000的試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定。但該規(guī)程對(duì)試驗(yàn)操作中的某些細(xì)節(jié)沒有明確表述，易使不同試驗(yàn)人員對(duì)規(guī)程的理解不一而進(jìn)行不同的操作，容易導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)爭(zhēng)議。其中，該規(guī)程語焉不詳之處在于：

（1）3.1.3處：“當(dāng)盛樣管為鋁管時(shí)，將開口的一段捏成一薄片，并折貼2次以上，然后用小夾子夾緊，密閉。然后將盛樣管連同架子一起放入163 ℃烘箱中，在不受任何擾動(dòng)的情況下靜置（48±1）h”，此處并沒有說明改性瀝青澆樣完成后是否立即放入烘箱，還是在室溫保持一定時(shí)間。

（2）3.1.4處：“加熱結(jié)束后，將盛樣管連支架一起從烘箱中輕輕取出，放入家用冰箱的冷柜中，保持盛樣管在豎直狀態(tài)，不少于4h”，此處并沒有說明家用冰箱的溫度條件。經(jīng)過長(zhǎng)期的瀝青檢測(cè)工作，認(rèn)為這兩點(diǎn)對(duì)改性瀝青的離析指標(biāo)有著明顯的影響，對(duì)于一些改性工藝不佳、改性劑與基質(zhì)瀝青相容性不好的瀝青而言，更容易產(chǎn)生多種試驗(yàn)結(jié)果，重復(fù)性和再現(xiàn)性太差，而在樣品生產(chǎn)方、使用方和檢測(cè)方中產(chǎn)生爭(zhēng)議?；诖耍x取4種不同的SBS改性瀝青進(jìn)行離析試驗(yàn)研究，主要針對(duì)上述兩點(diǎn)，闡述不同試驗(yàn)條件對(duì)離析指標(biāo)的影響。

2 離析試驗(yàn)

將試驗(yàn)規(guī)程中離析試驗(yàn)過程分成4個(gè)步驟：

（1）澆灌盛樣管。

（2）澆灌盛樣管后在室溫冷卻過程。

（3）163℃烘箱48h靜置過程。

（4）冰箱冷卻。在規(guī)程中沒有關(guān)于（2）過程及（3）過程時(shí)冰箱冷卻溫度的描述，故進(jìn)行兩種試驗(yàn)設(shè)置下的對(duì)比試驗(yàn)。

全過程設(shè)置：改性瀝青澆入盛樣管后在室溫下放置一段時(shí)間（5-15min），然后封口，再放入烘箱靜止48h，而后冰箱冷卻，冷卻溫度為：-5、-17、-27、-40℃。

無（2）過程：改性瀝青澆入盛樣管后，趁熱立即封口，放入163℃烘箱靜止48和，而后冷卻，冷卻溫度為：-5、-17、-27、-40℃。

試驗(yàn)共采用了4種不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的成品SBS改性瀝青，其改性規(guī)格為I-D，按中國(guó)常用SBS改性工藝流程生產(chǎn);試驗(yàn)用盛樣管均為鋁管。具體試驗(yàn)結(jié)果見表1及圖1、1。

3 數(shù)據(jù)分析

通過圖1、2來看，試驗(yàn)測(cè)定時(shí)無論在全過程下還是在無（2）過程下，冰箱的冷卻溫度始終對(duì)SBS改性瀝青的離析測(cè)定結(jié)果有著明顯的影響，但在兩種不同試驗(yàn)進(jìn)程下又具有不同的影響趨勢(shì)。

（1）全過程試驗(yàn)時(shí)：樣品3在不同溫度冷卻下，離析軟化點(diǎn)差基本不變;而樣品1、樣品2、樣品4的“離析軟化點(diǎn)差-冷卻溫度”則表現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)，即冰箱的冷卻溫度越低，離析上下軟化點(diǎn)差越小。特別是樣品4，在-17℃的冷卻溫度下上下軟化點(diǎn)差還為22.5℃，而當(dāng)冰箱冷卻溫度降為-40℃時(shí)，其上下軟化點(diǎn)差竟已降為2℃，這種結(jié)果間的差異是很容易出現(xiàn)質(zhì)量爭(zhēng)議的。

通過采集樣品4離析過程后的上下端樣品，進(jìn)行DSR動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)，更容易發(fā)現(xiàn)不同冷卻溫度帶來的性能差別。圖3表明，在-40℃的冷卻溫度下樣品4的上、下段的相位角與原樣瀝青的相位角基本吻合，這說明其粘彈組成是相同的，試樣沒有發(fā)生離析;而在-27℃冰箱冷卻溫度時(shí)，上、下段瀝青的相位角在掃描溫度30℃后相位角表現(xiàn)出很大差異，分離成兩條獨(dú)立曲線，這就表明上、下段的瀝青粘彈組成存在著明顯的差異，SBS改性劑與基質(zhì)瀝青發(fā)生了明顯的分離現(xiàn)象。這與圖1結(jié)論可相互印證。

（2）無（2）過程時(shí)：樣品3仍然不發(fā)生明顯的離析指標(biāo)差別，相對(duì)穩(wěn)定。但樣品1、2、4則發(fā)生較大的離析指標(biāo)變化，這種變化是沒有規(guī)律的，但不同冷卻溫度下的離析指標(biāo)差異過大仍會(huì)導(dǎo)致對(duì)瀝青質(zhì)量的評(píng)定。利用50℃下的頻率掃描獲取了樣品2的相位角變化趨勢(shì)（圖4），可以看出：-27℃和-40℃下冷卻過程后的樣品上下端相位角均發(fā)生明顯的分離現(xiàn)象，這證明瀝青的離析現(xiàn)象確實(shí)存在，同時(shí)-40℃冰箱冷卻時(shí)的試樣上、下段相位角差比-27℃的顯然要小，這也與離析軟化點(diǎn)試驗(yàn)的測(cè)定結(jié)果相符。

這樣，結(jié)合圖1、2即可看出，不同的試驗(yàn)進(jìn)程對(duì)離析的測(cè)定結(jié)果是有影響的。全過程試驗(yàn)中，一些樣品的離析軟化點(diǎn)差隨冰箱冷卻溫度的降低有減小的趨勢(shì)，而在無（2）過程中，只反映出離析軟化點(diǎn)差結(jié)果的高度離散性?？梢怨餐砻鳎簩?duì)于某些改性瀝青而言，冰箱的冷卻溫度和不同條件設(shè)置確有重大影響。

但對(duì)于樣品3，在試驗(yàn)中則表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，其離析值相對(duì)穩(wěn)定，受試驗(yàn)中各項(xiàng)組合變化條件的影響甚微。這也表明不同品牌或改性工藝的瀝青受試驗(yàn)條件變化的影響是不同的。改性工藝較好、穩(wěn)定性好的瀝青其離析受各種變化條件的影響較小，相反改性工藝欠佳、性質(zhì)不穩(wěn)定的瀝青樣品受變化條件影響大，因條件變化會(huì)導(dǎo)致截然相反的結(jié)果判定。

4 分析與討論

SBS改性瀝青是SBS橡膠與基質(zhì)瀝青的共混體，在改性工藝上屬于物理改性，在微觀結(jié)構(gòu)上屬于非均相體系。離析的發(fā)生實(shí)際上是共混體在重力場(chǎng)中的相分離過程，這種物理運(yùn)動(dòng)既受單純的重力場(chǎng)作用，又與基質(zhì)瀝青及SBS改性劑各自的材料物理特性有著直接的關(guān)系。這主要表現(xiàn)在不同溫度作用下，SBS橡膠與基質(zhì)瀝青表現(xiàn)出流動(dòng)特性、縮脹特性是不同的，當(dāng)外界條件變化時(shí)會(huì)表現(xiàn)出響應(yīng)的不同步，致使兩相狀態(tài)發(fā)生改變。因此可以說，在離析試驗(yàn)過程中，只要是影響樣品物理狀態(tài)的因素，都會(huì)對(duì)離析產(chǎn)生影響。如（2）過程使試樣由流動(dòng)狀態(tài)變?yōu)楣腆w狀態(tài)，放入烘箱后又由固體狀態(tài)變?yōu)榱鲃?dòng)狀態(tài)，這種狀態(tài)改變必然會(huì)對(duì)改性瀝青共混狀態(tài)產(chǎn)生影響;同樣，冰箱冷卻溫度使試樣從一個(gè)163℃的熱環(huán)境中驟然進(jìn)入一個(gè)低溫環(huán)境中，不同的冷卻溫度下形成的不同溫降梯度，將導(dǎo)致一些工藝欠佳或穩(wěn)定性不好的共混體發(fā)生二次相態(tài)重組，而改變了原有相態(tài)結(jié)構(gòu)組成，這就導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的不均勻性。在這一點(diǎn)上，這種影響的大小與瀝青的改性工藝、改性劑摻量高低及瀝青本身性質(zhì)應(yīng)有所關(guān)聯(lián)。

樣品3的摻量較小，在共混體形態(tài)結(jié)構(gòu)下其SBS橡膠可以均勻分散在基質(zhì)瀝青的連續(xù)相中，這種相態(tài)下即使試樣儲(chǔ)存條件發(fā)生變化，SBS改性劑也能被動(dòng)地與基質(zhì)瀝青的物理遷移過程同步進(jìn)行，而產(chǎn)生很小的離析。相比之下，樣品1、樣品2、樣品4的SBS橡膠摻量高，加之可能本身改性工藝較差，使之形成的共混體形態(tài)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，微觀形態(tài)不均勻，使得在離析試驗(yàn)中易受到外界條件的影響。

5 結(jié)論

（1）離析試驗(yàn)測(cè)定的進(jìn)程對(duì)SBS改性瀝青的離析有影響。在試驗(yàn)規(guī)程中描述離析試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)明確表述瀝青澆灌入盛樣管后是應(yīng)趁熱立即封口并即刻放入163℃烘箱靜置48h，還是在室溫下放置一段時(shí)間后再行封口放入烘箱。

（2）冰箱的冷卻溫度對(duì)SBS改性瀝青的離析有很大影響，不同的冷卻溫度中對(duì)改性瀝青狀態(tài)形成二次相態(tài)重組。這種影響對(duì)不同的改性瀝青又是不同的，對(duì)改性工藝好、穩(wěn)定性好的瀝青影響小;對(duì)改性工藝較差、穩(wěn)定性不好的瀝青影響大，這時(shí)在不同的冰箱冷卻溫度條件下，進(jìn)行離析試驗(yàn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致截然不同的結(jié)果判定，正如檢測(cè)試驗(yàn)中的樣品4，降低冰箱冷卻溫度后，其樣品會(huì)由一個(gè)嚴(yán)重離析的樣品而檢測(cè)成為離析符合A級(jí)要求標(biāo)準(zhǔn)的樣品，這容易導(dǎo)致工程中的爭(zhēng)議與糾紛。

（3）上述兩方面的影響因素對(duì)于不同改性工藝水準(zhǔn)的瀝青影響程度是不同的，改性工藝好的瀝青各種影響因素對(duì)其影響甚微，所測(cè)的離析值差別甚小;改性工藝較差的瀝青隨影響因素的組合離析會(huì)有很大的出入，甚至?xí)袔资鹊牟顒e。

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