SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青性能研究

黃淑賓

摘要：為提升瀝青路面使用性能，探究SBS/膠粉復(fù)合改性對(duì)瀝青性能的提升效果，文章基于針入度、軟化點(diǎn)、延度、60 ℃動(dòng)力黏度試驗(yàn)，對(duì)比不同SBS、橡膠粉摻量對(duì)SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青性能的影響，確定其最佳摻量，并基于工程實(shí)際應(yīng)用，對(duì)SBS/膠粉復(fù)合改性技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益進(jìn)行分析。結(jié)果表明：SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青改性劑最佳摻量為5%SBS+12%橡膠粉時(shí)，可有效提升瀝青高溫性能，同時(shí)對(duì)其低溫性能影響較小;SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青綠色環(huán)保，具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：道路工程;SBS/膠粉復(fù)合改性;高溫性能;經(jīng)濟(jì)效益

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：U416.03

0引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路交通量逐年上升，由于各類(lèi)不利因素的影響，瀝青路面往往出現(xiàn)早期病害，由此對(duì)于高速公路主要路面形式——瀝青路面的性能要求也越來(lái)越高。為改善瀝青路面路用性能，減少瀝青路面病害的產(chǎn)生并提升瀝青路面使用年限，需要對(duì)道路建筑材料和施工工藝等方面加以改進(jìn)，其中對(duì)基質(zhì)瀝青的改性處理，可明顯提升瀝青路面使用性能，因此得到了廣泛應(yīng)用。改性瀝青中苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性瀝青在我國(guó)運(yùn)用最為廣泛，其可顯著改善瀝青及瀝青混合料的高溫性能[1]，但由于價(jià)格高昂，制約其進(jìn)一步大規(guī)模應(yīng)用。而廢橡膠粉可替代部分SBS生產(chǎn)SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青，既能有效處置廢棄輪胎而減少污染，降低SBS摻量而控制成本，也可高效結(jié)合兩種改性劑的優(yōu)點(diǎn)，在相較于橡膠瀝青降低其黏度利于拌和施工的同時(shí)，改善瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性[2]。

因此可采用復(fù)合改性技術(shù)，在有效改善瀝青性能的基礎(chǔ)上，降低改性瀝青的生產(chǎn)成本，充分利用廢膠粉資源從而緩解生態(tài)壓力。本文針對(duì)不同SBS改性劑、橡膠粉摻量對(duì)SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青性能的影響，找到基于瀝青性能的最優(yōu)瀝青改性方案，以期指導(dǎo)相關(guān)工程項(xiàng)目應(yīng)用。

1原材料及試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1基質(zhì)瀝青

選取某90 #基質(zhì)瀝青，其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)滿足要求，如下頁(yè)表1所示。

1.1.2改性劑

SBS改性劑選用河北某石化廠的SBS4303顆粒;橡膠粉選擇子午胎40目膠粉，其技術(shù)指標(biāo)符合《橡膠瀝青路面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJT 273-2019）的要求。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1三大指標(biāo)

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）中T0604-2011、T0606-2011、T0605-2011、T0620-2000試驗(yàn)方法，分別檢測(cè)不同SBS改性劑與膠粉改性劑復(fù)摻用量瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、15 ℃延度。

1.2.260 ℃動(dòng)力黏度

依據(jù)規(guī)程中T0620-2000試驗(yàn)方法，分別檢測(cè)不同SBS改性劑與膠粉改性劑復(fù)摻用量瀝青的60 ℃動(dòng)力黏度。60 ℃動(dòng)力黏度表征夏季路面瀝青材料受剪切應(yīng)力而產(chǎn)生流動(dòng)變形的程度，可用其來(lái)評(píng)價(jià)瀝青路面高溫抗永久變形性能。

因此，采用三大指標(biāo)及60 ℃動(dòng)力黏度對(duì)復(fù)合改性瀝青性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定SBS改性劑與膠粉改性劑復(fù)摻用量。

2SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青性能研究

對(duì)不同SBS、膠粉摻量下的SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青進(jìn)行三大指標(biāo)及60 ℃動(dòng)力黏度檢測(cè)。

2.1針入度（圖1）

（1）SBS、橡膠粉的摻入可有效改善瀝青常溫抗變形能力，使得瀝青針入度大幅降低，在最少摻量下（3%SBS+8%橡膠粉），與原基質(zhì)瀝青相比，針入度降幅達(dá)29.9%。

（2）隨外摻劑摻量的增加，瀝青常溫抗變形能力提升效果逐漸變好。由圖1可知，隨著SBS、橡膠粉摻量的增多，SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青的針入度逐漸減小，在3%SBS摻量下橡膠粉摻量從8%增加至16%，瀝青針入度從5.93 mm降至5.42 mm。

（3）SBS摻量應(yīng)適中，當(dāng)SBS摻量達(dá)到5%時(shí)，復(fù)合改性瀝青針入度降幅明顯，摻量超過(guò)5%時(shí)，針入度降幅減小，常溫抗變形性能提升較小。在8%橡膠粉摻量下，SBS摻量由3%增至5%時(shí)，瀝青針入度從5.93 mm降至5.53 mm，而SBS摻量增至7%時(shí)，瀝青針入度為5.39 mm。這是由于隨著SBS摻量的增多，SBS與基質(zhì)瀝青之間形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)逐漸增多，小分子組分逐漸減少，瀝青硬化從而抗變形能力增強(qiáng)。

2.2軟化點(diǎn)（圖2）

（1）SBS、橡膠粉可有效改善瀝青的高溫性能，且改善效果隨摻量的增加而變好。與基質(zhì)瀝青相比，在3%SBS摻量下，8%、12%、16%橡膠粉摻量的復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)分別提升44.4%、55.9%、68.2%。

（2）膠粉的摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)影響更為顯著。當(dāng)SBS摻量從5%提升至7%時(shí)，復(fù)合改性瀝青軟化點(diǎn)增幅較小，而當(dāng)膠粉摻量從12%到16%時(shí)，軟化點(diǎn)增幅明顯。這是由于膠粉顆粒的增加，增大了瀝青的稠度，提升了瀝青的高溫穩(wěn)定性[3]。

2.3延度（圖3）

（1）膠粉的摻入對(duì)復(fù)合改性瀝青低溫性能不利。隨著膠粉摻量的增加，SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青的延度值逐漸降低。這主要是由于膠粉對(duì)瀝青中輕質(zhì)組分的吸收能力較強(qiáng)，使得瀝青塑性降低，在低溫環(huán)境下易開(kāi)裂，因此SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青中膠粉的摻量不宜過(guò)大。

（2）適量的SBS可提升改性瀝青低溫性能，但摻量過(guò)大則對(duì)其有不利影響。由圖3可知，SBS摻量從3%升至5%時(shí)，瀝青延度小幅增大，但摻量超過(guò)5%時(shí)，其5 ℃延度降幅明顯。這是由于適量SBS可在瀝青中較好地相容膨脹，SBS摻量過(guò)高則會(huì)在瀝青中形成薄弱的結(jié)團(tuán)點(diǎn)，從而降低其低溫抗裂性能。

2.460 ℃動(dòng)力黏度（圖4）

（1）SBS、橡膠粉的摻入可顯著改善瀝青的高溫抗永久變形性能，隨改性劑摻量的增多，復(fù)合改性瀝青性能也逐漸增強(qiáng)。在5%SBS摻量下，隨橡膠粉摻量從8%增至16%，復(fù)合改性瀝青60 ℃動(dòng)力黏度從12 259 Pa·s增至31 925 Pa·s，增幅達(dá)160%。

（2）SBS摻量過(guò)小對(duì)瀝青高溫性能改善不明顯，3%SBS摻量下SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青60 ℃動(dòng)力黏度均<16 000 Pa·s，高溫性能仍然較差。因此對(duì)于SBS的摻量選擇不宜過(guò)小。

綜合考慮復(fù)合改性瀝青的高低溫性能，SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青改性劑最佳摻量為5%SBS+12%橡膠粉。

3.1經(jīng)濟(jì)效益

SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青的應(yīng)用，可以大幅降低高速公路的前期建設(shè)成本，也可節(jié)約后期運(yùn)營(yíng)及養(yǎng)護(hù)維修成本，因此具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1.1生產(chǎn)成本

以5%SBS+12%橡膠粉改性劑摻量計(jì)算SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青生產(chǎn)成本，并與成品SBS改性瀝青進(jìn)行價(jià)格對(duì)比，如表2所示。

由表2可知，成品SBS改性瀝青單價(jià)為7 200元/t，SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青單價(jià)為4 500+900+180+400=5 890元/t，與成品SBS改性瀝青相比，SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青價(jià)格降低約16.9%，從而大大降低了改性瀝青的生產(chǎn)成本。

3.1.2養(yǎng)護(hù)維修成本

SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青的應(yīng)用可有效提升瀝青路面的路用性能，而路面性能的提升使其到達(dá)養(yǎng)護(hù)維修的時(shí)間推遲。有資料表明，使用SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青后可將路面維修周期推遲至少5年以上[4]。即便瀝青路面進(jìn)入維修期，SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青路面病害出現(xiàn)概率及嚴(yán)重程度，也遠(yuǎn)低于其他瀝青路面，因此可大大減少維修養(yǎng)護(hù)工作量，從而節(jié)省大量的養(yǎng)護(hù)維修成本。

3.1.3運(yùn)營(yíng)成本

基于SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青良好的路用性能，其出現(xiàn)車(chē)轍、坑槽等病害的概率及嚴(yán)重程度遠(yuǎn)小于其他瀝青路面，能夠保證良好的車(chē)況及路面服務(wù)質(zhì)量。在高速公路運(yùn)營(yíng)期間，可減少交通事故的發(fā)生，并降低車(chē)輛行駛時(shí)因躲避坑槽等出現(xiàn)的行車(chē)額外消耗，從而有效降低行車(chē)運(yùn)輸成本。

3.2社會(huì)效益

（1）能對(duì)廢棄輪胎進(jìn)行有效處置。目前我國(guó)每年產(chǎn)生廢舊輪胎多達(dá)5 000多萬(wàn)只，但僅有14.2%的輪[KG（0.09mm]胎得到了處置，且只是被當(dāng)作燃料燃燒，其產(chǎn)生的大量煙塵將嚴(yán)重影響環(huán)境空氣質(zhì)量，而其燃燒產(chǎn)生的大量灰燼廢物的處置也成為新的問(wèn)題。同時(shí)，大量廢舊輪胎或被隨意丟棄，嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境;或直接露天堆放，居高不下的運(yùn)輸、堆放等成本增大了處置成本。將廢輪胎加工成橡膠粉，再應(yīng)用到SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青中，就能對(duì)廢棄輪胎進(jìn)行低碳、綠色、環(huán)保的有效處置，變廢為寶;（2）有效提高路面的服務(wù)性能。SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青的應(yīng)用可有效降低瀝青路面的噪音，同時(shí)可使路面病害出現(xiàn)頻率大幅下降，降低路面行駛時(shí)的顛簸感，從而有效提升路面的服務(wù)性能，讓駕駛員獲得更好的駕駛體驗(yàn);（3）SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青路面路用性能優(yōu)良，耐久性好，與其他瀝青路面相比能有效提高其使用年限，降低后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用及全壽命周期費(fèi)用，從而降低成本、節(jié)約資源。

4結(jié)語(yǔ)

（1）SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青改性劑最佳摻量為5%SBS+12%橡膠粉;（2）SBS、橡膠粉可顯著改善瀝青的高溫性能，橡膠粉的摻入對(duì)瀝青低溫性能不利，過(guò)量SBS的摻入也會(huì)減弱其低溫性能，因此對(duì)于SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青改性劑摻量的選擇，應(yīng)當(dāng)關(guān)注改性劑對(duì)于瀝青低溫性能的影響，防止所制得的改性瀝青低溫性能無(wú)法滿足要求;（3）SBS/膠粉復(fù)合改性技術(shù)可大幅降低改性瀝青的生產(chǎn)成本，具有顯著的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]于秀麗.SBS改性瀝青路用性能分析[J].交通世界， 2021（17）：14-16.

[2]賈曉凡.膠粉/SBS復(fù)合改性瀝青及混合料性能研究[D].蘭州：蘭州交通大學(xué)， 2020.

[3]周志剛，陳功鴻， 張紅波， 等.橡膠粉/SBS與高黏劑復(fù)合改性瀝青的制備及性能研究[J].材料導(dǎo)報(bào)， 2021，35（6）：6 093-6 099.

[4]王小龍.廢膠粉/SBS雙復(fù)合改性瀝青及路用性能研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)， 2016.