膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青技術(shù)研究

摘要 該文研究了膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青的制備工藝及其性能。通過分析復(fù)合改性瀝青的性能評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)，對(duì)原材料進(jìn)行了性能檢測(cè)，探討了復(fù)合改性瀝青的生產(chǎn)工藝參數(shù)，并確定了膠粉與SBS的最佳摻量。研究結(jié)果表明：采用合適的工藝參數(shù)和最佳摻量可以顯著改善瀝青的性能，提高其耐久性和抗老化能力，研究成果旨在為工程應(yīng)用提供理論支持和實(shí)際指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 膠粉；SBS復(fù)合改性瀝青；性能評(píng)價(jià)方法；最佳摻量

中圖分類號(hào) U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）04-0055-03

0 引言

國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)促進(jìn)了我國(guó)汽車保有量的不斷增長(zhǎng)，導(dǎo)致了橡膠輪胎的大量廢棄，廢棄輪胎造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染的世界難題[1]。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)輪胎產(chǎn)量已連續(xù)十六年居世界前列，每年仍以8%～10%的速度增長(zhǎng)，2020年我國(guó)廢舊輪胎產(chǎn)量超過2 000萬噸[2-4]。隨著交通運(yùn)輸業(yè)的迅速發(fā)展，道路交通量和車載荷的不斷增加，對(duì)道路瀝青的性能要求也愈發(fā)苛刻。傳統(tǒng)的道路瀝青在高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及耐久性方面已難以滿足現(xiàn)代化道路建設(shè)的需求。為了解決這一問題，改性瀝青的研究應(yīng)運(yùn)而生，并逐漸成為提高道路性能的重要手段。

膠粉與SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物）復(fù)合改性瀝青作為一種新型的改性材料，因其優(yōu)異的性能逐漸受到關(guān)注。膠粉主要來源于廢舊輪胎，通過將其粉碎并摻入瀝青中，不僅可以有效改善瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，還具有較好的環(huán)保效益。SBS作為一種熱塑性彈性體，能夠顯著提高瀝青的彈性和韌性，使其在高溫和低溫條件下都具有良好的性能表現(xiàn)。

該文旨在探討膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青的制備工藝及其性能特點(diǎn)，通過對(duì)比分析不同配比和工藝參數(shù)下復(fù)合改性瀝青的性能，找出優(yōu)化的工藝方案，為道路工程提供高性能的瀝青材料。研究結(jié)果不僅對(duì)提高道路使用壽命和行駛舒適性具有重要意義，同時(shí)也為廢舊輪胎的再利用提供了一條切實(shí)可行的路徑。

1 復(fù)合改性瀝青性能評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)

該文采用三大指標(biāo)、177℃布氏黏度等來評(píng)價(jià)膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青性能。

針入度是用來衡量瀝青黏度的關(guān)鍵指標(biāo)，它直觀地反映了瀝青的硬度。尤其是在橡膠粉改性瀝青的指標(biāo)體系中，針入度依然占據(jù)重要位置。軟化點(diǎn)則表示瀝青在特定溫度下的物理特性，高軟化點(diǎn)表明瀝青在高溫下具有更好的抗軟化和變形能力，因此，它是評(píng)估瀝青熱穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，這使得軟化點(diǎn)成為橡膠粉改性瀝青的另一個(gè)重要指標(biāo)。延度用于衡量瀝青的延展性，體現(xiàn)了瀝青的內(nèi)部凝聚力，并且與路面的實(shí)際使用性能有直接關(guān)系。這三項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試方法依舊按照現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行。結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)橡膠粉改性瀝青的要求和應(yīng)用實(shí)踐，該文提出了膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青的三項(xiàng)指標(biāo)的建議范圍。

為了確保膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料的施工性能，施工溫度應(yīng)保持在160～180℃之間。如果溫度過低，瀝青的黏度會(huì)過高，影響混合料的施工；而如果溫度過高，雖然黏度降低，施工更為方便，但設(shè)備可能無法承受過高的溫度。因此，選擇在177℃下用布氏黏度來評(píng)估瀝青的黏度?？紤]到橡膠改性瀝青混合料具有一定的形變恢復(fù)能力，因此增加瀝青彈性恢復(fù)試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青性能，根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中T0662進(jìn)行試驗(yàn)，在恒溫25℃水中受拉伸作用后能夠回縮的比例，反映了瀝青在受到外力作用后的恢復(fù)能力；同時(shí)，在膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青的使用過程中，橡膠粉和瀝青容易產(chǎn)生分層現(xiàn)象，而48h軟化點(diǎn)差可以反映聚合物改性瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性。因此，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）中的T0611進(jìn)行試驗(yàn)，以評(píng)估其存儲(chǔ)穩(wěn)定性。

根據(jù)調(diào)研分析，該文提出膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青黏度技術(shù)指標(biāo)，見表1。

2 原材料性能檢測(cè)

（1）基質(zhì)瀝青

基質(zhì)瀝青的選擇要受到當(dāng)?shù)貧夂颉⒔煌l件的影響，一般采用當(dāng)?shù)爻Ｓ玫臑r青品種。采用的基質(zhì)瀝青質(zhì)量應(yīng)滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20—2011）規(guī)范要求?？紤]到膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青中同時(shí)含有兩種改性劑，很容易因溶脹不充分而引起嚴(yán)重的離析問題，因此選擇了SK70#基質(zhì)瀝青來解決這一問題。

（2）SBS改性劑

SBS改性劑是一種熱塑性彈性體，同時(shí)具有橡膠和塑料的特性，常溫下有著橡膠的彈性性能，高溫下又可以如同熱塑料一樣流動(dòng)。通常可分為兩種：星型和線型，星型SBS改性瀝青的性能優(yōu)于線型SBS，但加工難度較大、成本較高。該項(xiàng)目選用的SBS改性劑為岳陽(yáng)石化提供的1301型改性劑，其外觀如圖1所示，技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足表2。

（3）膠粉

該項(xiàng)目選用的膠粉是在常溫粉碎法制成的基礎(chǔ)上，通過在工廠中預(yù)先與反應(yīng)劑混合接枝的改性膠粉（Modified Crumb Rubber），簡(jiǎn)稱MCR。項(xiàng)目采用目數(shù)為60目的橡膠粉，其外觀如圖2所示，技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足表3。

3 復(fù)合改性瀝青生產(chǎn)工藝參數(shù)

為了確保橡膠粉和SBS的改性效果，并賦予復(fù)合改性瀝青理想的性能，同時(shí)盡量減少剪切時(shí)間（因?yàn)榧羟袝r(shí)間過長(zhǎng)可能導(dǎo)致瀝青高溫老化，影響復(fù)合改性瀝青的性能），最終確定了剪切時(shí)間為1 h。復(fù)合改性瀝青的制備過程分為三個(gè)關(guān)鍵步驟：配料、混合、老化，每一步的工藝參數(shù)都需要嚴(yán)格控制，以確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，具體要求如下。

（1）選用優(yōu)質(zhì)瀝青、改性劑（如SBS、EVA）、填料和增塑劑；將瀝青加熱至150～160℃，確保其充分熔化。

（2）取質(zhì)量比為1：1的芳烴油與SBS混合，采用高剪切混合機(jī)，設(shè)備轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在5 000 RPM；混合時(shí)間為30 min，以確保各組分充分混合；混合過程中溫度應(yīng)保持在180℃，防止溫度過高導(dǎo)致材料降解；隨后，將混合物放入160℃的烘箱中，進(jìn)行0.5 h的溶脹處理。

（3）將從烘箱中取出的活化橡膠粉與基質(zhì)瀝青混合后，加入到已經(jīng)剪切了0.5 h的SBS改性瀝青中。在保持相同的剪切條件下，繼續(xù)剪切1 h，即可獲得膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青。

通過嚴(yán)格控制上述工藝參數(shù)，生產(chǎn)出的復(fù)合改性瀝青在高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和耐久性方面表現(xiàn)優(yōu)異，滿足道路建設(shè)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 膠粉與SBS最佳摻量確定

（1）SBS摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青性能的影響

該文選取了1%、2%、3%、4%、5%與6%SBS摻量進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)材料選用線型YH791SBS和60目橡膠粉，橡膠粉摻量為15%，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

根據(jù)上圖趨勢(shì)，當(dāng)SBS的添加量為1%時(shí)，兩者針入度幾乎一致。但SBS的添加量至2%時(shí)，復(fù)合改性瀝青的針入度明顯下降。隨著SBS摻量從2%逐步增加到6%，復(fù)合改性瀝青的針入度持續(xù)降低。

在軟化點(diǎn)方面，隨著SBS摻量的增加，復(fù)合改性瀝青的軟化點(diǎn)逐漸上升，尤其是當(dāng)SBS摻量從1%增加到4%時(shí)，軟化點(diǎn)顯著提高。例如，當(dāng)SBS摻量從3%增加到4%時(shí)，軟化點(diǎn)上升了14.3℃。然而，當(dāng)SBS摻量從4%進(jìn)一步增加到6%時(shí)，軟化點(diǎn)的增幅顯著減小，僅增加了3.6℃。

在延度方面，5℃延度隨著SBS摻量的增加而增大，從1%的14.8 cm增加到5%的26.1 cm，但在6%時(shí)略微下降到24.2 cm。這表明SBS摻量的增加提高了瀝青在低溫下的延展性，使其在低溫下更加柔韌。

綜合試驗(yàn)結(jié)果，在制備膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青時(shí)，將SBS的摻加范圍確定為：2%～4%。

（2）橡膠粉摻量對(duì)復(fù)合改性瀝青性能的影響

為了確保試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，選擇了40目和60目的橡膠粉。結(jié)合對(duì)SBS改性瀝青和橡膠瀝青的相關(guān)研究，確定了12%、15%、18%和21%的橡膠粉與2%、3%和4%的SBS進(jìn)行混合。

該試驗(yàn)增加了橡膠瀝青和SBS改性瀝青兩組對(duì)照組，并評(píng)估了性能。樣品外觀方面，12%摻量橡膠粉復(fù)合改性瀝青表面較光滑；而摻量增至21%時(shí)，表面變得粗糙，有明顯的顆粒感，說明摻量在21%時(shí)，橡膠粉的溶脹效果較差。試驗(yàn)結(jié)果見圖4～圖6。

從圖4可以看出，隨著膠粉摻量的增加，針入度整體上有下降的趨勢(shì)，表明瀝青變得更加硬化；SBS摻量的增加同樣導(dǎo)致針入度的降低，比如編號(hào)1（膠粉24%，SBS 0%）的針入度為60.9，而編號(hào)14（膠粉21%，SBS 4%）的針入度為49.1。

軟化點(diǎn)方面，隨著SBS摻量的增加，軟化點(diǎn)顯著提高，這表明瀝青的高溫穩(wěn)定性得到改善。膠粉摻量增加同樣提升軟化點(diǎn)，但效果不如SBS明顯。例如編號(hào)2（膠粉0%，SBS 6%）的軟化點(diǎn)為75.9，而編號(hào)14（膠粉21%，SBS 4%）的軟化點(diǎn)達(dá)到93.3。

當(dāng)橡膠粉摻量為12%時(shí)，不同SBS摻量下的復(fù)合改性瀝青顯示出較大的延度差異；當(dāng)橡膠粉摻量增加到15%時(shí)，這些差異有所減少；然而，當(dāng)橡膠粉摻量進(jìn)一步提高到18%時(shí)，延度差異再次顯著增大。根據(jù)這些試驗(yàn)結(jié)果，推薦的膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青的最佳配方是：橡膠粉摻量為18%，選擇YH791型號(hào)的SBS，摻量為4%。

5 結(jié)語(yǔ)

研究結(jié)果表明：通過先剪切SBS改性瀝青，然后再加入橡膠粉進(jìn)行共同剪切的方式，制備出的復(fù)合改性瀝青性能最佳。經(jīng)過芳烴油處理的SBS和橡膠粉改善了與瀝青的相容性，從而提高了復(fù)合改性瀝青的均勻性和性能。最佳的剪切溫度為180℃，剪切時(shí)間為1 h。在SBS摻量增加的情況下，針入度下降，軟化點(diǎn)上升，而延度則呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)。SBS的最佳摻量范圍為2%～4%。橡膠粉的摻量對(duì)性能的影響更為顯著，最佳摻量為18%。綜合考慮，確定的最佳配方為橡膠粉18%和SBS 4%。

參考文獻(xiàn)

[1]朱浩然，蔡海泉，李峰，等.活性橡膠瀝青膠結(jié)料微觀結(jié)構(gòu)分析[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 2016（4）：35-39.

[2]Wang Feng， Kuang Minming， Li Guanlong， Zhou Xiaolong， Li Chenglie. Investigation of Swelling and Dissolution Process of Natural Rubber in Aromatic Oil[J]. China Petroleum Processing and Petrochemical Technology， 2015（3）： 76-86.

[3]康成生，李良英，張星宇，等.廢舊膠粉改性瀝青的紅外圖譜特征[J].中國(guó)建材科技， 2016（5）：46-48+114.

[4]栗培龍，丁湛，陳沖.橡膠粉在熱瀝青中的溶脹降解特性分析[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2016（12）：97-102.

[5]陳中秋.高聚熟化膠粉與SBS復(fù)合改性瀝青混合料在宣曲高速公路的應(yīng)用研究[J].公路， 2018（10）：6-9.

收稿日期：2024-08-05

作者簡(jiǎn)介：韓波（1986—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：國(guó)省干線公路建設(shè)。