改性剂对沥青性能的影响

程秀莲，杨 莹，霸书红，周 琦

（沈阳理工大学装备工程学院，辽宁 沈阳 110159）

改性剂对沥青性能的影响

程秀莲，杨 莹，霸书红，周 琦

（沈阳理工大学装备工程学院，辽宁 沈阳 110159）

以黏度、针入度、软化点和延度为沥青性能表征参数，研究了胶粉、SBS、SBR和芳烃油对沥青性能的影响。结果表明，胶粉、SBS、SBR都可使沥青黏度增大、软化点提高、针入度降低、延度增大。胶粉使沥青黏度增大和针入度下降最显著，SBS使沥青软化点提高最有效，SBR使沥青延度增大最多。芳烃油用量不同，在沥青中起的作用不同。

沥青；SBS；胶粉；芳烃油；SBR

沥青具有粘接、防水、减震等特点，广泛应用于道路和房屋修建中。沥青是一种典型粘弹材料，低温变脆，高温变软，因而限制了其应用范围。在实际应用中， 人们希望沥青在低温或短时间荷载作用下有柔韧性，高温或长时间荷载作用下能抗永久变形，在施工温度下黏度低［1］。

随着交通事业的迅猛发展和住宅标准要求的提高，普通沥青已远不能满足道路与房屋建设的要求，促进了改性沥青工业的快速发展。聚合物改性沥青是各种改性方法中比较有效的改性方法。SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物）［2，3］、SBR（丁苯橡胶）［4］、胶粉［5，6］是性能较好的聚合物改性剂。每种聚合物改性的沥青都有其优点，但都不能同时满足改性工艺简单、施工温度低、稳定性好、高低温使用性能均好、耐老化、经济效益高等要求，因此，只有多种改性剂配合使用［7］，才能兼顾多种要求。

本文研究了SBS、SBR、胶粉、芳烃油对沥青的黏度、针入度、软化点和延度的影响，为进一步提高改性沥青的性能奠定基础。

1 实验部分

1.1 主要仪器与原料

主要仪器：软化点测定仪，天津永利达材料试验机有限公司；针入度测定仪，SZR-5型，沧州中德伟业仪器设备有限公司；延度测定仪，TP642型，北京时代新维测控设备有限公司。

主要原料：90#沥青，盘锦三鑫公司；胶粉，30目胎胶粉，玉田县海维商贸有限公司；SBR，PSBR，山东高氏科工贸有限公司；SBS，T161B，中国石油独山子石化公司；芳烃油，山东孚润达工贸有限公司。

1.2 改性沥青制备

胶粉或胶粉和SBS复合改性沥青的制备：将一定量的基质沥青或基质沥青和芳烃油用油浴加热至180℃时，逐渐加入改性剂胶粉或胶粉和SBS，剪切60 min，制得试样。

胶粉和SBR复合改性沥青的制备：将一定量的基质沥青或基质沥青和芳烃油用油浴加热至180℃时，逐渐加入改性剂胶粉，剪切60 min，降温至130℃，加入改性剂SBR，再剪切60 min，制得试样。

1.3 改性沥青性能测定

黏度：用堕球法［8］测定改性沥青的黏度，其基本原理是依据斯托克斯（stokes）定律，对于特定体系，小球下落速度和被测流体的黏度成反比。根据测定的小球下落速度可以计算出流体的黏度，本文用小球下落速度表征改性沥青的相对黏度。具体测定条件为加热改性沥青至135℃，并保温30 min，测定小球在其中的下落速度。

针入度、软化点及延度：改性沥青的针入度、软化点、延度测试分别按T0604—2000《沥青针入度试验》、T0606—2000《沥青软化点试验（ 环球法）》、T0605—1993《沥青延度试验》进行。

2 结果与讨论

2.1 改性剂对沥青黏度的影响

沥青是温敏性材料，温度高，黏度低。不同施工操作的适宜黏度范围为：喷射，0.05～0.1 Pa·s；泵送，0.5～1 Pa·s；碾压，1～50 Pa·s［9］。改性沥青黏度大小决定施工温度，施工温度与能耗和经济效益密切相关。胶粉、SBS、SBR、芳烃油对沥青黏度的影响见表1和表2。

表1 改性剂对沥青黏度的影响Tab.1 Effect of modifying agent on viscosity of asphalt

由表1可见，在胶粉和SBS或SBR总量不变的条件下，随胶粉数量的减小，SBS或SBR增加，小球下降速度增大，沥青黏度变小，说明胶粉比SBS或SBR使沥青黏度提高幅度大。在相同配比下，SBR改性沥青黏度小于SBS改性沥青黏度，说明SBS比SBR使沥青黏度提高幅度大。因此，三者使沥青黏度提高幅度大小的顺序为胶粉＞SBS＞SBR。改性剂与胶粉的配比由0：7变为1：7，沥青黏度有大幅度的升高，说明SBS或SBR与胶粉有相互作用，形成某种物理或化学交联［10］，使体系黏度大幅度提高。

表2 芳烃油用量对胶粉改性沥青黏度的影响Tab.2 Effect of aromatic oil on viscosity of the power modified asphalt

由表2可见，在胶粉用量不变的条件下，随芳烃油用量的增加，胶粉改性沥青黏度减小，但当芳烃油用量大于10%时，胶粉改性沥青黏度才开始小于未加芳烃油的胶粉改性沥青黏度。说明芳烃油用量小于10%时，芳烃油的作用主要是使胶粉更好的分散在沥青中，使沥青黏度变大，当芳烃油用量大于10%时，芳烃油的作用主要是增加沥青中的小分子质量组分，使沥青黏度降低。

芳烃油对SBS、SBR或与胶粉复合改性沥青黏度的影响，与其对胶粉改性沥青黏度的影响类似。

2.2 改性剂对沥青针入度的影响

针入度和抗车辙能力、脆化点有一定关系，针入度越大，抗车辙能力越小，针入度越小，改性沥青越硬，脆性越大，因此，必须有一个适宜的针入度。胶粉、SBS、SBR、芳烃油对沥青针入度的影响见表3和表4。

表3 改性剂对沥青针入度的影响Tab.3 Effect of modifiers on needle penetration of asphalt

由表3可见，3种改性剂均使沥青的针入度降低，三者使沥青针入度降低幅度大小的顺序为胶粉＞SBS＞SBR。与对沥青黏度升高的顺序相同。黏度是沥青液态时，分子间作用力大小的宏观表现，针入度是沥青固态时，分子间作用力大小的宏观体现。一般情况下，二者一致。

表4 芳烃油用量对复合改性沥青针入度的影响Tab.4 Effect of aromatic oil amount on needle penetration of composite modified asphalt

由表4可见，芳烃油用量为3%，针入度略有增加，其用量小于3%，可能由于芳烃油促进胶粉、SBS、SBR在沥青中的分散，针入度反而减小。芳烃油用量大于5%，针入度有大幅度升高。芳烃油用量大时使沥青体系分子间作用力减小，对沥青固态体系的影响大于对沥青液态体系的影响。

2.3 改性剂对沥青软化点的影响

沥青的适宜使用温度范围为其软化点和脆化点之间，使用温度越远离软化点和脆化点，沥青使用寿命越长。软化点的高低直接影响沥青可使用的最高温度。胶粉、SBS、SBR、芳烃油对沥青软化点的影响见表5和表6。

由表5可见，3种改性剂均使沥青的软化点提高，提高幅度大小的顺序为SBS＞胶粉＞SBR。软化点是沥青由固态转为液态时，分子间作用力大小的宏观表现，T161B型SBS为星型结构，胶粉近似为球形，SBR为线型结构，在固液临界状态，星型结构分子对沥青分子作用力最大，使软化点提高最多。

由表6可见，芳烃油使沥青软化点降低。其影响与对针入度影响相似。

表5 改性剂对沥青软化点的影响Tab.5 Effect of modifier on softening point of asphalt

表6 芳烃油用量对复合改性沥青软化点的影响Tab.6 Effect of aromatic oil amount a on softening point of composite modified asphalt

2.4 改性剂对沥青延度的影响

延度的大小直接影响沥青低温变形能力。胶粉、SBS、SBR、芳烃油对沥青延度的影响见表7和表8。

表7 改性剂对沥青延度的影响Tab.7 Effect of modifier on asphalt ductility

由表7可见，3种改性剂均使沥青的延度增大，增大幅度大小的顺序为SBR＞SBS＞胶粉。延度是沥青在拉伸外力作用下，分子间作用力大小的宏观表现。SBR玻璃化温度约为-50℃、SBS有2个玻璃化温度，橡胶相-83.5℃以上、树脂相77℃以上、胶粉为含有炭黑等物质的橡胶。SBS由于树脂相的存在，胶粉由于炭黑的存在，使其低温下，SBS自身的物理交联强度，及胶粉与沥青的交联强度均大大降低。

表8 芳烃油用量对复合改性沥青延度的影响Tab.8 Effect of aromatic oil amount on ductility of composite modified asphalt

由表8可见，芳烃油使沥青延度增大，但用量大于5%时，延度增加幅度明显减小。芳烃油的凝点仅为十几度，分子质量比沥青小很多，自身内聚力小，用量小时，使SBS、SBR更充分的发挥作用，使其延度增大；用量大时，沥青用量减小明显，使其延度增大变慢，加入量过大会使其延度减小。

3 结论

1）3种改性剂均使沥青黏度增大、针入度变小，变化幅度均为胶粉＞SBS＞SBR。

2）3种改性剂均使沥青的软化点增大，变化幅度为SBS＞胶粉＞SBR。

3）3种改性剂均使沥青的延度增大，变化幅度为SBR ＞＞SBS＞胶粉。

4）芳烃油用量小时使改性沥青黏度增大，用量大时使改性沥青黏度减小。

5）芳烃油使改性沥青针入度变大、软化点降低、延度增加。

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Effects of modifiers on asphalt properties

CHENG Xiu-lian，YANG Ying，Ba Shu-hong，ZHOU Qi
（College of Equipment Engineering of Shenyang Ligong University， Shenyang ，Liaoning 110159， China）

The effects of rubber power， SBS， SBR and aromatic oil on the asphalt properties were studied using the viscosity， needle penetration， softening point and ductility index as the characterizing parameters. The results showed that the viscosity， softening point and ductility of asphalt were increased and the needle penetration of asphalt was decreased by adding power rubber or SBS or SBR. The increasing of viscosity and the decreasing of needle penetration were the biggest by adding rubber power； the increasing of softening point was the highest by adding SBS； the increasing of ductility was the biggest by adding SBR. Different amounts of aromatic oil in asphalt had different role.

asphalt； SBS； rubber power； aromatic oil； SBR

TQ437

A

1001-5922（2015）07-0037-04

2015-02-04

程秀莲（1965-），女，硕士，教授，主要从事环境治理和涂料、粘合剂等精细化学品的研究与开发。E-mail：chengxiulian001@163.com。