彩色胶结料高低温性能试验研究

王腾飞

（上海浦兴路桥建设工程有限公司，上海市 201210）

0 引言

彩色胶结料被用于制备彩色沥青混合料时，常参照黑色石油沥青的制备方法执行，彩色胶结料也应具有和石油沥青相当的性能指标，但受制备彩色胶结料的原材料类型复杂的影响，存在高低温性能稳定性差的弊端，不利于稳定的生产和应用，目前行业研究主要集中在针对彩色胶结料的工程应用上，较少进行用于制备胶结料原材料的影响规律研究。

彩色胶结料原材料主要有三种，分别是苯乙烯系热塑性弹性体（SBS）、石油树脂和橡胶油[1-3]。其中，沥青行业常用SBS类型有线性和星型两种，其在配方中起改善胶结料高低温性能的双重作用，为提高彩色胶结料的高温稳定性和内部黏聚力，常采用星型SBS；工业石油树脂种类较多，有C5、C9、C5加氢、单体树脂等碳氢树脂类型，分子量集中在300～3 000，这些树脂作为石油衍生物，在胶结料配方充当调节粘性、稳定剂的作用，同时起到部分改善胶结料高低温性能的作用[1]；橡胶油种类较多，根据油品来源不同，分进口橡胶油和国产橡胶油，国产橡胶油常采用芳烃油、环烷油和石蜡油调和制得，可定制性好，是橡胶行业重要原材料，其在配方中充当熔融树脂和SBS的载体。

本文采用软化点这一沥青行业常规试验方法对树脂原材料进行分级，研究不同软化点级别的树脂对胶结料高低温性能的影响规律，以及对耐老化性能的影响；另外，借助石油化工行业的碳型组分分析方法，按照芳烃含量对橡胶油进行分级，研究不同芳烃含量橡胶油对胶结料高低温性能和耐老化性能的影响。

1 原材料选择

SBS：中石化生产的星型SBS；

石油树脂：C5树脂；C5加氢树脂；C5-C9共聚树脂；

橡胶油：国产橡胶油，吴江产，颜色为墨绿色，常温下为具有一定黏度的液态。

2 试验内容

2.1 原材料检测

选择4个不同分子量的树脂，按照沥青行业软化点试验方法，分别测试其软化点指标，结果见表1。

表1 树脂原材料检测结果

选择三个不同芳烃含量的橡胶油，按照石油化工行业的碳型组分分析方法，分别其芳烃含量CA、环烷烃含量CN和石蜡烃含量CP，具体见表2。

表2 橡胶油原材料检测结果

2.2 胶结料制备

采用室内制备方法，进行胶结料制备，制备工艺为：橡胶油加热至160℃～170℃，加入工业树脂，搅拌熔融，稳定加热至175℃～185℃后，加入SBS，然后在高速搅拌设备上，以300 r/min转速搅拌 30～45 min，5 000 r/min转速剪切 30 min，制备完成，放入170℃烘箱保温待用。

2.3 不同软化点树脂的掺入试验研究

选用星型SBS，选用芳烃CA含量为25%的Ⅱ型橡胶油，依次采用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型石油树脂，按照SBS:树脂：橡胶油=10∶45∶45的质量比例，按照上述制备工艺，制备4组彩色胶结料，并测试其沥青指标，试验结果见表3及图1～图3。

表3 不同软化点树脂制备的胶结料技术指标

图1 树脂软化点与胶结料软化点之间的关系曲线

图2 树脂软化点与胶结料延度指标之间的关系曲线

图3 树脂软化点与胶结料135℃布氏黏度指标之间的关系曲线

表3显示，随着胶结料配方中树脂的软化点（℃）从Ⅰ型的105增大至Ⅳ型的140，胶结料针入度（0.1 mm）从60.4递减至13，胶结料软化点（℃）从97.4递减至75,胶结料5℃延度从72 cm递减至脆断（0 cm），胶结料软化点和延度指标的衰减表明高软化点树脂会造成胶结料高低温性能的衰减，且低温指标衰减幅度更大；而随着树脂原材料软化点从Ⅰ型增大至Ⅳ型，胶结料135℃布氏黏度（Pa·s）从3.0递增至10，分析原因为树脂在胶结料中发挥增黏的作用，树脂软化点越高，增黏效果越显著，这与树脂在其他工业生产应用中的作用效果一致。因此，可根据需求，选择具有合适软化点树脂原材料，用于胶结料配方设计。

2.4 不同芳烃CA含量橡胶油的掺入试验研究

选用星型SBS，选用软化点为130℃的Ⅲ型树脂，按照SBS：树脂：橡胶油=10∶45∶45的质量比例，按照上文制备工艺，依次采用Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型橡胶油制备3组胶结料，并测试其沥青指标，试验结果见表4及图4～图6。

表4显示，随着橡胶油原材料芳烃CA含量从Ⅰ型的15%增大至Ⅲ型的40%，胶结料针入度（0.1 mm）从30.3稳定递增至50.6，胶结料软化点（℃）从98递减至79.3，5℃低温延度从12 cm递增至36.4 cm，胶结料低温延度指标的大幅提高表明高芳烃含量橡胶油可显著改善胶结料的低温性能，但其对胶结料高温性能具有一定程度的衰减作用，这可从橡胶油在配方中的作业机理方面进行解释，橡胶油在配方中承担熔融SBS和树脂原材料的作用，由于SBS、树脂和橡胶油都属于石油化工附属产品，SBS可在橡胶油中进行熔融和交联反应，具体涉及一系列复杂的物化反应，而呈不饱和状态的芳烃组分是与SBS组分进行物化反应的主要成分，高芳烃含量有助于SBS在胶结料中的更好熔融和分散，SBS的熔融和分散效果越好，其对胶结料性能的改善越明显。另外，三组胶结料老化后延度指标的大幅提高表明，高芳烃含量橡胶油不但有助于改善胶结料低温性能，还具有提高胶结料耐老化性能的作用，可用于制备耐老化性能指标要求高的胶结料。

表4 不同芳烃CA含量橡胶油制备的胶结料技术指标

图4 橡胶油芳烃含量与胶结料软化点之间的关系曲线

图5 橡胶油芳烃含量与胶结料老化前后延度指标之间的关系曲线

图6 橡胶油芳烃含量与胶结料针入度指数PI之间的关系曲线

表4还显示，随着橡胶油原材料芳烃CA含量的递增，三组胶结料的针入度指数PI呈现增大趋势，针入度指数PI可在一定程度上反映结合料的温度敏感性，由此可认为高芳烃含量橡胶油有助于改善彩色胶结料的温度敏感性。

综上，在彩色胶结料配方设计中，可根据胶结料技术指标要求，选择具有合适软化点的树脂和芳烃含量的橡胶油。

3 结语

树脂在胶结料中发挥增黏的作用，树脂软化点越高，胶结料布氏黏度越大,同时，高软化点树脂对胶结料的高低温性能都有衰减作用，且对低温性能的衰减幅度更大；高芳烃含量橡胶油在改善胶结料低温性能和温度敏感性的同时，对胶结料高温性能造成不可避免的衰减作用。因此，通过选择不同软化点树脂类型和不同芳烃含量的橡胶油，制备不同性能等级需求的彩色胶结料，一定程度上实现彩色胶结料配方定制。

[1]李立寒,吕伟民.彩色路面用胶结料的研究[J].建筑材料学报,1999,2(3);235-240.

[2]阎科伟,庞世华.一种彩色沥青浅色胶结料的研究[J].建材技术与应用,2015(6):7-8.

[3]刘尚芳,李旭东.彩色沥青路面浅析[J].公路交通科技,2015(7):101-103.