SBS/橡胶粉复合改性沥青高温性能研究

何志俊

（山西省交通开发投资集团有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

随着交通渠化的实行以及交通量的日益增长，车辙已经成为沥青路面最重要的破坏方式之一[1～2]。沥青路面的车辙破坏与沥青混合料在高温时抵抗荷载变形能力的不足密切相关，因此提高沥青混合料的高温性能，对于改善沥青路面抗车辙能力至关重要[3～4]。SBS作为一种常见的沥青改性剂，对于提高沥青高温性能具有显著效果，然而由于其高昂的价格，增加了工程造价，因此寻求价格相对低廉的沥青改性剂，具有重要意义。相关研究表明，将废旧轮胎粉碎制成橡胶粉用于沥青改性，不仅能变废为宝，而且能改善沥青的高温性能[5～6]。然而用橡胶粉改性沥青时，如果掺量太小起不到明显的改性效果，如果掺量太大，橡胶粉容易在沥青中沉淀，造成存储的不稳定[7]。基于此，本文将SBS和橡胶粉同时用于沥青改性，发挥两种材料各自的优势，在节省工程造价的基础上最大限度提高沥青高温性能，为提高沥青路面抗车辙性能提供理论参考。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

沥青选用Shell70号基质沥青，其基本技术指标见表1。橡胶粉采用废旧轮胎橡胶粉（如图1所示）。SBS改性剂选用新型SBS。

表1 Shell70号的基本技术指标

图1 橡胶粉图片

1.2 复合改性沥青制备

先将橡胶粉加入热沥青中，并用玻璃棒搅拌一定时间，待橡胶粉初步均匀分散在沥青中后，维持沥青温度在180℃～200℃，用高速剪切机由慢至快，并在转速稳定到4 000 rpm后高速搅拌30 min；然后逐步加入SBS并继续高速剪切30 min，即可制得SBS/橡胶粉复合改性沥青。

图2 布氏黏度试验照片

2 试验结果

2.1 橡胶粉粒径和掺量对沥青高温性能的影响

维持SBS掺量为2%不变，选择20目和40目的橡胶粉颗粒，控制橡胶粉掺量为7%、10%、13%、16%和19%，测定SBS/橡胶复合改性沥青的针入度、软化点、177℃布氏黏度和弹性恢复，研究橡胶粉粒径和掺量对沥青高温性能的影响，试验结果如表2所示。

表2 橡胶粉粒径和掺量对沥青高温性能的影响

从表2可以看出，橡胶粉目数越大，SBS/橡胶复合改性沥青的针入度越大，软化点越小；当橡胶粉掺量小于19%时，随着橡胶粉目数的增大，复合改性沥青布氏黏度和弹性恢复同时降低，表明橡胶粉目数越小，复合改性沥青高温性能越好。解释其主要原因为，目数越大，橡胶粉颗粒越细，相比于细颗粒，粗颗粒的橡胶粉在沥青中更容易保持橡胶颗粒的弹性性质，橡胶粉吸附沥青之后不容易发生沉淀和离析，性质更加稳定，且橡胶粉颗粒之间的摩阻力更大，高温时，在荷载作用下沥青抵抗变形的能力更强，因此黏度和弹性恢复越大，沥青的低温性能更突出。因此综合考虑高低温性能应该选择20目的橡胶粉对沥青进行改性。

当橡胶粉目数一定时，随着橡胶粉掺量的增多，SBS/橡胶复合改性沥青的针入度逐渐减小，软化点、布氏黏度和弹性恢复逐渐增大，高掺量下，复合改性沥青的弹性恢复甚至能达到90%。当橡胶粉掺量大于16%时，再增加橡胶粉时，改性沥青软化点、布氏黏度和弹性恢复的变化幅度较小，另外相关文献[7]表明，若使橡胶沥青混合料的动稳定度大于3 000次/mm，必须要求177℃时橡胶沥青的布氏黏度大于2.7 Pa·s，按照这一标准，当掺加20目橡胶粉时，要求其掺量不小于13%，当掺加40目橡胶粉时，要求其掺量不小于16%。高温下橡胶颗粒发生脱硫，与沥青发生反应，随着橡胶粉掺量的增多，橡胶粉吸附沥青中饱和芬和芳香芬的比例增多，沥青中轻质组分的减少使沥青在高温荷载作用下抵抗变形的能力逐渐增强，因此高温性能得到明显改善。

2.2 SBS掺量对沥青高温性能的影响

在SBS/橡胶复合改性沥青中保持橡胶粉目数和掺量分别为20目和13%不变，变化SBS掺量，测定不同SBS掺量下复合改性沥青的针入度、软化点、177℃布氏黏度和弹性恢复，研究SBS掺量对复合改性沥青高温性能的影响，试验结果如表3所示。

表3 SBS掺量对沥青高温性能的影响

从表3可以看出，当橡胶粉目数和掺量保持不变时，随着SBS掺量的增多，复合改性沥青的针入度逐渐减小，软化点、布氏黏度和弹性恢复逐渐增大，当SBS掺量超过2%时，复合改性沥青软化点均大于65℃，且选择20目橡胶粉时复合改性沥青的布氏黏度大于2.7 Pa·s，此时再增加SBS掺量虽然能提高沥青的高温性能，但是过高的黏度导致沥青的施工温度大幅增长，加速沥青老化，且给施工带来困难，因此综合考虑，SBS最佳掺量应为2%。高温时SBS在沥青中发生溶胀和吸附作用，使沥青中的轻质组分含量降低，沥青高温性能得到改善，另外随着SBS掺量的增多，SBS链在沥青中相互交织，形成稳定的三维网络结构，在高温时，三维网络结构能够有效地抵抗荷载作用引起的沥青变形，因此复合改性沥青的高温性能逐渐提高。

3 结论

a）橡胶粉目数越大，SBS/橡胶复合改性沥青的针入度越大，软化点越小；布氏黏度和弹性恢复越低，表明橡胶粉目数越小，复合改性沥青高温性能越好。因此宜选择20目的橡胶粉颗粒对沥青进行改性。

b）当橡胶粉目数和SBS掺量一定时，随着橡胶粉掺量的增多，复合改性沥青的针入度逐渐减小，软化点、布氏黏度和弹性恢复逐渐增大，沥青高温性能逐渐提高，当选择20目橡胶粉时，橡胶粉最佳掺量宜为13%。

c）橡胶粉目数和掺量保持不变时，随着SBS掺量的增多，复合改性沥青的针入度逐渐减小，软化点、布氏黏度和弹性恢复逐渐增大，复合改性高温性能逐渐提高，当SBS掺量大于2%时，过大的黏度会造成施工困难，因此合适的SBS掺量应为2%。