SBS改性沥青改性剂含量对沥青性能的影响

孙辉宇

(黑龙江省泰斯特森工程检测有限公司，黑龙江 哈尔滨 150028)

1 引 言

随着中国国内交通水平的不断进步，交通运输要求迅猛发展，其对于公路的交通量和承载能力要求不断提升，沥青路面便是因此，使其在各等级的交通公路所占有的建设比例也越来越高。但我国地域辽阔，不同地区温差差异大，在公路运营通车阶段，交通量、温度、老化等各类因素，都会对沥青路面造成不同程度的危害，因此寻求综合性能强、工作温域宽的高性能沥青成为交通行业发展趋势。在各类各功能的沥青不断涌现的今天，因其良好的在高温与低温的适用性能、可适用于各等级沥青公路的广泛应用性能以及简单的加工工艺的特点，使得SBS改性沥青在其中脱颖而出，成为炙手可热的宠儿。

然而，SBS改性沥青在完成铺设之后，虽然有着路面性能优秀、高温车辙较少、低温抗裂性强、水稳性能优良、抗剥落效果好等优点，但随着对SBS与基质沥青这两者之间的联系，进行不断深入的研究，发现SBS的不同掺量会对改性沥青的各类指标产生较大的差异和影响。因此，探讨SBS掺量对于改性沥青的常规性能指标与SHRP计划中的流变性能的相关性，对其相关性进行分析便是本研究的主要内容。

2 SBS原材介绍与试验方法

2.1 SBS改性基理

SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)是一种具有热塑性的呈弹性表征的固体，它是嵌段共聚物，呈线型或星型状态，由苯乙烯和丁二烯组成，其中丁二烯为软段(即弹性段)，处于中间位置，使SBS改性剂变为高弹状态；而起固定和补强作用作为分散相的苯乙烯段，则是硬段，填充在软段之间。在SBS改性剂这种结构下，与沥青混合形成网状结构，发生改性沥青网兜效应，使混合物具有良好的的延展性、塑性和弹性。

2.2 制备方法

本研究作为研究对象的是90#基质沥青和SBS改性剂，分别出于辽河油田重交和燕山石化，改性剂掺加剂量依次为2%、4%、6%、8%。选择高速剪切机作进行搅拌，搅拌温度为160 ℃、搅拌机转速为6 500转/分，持续搅拌时间共2 h。

在改性沥青的制作工艺流程中，会掺杂一定量的空气，空气会影响试样最终的检测结果。因此，在制样完成后，可以通过玻璃棒和真空干燥箱将改性沥青中的空气排除。

3 SBS改性沥青常规性能指标及分析

SBS作为一种弹性固体，因为属于橡胶类，所以与沥青具有显著的差异性，因此会与沥青发生反应，产生性能变化，改性后沥青结构出现凝胶化提升便是最具特色的变化之一，这会使沥青造成温度敏感性的改变。

通过制拌不同SBS含量的改性沥青，将之按照JTG E20-201l《公路工程沥青及沥青混合。料试验规程》中的要求，进行针入度、延度、软化点、密度、135 ℃运动粘度、弹性恢复参数均的试验检测，其结果见表1。

表1 SBS改性沥青常规性能指标

(1)在5 ℃、15 ℃、25 ℃的条件下，将不同含量的改性沥青进行针入度试验，得出图1。

图1 SBS不同含量下针入度与温度的相关性

通过图1可知，针入度在SBS含量逐渐递增的情况下，其针入度有着先增大后减小的趋势。而随着试验温度的改变，其化也不断增大。

这个现象说明改性沥青中的SBS成分，并不会随着SBS的含量不断增加，提高参与材料性能改善作用的占比。因此，此次结果为先增大后减小。

通过表1中延度、软化点、密度、135 ℃运动粘度、弹性恢复参数的检测结果，进行归类，统计为图2。

图2 不同改性剂含量下的常规性能参数图

可以知其参数通过SBS含量的不断增加，数据不断增大。但其中的密度、延度、软化点、弹性恢复的增长率逐渐平缓。这说明虽然随着SBS含量的不断增大，其胶凝化的程度不断提高，SBS粒子间的相互影响及作用力慢慢增大，形成的网状结构所造成的改性沥青网兜效应不断增强，但随着SBS含量慢慢达到一定界限，SBS改性剂的改性作用效率开始降低。

通过图2可以看出，随着改性剂含量的改变，运动粘度的增长存在一定的规律性，所以将135 ℃运动粘度数据结果做出趋势图，得到图3。

图3 SBS沥青运动粘度数据趋势图

可以看出，135 ℃运动粘度确实与改性剂的含量呈线性相关。虽然改性剂在超过一定含量后，理论上仍有大部分成分参与基质沥青的改性作用，但在运动粘度上造成显著的影响。

4 SBS改性沥青对SHRP性能指标的影响

4.1 高温性能

在改性剂不同含量下，进行动态剪切流变性能检测，测得试验结果如图4所示。

图4 SBS不同含量下的动态剪切流变性能图

其中，相位角的变化代表的是改性沥青中粘性成分和弹性成分占比，通过图4可以看到，温度与相位角角度值呈正相关；而改性剂的含量则与其相位角呈负相关，且随着含量的增加改变的幅度越发平缓。这说明在温度升高的情况下，沥青中的粘性成分和它的弹性成分的比值在不断加大，抵抗变形能力越来越差，而SBS含量的增加，则可以改善这一现象。

|G*|/sinδ的大小直接反应改性沥青在拌和摊铺后抵抗车辙的能力。由图4可知，随着改性剂含量的增加，其|G*|/sinδ不断增大，动稳定性不断加强，且改变趋势越发平缓；而随着测试温度的增加，|G*|/sinδ则开始开始显现下降趋势。

这整体的走向可以看出，在同等温度，改性剂含量提升的情况下，SBS改性剂在不断改善改性沥青在高温方面的性能，这是因为随着温度的持续升高，在沥青中能够溶解的软沥青质成分的能力不断增强，SBS的作用不断加大，其溶胀带来了体积膨胀，使SBS间的相互作用能力增强，以此控制沥青在除自身外的要素作用下的形变，减弱粘性形变，从而限制δ的增大，使改性性能越发明显，进而提高动稳定性。

4.2 低温性能

在SBS改性剂不同含量下，进行弯曲蠕变劲度检测，-12～-14 ℃作为测试温度区域，测得试验数据见图5。

图5 SBS不同含量下弯曲蠕变劲度性能图

由图5可知，蠕变劲度S因其升高的温度、SBS含量的增加，在不断减少，而m值则在不断地升高。且在低温状态，例如在-24 ℃下，不同含量的S与m的差距最大。这是因为在低温情况下，SBS对于沥青的改性性能越发明显。

4 结 论

通过将SBS改性沥青在不同含量和外界要素下，进行探讨与分析，可以得到以下结果：

(1)SBS含量对常规性能参数指标的影响：随着含量的增加，改性沥青延度、软化点、密度、135 ℃运动粘度、弹性恢复都在提高，而针入度则是先增大后减小。

(2)SBS含量对动态剪切流变性能的影响：随着含量的增加，相位角在不断减小，|G*|/sinδ不断增加，且两者的改变趋势都在越发平缓。

(3)SBS含量对低温弯曲蠕变性能的影响：随着含量的增加，蠕变劲度S试不断减小、m不断增加。

(4)随着SBS改性含量的不断增加，改性沥青的高温、低温性能都会有所加强，在温差大的地区，含量的改性作用明显。但常温下，其性能会随含量的增加先增大后减小，因此选取SBS含量时，也应考虑性能价值与经济价值等综合因素的影响。