高景偉 陳 凱

(1.陜西交建機(jī)械化養(yǎng)護(hù)有限公司，陜西 西安 710000;2.長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710075)

0 引言

SBS改性瀝青因其較好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、耐疲勞性等，廣泛應(yīng)用于高等級(jí)瀝青路面中。在生產(chǎn)與存儲(chǔ)過(guò)程中，為保持SBS改性瀝青的良好性能，應(yīng)使SBS在基質(zhì)瀝青與SBS體系中處于細(xì)分布的理想狀態(tài)。但是，由于SBS與基質(zhì)瀝青形成的改性瀝青屬于熱力學(xué)不相容體系，使得改性瀝青在較高溫度的存儲(chǔ)過(guò)程中存在著不穩(wěn)定。同時(shí)，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的SBS改性瀝青生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)于溫度的參數(shù)界限值不能完全控制改性瀝青的性能，使其性能波動(dòng)較大，部分性能較差，甚至達(dá)不到規(guī)范要求［1］。因此，如果在生產(chǎn)工藝中，忽略SBS改性瀝青的控制溫度，將會(huì)嚴(yán)重影響改性瀝青的性能質(zhì)量。

近年來(lái)，研究人員針對(duì)加工工藝中溫度對(duì)SBS改性瀝青性能影響進(jìn)行了廣泛的研究。郝培文等［2］研究了拌和溫度對(duì)SBS改性瀝青性能的影響，并指出合理的拌和溫度可以促使SBS與基質(zhì)瀝青均勻混融，并提高其技術(shù)性能。叢玉鳳等［3］也提出了選取合理的剪切溫度，可使改性瀝青具有較高的儲(chǔ)存穩(wěn)定性與良好的路用性能。Saeed等［4］通過(guò)分析改性瀝青的離析機(jī)理，提出了SBS與基質(zhì)瀝青在溶解度參數(shù)與密度上的差異，在高溫存儲(chǔ)下SBS改性瀝青會(huì)發(fā)生離析。黃衛(wèi)東等［5］發(fā)現(xiàn)在常溫和高溫貯存下改性瀝青軟化點(diǎn)下降，運(yùn)用熒光顯微照相技術(shù)研究了SBS與瀝青、軟瀝青質(zhì)的相互作用以及SBS在瀝青中的溶脹分散過(guò)程等，分析常溫長(zhǎng)時(shí)間貯存后改性瀝青的離析變大現(xiàn)象。以上研究缺乏針對(duì)相同改性劑不同基質(zhì)瀝青與相同基質(zhì)瀝青不同改性劑的對(duì)比研究;同時(shí)，對(duì)于不同存儲(chǔ)溫度的SBS改性瀝青性能評(píng)價(jià)多應(yīng)用現(xiàn)有的針入度評(píng)價(jià)體系，很難準(zhǔn)確評(píng)價(jià)改性瀝青的高溫性能［6］，以至于溫度控制參數(shù)尚難達(dá)成統(tǒng)一共識(shí)。因此，對(duì)SBS改性瀝青存儲(chǔ)溫度存在的問(wèn)題進(jìn)行分析研究，對(duì)確保SBS改性瀝青優(yōu)良的質(zhì)量性能具有重要意義。

實(shí)踐證明，整個(gè)生產(chǎn)工藝中的存儲(chǔ)溫度都會(huì)影響改性瀝青的使用性能［7］。為研究其變化規(guī)律以控制改性瀝青的生產(chǎn)，筆者通過(guò)選取不同的存儲(chǔ)溫度，對(duì)3種不同的改性瀝青進(jìn)行存儲(chǔ)加工，應(yīng)用常規(guī)瀝青試驗(yàn)與重復(fù)蠕變?cè)囼?yàn)，分析不同溫度對(duì)SBS改性瀝青的改性效果與瀝青使用性能的影響，以期提出系統(tǒng)合理的存儲(chǔ)溫度，使SBS改性瀝青的性能達(dá)到較高的指標(biāo)要求。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

1)基質(zhì)瀝青采用韓國(guó)SK-90號(hào)瀝青與埃索ESSO-90號(hào)瀝青，其技術(shù)性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

2)SBS改性劑為S-YY，S-YS(S代表星型結(jié)構(gòu)，且S-YY的分子質(zhì)量較大)，嵌段比(S/B)為30/70，摻入量為4%。

表1 基質(zhì)瀝青基本性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果

3)自制穩(wěn)定劑，劑量為2.6‰。

瀝青配制情況見(jiàn)表2。

表2 SBS改性瀝青制備

1.2 改性瀝青的制備

將基質(zhì)瀝青加熱到120℃左右，加入SBS改性劑，選取180℃作為加工溫度，低速剪切10 min后，在5 500 r/min條件下進(jìn)行混合分散50 min，制得改性瀝青［8，9］。在 SBS充分溶脹基礎(chǔ)上加入穩(wěn)定劑繼續(xù)攪拌30 min，分別在90℃，120℃，150℃下存儲(chǔ)，得到不同存儲(chǔ)溫度的9組SBS改性瀝青試樣。依針入度指標(biāo)PI、當(dāng)量軟化點(diǎn)T800、重復(fù)蠕變?cè)囼?yàn)擬合 Gv值、當(dāng)量脆點(diǎn)T1，2與 5℃延度作為分析指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)研究分析。

1.3 改性瀝青性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

1)依據(jù)JTJ 052-2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)改性瀝青進(jìn)行針入度試驗(yàn)、延度試驗(yàn)和軟化試驗(yàn)［10］。采用針入度指標(biāo)PI，當(dāng)量軟化點(diǎn)T800℃，5℃延度，當(dāng)量脆點(diǎn)T1，2來(lái)評(píng)價(jià)道路瀝青的路用性能［11-13］。

2)采用重復(fù)蠕變?cè)囼?yàn)，基于Burgers模型擬合高溫指標(biāo)Gv值，來(lái)評(píng)價(jià)改性瀝青的高溫性能［14］。重復(fù)蠕變?cè)囼?yàn)在DSR儀器上完成。試驗(yàn)采用應(yīng)力水平為60 kPa，試驗(yàn)溫度為60℃。每個(gè)蠕變周期加載1 s，恢復(fù)9 s，荷載周期為100次。選取伯格斯(Bur-gers)模型作為瀝青材料的流變模型，見(jiàn)圖1。Burgers本構(gòu)方程如式(1)所示:

其中，γ為剪應(yīng)變;τ0為恒定的剪應(yīng)力，Pa;G0為Maxwell模型的彈性模量，Pa;η1為Kelvin模型的粘性系數(shù)，Pa·s;η0為Maxwell模型的粘性系數(shù)，Pa·s;t為蠕變時(shí)間，即加載時(shí)間，s;設(shè)t/η0=Jv，Jv為蠕變?nèi)崃俊?/p>

圖1 Burgers模型

由式(1)可知，Burgers模型的應(yīng)變可分為瞬時(shí)彈性部分γe、延遲彈性部分γde與粘性部分γv，各參數(shù)可由線性規(guī)劃、迭代等數(shù)學(xué)解法確定［15］。

為了求解Jv，可將式(1)兩邊同時(shí)除以常量τ0:

令 1/G0=J0，1/G1=J1，J(t)= γ/τ0，則式(2)為:

應(yīng)用式(3)直接對(duì)柔量進(jìn)行擬合計(jì)算，以Gv=1/Jv作為蠕變勁度的粘性成分，用來(lái)評(píng)價(jià)SBS改性瀝青的高溫抗變形性能。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

結(jié)合以上研究，選取180℃為加工溫度，制備E+S-YS，E+SYS，S+S-YY三種不同的SBS改性瀝青試樣。在不同存儲(chǔ)溫度(90℃，120℃，150℃)下，將SBS改性瀝青試樣存儲(chǔ)48 h，并對(duì)試樣的技術(shù)性能進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，表4。

表3 不同存儲(chǔ)溫度的SBS改性瀝青性能指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果

表4 不同存儲(chǔ)溫度的SBS改性瀝青的重復(fù)蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果

2.1 感溫性

由表3可知:

1)基質(zhì)瀝青相同、改性劑不同的SBS改性瀝青，在不同的存儲(chǔ)溫度的條件下，其針入度指數(shù)變化規(guī)律不同。隨著存儲(chǔ)溫度的升高，添加S-YY的兩種改性瀝青，PI值逐漸升高;而添加S-YS的改性瀝青，其PI值為先增大后減小。

2)基質(zhì)瀝青不同、改性劑相同的SBS改性瀝青，在不同的存儲(chǔ)溫度的條件下，其針入度指數(shù)變化規(guī)律近似。

3)對(duì)比不同存儲(chǔ)溫度，發(fā)現(xiàn)三者在150℃的存儲(chǔ)溫度下PI值浮動(dòng)較小，說(shuō)明較高的存儲(chǔ)溫度對(duì)溫度敏感性是有利的。

2.2 高溫穩(wěn)定性

隨著存儲(chǔ)溫度的升高，三種改性瀝青的T800值與PI值變化趨勢(shì)近似，總體變化幅度略有差異。E+S-YY與S+S-YY改性瀝青的T800，隨著溫度的升高，其逐漸升高。當(dāng)存儲(chǔ)溫度為150℃時(shí)，這兩種改性瀝青的T800達(dá)到最高值。E+S-YS改性瀝青的T800，在存儲(chǔ)溫度為120℃時(shí)，達(dá)到最高值。其后隨著溫度的升高，其T800又降低。由表4可知，在不同的存儲(chǔ)溫度下，三種SBS改性瀝青其Gv指標(biāo)明顯不同。添加S-YY改性劑的改性瀝青，其高溫性能排序依次為:150℃ ＞120℃ ＞90℃;而添加S-YS改性劑的改性瀝青，其高溫性能排序依次為:120℃ ＞90℃ ＞150℃。由此說(shuō)明，選取適宜的存儲(chǔ)溫度能夠保持SBS相與瀝青相相互之間的擴(kuò)散、溶脹作用，確保兩者之間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，最終保證了不同SBS改性瀝青較好的高溫穩(wěn)定性。

因此，添加S-YS與S-YY的改性瀝青，其存儲(chǔ)溫度分別為120℃與150℃，能夠保證其最佳的高溫穩(wěn)定性。

2.3 低溫抗裂性

由表3可知:1)三種改性瀝青的5℃延度隨著存儲(chǔ)溫度的增加，總體趨勢(shì)為逐漸增大。當(dāng)存儲(chǔ)溫度達(dá)到150℃時(shí)，其5℃延度達(dá)到最大值。這表明添加S-YS與S-YY的改性瀝青在150℃存儲(chǔ)溫度下，其低溫抗裂性能最好。2)三種改性瀝青的T1，2的值，規(guī)律與延度近似，在存儲(chǔ)溫度為150℃時(shí)，添加S-YY的改性瀝青，其T1，2達(dá)到了最低值;而添加S-YS的改性瀝青，在存儲(chǔ)溫度為120℃時(shí)，其達(dá)到了最低值，說(shuō)明添加S-YS與S-YY的改性瀝青，其存儲(chǔ)溫度分別為120℃與150℃，低溫抗裂性能較好。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)選取不同的加工溫度與存儲(chǔ)溫度，對(duì)三種不同SBS改性瀝青的感溫性、高溫性能、低溫性能進(jìn)行了對(duì)比評(píng)價(jià)分析，得到結(jié)論如下:1)以針入度指標(biāo)PI、當(dāng)量軟化點(diǎn)T800、重復(fù)蠕變?cè)囼?yàn)擬合Gv值、當(dāng)量脆點(diǎn)T1，2與5℃延度，作為SBS改性瀝青感溫性能、高溫性能與低溫性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，能夠確保評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性。2)隨著存儲(chǔ)溫度的升高，相同SBS改性劑不同基質(zhì)瀝青的改性瀝青各項(xiàng)性能指標(biāo)變化規(guī)律近似相同;不同SBS改性劑相同基質(zhì)瀝青的改性瀝青變化規(guī)律差異較大。為了保證SBS改性瀝青的各項(xiàng)性能，應(yīng)根據(jù)不同SBS改性劑選取合理的存儲(chǔ)溫度。3)當(dāng)SBS改性劑為S-YY時(shí)，加工SBS改性瀝青，推薦存儲(chǔ)溫度為150℃;對(duì)于SBS改性劑為S-YS時(shí)，推薦存儲(chǔ)溫度為120℃。

［1］袁 燕，肖 云，張肖寧.SBS改性瀝青剪切發(fā)育過(guò)程的動(dòng)態(tài)力學(xué)熱分析［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2006，19(3)：29-33.

［2］郝培文，張宜洛，江建坤，等.改性工藝參數(shù)對(duì)SBS改性瀝青性能影響研究［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，20(2)：50-53.

［3］叢玉鳳，廖克儉，翟玉春.SBS改性瀝青生產(chǎn)工藝參數(shù)的考察［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2005，18(2)：32-35.

［4］Saeed Sadeghpour Galooyak，Bahram Dabir，Ali Ehsan Nazarbeygi，etal.Rheological properties and storage stability of bitumen/SBS/montmorillonite composites［J］.Construction and Building Materials，2010(24)：200-207.

［5］黃衛(wèi)東，孫立軍.SBS與瀝青、軟瀝青質(zhì)的相互作用及其過(guò)程［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002，30(7)：819-823.

［6］周慶華，沙愛(ài)民.瀝青高溫流變?cè)u(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)比［J］.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2008，8(1)：27-30.

［7］韓 森，張彩利，薛生高，等.SBS改性克拉瑪依瀝青相容性的改善［J］.公路交通科技，2004，21(10)：22-25.

［8］孫健民.不同貯存溫度下SBS改性瀝青穩(wěn)定性研究［J］.中外公路，2012，32(5)：229-232.

［9］趙桂娟，郭 平.不同溫拌劑對(duì)瀝青性能的影響分析［J］.廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，38(1)：67-74.

［10］JTJ 052-2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［11］沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能［M］.北京：人民交通出版社，2000.

［12］原健安.芻議SBS改性瀝青的延度性質(zhì)［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，24(5)：25-28.

［13］Kok B V，Colak H.Laboratory comparison of the crumb-rubber and SBS modified bitumen and hot mix asphalt［J］.Construction and Building Materials，2009，25(8)：3204-3212.

［14］張肖寧，孟勇軍，鄒桂蓮.基于重復(fù)蠕變的改性瀝青高溫指標(biāo)［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，36(2)：23-28.

［15］張肖寧.瀝青與瀝青混合料的黏彈力學(xué)原理及應(yīng)用［M］.北京：人民交通出版社，2006.