筵玉濤（甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)第一公路工程有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730050）

現(xiàn)代交通軸載重、交通量大、胎壓高，對路面質(zhì)量提出了更高的要求，而優(yōu)質(zhì)瀝青是確保瀝青路面使用性能的關(guān)鍵。由于我國優(yōu)質(zhì)油源緊缺、氣候環(huán)境復(fù)雜，使得大部分的基質(zhì)瀝青不能適應(yīng)高等級公路建設(shè)的需求，對瀝青進(jìn)行改性成為必然的選擇。SBS（熱塑性丁苯橡膠）改性劑由于其特有的兩相嵌段共聚結(jié)構(gòu)，使用SBS作為瀝青改性劑可以同時提高瀝青的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗疲勞特性及耐老化性能。盡管SBS改性瀝青在試驗室表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但其在路面工程中的表現(xiàn)并不盡如人意，在使用過程中，改性瀝青性能出現(xiàn)很大的變異性。這就需要科研工作者對影響SBS改性瀝青性能的各個因素進(jìn)行系統(tǒng)、細(xì)致的研究。本文通過動態(tài)剪切流變試驗研究SBS改性瀝青組成材料對瀝青高溫性能的影響。

1 試驗材料

1.1 基質(zhì)瀝青的基本性能

瀝青的性能主要與其化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及各個成分之間相互作用狀態(tài)相關(guān)。為了研究瀝青組分與其性能的關(guān)系。本課題采用SK90#、SHELL90#、昆侖90#、鎮(zhèn)海90#和埃索70# 5種基質(zhì)瀝青分別與不同SBS改性劑相混合制備改性瀝青?，F(xiàn)對5種基質(zhì)瀝青做4組分分析，結(jié)果如表1所示。

表1 基質(zhì)瀝青4組分分析結(jié)果

1.2 改性劑的技術(shù)性質(zhì)

本課題使用道改2#、T161B、1320-115、4303及YH791 5種改性劑制備改性瀝青。其中的道改2#、T161B和4303為星型，1320-115與YH791是線型改性劑。

1.3 抽出油和穩(wěn)定劑

在SBS改性瀝青的制備過程中，為了改善SBS在基質(zhì)瀝青中的分散性，改性劑與基質(zhì)瀝青之間的相容性、調(diào)節(jié)其粘度和低溫延展性，往往需要加入一定數(shù)量的助劑材料。主要是環(huán)烷烴精煉油，由于其與SBS改性劑有很好的相溶性且引起強(qiáng)度下降幅度不大[2]。本課題采用環(huán)烷烴含量較高的高芳烴油。

為了提高SBS改性瀝青的粘結(jié)力、改性劑與瀝青的相容性，改善瀝青的儲存穩(wěn)定性，可以在瀝青中加入交聯(lián)劑，對改性劑表面和瀝青進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)，增強(qiáng)SBS改性劑的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高改性瀝青的抗變形能力和強(qiáng)度。同時，由于改性劑與瀝青密度的差異，在儲存過程中，由于重力的作用，改性劑容易發(fā)生上浮現(xiàn)象。因此，在制備改性瀝青的過程中，往往需要加入一定質(zhì)量的穩(wěn)定劑。本項目采用性能穩(wěn)定的無機(jī)類穩(wěn)定劑。

2 試驗及結(jié)果分析

2.1 SBS改性瀝青高溫性能評價方法

瀝青結(jié)合料在高溫下抵抗車轍變形的能力不僅與其粘彈性性能相關(guān)，還與其勁度模量相關(guān)，瀝青的粘性越大，抵抗車轍變形的能力越弱；而瀝青的勁度模量越大，抵抗車轍變形的能力越強(qiáng)。因此，其車轍因子定義為G*/sinδ。

2.2 SBS改性瀝青的高溫抗車轍因子

使用正交試驗設(shè)計方法，對以上5種基質(zhì)瀝青、5種改性劑及其在5個不同摻量下制備的SBS改性瀝青進(jìn)行車轍因子的測試。為了便于分析，采用老化后70℃車轍因子；根據(jù)SHRP瀝青結(jié)合料分級標(biāo)準(zhǔn)，高溫以6℃為一個間隔，如果采用這樣的分級標(biāo)準(zhǔn)則不同改性瀝青之間的差異性很小，因此對其高溫等級的界定統(tǒng)一采用老化后車轍為2.2kPa的溫度點。改性瀝青車轍因子測試結(jié)果如表2所示。

對以上正交試驗結(jié)果分析看出，改性劑摻量是影響SBS改性瀝青車轍因子的主要因素，其次是基質(zhì)瀝青和改性劑類型。以下分別對各個因素的影響趨勢進(jìn)行探討。

2.3 改性劑摻量對SBS改性瀝青車轍因子的影響

由圖1可以看出，在70℃測試條件下，在改性劑摻量從3.6%～5.2%的增加過程中，SBS改性瀝青的車轍因子整體呈增大趨勢。首先，SBS改性劑在瀝青中吸收瀝青輕質(zhì)組分的溶脹過程，使基質(zhì)瀝青中原有的組分比例發(fā)生變化，其中飽和分和芳香分含量降低，而瀝青質(zhì)與膠質(zhì)含量相對增加，組分比例變化的結(jié)果是瀝青變硬，瀝青抵抗高溫流動變形的能力增強(qiáng)；SBS改性劑經(jīng)過高速剪切的過程后，以細(xì)小塑性顆粒的形式分散在瀝青中，盡管由于其吸收了瀝青中的輕質(zhì)組分聚苯乙烯硬度變小 ，但相對于瀝青而言，溶脹了的聚苯乙烯鏈段仍然有較高的強(qiáng)度，即隨聚苯乙烯含量的增加，改性瀝青復(fù)數(shù)模量增大，抵抗高溫變形能力增強(qiáng)；同時聚丁二烯的高彈特性，改善了瀝青的彈性性能，使結(jié)合料在變形過程中儲存能量增加，而損失能量相對減小，表現(xiàn)為sinδ值減小，G*/sinδ值增大，即車轍因子增大。

表2 SBS改性瀝青車轍因子分析

圖1 改性劑摻量對SBS改性瀝青車轍因子的影響

2.4 基質(zhì)瀝青對SBS改性瀝青抗車轍因子的影響

分析圖2看出，盡管前4種基質(zhì)瀝青同為90#，其高溫PG分級也同為58℃，埃索70#PG高溫分級為64℃，但其對改性瀝青車轍因子的影響卻各不相同，基質(zhì)瀝青有較高的高溫等級不一定在對其進(jìn)行改性處理后其車轍因子仍然高于其它瀝青。其原因主要有以下幾方面：首先，基質(zhì)瀝青的四組分構(gòu)成比例存在很大差異，分析基質(zhì)瀝青四組分構(gòu)成表，發(fā)現(xiàn)4種高溫等級相同的基質(zhì)瀝青中瀝青質(zhì)含量由高到低分別是昆侖 90#、SK90#、shell90#、 鎮(zhèn)海90#，正好與改性瀝青的高溫抗車轍性能相同，反應(yīng)出瀝青質(zhì)與改性劑抗車轍性能有很好的相關(guān)性；而高溫抗車轍性能很難與瀝青其它組分建立直接的相關(guān)關(guān)系，但這并不能說改性瀝青的抗車轍性能只與瀝青質(zhì)相關(guān)，因為埃索70#盡管有很高的瀝青質(zhì)含量，其改性后高溫特性并不理想；瀝青是極其復(fù)雜的化合物，其每一種組分都包含了幾百種化合物，僅以芳香分來說，又有輕芳、中芳和重芳之分，三者比例不同瀝青對改性劑的溶脹特性也不同。從基質(zhì)瀝青的角度出發(fā)，為了制備高溫性能優(yōu)良的改性瀝青，首先要通過試驗確定改性劑與基質(zhì)瀝青之間的相容性，而不是簡單選擇瀝青質(zhì)含量高的瀝青。

圖2 基質(zhì)瀝青對SBS改性瀝青車轍因子的影響

圖3 改性劑類型對SBS改性瀝青車轍因子的影響

2.5 改性劑類型對SBS改性瀝青車轍因子的影響

分析圖3 5種改性劑對改性瀝青車轍因子的影響發(fā)現(xiàn)，星型SBS改性劑對瀝青高溫特性的改善作用顯著優(yōu)于線型改性劑。從改性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)分析，線型改性劑呈條形，各結(jié)構(gòu)層之間在外力的作用下易于發(fā)生滑移，而星型改性劑是以Si原子為核心，每個鍵連接一個SBS聚合體，從空間結(jié)構(gòu)來看，聚合物處于相互纏繞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)更加致密，有較強(qiáng)的抵抗外力變形的能力。但是正是由于星型改性劑的這種結(jié)構(gòu)特性，使用星型改性劑制備改性瀝青時工藝較線型更加復(fù)雜。

3 結(jié) 語

1）正交試驗結(jié)果的相關(guān)系數(shù)表明，改性劑摻量是影響改性瀝青車轍因子的最主要因素，基質(zhì)瀝青次之，改性劑類型的影響最??；

2）改性瀝青車轍因子隨改性劑摻量增加而增大；

3）基質(zhì)瀝青對車轍因子的影響通過與改性劑的相容性體現(xiàn)，與基質(zhì)瀝青中的組分比例沒有直接關(guān)系；

4）星型SBS改性瀝青車轍因子明顯大于線型SBS改性瀝青，但星型SBS改性瀝青較線型SBS改性瀝青加工困難。

[1]孫志林, 黃曉明, 張銳. 瀝青改性劑對瀝青混合料疲勞性能影響研究[J]. 公路交通科技，2008，25:33—36

[2]沙慶林.多碎石瀝青混凝土設(shè)計與施工[M].北京:人民交通出版社

[3]陳華鑫.SBS改性瀝青路用性能與機(jī)理研究[D].西安:長安大學(xué)，2006

[4]肖鵬.SBS物理與化學(xué)改性瀝青及混合料性能評價對比研究[D].南京:河海大學(xué)，2005

[5]沈金安.瀝青與瀝青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社，2009:128-129