李 雪

（遼寧寶來生物能源有限公司，遼寧 盤錦 124000）

1 概述

經(jīng)濟的發(fā)展使全世界對瀝青的性能有更高的要求，普通瀝青往往不能滿足正常的生產(chǎn)和生活，因此，改性瀝青便成為瀝青發(fā)展的重中之重。為了提高路面的抗永久變形、抗車轍、抗推移、抗疲勞、抗低溫開裂、抗老化、抗水侵害等病害能力，對道路瀝青進行改性，以此來提高瀝青材料的綜合能力［1］。所謂改性瀝青是指通過向瀝青中摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、磨細的橡膠粉或其他填料等摻劑 （改性劑） 或采取對瀝青輕加工等措施，使瀝青或瀝青混合料的性能得到改善而制成的瀝青結(jié)合料［2］。從瀝青的性能來講，他是一種對溫度很敏感的材料，隨著溫度的變化其狀態(tài)和性能都將發(fā)生變化。溫度升高時瀝青會變軟、變稀、粘結(jié)力下降，溫度下降時會變粘稠、變硬、變脆，喪失粘結(jié)力。這種性能對瀝青的使用是很不利的，在夏季或氣候炎熱的地區(qū)，在重載的作用下瀝青路面容易形成車轍；在冬季或寒冷的地區(qū)，瀝青路面易出現(xiàn)裂縫。這些問題的出現(xiàn)，不僅使路面的使用狀態(tài)變壞，而且要大大縮短路面的使用壽命［3］。從客觀需要看，現(xiàn)代公路交通，特別是高速公路對瀝青路面的要求越來越高，現(xiàn)代交通的特點是交通量大、載重量大、行車速度快，所以要求路面承載力大、耐久性好并具有良好的表面狀況。所以改性瀝青的目的就是要改善瀝青的感溫性，提高軟化點、降低脆點，擴大改性瀝青混凝土路面高溫不軟、低溫不裂的溫度范圍，并具有較高的強度，從而大大延長使用壽命［4］。

本文研究不同的試驗條件及SBS 類型對改性瀝青質(zhì)量的影響，基于此種基質(zhì)瀝青的特殊性，即與大多數(shù)SBS 的相容性均較差，會發(fā)生離析現(xiàn)象，所以需找出一種特殊結(jié)構(gòu)的SBS 與其調(diào)制改性瀝青，使其離析試驗結(jié)果合格，進而得到最佳的試驗條件及SBS 類型，為改性瀝青的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

2 試驗部分

2.1 試驗原料

改性瀝青的主要原料為基質(zhì)瀝青、SBS、穩(wěn)定劑、相容劑。SBS 采用燕山石化的星型4303，遼寧北方戴納索合成橡膠有限公司的混合型C411S 和雙嵌段結(jié)構(gòu)線型S4302，岳陽石化的線型791-H。穩(wěn)定劑為市面上銷售的含硫穩(wěn)定劑。相容劑為糠醛抽出油，自制?；|(zhì)瀝青的性質(zhì)見表1。

由表1 可知，基質(zhì)瀝青各項指標均符合JTG F40-2004 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》 中90號A 級重交道路瀝青。用該瀝青調(diào)制改性瀝青，看其是否符合JTG F40-2004 改性瀝青I-C 要求。

2.2 改性瀝青的制備

取一定量的基質(zhì)瀝青和相容劑，用電爐加熱到160-170℃，邊攪拌邊徐徐加入SBS 改性劑，將剪切機轉(zhuǎn)速調(diào)到6000r/min 左右，控制電爐溫度，使剪切溫度達到 175-180℃，剪切 30min 右后，緩慢加入穩(wěn)定劑，繼續(xù)剪切30min 后，放入170℃烘箱中發(fā)育4h，取出后用顯微鏡觀察細度，然后產(chǎn)品參照現(xiàn)行規(guī)范進行改性瀝青性能分析。

2.3 不同實驗條件對改性瀝青的影響

2.3.1 SBS 類型對改性瀝青相容性的影響

一般來講，星型SBS 橡膠改性瀝青效果優(yōu)于線性SBS 橡膠，但在加工性能方面，線性要容易的多，星型就稍有難度，對設備的剪切力和研磨力要求相對較高。在 SBS4.0%，穩(wěn)定劑0.2%，相容劑2.0%的條件下，不同類型的SBS 調(diào)制的改性瀝青性質(zhì)見表2。

由表2 可以看出，針對軟化點，星型＞混合型＞線型＞雙嵌段結(jié)構(gòu)線型。延度和老化后延度相近。此種瀝青與 4303、C411S、791-H SBS 的相容性均不好，離析試驗均不合格，而與S4302 SBS 的相容性好，因 S4302 為雙嵌段線型結(jié)構(gòu)，依據(jù)相似相容原理，所以其離析試驗結(jié)果合格。

表1 基質(zhì)瀝青性質(zhì)

表2 相同試驗條件下SBS 類型對改性瀝青指標的影響

2.3.2 穩(wěn)定劑加入速度對改性瀝青制備的影響

由于瀝青和聚合物改性劑SBS 的分子量差異很大，二者往往不能很好地相容，SBS 在基質(zhì)瀝青中常常自發(fā)的凝聚和離析，而加入穩(wěn)定劑的作用就是阻止瀝青和SBS 分離，使改性瀝青的儲存穩(wěn)定性變好。

穩(wěn)定劑是一種容易引發(fā)并形成交聯(lián)的一類物質(zhì)，類似于合成橡膠硫化體系，在一定條件下進行引發(fā)交聯(lián)反應，形成瀝青與SBS 之間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，或SBS 分子之間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，增加二相之間的化學結(jié)合力，改善體系穩(wěn)定性。穩(wěn)定劑對SBS改性瀝青的穩(wěn)定作用主要由SBS 自身間的交聯(lián)反應和SBS 與瀝青間的直接反應而產(chǎn)生，SBS 交聯(lián)形成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可將瀝青包裹在其中，阻止SBS和瀝青分離。SBS 和瀝青反應生成物存在于SBS和瀝青相界面間，起表面活性劑作用，可降低SBS 相瀝青相間的表面張力和體系的自由能，抑制 SBS 和瀝青相分離［5］。在 791-H SBS4.0%，穩(wěn)定劑0.2%，相容劑2.0%的條件下，穩(wěn)定劑的加入速度對改性瀝青制備的影響見表3。

由表3 可知，當采用一次性迅速加入穩(wěn)定劑時，穩(wěn)定劑會引發(fā)SBS 之間的過度交聯(lián)反應，此時調(diào)制的改性瀝青呈 “果凍” 狀，即出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。而采用徐徐緩慢地加入穩(wěn)定劑時，穩(wěn)定劑引發(fā)SBS 與瀝青之間的正常交聯(lián)，沒有出現(xiàn)凝膠現(xiàn)象。所以采取緩慢加入穩(wěn)定劑對改性瀝青的制備和改性性能指標較好。

表3 穩(wěn)定劑加入速度對改性瀝青指標的影響

2.3.3 相容劑加入量對改性瀝青指標的影響

相容劑能使SBS 的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，促進SBS 更充分地溶脹，增加其在瀝青中的分散能力，增加改性瀝青的穩(wěn)定性，同時又不影響改性瀝青的性能。雖然相容劑能夠促使SBS 在瀝青中分散更均勻，但相容劑和SBS 間也僅僅是一種物理作用，相互間的作用力屬于物理作用力，且較弱。通常相容劑采取的是芳香分含量高、飽和分含量低的組分，與瀝青和SBS 的相容性較好，這是因為芳香分能促進SBS 在瀝青中溶脹，有利于SBS 在瀝青中均勻分散［6］?？啡┏槌鲇途褪沁@樣一種石油餾分。在 791-H SBS4.0%，穩(wěn)定劑0.2%的條件下，相容劑的加入量對改性瀝青指標影響見表4。圖1 為相容劑含量與軟化點的關(guān)系。圖2 為相容劑含量與離析試驗軟化點差的關(guān)系。

由表4 和圖1、圖2 可知，隨著相容劑含量的增加，改性瀝青針入度逐漸增加，延度逐漸增加；軟化點先升高后降低，說明相容劑可以起到促進相容和降粘作用，當相容劑含量為4.0%時，降粘起主導作用，所以軟化點降低到 71.5℃；48h 離析軟化點差逐漸減少，說明相容劑可以使改性瀝青的儲存穩(wěn)定性變好。

表4 不同摻量相容劑對改性瀝青指標的影響

續(xù)表

圖1 相容劑含量與軟化點關(guān)系

圖2 相容劑含量與離析試驗軟化點差關(guān)系

2.3.4 發(fā)育溫度及時間對改性瀝青指標的影響

發(fā)育的作用就是讓研磨分散后的改性瀝青在必要的溫度下存放一定時間，使具有相當活力輕質(zhì)油分滲透到改性劑中，從而達到改善技術(shù)性能和防止離析的目的。

溫度對SBS 在基質(zhì)瀝青中的發(fā)育有重要的影響，一般隨著溫度升高，基質(zhì)瀝青分子運動劇烈，SBS 的分子鏈段活動性變大，SBS 的發(fā)育較快。在發(fā)育時間4h 的條件下，不同發(fā)育溫度對改性瀝青各項指標的影響見表5。圖3 為發(fā)育溫度與老化后延度關(guān)系。由表5 和圖3 可知，隨著溫度的升高，瀝青的軟化點和延度都有所提高，但溫度到180℃后，溫度升高瀝青老化加劇，延度逐漸降低。發(fā)育溫度在170℃時，效果最佳。

在發(fā)育溫度170℃條件下，不同發(fā)育時間對改性瀝青各項指標的影響見表6。圖4 為發(fā)育時間與軟化點關(guān)系。由表6 和圖4 可知，增加發(fā)育時間可以增加改性瀝青的高溫穩(wěn)定性，在發(fā)育4h后，繼續(xù)增加發(fā)育時間，其軟化點的和低溫延度的增幅明顯減小。所以發(fā)育時間在4h 即可。合理的發(fā)育時間使SBS 的分子鏈充分展開，在瀝青中形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對瀝青起到加筋作用和形成性能更好更穩(wěn)定的新膠體體系［7］。

表5 不同發(fā)育溫度下改性瀝青性能指標

表6 不同發(fā)育時間下改性瀝青性能指標

圖3 發(fā)育溫度與老化后延度關(guān)系

圖4 發(fā)育時間與軟化點關(guān)系

3 結(jié)論

通過針對某煉廠的基質(zhì)瀝青調(diào)制改性瀝青情況，得到以下結(jié)論：

（1） 雙嵌段結(jié)構(gòu)線型的S4302 SBS 與此種瀝青的相容性好，而用星型、混合型、線型的SBS調(diào)制的改性瀝青相容性均不好。

（2） 一次性快速加入穩(wěn)定劑時，改性瀝青容易凝膠，而采用緩慢勻速方法加入穩(wěn)定劑 時，改性瀝青現(xiàn)狀良好。

（3） 相容劑的加入會改善離析情況，相容劑能夠促進SBS 溶脹和降粘，本次試驗相容劑最佳用量為4.0%。

（4） 發(fā)育溫度并非越高越好。溫度達到180℃后，溫度升高瀝青老化加劇，延度逐漸降低。發(fā)育溫度在170℃時，效果最佳。

（5） 增加發(fā)育時間可以提高改性瀝青的高溫穩(wěn)定性，在發(fā)育4h 后，繼續(xù)增加發(fā)育時間，其軟化點的和低溫延度的增幅明顯減小。所以綜合考慮，本次試驗合理的發(fā)育時間為4h。