王立志劉凱王鵬孫新建張明凱

(山東建筑大學(xué) 交通工程學(xué)院，山東 濟(jì)南250101)

0 引言

苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物SBS(Styrene-Butadiene-Styrene Block Copolymer)改性瀝青具有優(yōu)越的路用性能和良好的力學(xué)性能，在高速公路等工程建設(shè)中的應(yīng)用比例逐年增加。所謂SBS改性瀝青，是基質(zhì)瀝青與聚合物SBS通過機(jī)械共混加工而成的混合物，其路用性能在很大程度上取決于SBS的摻量及SBS顆粒的分散程度[1]。然而，由于SBS與瀝青在極性、相對分子質(zhì)量、密度和溶解度等方面性質(zhì)差異較大，在熱存儲(chǔ)過程中，SBS改性劑由初始的均勻分散狀態(tài)，逐漸凝聚、離析并上浮于瀝青表面，SBS改性瀝青均相體系遭到破壞、性能出現(xiàn)衰減[2]。因此，改善SBS改性瀝青的熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性一直是改性瀝青領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

影響SBS改性瀝青熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性的因素有很多。馮新軍等[3]發(fā)現(xiàn)SBS與芳香分含量高的基質(zhì)瀝青具有良好的相容性，提出了用組分比R=(芳香分+膠質(zhì))/(飽和分+瀝青質(zhì))研究SBS和基質(zhì)瀝青的相容性，R越大，二者的相容性越好。孫大權(quán)等[2]利用熒光顯微技術(shù)研究了SBS相與瀝青相在熱存儲(chǔ)條件下發(fā)生相分離的過程，發(fā)現(xiàn)某些改性瀝青雖然離析軟化點(diǎn)差＜2.5℃，但在存儲(chǔ)過程中性能依然發(fā)生了較大的衰減。周昆等[4]通過分析瀝青試樣的軟化點(diǎn)差、70℃復(fù)數(shù)模量(G*)、相位角(δ)和傅立葉變換紅外光譜FTIR(Fourier Transform infrared spectroscopy)，發(fā)現(xiàn)隨著熱存儲(chǔ)時(shí)間的增加和熱存儲(chǔ)溫度的升高，會(huì)加劇SBS改性瀝青相分離的程度。陳璟等[5]采用X射線衍射、磁共振波譜等分析方法，研究了基質(zhì)瀝青共振峰的位置和強(qiáng)度對改性瀝青熱穩(wěn)定性的影響。黃衛(wèi)東等[6]通過熒光顯微技術(shù)獲得了聚合物在瀝青中的結(jié)構(gòu)與形態(tài)，認(rèn)為SBS改性瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性受多種因素影響，如內(nèi)部因素(基質(zhì)瀝青的種類和SBS摻量)和外部因素(混合溫度、混合時(shí)間和混合方法)。陳華鑫等[7]采用灰關(guān)聯(lián)方法，建立了不同的基質(zhì)瀝青組分與改性瀝青宏觀指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性。ZANI等[8]提出SBS改性瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性與基質(zhì)瀝青的化學(xué)性質(zhì)以及改性劑的特性和含量有關(guān)，在SBS摻量一定的情況下，隨著基質(zhì)瀝青中芳烴含量的增加，所生產(chǎn)的改性瀝青具有更好的相容性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性，而瀝青質(zhì)含量的增加可能會(huì)引發(fā)相反的作用。綜上所述，SBS改性瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性能與兩相體系的相容性和基質(zhì)瀝青的性質(zhì)具有重要關(guān)系，但在基質(zhì)瀝青微觀特性對SBS改性瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性影響方面的相關(guān)研究，現(xiàn)階段仍鮮有報(bào)道。

目前，主要以JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[9]作為評價(jià)SBS改性瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性的試驗(yàn)方法，但現(xiàn)有的離析試驗(yàn)不能有效表征兩相體系在熱存儲(chǔ)過程中的相態(tài)變化。因此，文章提出通過FTIR、凝膠滲透色譜GPC(Gel Permeation Chromatography)和原子力顯微鏡AFM(Atomic Force Microscope)技術(shù)，建立基質(zhì)瀝青微觀結(jié)構(gòu)特性與SBS改性瀝青宏觀性能(軟化點(diǎn)差、復(fù)數(shù)模量差、相位角差)之間的關(guān)聯(lián)性，以此研究基質(zhì)瀝青微觀特性對SBS改性瀝青在熱存儲(chǔ)過程中穩(wěn)定性的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)期間選用不同的70＃基質(zhì)瀝青為原料，分別記為A基質(zhì)、B基質(zhì)、C基質(zhì)，以岳陽石化生產(chǎn)的線性SBS791-H為改性劑，以橡膠油為相容劑，穩(wěn)定劑選用硫磺，制作的改性瀝青分別記為A改性、B改性、C改性。其中，基質(zhì)瀝青的技術(shù)指標(biāo)滿足JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[10]要求，SBS791-H摩爾質(zhì)量為1.2×105g/mol，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段比為3∶7。

SBS改性瀝青研制流程為:稱取一定質(zhì)量的基質(zhì)瀝青，放于160℃的烘箱中加熱至流動(dòng)狀態(tài)，加入適量相容劑，攪拌加熱至185℃，緩慢加入SBS，調(diào)節(jié)高速剪切機(jī)轉(zhuǎn)速為4 200 r/min，保溫剪切1 h至瀝青中無明顯顆粒，加入穩(wěn)定劑，放置攪拌機(jī)下，175℃恒溫發(fā)育溶脹時(shí)間為3 h，制得SBS改性瀝青。其中，制備的3種改性瀝青SBS摻量均為3.5%。試驗(yàn)所用基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)見表1、2，滿足JTG F40—2004[10]中的相關(guān)技術(shù)要求。

表1 基質(zhì)瀝青關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)表

表2 SBS改性瀝青關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)表

1.2 試驗(yàn)方案

瀝青宏觀性能研究以3種改性瀝青為樣品，離析試驗(yàn)遵照J(rèn)TG E20—2011[9]，以上、下兩部分的軟化點(diǎn)差表征離析試驗(yàn)結(jié)果；動(dòng)態(tài)剪切流變試驗(yàn)同樣遵照上述規(guī)程，在烘箱中加熱試樣至流動(dòng)狀態(tài)，澆筑于玻璃板上，直徑約為1.5 cm，試驗(yàn)采用CVO-100-ADS型動(dòng)態(tài)剪切流變儀DSR(Dynamic Shear Rheolometer)，溫度為70℃、平行板直徑為25 mm、應(yīng)變控制模式，測量瀝青的復(fù)數(shù)模量G*和相位角δ。

瀝青微觀特性測試以3種基質(zhì)瀝青為樣品，F(xiàn)TIR試驗(yàn)選用布魯克Bruker公司生產(chǎn)的型號(hào)為TENSOII傅里葉變換紅外光譜儀，采用全反射紅外光譜法ATR-FTIR法研究瀝青的紅外光譜特征峰，分析不同波段瀝青試樣特征吸收峰面積的差異；GPC試驗(yàn)采用日本東曹株式會(huì)社TOSOH生產(chǎn)的EcoSEC8320型凝膠滲透色譜儀，溶劑采用四氫呋喃，試驗(yàn)溫度為40℃，探究瀝青分子量分布與其性能之間的相關(guān)性；AFM試驗(yàn)使用型號(hào)為Dimension Icon的布魯克斯原子力顯微鏡對瀝青試樣進(jìn)行測試，試驗(yàn)樣品的制備采用熱澆筑法，儀器調(diào)至輕敲模式，掃 描 速 率 為0.977 Hz；掃 描 面 積 為30μm×30μm，對3種基質(zhì)瀝青進(jìn)行顯微觀測，研究其高程圖和相位圖以及不同區(qū)域的粗糙度情況，通過對比分析，探究基質(zhì)瀝青微觀形貌對SBS改性瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 SBS改性瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性分析

以3種不同基質(zhì)瀝青研制的SBS改性瀝青為試驗(yàn)樣品，其熱存儲(chǔ)溫度為163℃、存儲(chǔ)時(shí)間為48 h，以離析軟化點(diǎn)差(如圖1所示)、復(fù)數(shù)模量(如圖2所示)和相位角(如圖3所示)的變化來表征。

由圖1可知，3種SBS改性瀝青熱存儲(chǔ)后的離析軟化點(diǎn)差由大到小順序?yàn)锳改性＞C改性＞B改性，且都是上部軟化點(diǎn)大于下部軟化點(diǎn)。由此可以說明，3種SBS改性瀝青相容性順序?yàn)锽改性＞C改性＞A改性。同時(shí)，B改性和C改性兩種改性瀝青的離析軟化點(diǎn)差比較接近，且都＜2.5℃，遠(yuǎn)優(yōu)于A改性，由圖2也可以看出，B改性和C改性改性瀝青的改性效果優(yōu)于A改性的改性效果。

復(fù)數(shù)模量G*和相位角δ是表征瀝青流變性能的參數(shù)[11]，不同SBS改性瀝青熱存儲(chǔ)后上、下部軟化點(diǎn)的復(fù)數(shù)模量和相位角變化情況如圖2和3所示。由圖2可以看出，3種SBS改性瀝青上部的70℃復(fù)數(shù)模量均大于下部的70℃復(fù)數(shù)模量，且上、下部復(fù)數(shù)模量差大、小排列順序?yàn)?A改性＞B改性＞C改性，表明3種改性瀝青的離析程度依次為A改性＞B改性＞C改性。相位角與黏度具有較好的相關(guān)性，相位角越大，黏性成分越多；相反，相位角越小，黏性成分越少。由圖3可以看出，改性瀝青下部的相位角大小關(guān)系為A改性＞C改性＞B改性，由此說明A改性的黏性成分大于另外兩種改性瀝青。

圖1 SBS改性瀝青軟化點(diǎn)圖

圖2 SBS改性瀝青復(fù)數(shù)模量圖

圖3 SBS改性瀝青相位角圖

事實(shí)上，SBS相與瀝青相在熱力學(xué)上并不相容。熱存儲(chǔ)一定時(shí)間后，兩相體系發(fā)生分離，SBS顆粒發(fā)生聚集現(xiàn)象，均相體系破壞，導(dǎo)致瀝青不同部位“SBS摻量不同”。在整個(gè)熱存儲(chǔ)過程中，密度較小的SBS顆粒上浮于瀝青表面，在高溫作用下與瀝青輕質(zhì)組分發(fā)生溶脹反應(yīng)，瀝青硬度變大，彈性分量增加，黏性分量減小。相反，下部瀝青中SBS含量降低，彈性分量減小，而黏性成分增加。此前，相關(guān)專家研究發(fā)現(xiàn)，SBS相與瀝青相的相容性與瀝青組分有關(guān)，芳烴含量高、飽和分含量低的基質(zhì)瀝青與改性劑相容性較好，反之亦然。離析試驗(yàn)軟化點(diǎn)差與兩相體系的相容性有很好的對應(yīng)關(guān)系，一般地，SBS與基質(zhì)瀝青相容性越好，兩相體系狀態(tài)越穩(wěn)定，改性瀝青上、下部離析軟化點(diǎn)差越小，其熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性越高。

2.2 基質(zhì)瀝青化學(xué)及微觀結(jié)構(gòu)特性

以3種基質(zhì)瀝青為試驗(yàn)樣品，采用FTIR、GPC和AFM技術(shù)，探究基質(zhì)瀝青微觀特性對SBS改性瀝青宏觀性能的影響，以紅外光譜特征峰面積、瀝青分子量及其分布和瀝青表面粗糙度進(jìn)行表征。

2.2.1 紅外光譜分析

FTIR可以利用物質(zhì)對不同波長紅外輻射的吸收特性，對瀝青進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成分析。由圖4可知，基質(zhì)瀝青在810 cm-1附近出現(xiàn)的吸收峰屬于瀝青芳香族面外振動(dòng)特征峰；在1 377 cm-1附近的吸收峰，是-CH3的對稱變角振動(dòng)譜帶，該基質(zhì)瀝青所含基團(tuán)多，峰形穩(wěn)固，受其他頻率吸收峰干擾較少，1 377 cm-1附近的吸收峰可以作為基質(zhì)瀝青的特征吸收峰；1 600 cm-1附近的吸收峰主要是C C和CO鍵伸縮振動(dòng)引起；2 920 cm-1附近的吸收峰為反對稱伸縮振動(dòng)的結(jié)果。在810和1 377 cm-1附近的吸收峰都可以作為基質(zhì)瀝青的特征吸收峰，但是兩者的峰強(qiáng)和峰形具有顯著差別，在1 377 cm-1附近的特征吸收峰強(qiáng)度高，形狀尖銳，有較好的辨識(shí)度，在810 cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度弱，僅為1 377 cm-1附近吸收峰強(qiáng)的約1/6。

測量基質(zhì)瀝青在810、1 377、1 600、2 920 cm-1附近的吸收峰面積，計(jì)算吸收峰占總峰面積的比值，以此分析3種基質(zhì)瀝青的異同。由圖4和5可知，3種基質(zhì)瀝青在不同波段的紅外吸收峰種類和面積比值變化規(guī)律一致，說明瀝青化學(xué)組分相近，對比同一種瀝青的不同特征峰面積，波數(shù)在2 920 cm-1附近的亞甲基反對稱伸縮振動(dòng)吸收峰遠(yuǎn)大于其它波數(shù)的吸收峰。分析不同瀝青、相同波數(shù)的特征吸收峰，波數(shù)在1 377、1 600 cm-1附近的芳烴典型吸收峰含量具有相近規(guī)律，A基質(zhì)的吸收峰含量均大于C基質(zhì)和B基質(zhì)。而瀝青中芳烴含量與改性劑的相容性具有密切聯(lián)系，芳烴含量越高，瀝青與改性劑兩相體系的相容性越好，其改性瀝青在熱存儲(chǔ)的過程中穩(wěn)定性越高。

圖4 基質(zhì)瀝青紅外光譜圖

圖5 基質(zhì)瀝青不同特征峰面積比值圖

2.2.2 GPC分析

GPC可用于測定瀝青的相對分子質(zhì)量及其分布，而瀝青的相對分子質(zhì)量和分子質(zhì)量分布與瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、布氏黏度具有明顯的線性關(guān)系[12]。除成分和結(jié)構(gòu)因素外，分子量的大小也能夠反映分子之間作用力的差別。通過繪制GPC重疊曲線，可從基質(zhì)瀝青的分子量分布積分曲線中計(jì)算各分子量組成成分在瀝青中所占的比例，如圖6所示，當(dāng)小分子量的組分含量越高，意味著大分子量的組分含量越少，瀝青的分子間作用力就越小，在宏觀上表現(xiàn)為軟化點(diǎn)降低，針入度增大[13]。相反，隨著重均分子量增大，分子間的相互作用力增大，瀝青在達(dá)到相同黏度時(shí)溫度升高，軟化點(diǎn)增大?；|(zhì)瀝青分子分散度可以定量描述分子量分散情況，分散度越大，則說明瀝青在微觀層面的分布狀態(tài)更加均勻。

圖6 三種基質(zhì)瀝青試樣老化前的GPC重疊曲線圖

基質(zhì)瀝青的平均分子量和分散度見表3。由圖6和表3可知，C基質(zhì)的數(shù)均分子量最大，峰值分子量也最大，則對應(yīng)的黏度最大，軟化點(diǎn)最高。A基質(zhì)正好相反，表現(xiàn)為黏度小、軟化點(diǎn)低，3種瀝青的數(shù)均分子量Mn大小關(guān)系為C基質(zhì)＞B基質(zhì)＞A基質(zhì)?；|(zhì)瀝青的數(shù)均分子量越大，其分子間的作用力越強(qiáng)，瀝青組分與改性劑的相容性越好，瀝青分子鏈發(fā)生相對位移、產(chǎn)生變形所需的能量越多。這說明，數(shù)均分子量的大小與瀝青的高溫性能有較好的對應(yīng)關(guān)系，數(shù)均分子量越大，其所對應(yīng)的改性瀝青高溫性能越好，在熱存儲(chǔ)過程中的存儲(chǔ)穩(wěn)定性越好。

表3 基質(zhì)瀝青平均分子量及分散度表

2.2.3 AFM圖像及參數(shù)分析

3種基質(zhì)瀝青樣品的原子力顯微鏡微觀形貌圖，包括二維高度圖和三維相位圖，如圖7所示。3種基質(zhì)瀝青的二維高度圖中出現(xiàn)了典型的“蜂狀結(jié)構(gòu)”，其表面粗糙度可以用來判斷瀝青性質(zhì)的差異[14]。由于瀝青表面的高低不平，激光照射在表面會(huì)出現(xiàn)亮度差異，凸起的位置比較亮、凹陷的位置比較暗，其明暗交替，最終在視覺上便形成了“蜂狀結(jié)構(gòu)”。

圖7 基質(zhì)瀝青試樣二維高度和三維相位圖

由圖7可知，3種基質(zhì)瀝青試樣在表面形貌上存在一定差異，A基質(zhì)的“蜂狀結(jié)構(gòu)”多而密，分布比較均勻，B基質(zhì)和C基質(zhì)表面的“蜂狀結(jié)構(gòu)”相對較少，且分布不均勻。由三維相位圖可以發(fā)現(xiàn)，A基質(zhì)的表面相較于另外兩種基質(zhì)瀝青更加平穩(wěn)，即“峰頂”和“峰谷”在數(shù)值上相差較小。相關(guān)研究表明，瀝青微觀表面結(jié)構(gòu)存在差異，會(huì)影響瀝青表面力學(xué)性質(zhì)的分布，在荷載作用下產(chǎn)生不同的力學(xué)響應(yīng)，進(jìn)而影響其宏觀性能[15]。

運(yùn)用AFM數(shù)據(jù)處理軟件Nano Scope Analysis軟件得出3種瀝青試樣的粗糙度值，其粗糙度評定參數(shù)和粗糙度值見表4、5。

表4 粗糙度評定參數(shù)表

表5 基質(zhì)瀝青試樣表面粗糙度表 單位:nm

分析表4和5可知，3種基質(zhì)瀝青的高度均方根Rq和輪廓算術(shù)平均偏差Ra在數(shù)值的變化上呈現(xiàn)一定規(guī)律性，Rq和Ra二者的大小對應(yīng)關(guān)系為A基質(zhì)＞B基質(zhì)＞C基質(zhì)，亦即3種瀝青表面粗糙度的大小關(guān)系排序。裴忠實(shí)[16]發(fā)現(xiàn)粗糙度的增加在一定程度上對瀝青的路用性能具有促進(jìn)作用，但是粗糙度的大小可能反映瀝青表面聚合物相占瀝青相比例的多少，從而對SBS改性瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。

綜上所述，由于瀝青表面起伏不平形成“蜂狀結(jié)構(gòu)”，其數(shù)量和分布情況造成瀝青表面在粗糙度方面存在一定差異，進(jìn)而對改性瀝青的宏觀性質(zhì)產(chǎn)生了重要影響。由此可見，“蜂狀結(jié)構(gòu)”的形成對探究改性瀝青宏觀性質(zhì)具有重要的作用。PAULI等[17]通過AFM分別掃描了去除瀝青質(zhì)未加入蠟組分和加入蠟組分的瀝青微觀表面，發(fā)現(xiàn)前者沒有出現(xiàn)“蜂狀結(jié)構(gòu)”，而后者出現(xiàn)了“蜂狀結(jié)構(gòu)”，由此得出，蠟組分與瀝青組分之間的相互作用是產(chǎn)生“蜂狀結(jié)構(gòu)”的主要原因。

2.3 基質(zhì)瀝青特性與SBS改性瀝青穩(wěn)定性相關(guān)性分析

基質(zhì)瀝青微觀特性對SBS改性瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性具有重要影響。在瀝青性能研究過程中，為了得到瀝青微觀特性與宏觀性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，文章分析了不同基質(zhì)瀝青微觀結(jié)構(gòu)特性與改性瀝青宏觀性能之間的關(guān)聯(lián)程度，以及改性瀝青微觀指標(biāo)與改性瀝青宏觀性能的相關(guān)性，從而確定影響SBS改性瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。

分別以SBS改性瀝青上、下部的軟化點(diǎn)差、復(fù)數(shù)模量差、相位角差作為參考序列，以基質(zhì)瀝青的特征峰面積、數(shù)均分子量、表面粗糙度作為比較系列，采用關(guān)聯(lián)度計(jì)算方法，計(jì)算基質(zhì)瀝青微觀特性對SBS改性瀝青宏觀性能的關(guān)聯(lián)系數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 基質(zhì)瀝青微觀特性與改性瀝青宏觀性能的關(guān)聯(lián)系數(shù)表

由表6可知，基質(zhì)瀝青的Rq和Ra對改性瀝青上、下部的軟化點(diǎn)變化影響最大，其次是復(fù)數(shù)模量，而對相位角的變化影響則最??；瀝青的數(shù)均分子量Mn對改性瀝青上、下部的復(fù)數(shù)模量變化影響最大，其次是相位角，影響最小的是軟化點(diǎn)，但三者差距不大；對4種基質(zhì)瀝青常見的紅外特征峰來說，不同特征峰對改性瀝青性能指標(biāo)的影響區(qū)分不明顯。相較于紅外特征峰和數(shù)均分子量，基質(zhì)瀝青的Rq和Ra與SBS改性瀝青的離析程度關(guān)聯(lián)性最好，即基質(zhì)瀝青的表面粗糙度對SBS改性瀝青的熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性影響最大。

3種SBS改性瀝青樣品的原子力顯微鏡微觀形貌圖如圖8所示。對比圖7和8可知，SBS改性瀝青表面的“蜂狀結(jié)構(gòu)”相比基質(zhì)瀝青表面的“蜂狀結(jié)構(gòu)”數(shù)量增多、尺寸減小，但面積占比增加。究其原因在于，SBS與瀝青中的輕組分在高溫下發(fā)生溶脹反應(yīng)，形成了均勻穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減小了瀝青分子自由擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng)的空間，相態(tài)變化只能發(fā)生在較小區(qū)域內(nèi)，所以AFM觀察的改性瀝青表面形貌起伏降低，“蜂狀結(jié)構(gòu)”尺寸減小，數(shù)量增多[18]。

表7給出了不同改性瀝青樣品的聚合物相顆粒特性，包括顆?？倲?shù)、顆粒分布密度、平均高度、平均粒徑、最小粒徑和最大粒徑。就分布密度而言，C改性顆粒的分布密度最大，A改性居中，B改性最小。就顆粒平均高度而言，A改性的顆粒平均高度最大，C改性次之，B改性最小。就顆粒尺寸而言，所有瀝青樣品的顆粒最小粒徑均在0.468μm，這與AFM的分辨率具有一定關(guān)系，但最大粒徑之間差距卻較大[19]。相比之下，C改性的顆粒尺寸最大，其次是A改性，B改性則最小，而平均粒徑最大的是A改性。由圖8可知，A改性聚合物相互連接，從而使其平均粒徑最大。對比顆粒的最大粒徑和平均粒徑，基質(zhì)瀝青類別對粒徑的尺寸具有一定影響。表8給出了SBS改性瀝青試樣的表面粗糙度。由表5、8可知，基質(zhì)瀝青中加入SBS后，瀝青表面的起伏程度明顯降低，粗糙度大幅減小，瀝青的“蜂狀結(jié)構(gòu)”與“非蜂狀結(jié)構(gòu)”差異性隨之降低，與SBS改性瀝青表面微觀顆粒特性規(guī)律一致，其表面粗糙度的大小和離析程度具有較好的相關(guān)性。

圖8 SBS改性瀝青試樣二維高度和三維相位圖

表7 不同SBS改性瀝青顆粒特性表

表8 SBS改性瀝青試樣表面粗糙度表單位:nm

不同基質(zhì)瀝青對應(yīng)的SBS改性瀝青紅外光譜圖如圖9所示，SBS改性瀝青在966 cm-1附近有一很強(qiáng)的吸收峰，屬于SBS的特征吸收峰。在1 377 cm-1附近的屬于基質(zhì)瀝青特征吸收峰，主要是和中在面內(nèi)伸縮振動(dòng)的結(jié)果。分析SBS改性瀝青上、下部在966、1 377 cm-1附近的特征吸收峰，繪制S966/S1377特征峰比值圖如圖10所示。A改性的上、下部特征峰比值差值較大，而B改性和C改性的上、下部特征峰比值差值較小。究其原因在于，在熱存儲(chǔ)條件下，隨著時(shí)間的延長，3種改性瀝青的SBS和瀝青相分離程度不同。A改性的兩相體系分離程度大，SBS凝聚、上浮于瀝青表面，上部官能團(tuán)大量增加，下部官能團(tuán)大量減少。因此，通過比較S699/S1377的值也可用于表征SBS改性瀝青的離析程度。

圖9 SBS改性瀝青紅外光譜圖

圖10 SBS改性瀝青特征峰比值圖

3 結(jié)論

論文研究了基質(zhì)瀝青微觀結(jié)構(gòu)特性對SBS改性瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性的重要影響，采用傅立葉變換紅外光譜、凝膠滲透色譜和原子力顯微技術(shù)，利用灰關(guān)聯(lián)法建立基質(zhì)瀝青微觀特性與SBS改性瀝青宏觀性能之間的關(guān)聯(lián)性，綜合分析主要得出以下結(jié)論:

(1)SBS改性瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性研究實(shí)際上是SBS與瀝青兩相體系之間相容性的研究。一般地，SBS與基質(zhì)瀝青相容性越好，兩相體系狀態(tài)越穩(wěn)定，表現(xiàn)為改性瀝青上下部的離析軟化點(diǎn)差、復(fù)數(shù)模量差和相位角差越小，其熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性越好。

(2)基質(zhì)瀝青微觀結(jié)構(gòu)特性對SBS改性瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性有一定影響。SBS改性劑與基質(zhì)瀝青兩相體系的相容性與芳烴典型特征峰含量有重要關(guān)系，芳烴含量越高，兩相體系相容性越好，改性瀝青熱穩(wěn)定性越好；數(shù)均分子量Mn表征瀝青內(nèi)部分子間的相互作用關(guān)系，Mn越大，改性瀝青熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性越好；瀝青表面粗糙度反映瀝青表面聚合物在瀝青相中的比例，粗糙度越小，所對應(yīng)的改性瀝青熱存儲(chǔ)穩(wěn)定性越好。

(3)基質(zhì)瀝青表面粗糙度對SBS改性瀝青存儲(chǔ)穩(wěn)定性影響最大，隨著粗糙度的減小，存儲(chǔ)穩(wěn)定性越好；紅外特征峰面積對其影響次之，基質(zhì)瀝青中的芳烴典型吸收峰含量與存儲(chǔ)穩(wěn)定性存在正相關(guān)關(guān)系；數(shù)均分子量對改性瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性影響最小，且存在正相關(guān)關(guān)系。