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摘  要：利用3種中石油昆侖瀝青，研究了不同基質(zhì)瀝青、相容劑加量對(duì)SBS改性瀝青常規(guī)性質(zhì)的影響，并利用瀝青剪切流變儀測(cè)試了較優(yōu)條件下樣品在不同溫度下的G*/sinδ值，利用彎曲梁流變儀測(cè)試了樣品不同溫度下的勁度模量S和勁度模量變化率m。結(jié)果表明：通過(guò)工藝的優(yōu)化，I-C級(jí)SBS改性瀝青TFOT后的延度（5℃）可達(dá)到40cm，軟化點(diǎn)大于75℃，PG等級(jí)達(dá)到PG70-28等級(jí)，具有優(yōu)良的高低溫性能。

關(guān)鍵詞：SBS改性瀝青；性質(zhì)分析；低溫性能

一引言一

隨著現(xiàn)代交通事業(yè)的發(fā)展，道路部門對(duì)瀝青材料提出了越來(lái)越高的要求瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。寒冷地區(qū)（如東北北區(qū)、內(nèi)蒙東部地區(qū)以及西北地區(qū)）常年氣溫較低，瀝青路面的低溫開(kāi)裂是該地區(qū)最常見(jiàn)的病害之一[1]。低溫開(kāi)裂的出現(xiàn)會(huì)為地表水和雜質(zhì)滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部提供了通道，水和雜質(zhì)的侵蝕作用使基層和路基結(jié)構(gòu)發(fā)生軟化，承載能力降低[2-3]；其次，裂縫影響力路面的平整度和行車安全性，降低了路面的使用壽命[4-5]。瀝青路面的低溫抗裂性能與瀝青結(jié)合料的低溫性能緊密相關(guān)[6]，要求瀝青材料具有優(yōu)良的低溫性能，同時(shí)，由于車輛軸載的提高，對(duì)路面的高溫穩(wěn)定性的要求也日趨提高，要求瀝青材料亦兼顧良好的高溫性能。

本文利用中石油昆侖瀝青資源為原料，通過(guò)原料篩選和工藝優(yōu)化，研發(fā)出低溫性能優(yōu)良，高溫性能兼顧的SBS改性瀝青產(chǎn)品，并對(duì)瀝青性質(zhì)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。

一實(shí)驗(yàn)部分一

產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)要求

本次試驗(yàn)的技術(shù)指標(biāo)要求在交通部規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004中I-C級(jí)SBS改性瀝青技術(shù)要求的基礎(chǔ)上對(duì)軟化點(diǎn)和TFOT后延度（5℃）提出了更高的要求，具體指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 SBS改性瀝青關(guān)鍵技術(shù)要求

由于本次產(chǎn)品針對(duì)寒冷地區(qū)的路面情況而開(kāi)發(fā)，對(duì)其低溫延度要求較高，TFOT后延度（5℃）要求不低于35cm，而普通I-C級(jí)SBS改性瀝青的，TFOT后延度（5℃）要求不低于20cm ，因此，相關(guān)試驗(yàn)工作將圍繞提高產(chǎn)品的低溫延度開(kāi)展。

試驗(yàn)原料

基質(zhì)瀝青采用中石油兩種原油資源生產(chǎn)3種石油瀝青，代號(hào)分別為M-1、M-2和X-1，具體指標(biāo)見(jiàn)表2。改性劑采用中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司生產(chǎn)的T6302H型SBS，具體指標(biāo)見(jiàn)表3。相容劑為一種糠醛抽出油，外觀：棕綠色粘稠狀液體，運(yùn)動(dòng)粘度（100℃）：32mm2/s，穩(wěn)定劑為國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的穩(wěn)定劑，型號(hào)為HMD-2。

表2 基質(zhì)瀝青性質(zhì)分析

注：M-1和M-2為同一油源生產(chǎn)的不同牌號(hào)瀝青，M-2和X-1為不同油源生產(chǎn)的同一牌號(hào)瀝青。

表3 SBS改性劑技術(shù)指標(biāo)

樣品制備

將已準(zhǔn)確稱量的基質(zhì)瀝青和相容劑放于加熱套上加熱使至其處于流動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)基質(zhì)瀝青的溫度達(dá)到185℃時(shí)，逐漸緩慢加入一定比例的SBS，并開(kāi)啟剪切機(jī)計(jì)時(shí)剪切30分鐘后，加入一定比例的穩(wěn)定劑，180℃下攪拌發(fā)育3小時(shí)，發(fā)育完成后，即制得SBS改性瀝青。

一結(jié)果與分析一

不同基質(zhì)瀝青對(duì)改性瀝青性質(zhì)的影響研究

由于M-1、M-2和X-1三種基質(zhì)瀝青的牌號(hào)有所差別，在固定配方條件下，無(wú)法全面對(duì)比改性瀝青的性能，因此，在本節(jié)試驗(yàn)中固定添加4.6%（外摻，下同）SBS改性劑和0.2%穩(wěn)定劑，通過(guò)添加不同加量的相容劑，將樣品的針入度控制在74-77dmm范圍內(nèi)，考察各基質(zhì)瀝青制備得到的改性瀝青樣品的性質(zhì)差異。數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 不同基質(zhì)瀝青對(duì)改性瀝青性質(zhì)的影響

*為了對(duì)比不同改性瀝青的抗老化能力而設(shè)定抗老化指數(shù)，即為TFOT前后5℃延度的比值。

由上表數(shù)據(jù)可知，不同油源生產(chǎn)的同牌號(hào)瀝青以及同種油源生產(chǎn)的不同牌號(hào)瀝青制備的改性瀝青樣品的低溫性能和抗老化性能差異較大。對(duì)于X-1與M-2瀝青而言，X-1瀝青的改性效果較好，改性瀝青不僅具有較好的高溫性能，而且具有較好的低溫性能，尤其是TFOT后的5℃延度，反映出該種基質(zhì)瀝青制備的改性瀝青的抗老化性能較好；對(duì)于M-1和M-2瀝青而言，添加大量的相容劑能夠顯著提高改性瀝青的低溫性能和抗老化性能，但生產(chǎn)成本較高。因此，選擇X-1瀝青作為基質(zhì)瀝青進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

不同相容劑加量對(duì)改性瀝青性質(zhì)的影響研究

選定改性效果的X-1瀝青作為基質(zhì)瀝青，添加4.6%SBS改性劑，考察不同加量的相容劑對(duì)改性瀝青性質(zhì)的影響規(guī)律，數(shù)據(jù)如圖1-3所示。

圖1 不同相容劑加量對(duì)改性瀝青針入度的影響

針入度能夠在一定程度上表征瀝青的軟硬程度，同等條件下，針入度越大說(shuō)明瀝青越軟。由圖1數(shù)據(jù)可知，相容劑作為軟組分，能夠有效降低改性瀝青的稠度，隨著相容劑加量的增大，改性瀝青的針入度逐漸增大。

圖2 不同相容劑加量對(duì)改性瀝青延度的影響

在改性瀝青的評(píng)價(jià)體系中，5℃延度表征瀝青材料的低溫抗開(kāi)裂性能，該值越大說(shuō)明改性瀝青的抵抗溫縮裂縫的能力越強(qiáng)，低溫條件下的路用性能越好。由圖2可知，隨著相容劑加量的提高，改性瀝青的延度（5℃）逐漸增大，說(shuō)明改性瀝青抗裂性能增強(qiáng)，這是因?yàn)橄嗳輨┑募尤胍环矫娼档土烁男詾r青的黏度，使得瀝青分子在外力作用下產(chǎn)生滑移的能力增強(qiáng)，另一方面，相容劑富含芳香分，能夠有效改善SBS在瀝青中的溶脹，發(fā)揮SBS的改性作用。

圖3 不同相容劑加量對(duì)改性瀝青TFOT后延度的影響

改性瀝青的TFOT后延度是指改性瀝青經(jīng)過(guò)薄膜烘箱老化后的5℃延度，是瀝青在模擬經(jīng)過(guò)瀝青與集料拌合后性能的變化情況，一方面表征改性瀝青的抗老化性能，另一方面表征改性瀝青經(jīng)過(guò)短期老化后的低溫性能。由圖3可知，隨著相容劑加量的提高，改性瀝青TFOT后延度呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，并趨于平緩，說(shuō)明相容劑的加入改善了瀝青的抗老化性能，但加量到達(dá)一定程度后，其改善低溫性能的作用減弱。這是因?yàn)闉r青中芳香分和膠質(zhì)的轉(zhuǎn)化、SBS的溶脹和降解同時(shí)發(fā)生，相容劑加入的初期雖能改善SBS在瀝青的溶脹，使得SBS顆粒逐漸溶脹完全，但隨著加量的提高，SBS發(fā)揮出了最大的改性作用，后期主要表現(xiàn)為SBS的降解對(duì)延度的影響逐漸明顯。

改性工藝的優(yōu)化

為進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，在保證改性瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求的情況下，對(duì)改性瀝青的工藝進(jìn)行了優(yōu)化，相容劑加量選擇8%，SBS加量由4.6%降低為4.3%，考察制備的改性瀝青的各項(xiàng)性質(zhì)。數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 改性工藝的優(yōu)化結(jié)果

由上表數(shù)據(jù)可知，將SBS加量由4.6%降至4.3%后，改性瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)仍能夠滿足技術(shù)要求。

2.4 改性瀝青PG等級(jí)分析

PG分級(jí)中關(guān)于瀝青膠結(jié)料試驗(yàn)是通過(guò)工程學(xué)原理測(cè)量物理性質(zhì)，并同現(xiàn)場(chǎng)性能直接聯(lián)系在一起。瀝青在使用過(guò)程中要經(jīng)歷三個(gè)階段，首先是新鮮的基質(zhì)瀝青，其次是經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)拌合過(guò)后輕微老化的瀝青，最后是路面長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)后的深度老化瀝青。

動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)（DSR）由奧地利安東帕公司生產(chǎn)的MCR旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)定， 將少量樣品放在直徑為25mm的平板夾具的下平板上，調(diào)節(jié)上平板至1000μm，用熱刀將平板周圍擠出的樣品刮凈，恒溫10min后進(jìn)行流變性能測(cè)定；低溫彎曲梁試驗(yàn)（BBR）由美國(guó)cannon公司生產(chǎn)的TE型流變儀進(jìn)行測(cè)定，先將瀝青試樣制成6.25×12.5×125mm的小梁，在某一負(fù)溫條件下用980mN的荷載進(jìn)行加載，測(cè)試加載一定時(shí)間后的撓度和蠕變勁度S（t）等參數(shù)。結(jié)果如表6所示。

表6 改性瀝青PG分級(jí)測(cè)試結(jié)果

一 結(jié)論一

（1）在改性瀝青生產(chǎn)過(guò)程中，添加相容劑能夠顯著提高改性瀝青TFOT后的延度，但是，但加量到達(dá)一定程度后，其改善低溫性能的作用減弱。

（2）中石油昆侖瀝青中X-1瀝青具有優(yōu)良的改性性能，通過(guò)改性配方的優(yōu)化能夠生產(chǎn)出高低溫性能優(yōu)良的改性瀝青產(chǎn)品，TFOT后5℃延度較一般I-C級(jí)SBS改性瀝青顯著提高。

（3）制備的改性瀝青的PG等級(jí)達(dá)到PG70-28等級(jí)，高低溫兼顧，可用于寒冷地區(qū)重載交通路面。

參考文獻(xiàn)

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