SBS改性沥青改性剂掺量及改性效果评价鄂宇辉(辽宁省交通工程质量与安全监督局,沈阳110005)摘要SBS改性沥青在国内外已广泛应用,但由于缺乏改性剂掺量与改性效果的快速检测方法,无法对其质量进行有效控制。通过系统的室内试验及相关理论分析,最终确定检测与控制方法。关键词SBS改性沥青改性剂掺量改性效果1SBS改性沥青1.1SBS简介SBS(Styrene-Butadiene-Styrene)是一种热塑性弹性体,它是由苯乙烯(硬段S)和丁二烯(构成软段B)组成的,采用阴离子聚合制得的线型或星型嵌段共聚物。分子中间是聚丁二烯,两端是聚苯乙烯。其中丁二烯为软段即弹性段,苯乙烯段为硬段。软段作为连续相,使SBS呈高弹状态,硬段分布于丁二烯之间作为分散相起固定和补强作用。温度升高到超过苯乙烯玻璃化温度(+80)时,网状结构消失,冷却后又重新形成。由于SBS具有二相结构,因此具有两个玻璃化温度(-80相当于丁二烯的玻璃化温度)。在-80~+80范围内,SBS兼具橡胶的弹性和树脂的热塑性,因此具有很好的变形自恢复及裂缝自愈能力,是理想的沥青改性剂。国外的SBS最早是由美国菲利浦公司于1963年开始工业化生产的,随后全世界开始广泛应用。我国利用SBS改性沥青技术是在20世纪80年代初,到目前为止,SBS改性沥青已广泛地应用到高等级公路、市政工程和机场跑道。1.2改性基理SBS之所以能被广泛地用于沥青的改性与它独特的结构有关,在SBS的结构中,硬质的聚苯乙烯端链被聚丁二烯弹性体中央端连接起来,聚苯乙烯和聚丁二烯在常温时有不相容性,共聚物中分子链之间的聚苯乙烯内聚能密度较大,其两端首先分别与另外的聚苯乙烯聚集在一起,形成许多有约束成分的物理交联区域,同时又因其嵌段是柔性的聚丁二烯,可以形成网状结构。这种网状结构具有理想的弹性、塑性和延展性,从而改变沥青的力学性能,但是只有当沥青中的油分使聚合物充分溶胀后才能形成连续网络。由聚合物引起的油流动,可造成沥青胶体体系的不平衡,即使沥青中的芳香分、胶质与沥青质不相容,导致部分或全部沥青质絮凝。已有的试验表明各类改性沥青中,SBS改性沥青的抗永久变形能力最好。聚合物改性沥青一般指物理改性,即聚合物均匀分散沥青中形成聚合物与沥青的混和料。聚合物在沥青中分散均匀程度决定了改性的效果。由于改性道路沥青中SBS的加入量较少,可以理解为SBS是在沥青中发生溶解。这种溶解包括两个过程:先是溶胀过程,然后是扩散过程。即SBS首先吸收沥青中低分子物质溶胀体积增加,然后在热力或机械力的作用下以一定的状态分散在沥青中。当SBS加到热沥青中,沥青开始渗透,进入SBS粒子中,引起SBS的苯乙烯团逐渐溶胀,这时对溶胀的SBS加入强力剪切,在理想的拌和时间内会得到令人满意的分散体系。如果SBS能够均匀分散在沥青中,甚至形成相互交联的网状结构,不但可以改善沥青的高温性能,而且可以明显改善其抗低温变形能力。相反,如果SBS在沥青中分散不均匀或出现凝聚,会出现由于应力集中而使延度降低,SBS改性作用降到最小,甚至有负作用。因此考虑SBS与沥青相容性和分散性可通过低温延度试验来确定。如果SBS在沥青中呈现高相容和高分散则沥青低温延度明显增加。总之,基质沥青通过SBS改性后,高温稳定性有了大幅度提高,低温抗裂性得到增强,温度敏感性减弱,弹性恢复能力提高。2改性剂对改性沥青性能的影响影响改性沥青的因素有很多,如:基质沥青的质量、改性剂的质量、改性剂的掺量、改性沥青的加工工艺、改性沥青的储存及运输方法等。由于本文假 23 第8期北方交通定在基质沥青、改性剂均已进场,加工工艺、储存及运输方法一定的前提下,对改性沥青的改性效果进行研究,因此主要介绍改性剂对改性沥青性能的影响。改性剂的添加作用主要体现在:提高沥青的软化点;使沥青的25针入度下降;使延度的温度敏感性降低,5延度有很大提高。改性剂数量的多少直接决定改性的效果。SBS掺量为4%左右时,SBS对沥青软化点的改善效果与基质沥青类型密切相关;SBS掺量为6%时,不同基质沥青制成的改性沥青软化点则差别不大。这主要是由于SBS掺量为6%,SBS已在基质沥青中形成了较完善的网络状结构,改性沥青此时的软化点主要取决于分散的SBS数量及网络状结构的完善程度,而与基质沥青关系不大。从研究结果来看,SBS在沥青中形成网状结构的掺量应在4%~6%或6%左右。因此,国内在改性沥青生产中的SBS掺量取4%~6%是比较合适的。随SBS掺量增大,延度值有下降之后的回升趋势,这是由于延度试验时改性沥青破坏形态上的差异或由于SBS网络结构改变了基质沥青的变形特性的结果。同时,随温度降低而延度下降比较明显,但在一定温度条件下(5~10),随粉体SBS掺量的增大,延度先减小,后增大,呈凹曲线变化的趋势。基质沥青在温度5左右时延度下降十分显著,相比之下,SBS改性沥青在此温度区域内,延度下降幅度较小。这主要是由于SBS在改性沥青中形成网络状结构,同时SBS网在5温度区域内具备很好的变形适应能力,而SBS掺量较小时SBS网不够完整,这种改性沥青(如SBS掺量2%、4%)5延度相对基质沥青有所改善,但比SBS掺量大的改性沥青5延度要低得多。这充分证明,SBS网状结构对沥青变形性能的实质性影响。3控制指标的研究3.1改性剂质量及掺量控制的现状当前,由于受行业的限制,道路部门还无法对改性剂的质量进行检查,只能通过厂家的出厂合格证明予以确认,因此只能充分相信改性剂生产厂家并通过妥善的保管来确保SBS的质量不受影响。改性剂必须存放在通风条件良好的室内,并且注意防火;码垛不要太高,避免成团结块;生产时随用随时搬到现场,避免紫外线照射引起发黄变质;不用的要及时搬回室内避免雨淋受潮。而SBS改性剂含量的检测技术目前是一项空白,由于无法检查出改性沥青中SBS的含量,因此只能通过有效控制生产时SBS的掺量这一关键环节,这样就要求现场监理每天都应该对控制室的数据设置进行检查,认真核实操作人员是否按照给定的配比进行生产,确实保证改性剂的掺量,除此之外还可以通过改性剂每天的实际用量与当天的沥青混合料的实际数量进行校核来判断改性剂的掺量是否满足设计要求。即使通过这样的双控,我们由于没有任何检测手段,仍无法对改性沥青的掺量进行真实、有效的控制。因此,只能通过改性沥青性能对改性剂掺量进行控制并对改性效果进行评价。然而,仅规范规定的改性沥青的检测指标就有10多项,进行全套检验最少需要3d,这必然会影响工程进度,而且如果进行事后检验,必然会造成很大的经济损失。因此选取决定改性沥青路用性能的关键指标做室内试验,通过指标随改性剂掺量变化趋势及敏感性分析,来确定改性剂掺量控制及评价改性沥青改性效果的指标。3.2各检验指标的比较分析及室内试验根据辽宁省路面工程中应用改性沥青的实践经验,改性剂的最大掺量为内掺5%,因此主要是通过检测不同改性剂掺量的改性沥青的各项主要指标(针入度、软化点、延度、135运动粘度及60动力粘度),来研究改性剂掺量变化对沥青性能的影响。并通过各种试验操作难易程度、精度、操作所需时间及费用等方面的综合分析,最终确定检验指标。改性剂掺量变化范围从1.0%到5.5%,以体现性能指标的变化趋势。考虑到普通公路应用改性沥青时,改性剂掺量较小。因此在较常用的应用范围(3%~5%)以0.5%为步长,以便通过性能指标的检测对改性剂掺量进行精确控制。根据试验结果绘制各指标随改性剂掺量变化图。
第３５卷第４期 、，ｏ１．３５ Ｎｏ．４ 河北工业大学学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＥＢＥＩ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ０Ｆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２００６年８月 Ａｕｇｕｓｔ ２００６
文章编号：１００７．２３７３（２００６）０４．００８６．０５
有机膨润土复配ＳＢＳ改性沥青性能的研究
纪轶来 ，薛 文 ，陈海波 ，董 允
（１．石家庄市公路管理处，石家庄０５００８１；２．天津公路北辰分局，天津３００４００；３．河北唐山市公路处，河北唐山０６３０００ ４．河北工业大学材料科学与工程学院，天津３００１３０）
摘要研究了有机蒙脱土（ＯＭＭＴ）复配ＳＢＳ改性沥青的性能．结果表明：ＳＢＳ改性沥青的改性剂在沥青是以 球状分布于沥青中，ＯＭＭＴ复配ＳＢＳ改性沥青中的改性剂呈微米球状和细务形状；ＯＭＭＴ改性沥青可以提高改 性沥青的高温性能、针入度比和耐老化性能，但对低温性能没有改善．ＯＭＭＴ复配ＳＢＳ改性沥青的高温性能较 好，有较好的耐老化性能，同时储存稳定性能也有一定的改善． 关键词ＯＭＭＴ；改性剂；耐老化性能；储存稳定性 中图分类号Ｕ４１４ 文献标识码Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＯＭＭＴ ａｎｄ ＳＢ Ｓ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ
Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ａｓｐｈａｌｔ
ＪＩ Ｙｉ—ｌａｉ ，ＸＵＥ ＷｌｅＩｌ２，ＣＨＥＮ Ｈａｉ—ｂｏ ，Ｄ０ＮＧ Ｙｕｎ
（１．Ｈｉｇｈｗａｎｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００８１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂｅｉｃｈｅｎ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆＴｉａｎｊｉｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４００， Ｃｈｉｎａ；３．Ｈｉｇｈｗａｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｔａｎｇｓｈａｎ，Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６３０００，Ｃｈｉｎａ；４．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１３０，Ｃｈｉｎａ）
２０１０年４月 石油沥青ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＡＳＰＨＡＬＴ 第２４卷第２期
ＳＢＳ与基质沥青相容性指标的研究
方 杨 郭 莉 李智慧
山西省交通科学研究院（太原０３０００６）
摘要ＳＢＳ与基质沥青的相容性决定了改性沥青相容体系的稳定性。判断相容性的指标 有离析软化点、溶解度参数、 值等。通过计算对比了各个指标的适用性。 关键词ＳＢＳ基质沥青相容性溶解度参数
目前，ＳＢＳ改性沥青在高等级公路中应用十 分广泛。由于沥青组成复杂，来源多样，以及沥
青与ＳＢＳ在分子量、结构、极性等方面的差别，
使得ＳＢＳ与基质沥青的相容性受到各种因素的
影响，最终影响改性效果及存储稳定性。现有的
评价ＳＢＳ与基质沥青的相容性的方法为《公路
工程沥青及沥青混合料试验规程》中 ６６１—
２０００“聚合物改性沥青离析试验”，以离析软化
点差为评价指标。此外，热力学理论中的溶解度
参数 和沥青组分 值均被用来评价沥青的相
容性。离析软化点指标的获取较其余两种指标简
便，且被大量使用，本研究以离析软化点差为基
准指标，探讨溶解度参数６和 对ＳＢＳ改性沥
青相容性的适用性。
１溶解度参数
１９６４年Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄ首先提出溶解度参数的
概念，经过很多科学家的研究得到各种聚合物的
溶解度参数，这一参数成为预测聚合物相容性的
参数之一。Ｈｉｌｄｅｂｒａｎｄ推导出以下公式：
△ ＝ 【（ Ａ＇，１Ｅ，１， 一 “ ］（１）
式中：Ⅳ１及Ⅳ２——组分Ｉ及２的摩尔数；
及＇，２——组分１及２的摩尔体积；
ＡＥ 及△ ——组分Ｉ及２的内聚能；
及 组分ｌ及２的内聚能密度。 ｙ１ ｙ２
溶解度参数即６＝ｌ ｌ。混合焓△ 是
同一种聚合物结构单元之间的作用能与两种聚合 物结构单元之间或聚合物结构单元与溶剂分子问 作用能的不同而产生的。根据公式，两组分溶解
度参数相差越大，溶解过程中吸热更多，越不利
于溶解。因此可以根据溶解度参数预测聚合物之 间的相容性 １】。根据物理化学相容性原理，可
SBS与天然沥青复合改性性能研究
【摘 要】sbs改性沥青因为具有良好的高温低温性能，是现在应用较为广泛的一种沥青改性方法；而天然沥青因为具有良好的高温性能，最近几年发展比较快的一种沥青改性技术。本文通过对sbs和天然沥青的复合改性来进行研究，通过一系列的试验得到具有良好的高低温性能且具有良好经济效益的配方。
【关键词】sbs；天然沥青；复合改性
sbs改性沥青路面具有良好的高低温性能，在应用过程中得到了广大业主的认同，但是因为其价格比普通沥青高20%，因此制约了其在一些资金较为紧张地区的应用。天然沥青改性沥青路面具有优异的高温性能，但其低温性能较差，冬季低温容易开裂，影响路面寿命。通过对改性沥青的试验研究，发现sbs与天然沥青共同改性后的改性沥青具有很好的高低温性能，且降低了使用成本。同时，天然沥青又可以作为一种抗剥落剂，在改性的过程中既起到改善高温性能，又起到增加与矿石粘附性的作用。
sbs是一种高聚物，是苯二烯与丁二烯共聚之后的产品。天然沥青是石油在自然条件下，经千百万年的时间，在温度、压力、气体、无机物触、微生物及水分的综合作用下氧化聚合而成的沥青类物质。由于它长年与自然环境共存，所以性质特别稳定。而天然岩沥青由于产生于岩石裂缝中，所受的压力与温度条件要比其他天然沥青高，故聚合程度很高，分子量也越大，软化点很高。天然岩沥青的基本性质取决于它的聚合程度和纯净度，即软化点的高低及灰份含量的多少。一般情况下，软化点越高，其聚合程度越高，平均分子量也越大。需要指出的是，含含灰份量不同的天然岩沥青不能用软化点的高低比较其性能之优劣，因为灰份也直接影响软化点的高低。只有含灰份量相同的天然岩沥青才可以用软化点来反映它们的氧化聚合程度，即组成情况。
1.试验仪器、材料
1.1试验仪器
沥青针入度仪（天津建筑仪器厂）
恒温烘箱（大连干燥箱厂）
软化点试验仪（北京科学实验仪器厂）
恒温水浴箱（无锡市医疗设备厂）
