SBS改性沥青的相容性研究
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第２３卷第２期 ２００７年６月 长沙交通学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＡＮＧＳＨＡ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｖｏ１．２３ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ． ２００７
文章编号：１０００—９７７９（２００７）０２一ｏ０２５—０７ ＳＢＳ改性沥青的相容性研究
冯新军 ，郝培文２，薜航 （１．长沙理工大学公路工程学院，湖南长沙４１００７６；２．长安大学公路学院，陕西西安７１００６４； ３．开封公路管理局，河南开封４７５０００）
摘要：对不同类型、不同牌号的ＳＢＳ和不同的基质沥青按照相同的加工工艺制备ＳＢＳ改性 沥青，通过技术指标试验来分析ＳＢＳ类型、牌号和基质沥青对ＳＢＳ改性沥青性能的影响，结 果表明：星型ＳＢＳ的改性效果并不一定优于线型ＳＢＳ，但嵌段比为３０／７０ＳＢＳ的改性效果优于 嵌段比为４０／６０ＳＢＳ的；－７同一类型ＳＢＳ改性剂相容性越好的基质沥青，其改性效果越好；组 分比Ｒ＞３的基质沥青与ＳＢＳ有较好的相容性．将合理剂量的增容剂ｚ和稳定剂 掺加到 ＳＢＳ改性兰炼沥青中，可显著改善其相容性，同时能提高其路用性能，使其达到规范要求． 关键词：ＳＢＳ改性沥青；配伍性；相容性；增容剂；稳定剂 中图分类号：Ｕ４１６．２１７ 文献标识码：Ａ
聚合物改性沥青由于可以提高和改善路面使用性能已得到广泛应用，其中ＳＢＳ聚合物（Ｓｔｙｒｅｎｅ— Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ—Ｓｔｙｒｅｎｅ，简称ＳＢＳ）改性沥青又以其能够显著提高沥青路面高温抗车辙、低温抗开裂能力、抗 老化能力和耐疲劳性能而成为聚合物改性沥青的主要品种．但是，由于ＳＢＳ与基质沥青存在着配伍性， 即不同类型和牌号的ＳＢＳ、不同类型的基质沥青组成会严重影响ＳＢＳ改性沥青的技术性能；另外，由于 ＳＢＳ聚合物与沥青在分子量、密度、溶解度参数及其他物理、化学性质等方面均存在着较大的差异，致使 两者之间的相容性较差，它们形成的是一种不稳定体系，ＳＢＳ均有自沥青中离析出来的倾向．一旦停止 搅拌，绝大多数聚合物改性沥青会出现分层、离析现象 “Ｊ．因此，本研究首先通过对比试验，分析不同 类型、不同牌号的ＳＢＳ改性剂与不同基质沥青的配伍性和相容性的优劣，然后采用在ＳＢＳ与沥青混和 过程中加入增容剂和稳定剂的方法提高ＳＢＳ改性沥青的相容性和路用性能．
１ 原材料的性质及改性沥青的加工工艺 １．１基质沥青 采用３种不同的基质沥青：兰炼９０ 沥青、埃索９０ 沥青和韩国ＳＫ９０ 沥青，其技术指标测定＿５ 结果
见表１，４组分分析结果见表２． １．２ ＳＢＳ改性剂 采用岳阳石化合成橡胶厂生产的２种类型（４种牌号）的ＳＢＳ改性剂，外观均呈白色立柱状，其物理
力学性能指标见表３． １．３ ＳＢＳ改性沥青的加工工艺 本研究采用高速剪切混合乳化机制备ＳＢＳ改性沥青，剪切速度３ ０００～５ ０００￣／ｍｉｎ．加工ＳＢＳ改 性沥青时，先将沥青加热到１７５ ｏＣ，加入ＳＢＳ，人工搅拌１０ ｍｉｎ，然后，在１７０～１８０℃温度范围内连续剪 切１５ ｍｉｎ，放入１７５℃烘箱中发育１５ ｍｉｎ；取出，再在１７０～１８０ ｏＣ温度范围内连续剪切１０ ｍｉｎ后，放入
收稿日期：２００６—１２—１４ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５９９０８００８） 作者简介：冯新军（１９７１一），男，长沙理工大学讲师，博士．
维普资讯 http://www.cqvip.com 长沙交通学 院学报 第２３卷 １７５℃烘箱中发育６０ ｍｉｎ，即制成改性沥青． 表１基质沥青的技术性质
基质沥青 延度／ｃｍ ５℃ １０℃ １５℃ 旋转薄膜加热试验（１６３℃，７５ ｒａｉｎ） 质量损失 针入度比 延度（５℃）延度（１５℃） ／％（２５℃１／％ ／ｃｍ ／ｃｍ
牌号 结构嵌段比 。。 应力 扯 率扯断 变形 ２ ＳＢＳ改性沥青的相容性试验研究 在兰炼沥青和埃索沥青两种基质沥青中，分别掺加５％的道改二号、ＹＨ一８０２、ＹＨ一７９１和ＹＨ一 ７９２ＳＢＳ改性剂，按相同的力旺工艺制备改性沥青，依据《公路沥青路面施工技术规范》（ＪＴＧＦ４０—２００４） 所规定的技术指标对改性沥青进行测试，然后对试验结果进行分析． ＳＢＳ改性沥青的感温性采用针入度指数 来评价；高温稳定性采用实测软化点作为评价指标；低 温抗裂性采用５℃延度来进行评价；抗老化性能采用旋转薄膜烘箱后的残留针入度比进行评价；弹性性 能采用２５℃弹性恢复进行评价． ２．１不同改性剂与同一种基质沥青试验结果及分析 在埃索Ａ级９０ 沥青中，分别掺加５％的道改二号、ＹＨ一８０２、ＹＨ一７９１和ＹＨ一７９２ＳＢＳ改性剂制备 改性沥青，其指标试验结果见表４． 表４不同改性剂与埃索９ｏ 沥青试验的结果
维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 冯新军，等：ＳＢＳ改性沥青的相容性研究 ２７ 由表４可知： １）不仅２种类型的ＳＢＳ改性剂对同一种基质沥青的改性效果不同 Ｊ，就是同一类型不同牌号的 ＳＢＳ改性剂对同一种基质沥青的改性效果也不相同． ２）比较４种牌号的ＳＢＳ改性沥青的针人度指数 、软化点、５℃延度、２５℃弹性恢复和ＲＴＦＯＴ后 残留物针人度比可知，４种牌号的ＳＢＳ改性沥青的感温性能、高温稳定性、低温抗裂性、弹性恢复性能及 抗老化性能从优到劣排序是一致的：道改二号＞ＹＨ一７９１＞ＹＨ一７９２＞ＹＨ一８０２，因此，不能说星型ＳＢＳ 的改性效果一定优于线型ＳＢＳ，但可以说嵌段比为３０／７０ＳＢＳ的改性效果优于嵌段比为４ｏ／６ＯｓＢｓ的． ３）４种牌号ＳＢＳ改性沥青的离析试验软化点差均符合现行规范提出的技术要求≤２．５ ｏＣ，这表明 ４种牌号的ＳＢＳ与埃索９Ｏ 沥青相容性都较好． ２．２同一改性剂与不同基质沥青试验结果及分析 在埃索９Ｏ 沥青、兰炼９Ｏ 沥青和韩国ＳＫ９０ 沥青３种基质沥青中，分别掺加５％的道改二号和 ＹＨ一７９１ ＳＢＳ改性剂制备改性沥青，其指标试验结果见表５． 表５同一改性剂与不同基质沥青试验结果
从表５可知： １）同一类型的ＳＢＳ改性剂对不同基质沥青的改性效果是不同的． ２）同一类型的ＳＢＳ改性剂对基质沥青的改性效果优劣排序为：埃索＞韩国ＳＫ＞兰炼．经道改二号 ＳＢＳ改性后，３种改性沥青的高温稳定性、低温抗裂性、弹性性能、抗老化性能优劣排序均为：埃索＞韩 国ＳＫ＞兰炼，而感温性能排序相反；经ＹＨ一７９１ＳＢＳ改性后，３种改性沥青的高温稳定性、低温抗裂性、 弹性性能优劣排序均为：埃索＞韩国ＳＫ＞兰炼，而感温性能和抗老化性能排序相反．造成ＳＢＳ改性埃索 沥青的感温性能、抗老化性能稍差的原因是埃索基质沥青本身的感温性能和抗老化性能比兰炼基质沥 青及韩国ＳＫ沥青稍差． ３）３种ＳＢＳ改性沥青的离析软化点差由小到大排序为：埃索＜韩国ＳＫ＜兰炼，表明３种ＳＢＳ改性 沥青的相容性优劣排序为：埃索＞韩国ＳＫ＞兰炼．这主要是因为３种沥青的芳香分含量大小排序为：埃 索＞韩国ＳＫ＞兰炼，而ＳＢＳ与芳香分含量高、饱和分含量低的沥青相容性更好．根据试验结果分析，本 研究提出了一个组分比Ｒ＝（芳香分＋胶质）／（饱和分＋沥青质）来分析基质沥青和ＳＢＳ的相容性，并 认为Ｒ＞３的基质沥青与ＳＢＳ有较好的相容性，并且尺越大，与ＳＢＳ的相容性越好．综合分析，可以得出 结论：与同一类型的ＳＢＳ改性剂相容性越好的基质沥青，其改性效果越好． ２．３ ＳＢＳ改性沥青荧光显微试验结果及分析 ＳＢＳ聚合物改性沥青是通过将ＳＢＳ粒子（微米级）分散、溶胀于沥青中，从而将ＳＢＳ的性能传递到 沥青中去．ＳＢＳ改性沥青按照相的连续性可以分成３种基本类型：第１种是沥青相为连续相、ＳＢＳ相为 分散相的单相连续结构；第２种是ＳＢＳ相为连续相而沥青相为分散相的单相连续结构；第３种是两相连 续结构，即沥青相和ＳＢＳ相都是连续的 Ｊ． 针对埃索ＡＨ一９０ 沥青和兰炼ＡＨ一９０ 沥青，分别掺加５％的道改二号和ＹＨ一７９１ ＳＢＳ改性剂制备 改性沥青进行荧光显微镜照相（放大４００倍），其荧光显微镜照片见图１，２．从图１，２可知： １）对于ＳＢＳ改性埃索沥青，无论道改二号还是ＹＨ一７９１ ＳＢＳ都与埃索沥青形成了均匀的两相连续
维普资讯 http://www.cqvip.com 长沙交通学 院学报 第２３卷 的互穿网络结构（即ＳＢＳ相与沥青相各自形成连续网络而且相互贯穿），ＳＢＳ粒子与沥青的相界面不明 显，且ＳＢＳ粒子由于吸收了较多的油分，其颜色已变成灰黑色，表明ＳＢＳ与埃索沥青相容性很好． ２）对于ＳＢＳ改性兰炼沥青，无论道改二号还是ＹＨ一７９１ＳＢＳ粒子都是以白色圆球体的形式较均匀 地分散在沥青相中，ＳＢＳ粒子与沥青的相界面明显，它形成的是沥青相为连续相、ＳＢＳ相为分散相的单 相连续结构，说明ＳＢＳ粒子并没有得到较充分的溶胀，即ＳＢＳ与兰炼沥青相容性不好． ３）在同一种基质沥青中，道改二号ＳＢＳ粒子的面积百分率比ＹＨ一７９１ＳＢＳ粒子的面积百分率要 小，表明ＹＨ一７９１ＳＢＳ粒子比道改二号ＳＢＳ粒子能吸收更多基质沥青的油分，溶胀得更充分，即ＹＨ一 ７９１ＳＢＳ比道改二号ＳＢＳ与沥青有更好的相容性．
（ａ）道改二号ＳＢＳ改性埃索沥青 （ｂ）ＹＨ－７９１ＳＢＳ改性埃索沥青 图１ ＳＢＳ改性埃索沥青荧光显微照片
（ａ）道改二号ＳＢＳ改性兰炼沥青 （ｂ）ＹＨ－７９１ＳＢＳ改性兰炼沥青
图２ ＳＢＳ改性兰炼沥青荧光显微照片
３反应性共混改性沥青试验结果及分析 本研究表明：ＳＢＳ改性兰炼沥青的相容性很差，离析非常严重．因此，针对５％道改二号ＳＢＳ改性兰 炼沥青，采用在ＳＢＳ与沥青混合过程中加入增容剂和稳定剂制备反应性共混改性沥青的方法：通过增 容剂可使ＳＢＳ溶胀得更充分，在沥青中分散更均匀；通过稳定剂可使ＳＢＳ与沥青之间以及ＳＢＳ之间发 生交联、接枝等化学反应形成网络结构，从而提高ＳＢＳ与沥青之间的热储存稳定性 ８，９ ． 由于ＳＢＳ与芳香分含量高的沥青相容性好，因此，选用某种芳香分含量很高的石油馏分作为增容 剂，记为ｚ．在ＳＢＳ中，聚苯乙烯微区起物理交联点的作用，它的数量和强度决定了ＳＢＳ的塑性强度，聚 苯乙烯微区过多或强度过大必然导致ＳＢＳ塑性成分增加，从而增加了ＳＢＳ在沥青中分散的难度．加入 高芳香分含量高的增容剂ｚ后，它能够渗透进入ＳＢＳ的聚苯乙烯微区，使其溶胀，增大各链段间的距 离，降低各链段间的作用力，减弱链段间相互运动的摩擦力，使其运动能力增强，微区自身运动加剧，促 使ＳＢＳ在沥青中分散得更均匀，起到类似塑料增塑剂的作用，改善了ＳＢＳ和沥青的相容性 Ｊ． 虽然增容剂能够促使ＳＢＳ在沥青中分散更均匀，一定程度上改善ＳＢＳ与沥青的相容性，但增容剂 和ＳＢＳ之间仅仅是一种物理吸附作用，其作用力较弱，因而在热储存过程中，ＳＢＳ仍可能发生离析凝聚． 故还需采用其他办法（如加人稳定剂），使沥青与ＳＢＳ之间及ＳＢＳ之间发生化学反应，则可以阻止ＳＢＳ
