SBS与SBR胶粉复合改性沥青性能研究

试验方法

SBS改性沥青制备。

将基质沥青加热到160℃，加入称量好的SBS，溶胀30min，然后升温到180℃开始剪切，剪切速率为4000~5000r/min，剪切时间为1h，剪切完毕后再降温到160℃加入稳定剂搅拌30min，即制得SBS改性沥青。

SBR改性沥青制备。

将基质沥青加热到130℃，加入称量好的SBR胶粉，搅拌溶胀50min，然后升温到150℃~160℃之间，4000r/min剪切10min即可制得SBR胶粉改性沥青。

SBS与SBR胶粉复合改性沥青。

试验采用将SBR胶粉加入已制备好的SBS改性沥青的方法制备复合改性沥青。具体流程为：将SBS改性沥青加热到150℃，加入SBR胶粉搅拌溶胀50min，然后升温到160℃，5000r/min剪切30min即制得复合改性沥青。

复合改性沥青的耐紫外线老化能力。

青海地区沥青的老化主要是在热氧老化和紫外线老化共同作用下进行的，所以试验将不同配比的复合改性沥青先进行薄膜老化，然后再进行不同老化时间的紫外线老化试验，具体试验如下：根据赵静调查分析的青海省紫外线辐射情况，在室内紫外线环境箱内加速模拟紫外线下沥青老化行为，根据三大指标结果评价复合改性沥青的耐紫外线老化能力。室内紫外线环境箱包括强紫外线光源环境箱、光源系统、温度控制系统、安全控制系统及时间控制系统5个部分。根据老化环境箱设定的辐射强度，通过辐射量的等效关系，可将青海省紫外线辐射时间换算成环境箱辐射时间，从而可用于模拟青海省室外紫外线老化情况。试验采用戴征采用的青海省果洛镇室内外紫外线辐射换算表进行模拟试验。

具体试验过程：将称量好的改性沥青及基质沥青加热后均匀浇入老化盘，放入紫外线老化环境箱内，调节照射强度为580W/m2，控制箱内温度50℃，照射时间36h，每隔12h取出部分样品测试3大指标。

结果与分析

SBS与基质沥青配伍性

沥青性能对沥青混合料的高温稳定性及低温抗裂性有很大影响，所以用于严酷环境下的优质沥青或者改性优质沥青的选择显得非常重要。不同改性剂对基质沥青性能影响不同，不同沥青与相同改性剂作用结果也不同，所以要选择出适宜严峻条件下使用的改性沥青，改性剂与基质沥青配伍性试验显得尤为重要。

同种掺量下SBS与基质沥青配伍性

3种沥青与7种SBS改性剂在5%掺量下，根据试验方案制得21组改性沥青，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定试验方法测其基本性能。

可知，7种SBS改性剂与3种沥青在相同掺量下改性后，各指标存在明显差异。而与基质沥青相比，各改性沥青的高低温性能都得到了大幅度提升。软化点的增加说明SBS对沥青高温稳定性有提高。5℃延度的增加说明SBS对沥青低温抗裂性有改善。

3种基质沥青中，克拉玛依90号加工性最差，改性效果也最差，剪切发育完的改性沥青表面结皮严重，存在严重相容性问题。根据48h离析软化点差指标可以看出各改性沥青的48h软化点差值都不满足文献规定的≤2.5℃的要求，这与克拉玛依沥青的组分含量有关，其芳香分含量很少，不能与SBS很好溶胀，且其小于1%的沥青质决定了其骨架结构很弱，就像一栋大楼，很少的钢筋是不足以支撑整座大楼重量的，所以现阶段将克拉玛依沥青用于改性是需要更多科研工作者的努力。而中海90号除了分子量特别大的4-SBS外，其余6种与沥青的相容性都很好，加工性能也好，但其对关键指标的提升有限，这可能是由于SBS与中海90号配伍性不好导致。由于SBR胶粉对基质沥青的高温性能改善有限，所以复合改性沥青高温性能基本由SBS提供，在第一阶段制备用于严酷条件下的SBS改性沥青需要高低温性能均优良的，而中海的改性效果一般，改性沥青软化点最高65℃，而其延度只有32cm，所以不建议选用中海90号作为基质沥青用于改性。

SK90用7种SBS改性结果显示，7种SBS与SK90改性48h离析软化点差都满足规范要求，这说明SK90与SBS的相容性好。与基质沥青相比各改性沥青的高低温性能都有明显提高。1-SBS的软化点较其他组差，这可能与1-SBS为线型结构有关；3-SBS嵌段比大，高温性能提高但低温延度变差；4-SBS分子量大，高低温性能都有提升，但其与沥青相容性变差，这是由于高分子量的SBS很难与沥青充分混溶，加工困难，所以相容性不佳；从5-SBS和6-SBS可以看出，随星型SBS掺量增大，沥青高低温性能都有提升，说明星型改性剂对沥青性能提升更明显；7-SBS是实验室自制接枝SBS，可以看出接枝SBS可以改善与沥青的相容性，低温性能稍有提升，但高温性能下降明显，这可能与实验室制备接枝SBS过程中引入的有机溶剂有关，也有可能是由于不同的接枝单体、不同的单体接枝率对沥青性能影响不同导致。而2-SBS表现出与基质沥青很好的配伍性，高低温性能优良且相容性较好。

综上所述，星型改性剂2-SBR在掺量为5%时可以与SK90相容性好的情况下提高其高低温性能，所以初步选择SBS类型为2-SBS，沥青种类为SK90。

不同掺量改性剂对沥青性能影响

考虑到改性剂掺量对试验结果的影响，选用4种掺量的SBS与SK90制备SBS改性沥青，4种掺量的SBR胶粉与SK90制备SBR改性沥青。

可知：不同掺量下的改性沥青指标不同，基本规律为随着SBS掺量增大，针入度减少，软化点增加，5℃延度先增加后降低，这与常规试验结果吻合；随改性剂掺量增大，SBS在沥青中网络结构越来越牢固，但改性剂掺量继续增大，沥青中轻质组分已经不能溶解更多的改性剂，多余的改性剂不能与沥青充分混溶，表现为48h软化点差不满足规范规定；添加5%SBS时沥青各项性能均最佳，掺量为6%时虽高温性能优良，但低温性能有所降低，改性效果不佳，考虑到成本问题，SBS最高掺量选用5%。

SBR胶粉改性沥青随掺量增大，针入度降低不明显，软化点提高也有限，但是低温性能有大幅度提升。掺加2%的SBR胶粉可以使沥青低温延度提升将近20倍，加入3%时低温延度可以达到150cm以上，综合考虑相容性及成本，SBR胶粉最高掺量为4%。

综上所述，综合高低温性能、相容性以及成本问题，本试验最佳改性沥青选用SK90，最佳SBS种类为2-SBS，SBS最高掺量为5%，SBR胶粉最高掺量为4%。

SBS与SBR胶粉复合改性沥青

根据上文分析，试验依据复合改性沥青制备工艺，分别将基质沥青、SBS改性沥青、SBR改性沥青、各掺量复合改性沥青进行三大指标及黏韧性、韧性试验。

可知，随着SBS掺量增加，复合改性沥青针入度降低，软化点增加明显，延度呈降低趋势，黏韧性及韧性指标增加。单一SBR改性及加入1%SBS复合改性的结果虽然比基质沥青好，但其韧性指标不佳，随SBS掺量增加，黏韧性指标逐渐达到规范要求，这说明SBS可以改善SBR改性沥青的黏韧性，SBS改性沥青比SBR胶粉改性沥青表现出更好的黏结力，其与石料的黏附性也会更强。2-3、2-4、2-5等3组复合改性沥青针入度变化不大，但随SBS掺量增大，软化点有明显提高趋势，延度降低也很明显，说明SBS对沥青高温性能有益，而其低温延度不如SBR改性沥青。

复合改性沥青耐紫外线老化性能

由复合改性沥青基本指标可知，过多的SBR掺量不能满足改性沥青黏韧性及韧性指标，使沥青与石料结合强度不佳，影响混合料的耐久性，所以本试验选用2-3、2-4、2-5等3组配比的复合改性沥青进行老化试验，将各配比改性沥青先进行薄膜老化后进行不同时间紫外线老化，进一步评价改性剂不同配比对薄膜老化和紫外线老化共同作用下改性沥青性能的影响。

将制备好的不同配比的复合改性沥青按照试验方案进行老化，由数据可看出：在薄膜老化和紫外线老化双重作用下，复合改性沥青高低温性能都出现不同程度的变化，说明老化对复合改性沥青性能影响严重。3组复合改性沥青相比老化前沥青针入度降低，软化点升高，延度降低明显，说明老化后复合改性沥青高温性能变好，低温抗裂性变差。随老化时间延长，复合改性沥青越来越稠，低温延度表现出明显的衰减。

分析3组配比下的复合改性沥青老化后试验结果，3-1组从老化前到老化36h后5℃延度减少了63cm，而3-2减少了40cm，3-3减少了35cm，可以预测3-1的低温延度还会继续明显降低，这可能因为SBR改性沥青的耐紫外线老化能力有限，沥青中大量的SBR存在会加速沥青老化。3-3组由于SBR含量过少，对改性沥青低温延度帮助有限，再经过老化后，复合改性沥青低温延度更加不足。对于3-2组，在老化36h后，沥青软化点达到81℃，而低温延度也有55cm，并且与老化前相比低温延度只下降了40cm，与3-3组的35cm相差不大，改性沥青低温性能衰减比较慢，高温性能有所提升。

综上所述，当SBS掺量为3%，SBR掺量为2%时，制得的复合改性沥青高低温性能及耐紫外线老化性能优良。

结语

(1)不同改性剂与不同基质沥青作用结果不同，要选用沥青及改性剂都应根据不同气候条件和经济性原则，试验验证后再选用。SK90沥青与星型改性剂2-SBS有好的配伍性，而2-SBS接枝后7-SBS高温性能不佳，所以并不是所有的接枝改性剂改性效果都好于原改性剂，接枝SBS与基质沥青也存在配伍性。

(2)SBS与SBR胶粉复合改性沥青可以改善基质沥青的基本性能，SBS可以提高沥青的高温性能，SBR胶粉可以提高沥青的低温性能，复合改性沥青可以发挥二者优势。SBR胶粉改性沥青胶浆黏聚力小于SBS改性沥青胶浆，复合改性沥青可以改善SBR胶粉单一改性的黏聚力不足的问题。

(3)薄膜老化及紫外线老化综合作用下，不同配比复合改性沥青表现出不同的老化程度，说明SBS与SBR胶粉的掺配比例对复合改性沥青的老化作用有影响。试验所用SBS与SBR胶粉复合改性SK90沥青最佳掺量为SBS占3%，SBR胶粉占2%。

(4)试验所得数据均为表面结果，后续还需对复合改性沥青的老化机理做进一步研究。

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