結(jié)構(gòu)對(duì)改性瀝青性能的影響03

1、SBS結(jié)構(gòu)對(duì)改性瀝青性能的影響劉貴男(中石化資產(chǎn)分公司長(zhǎng)嶺瀝青廠)摘要：本文主要以兩種不同S/B的線型SBS（A、B）和星型SBS（C）為例，研究了不同SBS結(jié)構(gòu)對(duì)改性瀝青性能的影響。結(jié)果表明：不同結(jié)構(gòu)的SBS由于與瀝青的相容性不同，對(duì)基質(zhì)瀝青的改性效果有所不同。同等質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，S/B高的線型SBS改性瀝青比S/B小的線型SBS改性瀝青的針入度、延度較小、抗老化性能強(qiáng)；星型SBS改性瀝青軟化點(diǎn)和針入度的指標(biāo)優(yōu)于線型SBS改性瀝青；星型SBS的改性效果與改性劑和基質(zhì)瀝青的配伍性有很大的關(guān)系。關(guān)鍵詞：SBS結(jié)構(gòu)、基質(zhì)瀝青、改性瀝青前言聚合物改性瀝青由于可以提高和改善瀝青路面使用性能、延長(zhǎng)道路的使用

2、壽命現(xiàn)已得到了廣泛應(yīng)用。聚合物改性瀝青種類繁多，其性能隨聚合物品種的不同而不同。其中SBS聚合物改性瀝青由于能夠顯著提高瀝青路面高溫抗車轍、低溫抗開(kāi)裂以及增強(qiáng)抗老化、改善疲勞等性能而成為聚合物改性瀝青的主要品種1。SBS聚合物改性瀝青在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用，在我國(guó)常用的SBS改性劑主要是線型和星型兩種。SBS與基質(zhì)瀝青存在著配伍性，不同的基質(zhì)瀝青組成會(huì)嚴(yán)重影響SBS改性瀝青的技術(shù)性能。因此，選擇不同類型和牌號(hào)SBS，研究其對(duì)改性瀝青技術(shù)性能的影響，對(duì)于正確認(rèn)識(shí)和應(yīng)用SBS改性瀝青有著積極的意義2。1. 原材料的性質(zhì)及分析方法1.1 基質(zhì)瀝青實(shí)驗(yàn)采用的瀝青為國(guó)產(chǎn)三種70A重交通基質(zhì)瀝青：、，其性

3、質(zhì)見(jiàn)表1。表 1 三種70A重交通基質(zhì)瀝青指標(biāo)基質(zhì)瀝青種類25針入度/0.1mm66.867.473.7軟化點(diǎn)/49.148.947.910延度/cm606058.0TFOT后殘留物質(zhì)量損失/%0.180.150.1610延度/cm7.07.07.025針入度比65.363.764.11.2 改性劑和穩(wěn)定劑試驗(yàn)共采用了A、B、C三個(gè)型號(hào)的SBS改性劑，其中A和B為線性SBS，C為星型SBS。三種改性劑均呈白色立柱樁，物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表2。穩(wěn)定劑為外采穩(wěn)定劑，呈黃色粉末狀。1.3 分析方法基質(zhì)瀝青和改性瀝青各項(xiàng)指標(biāo)按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E20-2011)進(jìn)行分析。表2 三種

4、改性劑SBS聚合物的物理力學(xué)性能指標(biāo)項(xiàng)目ABC改性劑類型線型線型星型嵌段比S/B30/7040/6030/70揮發(fā)分/%0.70.70.7300%定伸應(yīng)力/MPa2.53.42.0拉伸強(qiáng)度/MPa18.022.07.0扯斷伸長(zhǎng)率/%815750550扯斷永久變形2050402. 改性瀝青制備工藝試驗(yàn)采用高速剪切混合乳化機(jī)制備SBS改性瀝青，剪切速度為3800-4200r/min。制備SBS改性瀝青樣品時(shí)，先將基質(zhì)瀝青加熱到175，加人3%SBS改性劑和0.3%穩(wěn)定劑，攪拌溶脹30min，然后在185- 190溫度范圍內(nèi)連續(xù)剪切40min，接著在180的條件發(fā)育3h，即制成改性瀝青。試驗(yàn)結(jié)果如表

5、3、表4所示。表3 線型改性劑對(duì)同種瀝青改性效果的對(duì)比試驗(yàn)編號(hào)12項(xiàng)目AB25針入度/0.1mm56.455.6軟化點(diǎn)/63.758.65延度/cm33.731.5彈性恢復(fù)率/%6563TFOT后殘留物質(zhì)量損失0.100.105延度/cm14.1斷25針入度比/%72.170.5離析（163,48h）/0.12.0表4 星型改性劑C對(duì)、三種瀝青改性效果的對(duì)比試驗(yàn)編號(hào)356基質(zhì)瀝青25針入度/0.1mm52.149.350.5軟化點(diǎn)/67.564.672.35延度/cm42.824.218.3TFOT后殘留物樣品交聯(lián)質(zhì)量損失0.110.115延度/cm17.910.125針入度比/%80.382

6、.0離析（163,48h）/2.35.1203. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論根據(jù)表3和表4數(shù)據(jù)可以看出，三種基質(zhì)瀝青經(jīng)不同結(jié)構(gòu)的SBS改性后，性質(zhì)均有明顯變化，但變化程度不同，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。3.1 線型改性劑結(jié)構(gòu)對(duì)改性瀝青性能的影響SBS具有多相結(jié)構(gòu)，每個(gè)丁二烯鏈段(B)的末端都連接一個(gè)苯乙烯嵌段(S)，兩端的苯乙烯嵌段聚合物在一起形成物理交聯(lián)區(qū)域，成為分散相，而聚合在一起的丁二烯鏈段形成連續(xù)相，SBS通過(guò)聚苯乙烯的聚集形成一種三維結(jié)構(gòu)，PB和PS鏈段使SBS具有兩個(gè)玻璃化溫度：Tg1:,為-80左右，Tg2為90左右。這種結(jié)構(gòu)特征使SBS高溫下具有塑性,低溫下具有橡膠特性3。表3為兩種不同S/

7、B線型改性劑對(duì)改性瀝青性能的影響。由表3可見(jiàn)，對(duì)于基質(zhì)瀝青在相同SBS用量下，B型改性瀝青比A型改性瀝青的針入度小，這是由于B型改性劑的S/B為40/60，A型改性劑的S/B為30/70，B型改性劑中的PS段更多，前者的PS段摩爾質(zhì)量較大、物理交聯(lián)程度較高，硬度較大，使得針入度較小。SBS在本實(shí)驗(yàn)的摻量下，A型改性瀝青比B型改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性好。這是由于PS段間的內(nèi)聚力大，后者的PS段含量較高，摩爾質(zhì)量大，分散較困難，即便通過(guò)機(jī)械作用進(jìn)行很好的分散，SBS微粒也更容易聚集，使得B型改性瀝青的儲(chǔ)存穩(wěn)定性差。這說(shuō)明SBS在此摻量下，A型改性劑更易分散于瀝青中，能夠更好的減弱瀝青的高溫流動(dòng)傾向，因

8、而A型改性瀝青的軟化點(diǎn)高。在低溫情況下，A型改性瀝青的延度優(yōu)于B型改性瀝青，且A型改性瀝青的彈性恢復(fù)率也優(yōu)于B型改性瀝青。這主要是由于前者的PB鏈段含量較高，柔性PB鏈段的內(nèi)旋轉(zhuǎn)使分子鏈更易運(yùn)動(dòng)，更易恢復(fù)到最佳狀態(tài)，因而A型改性瀝青的低溫延度好、彈性恢復(fù)率大。此外，從表3的RTFOT試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，A型改性瀝青老化后的5延度，25針入度比均優(yōu)于B型改性瀝青。這說(shuō)明A型改性劑的抗老化性能比B型改性劑好，更適合生產(chǎn)對(duì)老化性能要求高的高等級(jí)公路改性瀝青。3.2 星型改性劑對(duì)改性瀝青性能的影響表4為星型改性劑對(duì)3種70A重交通基質(zhì)瀝青的改性效果對(duì)比。從表4的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，在改性劑和穩(wěn)定劑摻量相同的情況下，星

9、型改性劑對(duì)不同基質(zhì)瀝青的改性效果有很大差異，3、4、5號(hào)試驗(yàn)樣品的針入度、質(zhì)量損失相差較小，但其他指標(biāo)有很大的差別，特別是3號(hào)試驗(yàn)樣品經(jīng)TFOT后發(fā)生了交聯(lián)現(xiàn)象，不適合使用此型號(hào)的星型改性劑進(jìn)行改性。這說(shuō)明星型改性劑對(duì)基質(zhì)瀝青的配伍性有較大要求，并不是所有的基質(zhì)瀝青都適合用星型改性劑進(jìn)行改性。3號(hào)試驗(yàn)樣品的離析值為2.3，小于4、5號(hào)試驗(yàn)樣品，且其針入度、軟化點(diǎn)、延度、TFOT老化性質(zhì)指標(biāo)最好，表明星型改性劑與基質(zhì)瀝青具有很好的配伍性時(shí)，星型改性劑的改性效果非常顯著，而與基質(zhì)瀝青的配伍性次之，與基質(zhì)瀝青的配伍性最差。對(duì)比表3、表4數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)星型改性劑改性瀝青比線型改性劑改性瀝青的軟化點(diǎn)大、

10、針入度小，這是由于星型結(jié)構(gòu)改性劑分子具有更多的交聯(lián)點(diǎn)，在瀝青相中能夠形成更加穩(wěn)定的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在高溫狀態(tài)下更能阻礙瀝青流動(dòng)3，因此通常星型改性劑改性瀝青具有較好的高溫性能，即軟化點(diǎn)較高、針入度較小。此外，由于星型結(jié)構(gòu)改性劑分子有更多的交聯(lián)點(diǎn)，加入穩(wěn)定劑后反應(yīng)相對(duì)較劇烈，容易發(fā)生交聯(lián)現(xiàn)象。所以，并不是所有的基質(zhì)瀝青都適合用星型改性劑進(jìn)行改性。4. 結(jié)論1）不同結(jié)構(gòu)類型的改性劑都能提高軟化點(diǎn)，降低針入度，改善高、低溫性能。2）不同S/B的改性劑對(duì)同一種基質(zhì)瀝青的改性效果有很大差別，主要與SBS的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明S/B為30/70的A型改性劑的改性效果優(yōu)于S/B為40/60的B型改性劑，且A型改性瀝青更適合長(zhǎng)期儲(chǔ)存以及具有更好抗老化能力。3）星型SBS改性瀝青相比于線型SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)高，針入度小，但其改性效果與基質(zhì)瀝青的配伍性有很大的關(guān)系。5. 建議 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車輛越來(lái)越多，交通量日益增大，如今對(duì)鋪筑瀝青路面的改性瀝青提出的要求越來(lái)越高，單純的采用線型改性劑進(jìn)行生產(chǎn)成本的壓力越來(lái)越大。星型改性劑能有效的提高軟化點(diǎn)、降低針入度。為了降低生產(chǎn)成本，建議進(jìn)一步探索將星型改性劑和線型改性劑進(jìn)行互配改性的效果，結(jié)合星型改性劑和線型改性劑二者的優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)出高指標(biāo)的高等級(jí)公路改性瀝青，滿足