母液型SBS改性瀝青材料試驗研究

1、武漢科技大學本科畢業(yè)論文摘要改性瀝青是在生產(chǎn)過程中，在瀝青中摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、天然瀝青、磨細的橡膠粉或者其他材料等外摻劑（改性劑），使原瀝青在使用性能得到明顯的改善。使用適當?shù)母男詾r青能防止和減少路面早期破壞，降低養(yǎng)護費用，延長使用壽命。隨著改性瀝青成本的進一步降低和對路面使用功能要求的提高，改性瀝青已得到越來越廣泛的應用。聚合物改性瀝青是目前相對于其他改性劑來說一種技術(shù)含量和附加值較高的新型優(yōu)質(zhì)筑路材料。SBS改性瀝青作為一種改性瀝青膠結(jié)料，它通過把聚合物摻入道路瀝青中不僅能改善使用其性能，還能顯著延長路面壽命、降低噪聲、提高行車舒適性和安全性。因此本論文以母液型SBS改性瀝青為

2、研究課題，意義重大。 本論文以SBS、石油樹脂、基質(zhì)瀝青、固化劑為原料，制備出幾種不同配合比的改性瀝青，通過測定改性瀝青的液化溫度，針入度，軟化點，延度指標，再將這些指標相互比較，同時與基質(zhì)瀝青作比較，從而得出最佳的配合比。實驗結(jié)果為加入改性劑后的瀝青，與基質(zhì)瀝青相比較，液化溫度、軟化點、延度有所提高，針入度有所降低。表明改性后的瀝青比基質(zhì)瀝青性能有是很大的提高。而通過幾組改性瀝青內(nèi)部作比較，可以看出在加入改性劑的同時，加入適量的石油樹脂和固化劑，也能對瀝青性能有所改善。關(guān)鍵詞：SBS； 改性瀝青； 基質(zhì)瀝青； 比較AbstractModified asphalt is in the prod

3、uction process, in asphalt mixing SBS, rubber, resin, polymer, natural asphalt, ground rubber powder or other material loaded with mixed agent (modifier), to allow asphalt performance has been markedly improved. Using the appropriate modified asphalt pavement to prevent and reduce the early damage,

4、reduce maintenance costs, extend service life. With the cost of asphalt on the road to further reduce the use of functional requirements and the improvement of modified asphalt has been more widely used. Polymer modified asphalt is compared to other modifier is a kind of high technological content a

5、nd added value of new high-quality road construction materials. SBS modified asphalt as a modified asphalt binder, it is the road through the polymer mixed with asphalt, not only can improve the use of its performance, but also significantly prolong the pavement life, reduce noise and improve drivin

6、g comfort and safety. Therefore, this thesis liquor type SBS modified asphalt to study the subject of great significance. The research methodology is based on SBS, petroleum resin, asphalt, curing agent was used to prepare a mix of several different modified asphalt, modified asphalt liquefied by me

7、asuring the temperature, penetration, softening point, ductility index and then compare these indicators with each other, and compared with the asphalt to come to the best mix. The results after the accession to the asphalt modifier, compared with the base asphalt, liquid temperature, softening poin

8、t, ductility increased, the penetration decreased. The experiment results showed that the modified asphalt performance than the base asphalt is greatly improved. And by several groups to compare the internal modifier, adding modifier can be seen in the same time, adding an appropriate amount of petr

9、oleum resin and curing agent, also improved performance on the pitch.Keywords: SBS; Modified asphalt; Matrix asphalt; Compare目 錄1 前言11.1 瀝青改性劑的概述11.1.1 瀝青改性劑的定義11.1.2 瀝青改性劑的代表性種類11.1.3 瀝青改性劑的用途21.1.3.1 公路用途21.1.3.2 防水材料21.1.4 SBS的組成與物理性質(zhì)21.1.5 母液型SBS改性瀝青在我國的發(fā)展狀況21.1.6 母液型SBS改性瀝青在我國的應用狀況31.2 母液型SBS改性

10、劑對瀝青性能的影響41.2.1母液型SBS改性劑對瀝青感溫性的影響41.2.2 母液型SBS改性劑對瀝青儲存穩(wěn)定性的影響41.2.3 母液型SBS改性劑對瀝青液化溫度的影響41.2.4 母液型SBS改性劑對瀝青常規(guī)性能的影響41.3 瀝青和SBS改性劑的相互作用51.3.1 加工階段SBS與瀝青的相互作用51.3.2 施工階段SBS與瀝青的相互作用51.3.3 營運階段SBS與瀝青的相互作用62 實驗材料及所用儀器72.1 原材料的確定72.2 試驗所需的儀器73 試樣制備83.1 改性劑的制備83.2 改性瀝青的制備84 實驗內(nèi)容94.1 實驗中需注意的事項94.2 測定SBS改性瀝青的液化

11、溫度94.3 測定SBS改性瀝青的針入度94.4 測定SBS改性瀝青的軟化點104.5 測定SBS改性瀝青的延度105 實驗結(jié)果及分析115.1 改性瀝青液化溫度實驗的結(jié)果及分析115.1.1 改性瀝青液化溫度試驗的結(jié)果115.1.2 改性瀝青液化溫度試驗結(jié)果的分析125.2 改性瀝青的常規(guī)指標試驗結(jié)果及分析125.2.1 改性瀝青的常規(guī)指標試驗結(jié)果125.2.2 改性瀝青常規(guī)指標試驗結(jié)果的分析156 結(jié)論15參考文獻17致 謝19IV1 前言瀝青混合料是公路、城市道路及機場道路的主要鋪面材料，他直接車輪荷載和各種自然因素，如日照、溫度、空氣、雨水等的作用，其性能和狀態(tài)都會發(fā)生變化。夏天溫度高

12、時，瀝青會融化，硬度降低，冬天的時候又容易出現(xiàn)裂口。為了保證瀝青路面長期保持良好的使用狀態(tài)，瀝青混合料必須具備良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、耐久性以及抗滑性等性能。研究發(fā)現(xiàn)在瀝青中加入改性劑，與瀝青發(fā)生反應，可以大大改善瀝青路面的性能。改性瀝青有很多種，主要有：聚會物類、樹脂類、纖維類等等，現(xiàn)今主要使用的是聚會物改性瀝青。我國使用最多的聚會物改性瀝青是SBS、SBR、PE、EVA這四種。通過對這四種改性瀝青作比較，我們發(fā)現(xiàn)，SBS改性瀝青體現(xiàn)出其他改性瀝青無法比擬的優(yōu)點，故我國改性瀝青以SBS為主。綜上所述，本課題的研究適應科學研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢，不僅有著良好的社會效益和經(jīng)濟效益，而且有著廣

13、闊的市場發(fā)展空間和光明的應用前景。所以本課題以SBS對瀝青性能的影響為研究對象，有著非常重大的意義。1.1 瀝青改性劑的概述1.1.1 瀝青改性劑的定義改性瀝青是指添加了橡膠、樹脂、高分子聚合物、磨細了的膠粉等改性劑，或采用對瀝青進行輕度氧化加工，從而使瀝青的性能得到改善的瀝青混合物。用它鋪設的路面有良好的耐久性、抗磨性，實現(xiàn)高溫不軟化，低溫不開裂。1.1.2 瀝青改性劑的代表性種類常用的瀝青改性劑有SBS，EVA，PE等1。由于瀝青的特殊性能，必須在高溫條件下才能溶化，將改性劑直接加入瀝青中有一定的難度。所以市面上改性劑通常不單獨向瀝青路面工程供應，而是以改性瀝青廠家工廠預制為應用渠道。用戶

14、在現(xiàn)場往往直接使用成品改性瀝青，不需要自己去買改性劑加入其中。在國外，以法國的PR抗車轍劑,德國的DURFLEX為代表2。由于其市場開拓較早,目前在國內(nèi)不少實體工程中得到了應用。在國內(nèi)使用的改性劑通常有三種：（一）丁苯橡膠（SBR）；粉碎后按2%加入瀝青，制成改性瀝青母體，然后使用時再加入一定比例與普通瀝青混合。（二）聚乙?。≒E）；奧地利使用了一種稱之為Novophalt的改性瀝青，使用已有15年的歷史，其后在意大利、捷克、美國也相應推廣使用。在瀝青加入聚乙稀(PE)或再摻苯乙烯共聚物（熱塑料性體(SBS），在表面層中還使用了石棉纖維，稱之為瀝青瑪蹄脂碎石混合料路面(SMA)3。我國首次使用

15、改性瀝青是1994年首都機場高速公路，使用了奧地利技術(shù)NOVOPHALT。（三）北美瀝青UN-A：是美國猶他州東部UINTAH盆地所產(chǎn)的一種天然樹脂，呈塊狀，經(jīng)加工研磨成粉末，成為商品。根據(jù)北京公路局所作試驗，加入5%-10%的UN-A。瀝青的針入度延度脆點以及粘附性、馬歇爾穩(wěn)定度均有明顯的改善。1.1.3 瀝青改性劑的用途1.1.3.1 公路用途目前改性道路瀝青主要用于機場跑道、防水橋面、停車場、運動場、重交通路面、交叉路口和路面轉(zhuǎn)彎處等特殊場合的鋪裝應用4。近來歐洲將改性瀝青應用到公路網(wǎng)的養(yǎng)護和補強，較大地推動了改性道路瀝青的普遍應用。1.1.3.2 防水材料改性瀝青防水卷材和涂料主要用于

16、高檔建筑物的防水工程。隨著科學技術(shù)進步和經(jīng)濟建設事業(yè)的發(fā)展，將進一步推動改性瀝青的品種開發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展5。改性瀝青的品種和制備技術(shù)取決于改性劑的類型、加入量和基質(zhì)瀝青（即原料瀝青）的組成和性質(zhì)。由于改性劑品種繁多，形態(tài)各異，為了使其與石油瀝青形成均勻的可供工程實用的材料，多年來評價了各種類型改性劑，并開發(fā)出相應的配方和制備方法，但多數(shù)已工程實用的改性瀝青屬于專利技術(shù)和專利產(chǎn)品。1.1.4 SBS的組成與物理性質(zhì)SBS是由苯乙烯、丁二烯、苯乙烯嵌段共聚而成的一種高分子聚合物 ,在常溫及低溫條件下具有橡膠的彈性 ,在高溫下可以象塑料那樣熔融流動 ,具有可塑性6。外觀為白色顆粒狀 ,低溫脆化點為

17、 - 100,130 以上顯示聚合物行為 ,常溫具有交聯(lián)橡膠特點。SBS 在結(jié)構(gòu)上分為線型結(jié)構(gòu)和星型結(jié)構(gòu)兩種 ,本研究課題選用線型結(jié)構(gòu)SBS作為瀝青改性劑。SBS本身具有良好的熱塑性 ,通過分散劑做為熱熔介質(zhì) ,依據(jù)相似相溶原理 ,使 SBS、分散劑等在一定溫度下進行熱溶后 ,加入瀝青中 ,再加入分散劑和固化劑 ,使得改性瀝青形成均一 ,穩(wěn)定的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) ,從而使SBS改性瀝青具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及低溫使用性能。1.1.5 母液型SBS改性瀝青在我國的發(fā)展狀況自20 世紀70年代我國開始對SBS進行研究開發(fā)以來 ,我國SBS的生產(chǎn)得到了很大的發(fā)展7。1990年湖南岳陽巴陵石油化工公司合成橡膠廠

18、采用北京燕山石油化工公司研究院技術(shù)建成了國內(nèi)第一套年產(chǎn)1萬t的SBS生產(chǎn)裝置,從而結(jié)束了我國SBS產(chǎn)品長期以來完全依賴進口的局面。1993年,北京燕山石油化工公司建成一套年產(chǎn)1萬tSBS生產(chǎn)裝置。1998年,廣東茂名石化乙烯工業(yè)公司從比利時 Fina 公司引進技術(shù)建成一套年產(chǎn)1萬tSBS生產(chǎn)裝置。北京燕山石油化工公司研究院開發(fā)的SBS生產(chǎn)技術(shù)還先后向意大利埃尼化學彈性體公司和中國臺灣合成橡膠股份有限公司實現(xiàn)了轉(zhuǎn)讓。截至2007年年底 ,我國SBS總年生產(chǎn)能力為28萬t ,生產(chǎn)能力全部集中在中國石油化工集團公司所轄的巴陵石油化工司、北京燕山石油化工公司和茂名石化乙烯工業(yè)公司 ,產(chǎn)品分為干膠和充油

19、膠兩類。2007年3 家企業(yè) SBS總產(chǎn)量達到30.2萬t ,生產(chǎn)裝置平均開工率達到107.8 %。近幾年 ,我國 SBS的消費量一直呈快速增長的態(tài)勢,而國內(nèi)SBS產(chǎn)量不能滿足實際需求 ,因此每年都得進口,且進口量不斷增長8。我國SBS產(chǎn)品主要用于制鞋、瀝青改性、聚合物改性以及膠粘劑等方面。近年來隨著我國制鞋行業(yè)及道路建設的發(fā)展 ,我國 SBS的消費量增長很快。而國內(nèi)SBS的生產(chǎn)，由于技術(shù)的限制，始終還不能滿足消費的需要。因此，對于SBS改性瀝青的研究，對我國經(jīng)濟的發(fā)展有著很大的幫助。1.1.6 母液型SBS改性瀝青在我國的應用狀況在我國，SBS改性瀝青主要運用在瀝青路面中。近年來 ,隨著中國

20、經(jīng)濟的快速發(fā)展 ,公路交通量日益增大 ,車輛大型化、重載和超載車輛比重的加大 ,對公路建設提出了更高的要求 ,瀝青混凝土路面正面臨著嚴峻的考驗。盡管改性瀝青的使用在一定程度上緩解了瀝青路面早期病害的發(fā)生 ,但由于改性瀝青價格昂貴,且受初期建設投資的限制 ,所以改性瀝青僅使用于抗滑表層或特殊路段 ,嚴重制約了瀝青路面其他結(jié)構(gòu)層使用功能的充分發(fā)揮9。同時 ,受傳統(tǒng)觀念的影響和中國現(xiàn)階段經(jīng)濟發(fā)展水平及公路初期建設投資的制約 ,雖然 3 層式瀝青路面的中面層和 2層式瀝青路面的下面層從路面結(jié)構(gòu)層功能要求考慮 ,需要重點解決瀝青混合料的抗永久變形能力,但實際建設中大多難以承受完全采用改性瀝青的投資壓力

21、,以至目前仍多以重交普通瀝青為主。低劑量SBS改性瀝青不但能在一定程度上達到普通改性瀝青的性能要求 ,而且由于改性劑用量的減少而使其價格大幅降低。因此 ,低劑量 SBS 改性瀝青的使用 ,既可顯著改善瀝青混合料的路用性能 ,滿足不同結(jié)構(gòu)層的使用要求 ,也可在較大程度上降低公路建設的初期投資 ,為解決改性瀝青的使用問題 ,從技術(shù)和經(jīng)濟的角度提供了可能。本文研究的母液型SBS改性瀝青，可以說對正在發(fā)展中的瀝青路面建設，起到了不可或缺的幫助，進一步加深了本課題的研究意義。1.2 母液型SBS改性劑對瀝青性能的影響1.2.1母液型SBS改性劑對瀝青感溫性的影響SBS作為一種橡膠彈性體,本身與瀝青材料有

22、著不同的物性特點,因此會造成瀝青性質(zhì)顯著的改變,特別是改性瀝青的膠體結(jié)構(gòu)將會出現(xiàn)凝膠化提高的現(xiàn)象,從而造成溫度敏感性的不同。不同類型的改性瀝青感溫性不同,使用過程中希望瀝青有盡可能小的感溫性10。通過對幾種SBS改性瀝青做25時的針入度實驗，實驗結(jié)果如表，表明SBS的加入使得改性瀝青的針入度的差值變小。因此,可以看出改性劑的加入大大減少了改性瀝青的溫度敏感性。1.2.2 母液型SBS改性劑對瀝青儲存穩(wěn)定性的影響SBS改性瀝青是由高分子聚合物 SBS改性劑作為分散相 ,用物理的方法以一定的粒徑均勻地分散到瀝青的連續(xù)相中而構(gòu)成的體系。由于聚合物與瀝青之間僅僅存在部分地吸附、相容 ,而并非完全熔融1

23、1。這種體系屬于熱力學不穩(wěn)定體系 ,極易發(fā)生兩相之間的分離 ,從而造成離析現(xiàn)象。瀝青中含有很多的極性化合物 ,SBS則屬于非極性化合物 ,并且 SBS 的粘度大 ,易聚集在上部 ,而瀝青則沉在下部 ,即產(chǎn)生離析現(xiàn)象。這種不穩(wěn)定性對工廠規(guī)模生產(chǎn) SBS改性瀝青的儲存穩(wěn)定性是不利的 ,尤其是長途運輸時更加嚴重。在改性瀝青生產(chǎn)和運輸時 ,一旦外力停止作用 ,SBS就會從瀝青中分離上浮于表面凝聚 ,形成較大顆粒的粗糙表皮。根本原因就是基礎(chǔ)瀝青與 SBS的相容性的問題 ,如果兩者相容性不好或不充分相容 ,則基質(zhì)瀝青與 SBS會發(fā)生分離 ,使改性瀝青的質(zhì)量和技術(shù)指標受到嚴重的影響。因此一般在SBS改性瀝青

24、中添加固化劑，這樣可以阻止離析的發(fā)生，對其儲存穩(wěn)定性大大的提高12。1.2.3 母液型SBS改性劑對瀝青液化溫度的影響與基質(zhì)瀝青相比，添加了SBS的改性瀝青液化溫度有明顯的變高，而且隨著SBS的添加的比例越多，其液化溫度就越高，當比例高于一定的比值時，就不能夠液化，如果液化溫度過高的話，將會使得SBS改性瀝青制作和施工變得比較困難，還有可能SBS改性瀝青還沒有液化，其中的瀝青就已經(jīng)燒焦了。1.2.4 母液型SBS改性劑對瀝青常規(guī)性能的影響瀝青的常規(guī)性能，包括針入度，軟化點，延度等，這些指標將是本課題的重點研究對象，詳細見后面的實驗部分。1.3 瀝青和SBS改性劑的相互作用1.3.1 加工階段S

25、BS與瀝青的相互作用SBS改性瀝青的加工特性好壞直接關(guān)系到瀝青改性的成敗。在SBS改性瀝青的制備過程中, SBS與瀝青在熱狀態(tài)下混合后,SBS的端基產(chǎn)生軟化,并產(chǎn)生一定的流動,中基則吸收瀝青中的油分并形成體積增大許多倍的海綿狀材料13。在高的加工溫度下,首先SBS 改性劑分子鏈變得更加舒展,自由體積增大,同時基質(zhì)瀝青中的輕組分如軟瀝青質(zhì)等進入改性劑網(wǎng)絡后使得改性劑分子鏈間距增大。其中的軟瀝青質(zhì)一方面起到增塑作用使改性劑的力學性能發(fā)生改變; 另一方面改性劑吸附基質(zhì)瀝青中的輕組分后而產(chǎn)生溶脹,在兩相界面上使高分子的舒展程度進一步增大。根據(jù)相似相容原理,在其界面上改性劑浸潤、吸附部分組分相似的瀝青形

26、成一定厚度的表面吸附膜,使SBS 改性劑與基質(zhì)瀝青的界面性質(zhì)逐漸產(chǎn)生過渡,形成良好的過渡結(jié)合, 即SBS與基質(zhì)瀝青產(chǎn)生良好的相容作用。根據(jù)SBS改性劑類型和劑量的多少, 溶脹效果可能不盡相同, 有的甚至形成連續(xù)的SBS 空間網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),使瀝青小分子組分減少, 極性組分含量相對增多,從而使瀝青分子間的相互作用增強,內(nèi)聚力得到提高。制備過程中SBS的溶脹作用至關(guān)重要,如果溶脹效果不佳,SBS與基質(zhì)瀝青不能很好相容,難以形成穩(wěn)定的改性瀝青產(chǎn)品。通常改性瀝青的溶脹與作用時間、溫度、瀝青和改性劑的性質(zhì)及相對用量等都密切相關(guān)。一般改性劑粒子越細小,在瀝青中的分布越均勻,越有利于瀝青一部分組分向改性劑高分子網(wǎng)

27、絡中滲透,越有利于瀝青與改性劑之間的浸潤與吸附作用的發(fā)生,對改性劑粒子的溶脹作用越好14。溫度升高時,會加速改性劑高分子鏈段的振動和松弛,加速了瀝青分子向改性劑網(wǎng)絡中滲透,促進了瀝青對改性劑的溶脹作用。一般溶脹作用需要一個過程,適當延長改性劑在高溫瀝青中存在的時間,可有效增強溶脹作用的發(fā)生,這是為什么新配制生產(chǎn)的改性瀝青在存放一段時間后其性能發(fā)生變化的主要原因。但溫度過高,加工時間過長會引起SBS 分子的降解和基質(zhì)瀝青的老化,合理控制加工工藝對SBS 改性瀝青的性能至關(guān)重要。1.3.2 施工階段SBS與瀝青的相互作用在混合料的拌和施工階段,人們主要關(guān)心的是混合料的施工和易性,通俗地講,就是希望

28、施工中SBS改性瀝青的粘度不宜太大15。一般SBS改性瀝青在施工拌和中完全能滿足工程需要, 這是由SBS改性劑特殊的粘度特性決定的。SBS的熔融粘度在剪切速率較低時,遠高于相同分子質(zhì)量的聚合物,同時還表現(xiàn)出典型的非牛頓流動行為,即粘度隨剪切速率下降而增加,在零剪切速率時,粘度趨于無限大。出現(xiàn)上述粘度特性的原因是由于SBS嵌段共聚物在熔融狀態(tài)時保持著一定的兩相分離的結(jié)構(gòu),只有當聚苯乙烯末端嵌段在剪切力作用下從微相分離(相疇)中被拉出來時才會發(fā)生流動。當聚苯乙烯嵌段的相對分子質(zhì)量大于某一臨界值時,SBS嵌段共聚物就出現(xiàn)了相分離,形成了聚苯乙烯相疇,因此,即使溫度高于聚苯乙烯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,要想使

29、聚苯乙烯嵌段進入到彈性相(即產(chǎn)生流動),也需要一定的能量,這種能量表現(xiàn)為粘度的增加。顯然所需能量隨著中間嵌段與末端嵌段的不相容程度的增加而上升,隨聚苯乙烯所在的體積分數(shù)(通常聚苯乙烯體積分數(shù)在20%35%)的增加,所需能量也升高?；|(zhì)瀝青中添加SBS后,其粘度特性也因SBS的加入增加了非牛頓流動特性,如基質(zhì)瀝青在100或以上溫度時其粘度基本呈現(xiàn)牛頓流體性質(zhì),即粘度與剪切速率大小無多大的依存關(guān)系,但SBS加入后,SBS改性瀝青的粘度則產(chǎn)生剪切變稀現(xiàn)象,這主要是由SBS的非牛頓流動行為引起的16。SBS的粘度特性表明,改性瀝青的粘度在較低溫度下也有與SBS改性劑相類似的特性,表征為隨著剪切速率增加

30、,粘度顯著降低。但是SBS在高于其相轉(zhuǎn)變溫度Tg2后,其非牛頓流動行為逐漸減弱,且對瀝青的粘度影響越來越小,而改性瀝青拌和施工溫度均高于SBS 相轉(zhuǎn)變溫度Tg2,因而SBS改性瀝青對混合料的施工和易性并沒有帶來太大的負面影響,即不會因粘度過大影響改性瀝青混合料的拌和質(zhì)量和施工和易性。1.3.3 營運階段SBS與瀝青的相互作用在運營階段,瀝青路面處于一個很寬的溫度域范圍,通常高溫在80,低溫在-40右17。實踐表明SBS改性瀝青能夠顯著改善混合料的高溫、低溫、耐疲勞、抗水損害能力,關(guān)鍵是SBS的特殊性能引起的。(1) SBS改性瀝青改善了溫度敏感性,增強了混合料的抗車轍能力。SBS微粒均勻分布于

31、瀝青中后,吸附了瀝青中的飽和分、芳香分等小分子組分,使瀝青中極性物質(zhì)和大分子組分相對增多,從而改善了瀝青的感溫性質(zhì)。同時SBS吸附層和PS微區(qū)的物理交聯(lián)作用形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),在較高溫度下阻礙了瀝青分子間的相對運動；極性分子增多其內(nèi)聚力相應增強,使得瀝青與礦料間的粘結(jié)更加牢固,并提高了瀝青結(jié)合料的彈性恢復能力,從而增強了瀝青混合料的抗高溫變形能力。(2) SBS良好的低溫柔性,增強了混合料的低溫抗裂性能。SBS的中基聚丁二烯的Tg1為-84,而瀝青是一種多組分混合物,分子量比較低,其玻璃化溫度遠高于SBS,當溫度降低后, 如果沒有添加SBS,基質(zhì)瀝青在低于其自身玻璃化溫度時即變成脆而硬的固體,

32、分子運動被“凍結(jié)”；而SBS加入后,由于其玻璃化溫度Tg1很低,當基質(zhì)瀝青分子已被“凍結(jié)”時,SBS分子鏈仍具有良好的運動柔性,從而改善了瀝青的柔韌性。SBS在基質(zhì)瀝青中均勻分布形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)后,溫度下降時有效吸收、消散了溫度應力,提高了瀝青的低溫抗裂性能。(3) SBS改性瀝青內(nèi)聚力增強,改善了混合料的抗水損害能力。SBS加入到基質(zhì)瀝青后,改善了瀝青的膠體結(jié)構(gòu),瀝青的內(nèi)聚力增強、稠度增高,極性物質(zhì)相對增多,有效提高了礦料與瀝青的粘附性。由于SBS改性瀝青的粘度增加,瀝青和礦料的結(jié)合更加緊密,瀝青膜厚度增厚,從而有效阻止了混合料水損害的發(fā)生。(4) SBS 改性瀝青優(yōu)越的應力消散能力,提高了混合

33、料的抗疲勞性能18。由于SBS的PS微區(qū)起著物理交聯(lián)點的作用,使SBS形成了三維網(wǎng)構(gòu),瀝青分子之間形成“協(xié)同”作用,SBS改性瀝青具有杰出的柔韌性和高的粘聚力,使瀝青混合料具有更高的強度和應力分散能力,從而提高了混合料的疲勞特性,使路面的使用壽命延長19。2 實驗材料及所用儀器2.1 原材料的確定實驗所需的原材料見下表2.1：表2.1 實驗所需的原材料試驗材料SBS瀝青石油樹脂固化劑試樣特性30%的環(huán)己烷溶液泰州中海70#瀝青顆粒較小的石油樹脂粉末促TT和硫磺，比例為1:12.2 試驗所需的儀器表2.2 實驗所用儀器設備設備名稱生產(chǎn)廠家型號主要儀器設備調(diào)溫加熱器南通市長江光學儀器有限公司DW-

34、2型電動攪拌機上海標本模型廠JB50-D型電子天平上海海康電子儀器廠JA1103型針入度儀上海?？惦娮觾x器廠SYD-2801E軟化點儀上海?？惦娮觾x器廠SYD-2806E延度儀上海?？惦娮觾x器廠SY-2B輔助儀器設備平板玻璃、恒溫水槽、電爐、金屬鍋、瓷把坩、堝鐵夾、平直刮刀、燒杯、盛樣皿、燒杯、玻璃棒常規(guī)指標測試儀器見圖2.1圖2.1 主要試驗儀器（針入度儀） （軟化點儀） （延度儀）3 試樣制備3.1 改性劑的制備先取出需要的SBS溶液，稱出它的重量，計算出其所含的SBS固體質(zhì)量，再算出每一個比例所需要的瀝青和石油樹脂含量，將它們?nèi)咴跓谢旌暇鶆颍煌５挠貌ＡО魯嚢?，待瀝青在SBS溶液中

35、完全溶化后，將其倒在一個塑料袋上面，放置三到四天，其中的溶劑基本揮發(fā)，這樣一個比例的SBS改性劑算制出來了。按照此方法本實驗共做出了10組樣品。詳見下表3.1表3.1 SBS、瀝青與石油樹脂之間的配合比例樣品編號配合比SBS30%30%30%30%30%40%40%40%40%50%瀝青70%60%50%40%30%60%50%40%30%20%石油樹脂010%20%30%40%010%20%30%30%3.2 改性瀝青的制備將前面制好的改性劑，以其中SBS的固體含量為4%的比例加入到瀝青中，將其加熱到瀝青于改性劑都完全融化時，再在其中加入固化劑，而所加固化劑的含量為SBS固體含量的4%，將它

36、們攪拌均勻，這樣一個SBS改性瀝青就算制出來了。以第號樣品為例，實驗做出來的樣品總重為23.4g,故其中SBS固體總含量為23.4*30%=7.02g,7.02/4%=175.5g,175.5g-23.4g=152.1g,故需要再加入152.1g的瀝青，而所需加的固化劑的質(zhì)量為7.02*4%=0.28g，故促TT與硫磺分別需加0.28/2=0.14g.最終制得如下表3.2的四種改性瀝青。表3.2 改性瀝青試樣編號改性瀝青編號abcd原改性劑比例SBS:瀝青：石油樹脂30:70:0樣品總重23.8g30:60:10樣品總重23.4g30:50:20樣品總重24g30:40:30樣品總重15g改性

37、后的比例(固化劑中促TT與硫磺為1：1)SBS占4%，固化劑為SBS的4%，所加瀝青為154.7g，固化劑分別為0.14gSBS占4%，固化劑為SBS的4%，所加瀝青為152.1g，固化劑分別為0.14gSBS占4%，固化劑為SBS的4%，所加瀝青為156g，固化劑分別為0.14gSBS占4%，固化劑為SBS的4%，所加瀝青為97.5g，固化劑分別為0.09g4 實驗內(nèi)容4.1 實驗中需注意的事項（1） 試驗樣品的取樣在施工過程中所用的改性瀝青每車都必須檢查 取樣一定要均勻，具有代表性 對每份試樣應加熱后一次澆滿試模，不宜重復加熱使用 試驗澆模的溫度必須達到160 以上，并且澆模和混合料的制作

38、之前，必須充分攪拌均勻。（2） 做軟化點試驗時，必須按試驗規(guī)程將試樣加熱至充分流動后，澆注試樣環(huán)，不允許使用其他方法填滿試樣環(huán)，否則試驗效果誤差很大。（3） 混合料體積指標的測定要統(tǒng)一。（4） 烘箱必須有一個量程200以上的溫度計準確把握其中的溫度，加熱過程中必須有人照看，以免發(fā)生烘箱溫度過高引起火災和爆炸事故。4.2 測定SBS改性瀝青的液化溫度（1） 將做好的改性瀝青，分別取5g，放在小燒杯中，再將它們放在加熱器中加熱；（2） 取一量程為300的溫度計，放在加熱的樣品上，隨時觀測溫度；（3） 仔細觀察樣品隨著溫度升高的物理狀態(tài)，重點記錄它的液化過程并記錄這一過程中的溫度。4.3 測定SBS

39、改性瀝青的針入度由于儀器的原因，本實驗只測試了前面a,b,c,d四號改性瀝青的針入度，軟化點，延度。針入度的測試具體方法如下：（1） 將試樣放在放有石棉墊的爐具上緩慢加熱，時間不超過30min，用玻璃棒輕輕攪拌，防止局部過熱。加熱脫水溫度，石油瀝青不超過軟化點以上100攝氏度，煤瀝青不超過軟化點以上50攝氏度。瀝青脫水后通過0.6mm濾篩過篩。（2） 試樣注入盛樣皿中，高度應超過預計針入度值10mm，蓋上盛樣皿蓋，防止落入灰塵。在1530攝氏度室溫中冷卻11.5h(小盛樣皿)、1.52h(大盛樣皿)后，再移入保持規(guī)定試驗溫度0.1攝氏度的恒溫水浴中恒溫11.5h(小盛樣皿)、1.52h(大盛樣

40、皿)。（3） 調(diào)整針入度儀使之水平。檢查針連桿和導軌應無明顯摩擦，用三氯乙烯清洗標準針并擦干，將標準針插入針連桿后用螺絲固緊。（4） 取出恒溫后的試件，將試件移入平底玻璃皿中的三腳架上，平底玻璃皿中的水溫應保持在251攝氏度范圍。試樣表面以上的水層深度不少于10mm。（5） 將平底玻璃皿置于針入度儀平臺上，慢慢放下針連桿，仔細觀察，使針尖恰好與試樣表面接觸。拉下刻度盤拉桿使與針連桿頂端輕輕接觸，調(diào)節(jié)刻度盤指針指示為零。（6） 讀數(shù)，記錄儀器讀數(shù)。每次試驗后，應換一根干凈標準針或?qū)藴梳樔∠?，用蘸有三氯乙烯溶劑的棉花或布揩凈，再用干棉花或布擦干。將盛有試樣皿的平底玻璃皿放入恒溫水浴，使平底玻璃?/p>

41、中水溫保持試驗溫度。測定針入度大于200的瀝青試樣時，至少用3支標準針，每次試驗后將針留在試樣中，直至3次平行試驗完成后，才能將標準針取出。4.4 測定SBS改性瀝青的軟化點 將加熱融化后的樣品分別倒入四個小鐵蓋中，注意小鐵蓋表明要涂上凡士林，以免瀝青粘在上面不好清洗。待冷凝后放入5的水中冰冷半小時，再放入軟化點儀中進行測試。具體方法如下：（1） 將裝有試樣的試樣環(huán)連同底板置于裝有50.5保溫槽冷水中，同時將金屬支架，鋼球，鋼球定位環(huán)置于相同水槽中，保溫至少15min。（2） 燒杯內(nèi)注入新煮沸并冷卻至5的蒸餾水，水面略低于立桿上的水深標記。（3） 從保溫水槽中取出盛有試驗的試樣環(huán)放置在支架中層

42、板的圓孔中，套上定位環(huán)，環(huán)上放置3.5g重鋼球。將整個環(huán)架放入燒杯中，調(diào)整水面到深度標記。并保持水溫50.5。插上溫度計，溫度計端部測溫頭底部應與試樣下面平齊。注意環(huán)架上任何部分不得附有氣泡。（4） 上述工作結(jié)束后立即加熱，使杯中水溫在3min內(nèi)調(diào)節(jié)到每分鐘上升50.5。在加熱過程中如溫度上升速度超過此范圍時應重作試驗。試樣受熱軟化逐漸下墜，直到試樣與下層底板接觸時，讀取溫度即為軟化點，精確至0.5。4.5 測定SBS改性瀝青的延度將加熱融化后的樣品分別倒入專制的延度儀模具中，注意模具表明也要涂上凡士林，待冷凝后用加熱的鐵鏟將其表面鏟平，再放入延度儀中冷卻半小時，然后進行延度的測定。具體方法如

43、下：（1） 用滑石粉和適量甘油拌合均勻，制成2：1的甘油滑石粉隔離劑。將隔離劑涂于清潔干燥的試模底板和兩個側(cè)模的內(nèi)側(cè)表面。涂好后將試模底板上裝妥，擰緊螺絲固定。（2） 將加熱脫水的瀝青試樣，通過0.6mm篩過濾，將試樣仔細從試模的一端至另一端往返數(shù)次注入模中，略高出試模，注模時應勿使氣泡使入。（3） 將試件移入防塵罩中，在室溫條件下冷卻3040min，然后置于規(guī)定試驗溫度（25）室溫恒溫水浴中，保溫30min。保溫后，取出試件。點燃酒精燈將小刀烤熱。用熱刀刮除高出試模的瀝青，使瀝青與試模面齊平。刮除方法應自試模的中間向兩端，表面應刮得平滑。刮完后，將試模再侵入規(guī)定試驗溫度（5）的水浴中，保溫1

44、1.5h。（4） 向延度儀水槽注水，保持水溫達試驗溫度（50.5）。并檢查延度儀的運轉(zhuǎn)情況。（5） 將保溫后的試件連同底板移入延度儀的水槽中。將盛有試樣的試模從底板上取下，并取下側(cè)模。將試模兩端的孔分別套在滑板及槽端固定板的金屬上，水面距試件表面不小于25mm。（6） 開動延度儀，拉伸速度為50.25cm/min。在試驗過程中，水溫應始終保持在試驗溫度5規(guī)定范圍內(nèi)，儀器不得有振動，水面不得有晃動。在試驗中，如發(fā)現(xiàn)瀝青浮于水面或瀝青沉入槽底，應在水中加入酒精或加入食鹽，調(diào)整水的密度至于試樣接近后重新試驗。5 實驗結(jié)果及分析5.1 改性瀝青液化溫度實驗的結(jié)果及分析5.1.1 改性瀝青液化溫度試驗的

45、結(jié)果表4.1 改性瀝青液化溫度實驗結(jié)果樣品編號液化溫度（）163149140133121182171158150190由于前面5號樣品的SBS固體含量都為30%，故下面只畫出了前面5組樣品的液化溫度變化曲線，如下圖4.1：圖4.1 SBS液化溫度變化曲線5.1.2 改性瀝青液化溫度試驗結(jié)果的分析綜合表4.1和圖4.1可以看出，改性瀝青的液化溫度隨著石油樹脂的含量增加而降低，隨著SBS含量的增加而升高，當比例高于一點值時，甚至不能夠液化。這說明石油樹脂可以有效的促進SBS在瀝青中的分散。5.2 改性瀝青的常規(guī)指標試驗結(jié)果及分析5.2.1 改性瀝青的常規(guī)指標試驗結(jié)果改性瀝青的常規(guī)指標，這里測試了三

46、個：針入度、軟化點、延度，其結(jié)果見表4.2：表4.2 改性瀝青的常規(guī)指標試驗結(jié)果測試指標針入度（mm）軟化點（）延度（cm）試樣a5.956.116.1053.154.525.925.1平均6.05平均53.3平均25.4試樣b5.115.105.1556.557.129.531.1平均5.12平均56.8平均29.8試樣c4.594.684.3774.074.535.034.2平均4.55平均74.3平均34.6試樣d4.894.694.8163.564.029.129.5平均4.80平均63.8平均29.3母液型SBS改性劑對針入度的影響變化曲線，見圖4.2：圖4.2 SBS改性瀝青的針入

47、度變化曲線 曲線的走勢是先減后增，c點是接近曲線的最低點，說明此時是最佳配合比。該圖表明加入SBS后，瀝青的針入度會降低，溫度敏感性降低，但是加入適量的石油樹脂會使其針入度變的更加低。 母液型SBS改性劑對瀝青軟化點的影響變化曲線，見圖4.3：圖4.3 SBS改性瀝青的軟化點變化曲線 曲線的走勢為先增后減，c點為曲線的最高點。表明加入了石油樹脂后會對瀝青的軟化點有更大的提高，這正好證實了石油樹脂有加強SBS在瀝青中的分散。母液型SBS改性劑對瀝青延度的影響變化曲線，見圖4.4：圖4.4 SBS改性瀝青的延度變化曲線 曲線的走勢為先增后減，c點為曲線的最高點，與軟化點試驗的圖形類似。最低點a點的

48、25.4cm也比基質(zhì)瀝青6.8cm遠遠大，故SBS對瀝青延度有很大的提高，而c點之所以更加高，是因為加入了石油樹脂的緣故，表明c點即為最佳的配合比。5.2.2 改性瀝青常規(guī)指標試驗結(jié)果的分析（1） SBS對瀝青針入度的影響通過實驗的數(shù)據(jù)可以看出，摻入了SBS后，與未加SBS的基質(zhì)瀝青相比（基質(zhì)瀝青在25時的針入度為7.70mm左右），針入度普遍下降。但是也一定是SBS的固含量太高，針入度也會回升，因此并非SBS摻量越高越好。如果改性后瀝青性能指標能滿公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范 要求的話,可以選用較低SBS的用量,以達到降低造價成本的目的20。（2） SBS對瀝青軟化點的影響軟化點表征瀝青開始流動

49、的溫度,反映瀝青粘度隨溫度變化的情況。測試方法為低應力低速率,可以反映改性劑SBS在瀝青中形成網(wǎng)絡的情況。從實驗的數(shù)據(jù)可以看出，改性瀝青比未摻加SBS的基質(zhì)瀝青（基質(zhì)瀝青軟化點為47.3）軟化點有明顯提高，都已經(jīng)在50以上。特別是第c組，軟化點達到了74.3，對瀝青的性能有了很大的提高。說明了石油樹脂對加大了SBS再瀝青中的分散。（3） SBS對瀝青延度的影響基質(zhì)瀝青的5的延度為68mm。從實驗數(shù)據(jù)可以看出，改性瀝青在5的延度都遠遠大于68mm，說明SBS對瀝青的延度有非常大的提高，且隨著改性劑含量的增高而提高,說明在SBS改性瀝青的低溫延展性得到了很大的改善,在一定摻量范圍內(nèi)能改善其低溫性能

50、20。因為SBS有較好的伸縮性能,少量的SBS在吸收瀝青輕質(zhì)組分后,溶脹充分,形成稀疏網(wǎng)絡,在外力作用下,網(wǎng)絡很容易伸展變形,降低切向應力,使縱向伸長,表現(xiàn)為延度很大。SBS用量增加,網(wǎng)絡更趨發(fā)達,抵抗外力作用增強,切應力難于降低,所以隨著SBS含量的增加,低溫延度有大幅度的增加。但摻量增加,當量脆點有所提升,這是和延度關(guān)系相互矛盾的關(guān)系,關(guān)于此,需要進一步試驗工作和材料學方面的分析。6 結(jié)論本論文系統(tǒng)地研究了SBS對瀝青的性能的影響，通過實驗，重點對液化溫度、針入度、軟化點、延度做出了研究。得出以下結(jié)論：（1） SBS對瀝青改性過后，瀝青的液化溫度有明顯的變高，而且隨著SBS的添加的比例越多

51、，其液化溫度就越高，當比例高于一定得比值時，就不能夠液化，如果液化溫度過高的話，將會使得SBS改性瀝青制作和施工變得比較困難，還有可能SBS改性瀝青還沒有液化，其中的瀝青就已經(jīng)燒焦了。（2） 在改性劑中添加了一定比例的石油樹脂后，瀝青的液化溫度有所下降，對前面液化溫度過高有所解決。都是它對瀝青的其他性能，如針入度、軟化點、延度都有影響，有的是正面影響，有的卻是負面的影響。所以要合理的添加石油樹脂的用量，使它既能達到既能改善SBS改性瀝青的液化溫度過高的目的，又能較好的滿足它在工程上的其他的物理性能。（3） 通過實驗數(shù)據(jù)的分析，得出SBS對瀝青的性能總體上是又明顯的改善的，比如軟化點的提高，有防止瀝青路面在夏天融化，從而對行車造成不便，針入度的降低，可以有效的防止瀝青低溫下出現(xiàn)裂口。（4） 實驗雖然測出了改性瀝青的一些常規(guī)性能指標的數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)是局限的，因為本論文所測試的幾個樣品都是SBS在4%比例下的結(jié)果，實驗測試時的溫度也是固定不變的，如果把SBS的比例做變化，或者把溫度稍作改變，可能得出不同的實驗結(jié)果。因此這些工作有待繼續(xù)發(fā)展。參考文獻1 馮新軍.SBS聚合物改性瀝青