高粘度瀝青改性劑SPSC的研制及其性能研究

劉永偉 張楠楠 彭仕軍 劉 華 楊光勛

(四川知行路橋股份有限公司，四川 成都 610097)

排水性瀝青路面是20世紀70年代以來在發(fā)達國家發(fā)展起來的一種多孔性骨架空隙的瀝青路面結(jié)構(gòu)，其主要特征是空隙率較高，一般為15%～25%，能將路面的積水通過其結(jié)構(gòu)內(nèi)部連通空隙及時排出，保證路面在雨天仍然具有良好的抗滑性能，起到一定的降噪作用，有效提高行車安全性和舒適性，有效緩解城市內(nèi)澇及熱島效應，并具有良好的環(huán)保效益[1-3]。隨著我國高速公路和海綿城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，排水性瀝青路面得到越來越廣泛地應用。排水性瀝青路面要求使用的瀝青結(jié)合料不僅要對集料有高強的粘附性和耐久的包裹力，同時還要具有較強的抗剝離性、抗老化性等各種高性能，普通的改性瀝青性能很難滿足要求，因此需要使用一種特殊的產(chǎn)品：高粘度改性瀝青。目前，國外已有開發(fā)應用較為成熟的高粘瀝青改性劑，但價格昂貴，普適性不強，與此同時，國內(nèi)部分科研單位開發(fā)的高粘瀝青改性劑質(zhì)量參差不齊[4-8]。本文在本項目現(xiàn)有的基礎(chǔ)上改進配方，主要針對工作性能和成本方面通過試驗方法進行改進，研發(fā)出一種具有良好的施工和易性、超高的絕對粘度、穩(wěn)定性優(yōu)異的高粘度瀝青改性劑SPSC。

1 SPSC的配方設(shè)計

SPSC根據(jù)目前業(yè)內(nèi)廣泛采用的技術(shù)標準進行研發(fā)[9-12]。為了使高粘度瀝青改性劑的改性效果達到現(xiàn)有技術(shù)水平，并且在海綿城市排水瀝青路面中具有更優(yōu)良的效果，滿足海綿城市道路建設(shè)的多層次需求及復雜的交通和路面施工情況，基于以上目標本文研發(fā)了SPSC高粘度瀝青改性劑，其技術(shù)標準如表1所示。

表1 高粘度改性瀝青各項技術(shù)要求

SPSC高粘度瀝青改性劑主要成分包括：

1)熱塑性橡膠：采用市場上較成熟的道改SBS改性劑作為主成分，其是目前研究和實際應用最多的改性劑品牌，粗略計算目前SBS改性瀝青占全球瀝青需求量60%以上。應用廣泛主要是因為SBS三嵌段共聚物的特性，從而使改性后的瀝青具有優(yōu)良性能：高溫穩(wěn)定性能、良好拉伸性能、彈性、內(nèi)聚附著性能、混合料的高穩(wěn)定性、耐老化性等。

2)增粘劑：60 ℃動力粘度是高粘改性瀝青的主要指標，目的要達到500 000 Pa·s以上。增粘劑的作用正是增加動力粘度，動力粘度的提高可以帶來瀝青混合料水穩(wěn)定性及強度的提高。本文采用石油樹脂以及雙基共聚物作為增粘劑成分。

3)增塑劑：增塑劑的加入能促進橡膠塑化成型，增加熱塑性橡膠與瀝青的相容性，以及改善熱熔粘度、熱拌和性，同時還能降低拌和溫度，凸顯節(jié)能降耗的環(huán)保功能。橡膠加工油為本文所使用的增塑劑成分。

熱塑性橡膠、增粘劑、增塑劑為SPSC的主要成分，根據(jù)設(shè)計比例首先進行混合，高速混合攪拌機將三者的混合物充分攪拌，經(jīng)過雙螺桿擠出機組，最終得到淡黃色小顆粒狀物的改性劑，即為高粘度瀝青改性劑(SPSC)。

2 SPSC高粘度改性瀝青的性能研究

本文選用的基礎(chǔ)瀝青為某品牌改性瀝青(PG76-22)，試驗研究改性劑不同摻量時針入度、延度、軟化點、動力粘度等性能指標變化，從而得到改性劑摻量水平對高粘度改性瀝青性能的影響規(guī)律。

2.1 高粘度改性瀝青制備及性能試驗方法

制備方法：將中海牌改性瀝青(PG76-22)勻速升溫至175 ℃～185 ℃之間，按照比例分別加入不同摻量的高粘度改性劑(SPSC)，用高速剪切機以5 000 r/min的轉(zhuǎn)速進行剪切分散30 min，然后放入烘箱(180 ℃)進行恒溫發(fā)育1 h即可。

試驗依據(jù)：國家交通行業(yè)標準JTJ 052—2000公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程。

2.2 SPSC摻量對瀝青針入度的影響

針入度是描述瀝青感溫性能最常用的指標，針入度越低則瀝青的感溫性越低[7,13]。由圖1可知，高粘度改性瀝青的針入度隨SPSC改性劑的摻量變化成線性變化，隨著SPSC含量增加而逐漸減小，表明改性劑的加入提高了改性瀝青高溫穩(wěn)定性。根據(jù)曲線擬合出此種情況下的線性方程式(1)。

y=-2.466 7x+69.333

(1)

根據(jù)式(1)計算當SPSC摻量在12%以下時，瀝青樣本的針入度將大于40。根據(jù)表1給出的高粘度改性瀝青技術(shù)標準，SPSC含量宜低于12%。

2.3 SPSC摻量對瀝青低溫延度的影響

瀝青的延度是規(guī)定形狀的試樣在規(guī)定溫度下，以一定速度受拉伸到斷開時的長度，用來反映瀝青的塑性，即瀝青在外力作用下發(fā)生變形而不破壞的能力。瀝青的延度與其膠體結(jié)構(gòu)和流變性質(zhì)密切相關(guān)，進而影響其低溫抗裂性和耐久性[14，15]。文中試驗溫度為5 ℃，可以表征瀝青低溫的延伸性能。由圖2可得，試驗瀝青樣本的5 ℃延度在SPSC改性劑的含量增加情況下而逐漸增大，而且呈線性增加，可以得出改性劑能顯著增加瀝青的低溫延伸性能的結(jié)論，擬合線性方程如式(2)。

y=1.904 8x+30.714

(2)

根據(jù)式(2)，當添加劑為3%時，延度達到35，已經(jīng)滿足高粘度改性瀝青的特征標準。

2.4 SPSC摻量對瀝青軟化點的影響

瀝青從粘塑狀態(tài)變化為粘流狀態(tài)時會有一個臨界溫度，此溫度被稱為軟化點，它本質(zhì)上體現(xiàn)的是瀝青的粘度。瀝青的敏感度?？捎密浕c的高低來評價，通常認為，軟化點高，則瀝青的等粘溫度也高，也就是高溫穩(wěn)定性好[16-18]。據(jù)圖3分析可得，試驗瀝青樣本的軟化點在SPSC改性劑的含量增加情況下不斷增加，證明該改性劑對瀝青軟化點的提高效果顯著，由此說明改性后的樣本瀝青具有優(yōu)秀的高溫性能。軟化點與SPSC改性劑摻量成線性相關(guān)，可以擬合出公式。

y=3.819x+78.524

(3)

根據(jù)式(3)計算可得，當SPSC改性劑的摻量大于3%時，改性瀝青的軟化點大于90 ℃，滿足高粘度改性瀝青的特征標準。

2.5 SPSC摻量對瀝青動力粘度的影響

研究表明60 ℃粘度適宜作為表征瀝青的抗變形性能以及粘結(jié)性能關(guān)鍵評價指標[19，20]。瀝青材料的60 ℃絕對粘度和軟化點指標與混合料的動穩(wěn)定度顯著相關(guān)，可以有效地表征瀝青混合料的高溫抗車轍性能。瀝青材料的60 ℃絕對粘度、軟化點與混合料的飛散損失顯著相關(guān)，可以有效地反映瀝青混合料的耐久性。當瀝青材料的60 ℃絕對粘度和軟化點提高時，可以有效地提高OGFC混合料的抗車轍性能、空隙率保持度和耐久性。

由圖4分析可得，試驗樣本瀝青的60 ℃動力粘度在SPSC改性劑的含量水平增加情況下迅速增大，可說明經(jīng)SPSC改性后的樣本瀝青高溫穩(wěn)定性較好，而且強度較高，產(chǎn)生永久變形概率較小，變化大致屬于線性增加，擬合經(jīng)驗公式為：

y=126 933x-349 200

(4)

根據(jù)式(4)計算，當SPSC改性劑的摻量大于9%時，高粘度改性瀝青的動力粘度大于800 000，滿足高粘度改性瀝青的特征標準。

3 結(jié)語

1)經(jīng)過試驗驗證，SPSC添加劑對瀝青有著很好的改性效果，SPSC摻量對瀝青針入度、軟化點、低溫延度及60 ℃動力粘度等指標有著明顯線性變化關(guān)系。

2)經(jīng)試驗結(jié)果分析可得，SPSC摻量比例適宜在6%～10%范圍內(nèi)。

3)經(jīng)SPSC適宜比例改性的高粘度改性瀝青具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能及抗永久變形能力，能滿足高粘瀝青的特殊要求。此外SPSC改性劑本身具有熔點低，易混合，可直投等優(yōu)點，應用范圍廣泛，利于節(jié)能降耗。