SBS改性瀝青現(xiàn)場儲存穩(wěn)定性分析

閔祥波，倪永良，張健

（1.太倉市交通建設(shè)指揮部，太倉 215400 ；2.太倉市交通運(yùn)輸局，太倉 215400）

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國交通呈現(xiàn)重載、高速的發(fā)展趨勢，為滿足交通量和交通荷載的快速增長，交通行業(yè)對路面結(jié)構(gòu)的性能要求越來越高。瀝青路面以其成熟的施工工藝、優(yōu)異的路用性能、舒適的行車體驗及便捷的后期維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)而成為當(dāng)前主流的道路路面類型[1-3]。而SBS 改性瀝青因其制備工藝成熟、性能良好，被廣泛應(yīng)用于高性能瀝青路面的建設(shè)當(dāng)中[4-6]，這種路面膠結(jié)材料可顯著提高瀝青路面的使用壽命，并有效減少路面維護(hù)，提高通勤效率。

當(dāng)前，SBS 改性瀝青主要有兩種不同的來源：一是從瀝青生產(chǎn)廠家直接采購符合技術(shù)指標(biāo)的SBS 改性瀝青；二是采購重交瀝青、改性劑及穩(wěn)定劑等，并且通過自有設(shè)備，自行生產(chǎn)SBS改性瀝青[7-8]。第一種方式優(yōu)點(diǎn)在于簡單便捷，無需投入生產(chǎn)設(shè)備，但由于改性瀝青的性能具有時效性，從采購、運(yùn)輸、存儲再到使用都需要一定的時間，這也為保證SBS 改性瀝青的使用性能提出了更高的要求。第二種方式優(yōu)點(diǎn)在于對瀝青改性的各種原材料能夠完全掌握，而且可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況合理安排改性瀝青的加工，做到隨產(chǎn)隨用，缺點(diǎn)在于需要有足夠場地、機(jī)械設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)來支撐。

結(jié)合太倉346 國道（原308 省道）太倉段路面改善工程的實(shí)際情況，并且綜合考慮施工進(jìn)度、瀝青質(zhì)量及施工方瀝青拌和樓現(xiàn)狀之后，該工程采用直接從浙江威克新材料科技發(fā)展有限公司采購成品SBS 改性瀝青的方案進(jìn)行路面施工。由于SBS 改性瀝青在其生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存和施工過程中，瀝青-聚合物體系的相容性將發(fā)生改變，從而引起改性瀝青各項性能也不斷發(fā)生變化[9-11]。為了確保SBS 改性瀝青的使用性能，保證施工質(zhì)量，工程管理方提出應(yīng)對此SBS 改性瀝青現(xiàn)場儲存穩(wěn)定性進(jìn)行針對性的研究及探討。

1 檢測方案

1.1 試驗材料及測試指標(biāo)

試驗所用SBS 改性瀝青：浙江威克新材料科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的成品SBS 改性瀝青，試驗主要參考了兩部分的測試指標(biāo)：①以我國瀝青針入度及黏度分級標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的一系列國家標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)；②針對具體使用環(huán)境要求，以老化性能為著重點(diǎn)的美國瀝青PG 分級性能參數(shù)。

1.2 試驗分組

設(shè)計了三個不同的加溫儲存方案（瀝青均為同一份，同期取樣）：

第①組：模擬改性瀝青不加熱儲存，待瀝青運(yùn)到現(xiàn)場，取樣后在室溫下保存。然后每次檢測1 組，試驗前放入溫度達(dá)到170 ℃的烘箱加熱，再進(jìn)行制件檢測。

第②組：模擬改性瀝青中溫（140 ℃）儲存，瀝青運(yùn)到現(xiàn)場后，在溫度自然下降到140 ℃時，放入溫度達(dá)到140 ℃的烘箱長期保存。然后每次檢測1 組，試驗前放入溫度達(dá)到170 ℃的烘箱加熱，再進(jìn)行制件檢測。

第③組：模擬改性瀝青高溫（170 ℃）儲存，瀝青運(yùn)到現(xiàn)場后，在溫度自然下降到140 ℃時（模擬入罐溫度），放入溫度達(dá)到170 ℃的烘箱長期保存，然后每次檢測1 組。

1.3 檢測周期

針對不同的加熱儲存溫度，對檢測周期做了一個初步的預(yù)計。各性能指標(biāo)的測試方法按照J(rèn)TG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》[12]進(jìn)行，具體試驗方案、測試指標(biāo)及測試周期見表1所示。

表1 檢測方案

2 數(shù)據(jù)及分析

為全面研究SBS 改性瀝青在不同儲存方式、儲存時間和儲存溫度下各項性能的變化，分別對SBS 改性瀝青的針入度、延度、軟化點(diǎn)、質(zhì)量損失、針入度比、運(yùn)動黏度、彈性恢復(fù)、溶解度、黏附性和G*/sinδ等性能指標(biāo)進(jìn)行測試，由于測試指標(biāo)較多，為簡化表格、便于查詢，現(xiàn)將本次試驗所涉及的性能測試指標(biāo)的單位和要求值列于下表2 中，后文中所有數(shù)據(jù)均省略相應(yīng)單位。

2.1 室溫下儲存的SBS 改性瀝青

表3 為SBS 改性瀝青在室溫儲存條件下的性能測試結(jié)果，由結(jié)果可以看出，各測試指標(biāo)數(shù)據(jù)差異并不明顯，因此可基本判定在本次檢測周期范圍內(nèi)，該SBS 改性瀝青于室溫下保存時，其性能未發(fā)生顯著改變。

表2 測試指標(biāo)及相關(guān)要求值

表3 SBS 改性瀝青在室溫儲存條件下的性能

2.2 170 ℃和140 ℃下儲存的SBS 改性瀝青

為更加全面研究SBS 改性瀝青在170 ℃和140 ℃的儲存條件下各項性能，對比了SBS 改性瀝青的14 項性能指標(biāo)，由于測試指標(biāo)較多，為此這里根據(jù)試驗結(jié)果的變化規(guī)律，將170 ℃和140 ℃的儲存條件下SBS 改性瀝青性能指標(biāo)結(jié)果分為穩(wěn)定指標(biāo)和顯著變化指標(biāo)，并且重點(diǎn)分析了變化顯著的性能指標(biāo)。

2.2.1 穩(wěn)定指標(biāo)

在SBS 改性瀝青分別儲存在170 ℃和140 ℃條件下的質(zhì)量損失、針入度比、彈性恢復(fù)、離析、溶解度和黏附性等性能指標(biāo)測試結(jié)果如表4所示。

表4 170 ℃（第③組）及140 ℃（第②組）下儲存的部分檢測項目

由表4 可以看出，在本次檢測周期范圍內(nèi)，不同存放時間對檢測結(jié)果的影響并不顯著。需要說明的是，針入度比雖然略有增長，但增幅不大。這說明隨著保存時間的延長，改性瀝青老化后的針入度的降低幅度，略小于其未老化時。另外，改性瀝青在不同的保存溫度下，相互間的差異并不明顯。最后，與常溫下保存相比，檢測結(jié)果也十分接近，說明表4 中 質(zhì)量損失、針入度比、彈性恢復(fù)、離析、溶解度和黏附性指標(biāo)，對儲存溫度和時間的變化敏感性低。

2.2.2 顯著變化指標(biāo)

（1）試驗現(xiàn)象觀察

在170 ℃（第③組）測試進(jìn)展到D04 以及在170 ℃（第②組）測試進(jìn)展到D09 時，加熱后的SBS 改性瀝青，在表面開始出現(xiàn)一層硬殼狀的物質(zhì)，且該“硬殼”在加熱后難以融化，如圖1所示。為了保證試驗的正常進(jìn)行，取其下層的瀝青進(jìn)行試驗。

圖1 SBS 改性瀝青

（2）測試結(jié)果分析

匯總了SBS 改性瀝青分別儲存在170 ℃和140 ℃條件下發(fā)生顯著變化的性能指標(biāo)：針入度、延度、軟化點(diǎn)、老化后延度、運(yùn)動黏度和G*/sinδ。根據(jù)測試結(jié)果分別繪制出各性能指標(biāo)與儲存時間的變化關(guān)系曲線，具體測試結(jié)果如圖2 ～6所示。

A.針入度與儲存時間的關(guān)系

由圖2 可知，在不同溫度（170 ℃和140 ℃）下，SBS 改性瀝青的針入度隨著時間而逐步降低，這可能與改性瀝青隨時間增大的空間硬化效應(yīng)有關(guān)。顯然，第③組（170 ℃）下降速率遠(yuǎn)大于第②組（140 ℃）。這說明溫度越高，瀝青的針入度下降越明顯。值得注意的是，140 ℃儲存條件下SBS 改性瀝青的針入度在第5 天出現(xiàn)了明顯波動。這可能是由于：第一，SBS 改性瀝青從高溫到中溫保存，然后再加熱到高溫進(jìn)行使用，相當(dāng)于增加了一次反復(fù)加熱的過程；第二，在中溫保持的過程中，SBS 改性瀝青表面出現(xiàn)了一層“硬殼”狀物質(zhì)，即SBS 改性瀝青的性質(zhì)發(fā)生了一些不可逆的變化，說明此溫度對于改性瀝青中的改性劑等添加成分存在著不利影響。

圖2 針入度與儲存時間的關(guān)系

B.延度與儲存時間的關(guān)系

由圖3 可知，原樣SBS 改性瀝青和RTFOT老化后瀝青的延度都隨著時間逐步降低，且第③組（170 ℃）下降速率均遠(yuǎn)大于第②組（140 ℃），這說明儲存溫度越高，瀝青延度下降越明顯；對于170 ℃儲存下的原樣SBS 改性瀝青和RTFOT老化后瀝青都是在第4 天開始出現(xiàn)不合格現(xiàn)象，而在140 ℃條件下，原樣SBS 改性瀝青和RTFOT老化后的SBS 改性瀝青分別在第8 天和第9 天后才開始出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。在140 ℃條件下，原樣SBS 改性瀝青和RTFOT 老化后的SBS 改性瀝青的延度值均在第5 天出現(xiàn)明顯波動，且原樣SBS 改性瀝青的延度值在第9 天后趨于穩(wěn)定，而RTFOT 老化后的SBS 改性瀝青的延度值在第11天后趨于穩(wěn)定。

C.軟化點(diǎn)與儲存時間的關(guān)系

由圖4 可知，在不同溫度（170 ℃和140 ℃）下，SBS 改性瀝青的軟化點(diǎn)隨著時間逐步降低，且兩組曲線下降趨勢較為一致。第②組（140 ℃）SBS 改性瀝青的軟化點(diǎn)在第9 天后開始低于要求值，說明此時的SBS 改性瀝青的性能已經(jīng)不滿足要求。也說明了改性瀝青出現(xiàn)了較為明顯的離析，且高溫儲存條件下聚合物離析相比中溫條件更明顯。

圖3 延度與儲存時間的關(guān)系

圖4 軟化點(diǎn)與儲存時間的關(guān)系

D.運(yùn)動黏度與儲存時間的關(guān)系

由圖5 可知，在不同溫度（170 ℃和140 ℃）下，SBS 改性瀝青的運(yùn)動黏度隨著儲存時間逐步增大，其中第③組（170 ℃）的運(yùn)動黏度在前4天增幅較大，第4 天后增長趨勢減緩。第②組（140 ℃）的運(yùn)動黏度在前5 天增幅較大，在第5 天時運(yùn)動黏度出現(xiàn)明顯波動，到第9 天時，超過運(yùn)動黏度要求值，說明此時的SBS 改性瀝青性能不滿足要求。

圖5 運(yùn)動黏度與儲存時間的關(guān)系

E.G*/sinδ與儲存時間的關(guān)系

由圖6 可知，在在不同溫度（170 ℃和140 ℃）下，原樣、RTFOT 短期老化和PVA 長期老化的SBS 改性瀝青的車轍因子均隨著時間增加而逐步增大，且均是以波動形式遞增，與針入度和運(yùn)動黏度的趨勢相同，改性瀝青隨著儲存時間推移存在較為明顯的硬化現(xiàn)象；RTFOT 和PVA 老化下的SBS 改性的車轍因子均為第③組（170 ℃）下增長速率遠(yuǎn)大于第②組（140 ℃）。

圖6 G*/sinδ 與儲存時間的關(guān)系

3 結(jié)論

上述檢測結(jié)果，雖然受客觀條件的限制，得到的數(shù)據(jù)相對有限，但也能對改性瀝青在不同條件下的儲存及使用有一個初步的認(rèn)識。通過對該改性瀝青在不同試驗條件下得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得到以下結(jié)論：

a）在室溫下儲存的SBS 改性瀝青，在使用時經(jīng)過一次加熱，其性能基本不會發(fā)生顯著變化；SBS 改性瀝青在高溫（170 ℃）和中溫（140 ℃）條件下儲存，由于反復(fù)加熱，其性能隨儲存時間下降，且儲存溫度越高，其性能下降越顯著。

b）即使在高溫（如170 ℃）或中溫（140 ℃）下短時間儲存，SBS 改性瀝青性能也會發(fā)生一定變化。如運(yùn)動黏度隨儲存時間而不斷增大，從而需要提高拌和使用溫度，不利于冬季瀝青路面的施工。此外，原樣SBS 改性瀝青的軟化點(diǎn)隨儲存時間而逐漸下降，說明了改性瀝青在儲存時間下出現(xiàn)了較為明顯的離析現(xiàn)象，且高溫儲存條件下聚合物離析相比中溫條件更明顯。建議施工時SBS 改性瀝青應(yīng)做到隨產(chǎn)隨用。

c）SBS 改性瀝青在高溫（如170 ℃）下儲存到第4 天時，其部分指標(biāo)已經(jīng)出現(xiàn)了不滿足設(shè)計要求的情況，因此，原則上從生產(chǎn)完畢到路面鋪筑，此溫度下建議應(yīng)控制在3 天內(nèi)。

SBS 改性瀝青在中溫（如140 ℃）下儲存到第5 天時，其部分指標(biāo)也已經(jīng)出現(xiàn)了不滿足設(shè)計要求的情況。而且，在整個試驗時間長度范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)存在著一定的波動，甚至個別性能在某一時間點(diǎn)上還出現(xiàn)了急劇的下滑。因此，原則上從生產(chǎn)完畢到路面鋪筑，應(yīng)控制在3 天左右，而且必須嚴(yán)禁反復(fù)加熱。

因此在只能購買成品SBS 改性瀝青而無法自行生產(chǎn)改性瀝青的情況下，合理安排施工時間是關(guān)鍵。