環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑路用性能研究

李穎，孔超，朱洪志，孫文超，孫榮，鮑發(fā)凱

（山東高速物資儲(chǔ)運(yùn)有限公司，山東 淄博255400）

1 引言

SBS改性瀝青是我國使用最為廣泛的改性瀝青，但由于SBS在瀝青中的分散方式為溶脹而非溶解，所以，在實(shí)際使用過程中產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的SBS離析現(xiàn)象[1]。目前，國內(nèi)外普遍采用向SBS改性瀝青中摻入穩(wěn)定劑的方法來減小SBS的離析現(xiàn)象，最為常用的穩(wěn)定劑原材料為硫黃。硫黃瀝青中與SBS發(fā)生硫化反應(yīng)的同時(shí)，有大量的弱毒性的煙霧產(chǎn)生，對環(huán)境造成了污染，損害生產(chǎn)人員的健康。國內(nèi)外對此也展開了大量的研究工作。例如，二硫化四甲基秋蘭姆[2]、白炭黑[3]等材料在硫黃基穩(wěn)定劑中的使用在一定程度上起到了環(huán)保的作用。本文就是在上述背景下對自主研發(fā)的環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑展開路用性能的研究工作。

2 環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑的配方與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 穩(wěn)定劑配方及SBS改性瀝青的制備

在制備環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑的過程中，穩(wěn)定劑助劑的主要原材料為乙烯基類硅氧烷，調(diào)節(jié)劑選用不飽和脂肪酸，潤濕劑采用醇類試劑，引發(fā)劑選用偶氮類試劑。同時(shí)摻有鏈終止劑，將穩(wěn)定劑助劑與高穩(wěn)定性不溶解硫進(jìn)行復(fù)配，制備得到環(huán)保高效型穩(wěn)定劑。

向溫度為175°C基質(zhì)瀝青中摻加4%的SBS（瀝青質(zhì)量百分比），利用高速剪切儀以4 500 r/min的速度進(jìn)行剪切，剪切時(shí)間30 min，然后，緩緩地?fù)饺氕h(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑，并在175～180°C的溫度下攪拌75 min，即可制備得到SBS改性瀝青。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

環(huán)保高效型穩(wěn)定劑摻量（SBS改性瀝青質(zhì)量百分比）分別為0%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%，并對制備的不同穩(wěn)定劑摻量的SBS改性瀝青進(jìn)行135°C旋轉(zhuǎn)黏度、針入度、軟化點(diǎn)及48 h離析軟化點(diǎn)差等技術(shù)性能的測試；制備AC-13改性瀝青混合料并進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度、低溫破壞應(yīng)變、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度百分比等技術(shù)指標(biāo)的測試。通過對SBS改性瀝青及瀝青混合料技術(shù)性能的分析，確定環(huán)保高效型穩(wěn)定劑的最佳摻量，并借助熒光顯微鏡對比分析48 h離析軟化點(diǎn)差試驗(yàn)中，試樣上部SBS的分布情況。

3 環(huán)保高效型SBS改性瀝青及瀝青混合料技術(shù)性能

3.1 環(huán)保高效型SBS改性瀝青技術(shù)性能

根據(jù)2.2中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對制備的不同穩(wěn)定劑含量的SBS改性瀝青進(jìn)行135°C旋轉(zhuǎn)黏度、針入度、軟化點(diǎn)及48 h離析軟化點(diǎn)差等技術(shù)性能的測試。測試結(jié)果見表1。

表1 顯示，隨著環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑摻量的逐漸增大，SBS改性瀝青的135°C旋轉(zhuǎn)黏度不斷增大，25°C針入度則逐漸減小，軟化點(diǎn)逐漸增大，5°C延度逐漸增大。這說明環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑對瀝青的黏滯性與低溫性能具有較大的提升作用。其機(jī)理主要在于穩(wěn)定劑中的硫可以與SBS發(fā)生硫化反應(yīng)，在SBS改性瀝青中形成較為致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高SBS改性瀝青的黏滯性以及低溫延性。同時(shí)，這種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有助于減小SBS在瀝青中的離析現(xiàn)象。從表1可以看出，隨著穩(wěn)定劑摻量的逐漸提升，SBS改性瀝青48 h的離析軟化點(diǎn)差從45.8°C（穩(wěn)定劑摻量0%）逐漸降到規(guī)范要求的2.5°C以下，這在很大程度上可以減小SBS改性瀝青在貯存和運(yùn)輸過程中SBS的離析現(xiàn)象。不過，值得注意的是，當(dāng)穩(wěn)定劑摻量為0.2%時(shí)，SBS改性瀝青135°C旋轉(zhuǎn)黏度超過了規(guī)范規(guī)定的3%的上限，這對SBS改性瀝青的施工和易性造成了一定的困擾，所以，環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑的摻量也應(yīng)當(dāng)有所限制。

3.2 環(huán)保高效型SBS改性瀝青混合料技術(shù)性能

根據(jù)2.2中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對制備的不同穩(wěn)定劑含量的SBS改性瀝青混合料進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度、低溫破壞應(yīng)變、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度百分比等技術(shù)指標(biāo)的測試。測試結(jié)果見表2。

表2 環(huán)保高效型SBS改性瀝青混合料技術(shù)性能

表2 顯示，隨著環(huán)保高效型SBS瀝青穩(wěn)定劑摻量的逐漸增大，SBS改性瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能也隨之發(fā)生了變化，表現(xiàn)為動(dòng)穩(wěn)定度逐漸提高，低溫破壞應(yīng)變逐漸增大，凍融劈裂試驗(yàn)殘留強(qiáng)度百分比逐漸升高，殘留穩(wěn)定度百分率也逐漸增大。上述現(xiàn)象表明，環(huán)保高效型SBS改性瀝青摻入使得瀝青混合料抵抗高溫車轍的性能、低溫抗裂性以及水穩(wěn)定性均得到了較大程度的提升。這主要取決于環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑對SBS改性瀝青黏滯性與低溫性的提升作用。

綜合環(huán)保高效型SBS改性瀝青及瀝青混合料的技術(shù)性能，本文認(rèn)為，從技術(shù)性能的角度出發(fā)，環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑的最佳摻量約為0.15%（瀝青質(zhì)量百分比）。

4 基于微觀影像的貯存穩(wěn)定性效果分析

本文將環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑摻量為0%和0.15%的SBS改性瀝青澆筑在直徑25 mm，長度140 mm的鋁管中，豎直放置于163°C的烘箱中靜置48 h，然后，在不擾動(dòng)瀝青試樣的前提下將鋁管置于冰箱中豎直冷卻4 h，然后，取鋁管上部1/3的SBS改性瀝青制備熒光顯微試驗(yàn)載玻片，觀察到的圖像如圖1和圖2所示。

圖1 穩(wěn)定劑摻量0%熒光顯微圖

圖2 穩(wěn)定劑摻量0.15%熒光顯微圖

對比圖1和圖2，當(dāng)環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑摻量為0%時(shí)，試樣上部1/3的制備的載玻片試樣在熒光顯微鏡下呈現(xiàn)出了大面積的黃綠色。這表明SBS大量的聚集，SBS改性瀝青的離析程度較大；而當(dāng)環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑摻量為0.15%時(shí)，同位置的熒光顯微圖像則與前者大為不同，圖2顯示SBS并未像圖1一樣呈現(xiàn)出大面積的聚集狀態(tài)，而是以近似于均勻分布的形態(tài)呈現(xiàn)在視野中，同時(shí)，SBS之間以網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)相互交織在一起。這種現(xiàn)象表明，環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑在抵抗SBS的離析方面的作用非常大，且硫化反應(yīng)效果顯著，這與環(huán)保高效型SBS改性瀝青及瀝青混合料的技術(shù)性能的提升相互印證。

5 結(jié)語

本文通過研究得出了以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）本文所提出的環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑的摻入，可以使得SBS改性瀝青的黏滯性和低溫性能得到有效的提升；

2）環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑可以有效地提高SBS改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及水穩(wěn)定性；

3）環(huán)保高效型SBS改性瀝青穩(wěn)定劑能夠有效地減小SBS在瀝青中的離析現(xiàn)象，并可以借助硫化反應(yīng)使得SBS在瀝青中形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。