结构对改性沥青性能的影响03

1、SBS结构对改性沥青性能的影响刘贵男(中石化资产分公司长岭沥青厂)摘要：本文主要以两种不同S/B的线型SBS（A、B）和星型SBS（C）为例，研究了不同SBS结构对改性沥青性能的影响。结果表明：不同结构的SBS由于与沥青的相容性不同，对基质沥青的改性效果有所不同。同等质量分数下，S/B高的线型SBS改性沥青比S/B小的线型SBS改性沥青的针入度、延度较小、抗老化性能强；星型SBS改性沥青软化点和针入度的指标优于线型SBS改性沥青；星型SBS的改性效果与改性剂和基质沥青的配伍性有很大的关系。关键词：SBS结构、基质沥青、改性沥青前言聚合物改性沥青由于可以提高和改善沥青路面使用性能、延长道路的使用

2、寿命现已得到了广泛应用。聚合物改性沥青种类繁多，其性能随聚合物品种的不同而不同。其中SBS聚合物改性沥青由于能够显著提高沥青路面高温抗车辙、低温抗开裂以及增强抗老化、改善疲劳等性能而成为聚合物改性沥青的主要品种1。SBS聚合物改性沥青在国内外得到了广泛应用，在我国常用的SBS改性剂主要是线型和星型两种。SBS与基质沥青存在着配伍性，不同的基质沥青组成会严重影响SBS改性沥青的技术性能。因此，选择不同类型和牌号SBS，研究其对改性沥青技术性能的影响，对于正确认识和应用SBS改性沥青有着积极的意义2。1. 原材料的性质及分析方法1.1 基质沥青实验采用的沥青为国产三种70A重交通基质沥青：、，其性

3、质见表1。表 1 三种70A重交通基质沥青指标基质沥青种类25针入度/0.1mm66.867.473.7软化点/49.148.947.910延度/cm606058.0TFOT后残留物质量损失/%0.180.150.1610延度/cm7.07.07.025针入度比65.363.764.11.2 改性剂和稳定剂试验共采用了A、B、C三个型号的SBS改性剂，其中A和B为线性SBS，C为星型SBS。三种改性剂均呈白色立柱桩，物理力学性质见表2。稳定剂为外采稳定剂，呈黄色粉末状。1.3 分析方法基质沥青和改性沥青各项指标按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)进行分析。表2 三种

4、改性剂SBS聚合物的物理力学性能指标项目ABC改性剂类型线型线型星型嵌段比S/B30/7040/6030/70挥发分/%0.70.70.7300%定伸应力/MPa2.53.42.0拉伸强度/MPa18.022.07.0扯断伸长率/%815750550扯断永久变形2050402. 改性沥青制备工艺试验采用高速剪切混合乳化机制备SBS改性沥青，剪切速度为3800-4200r/min。制备SBS改性沥青样品时，先将基质沥青加热到175，加人3%SBS改性剂和0.3%稳定剂，搅拌溶胀30min，然后在185- 190温度范围内连续剪切40min，接着在180的条件发育3h，即制成改性沥青。试验结果如表

5、3、表4所示。表3 线型改性剂对同种沥青改性效果的对比试验编号12项目AB25针入度/0.1mm56.455.6软化点/63.758.65延度/cm33.731.5弹性恢复率/%6563TFOT后残留物质量损失0.100.105延度/cm14.1断25针入度比/%72.170.5离析（163,48h）/0.12.0表4 星型改性剂C对、三种沥青改性效果的对比试验编号356基质沥青25针入度/0.1mm52.149.350.5软化点/67.564.672.35延度/cm42.824.218.3TFOT后残留物样品交联质量损失0.110.115延度/cm17.910.125针入度比/%80.382

6、.0离析（163,48h）/2.35.1203. 实验结果与讨论根据表3和表4数据可以看出，三种基质沥青经不同结构的SBS改性后，性质均有明显变化，但变化程度不同，具体表现在以下几个方面。3.1 线型改性剂结构对改性沥青性能的影响SBS具有多相结构，每个丁二烯链段(B)的末端都连接一个苯乙烯嵌段(S)，两端的苯乙烯嵌段聚合物在一起形成物理交联区域，成为分散相，而聚合在一起的丁二烯链段形成连续相，SBS通过聚苯乙烯的聚集形成一种三维结构，PB和PS链段使SBS具有两个玻璃化温度：Tg1:,为-80左右，Tg2为90左右。这种结构特征使SBS高温下具有塑性,低温下具有橡胶特性3。表3为两种不同S/

7、B线型改性剂对改性沥青性能的影响。由表3可见，对于基质沥青在相同SBS用量下，B型改性沥青比A型改性沥青的针入度小，这是由于B型改性剂的S/B为40/60，A型改性剂的S/B为30/70，B型改性剂中的PS段更多，前者的PS段摩尔质量较大、物理交联程度较高，硬度较大，使得针入度较小。SBS在本实验的掺量下，A型改性沥青比B型改性沥青的储存稳定性好。这是由于PS段间的内聚力大，后者的PS段含量较高，摩尔质量大，分散较困难，即便通过机械作用进行很好的分散，SBS微粒也更容易聚集，使得B型改性沥青的储存稳定性差。这说明SBS在此掺量下，A型改性剂更易分散于沥青中，能够更好的减弱沥青的高温流动倾向，因

8、而A型改性沥青的软化点高。在低温情况下，A型改性沥青的延度优于B型改性沥青，且A型改性沥青的弹性恢复率也优于B型改性沥青。这主要是由于前者的PB链段含量较高，柔性PB链段的内旋转使分子链更易运动，更易恢复到最佳状态，因而A型改性沥青的低温延度好、弹性恢复率大。此外，从表3的RTFOT试验结果来看，A型改性沥青老化后的5延度，25针入度比均优于B型改性沥青。这说明A型改性剂的抗老化性能比B型改性剂好，更适合生产对老化性能要求高的高等级公路改性沥青。3.2 星型改性剂对改性沥青性能的影响表4为星型改性剂对3种70A重交通基质沥青的改性效果对比。从表4的数据可见，在改性剂和稳定剂掺量相同的情况下，星

9、型改性剂对不同基质沥青的改性效果有很大差异，3、4、5号试验样品的针入度、质量损失相差较小，但其他指标有很大的差别，特别是3号试验样品经TFOT后发生了交联现象，不适合使用此型号的星型改性剂进行改性。这说明星型改性剂对基质沥青的配伍性有较大要求，并不是所有的基质沥青都适合用星型改性剂进行改性。3号试验样品的离析值为2.3，小于4、5号试验样品，且其针入度、软化点、延度、TFOT老化性质指标最好，表明星型改性剂与基质沥青具有很好的配伍性时，星型改性剂的改性效果非常显著，而与基质沥青的配伍性次之，与基质沥青的配伍性最差。对比表3、表4数据，可以发现星型改性剂改性沥青比线型改性剂改性沥青的软化点大、

10、针入度小，这是由于星型结构改性剂分子具有更多的交联点，在沥青相中能够形成更加稳定的空间网状结构，在高温状态下更能阻碍沥青流动3，因此通常星型改性剂改性沥青具有较好的高温性能，即软化点较高、针入度较小。此外，由于星型结构改性剂分子有更多的交联点，加入稳定剂后反应相对较剧烈，容易发生交联现象。所以，并不是所有的基质沥青都适合用星型改性剂进行改性。4. 结论1）不同结构类型的改性剂都能提高软化点，降低针入度，改善高、低温性能。2）不同S/B的改性剂对同一种基质沥青的改性效果有很大差别，主要与SBS的化学结构和物理性质有关。本实验结果表明S/B为30/70的A型改性剂的改性效果优于S/B为40/60的B型改性剂，且A型改性沥青更适合长期储存以及具有更好抗老化能力。3）星型SBS改性沥青相比于线型SBS改性沥青的软化点高，针入度小，但其改性效果与基质沥青的配伍性有很大的关系。5. 建议 随着经济的发展，车辆越来越多，交通量日益增大，如今对铺筑沥青路面的改性沥青提出的要求越来越高，单纯的采用线型改性剂进行生产成本的压力越来越大。星型改性剂能有效的提高软化点、降低针入度。为了降低生产成本，建议进一步探索将星型改性剂和线型改性剂进行互配改性的效果，结合星型改性剂和线型改性剂二者的优势，生产出高指标的高等级公路改性沥青，满足