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【摘要】SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)改性沥青是目前我国道路材料广泛采用的一种材料,但是试验研究发现由SBS改性的沥青其软化点变化规律不稳定,给生产实践带来了很大的困惑。因此,本研究主要针对几种常见的基质沥青和SBS改性剂进行了试验研究,以便给日后的生产提供可靠技术依据。
【关键词】SBS;软化点;沥青老化;热储存
1. SBS改性沥青软化点变化规律研究
(1)SBS中苯乙烯、丁二烯两相分离结构决定了其具有两个玻璃化温度,温度升高到超过了端基苯乙烯的玻璃化温度,其网状结构消失,当开始软化流动,有助于拌合与施工,而其在常温条件下又是固体,具有交联增劲效果,因此具有高拉伸强度和高温下的抗拉伸能力;而丁二烯玻璃化温度很低,因此能提供很好的弹性和抗疲劳性能,具有低温柔性。所以SBS改性沥青总体具有高低温性能均很好的路用性能。
(2)传统的SBS改性沥青生产工艺是先将基质沥青和SBS改性剂预混、过胶体磨并搅拌。可见改性过程主要发生的是物理作用,而SBS改性剂和基质沥青其分子量、密度、极性等差异很大,基本属于热力学不相容的两种物质,因此即使采用胶体磨将改性剂颗粒加工的很小,一旦停止搅拌,改性剂就会发生聚集,其储存稳定性就会受到影响。因此规范中规定聚合物改性沥青必须测定其储存稳定性,测定的主要方法是将制备好的改性沥青静置163℃的烘箱中48小时,之后放置在冰箱中4小时,然后分别取上下两层沥青,测定其软化点变化情况,规范中要求两者之差不大于2.5℃。但在实践过程中,发现很多沥青的软化点在经过热储存过程中变化非常大,很难满足规范要求。针对软化点变化情况,本研究首先选用了三种基质沥青:品牌1、品牌2、品牌3,均选用90#,其指标见表1。
(3)三种品牌沥青均能满足90#基质沥青(A级)要求,因此在实验室制备改性沥青。剪切机采用布鲁克FM-300,分别制备SBS改性沥青,并测定其软化点和离析之后的软化点(不同品牌改性沥青经热储存后软化点变化情况见表2、图1)。
(4)对比成品软化点,离析搅拌后改性沥青的软化点变化规律性不强,有的改性沥青在经过储存后其软化点降低了,有的改性沥青在经过储存后其软化点增加了。其主要原因可能是基质沥青和改性剂的配伍性不同,同时由于改性剂在不同沥青中老化程度不一致。当改性剂在基质沥青中溶胀时,其吸收了沥青中大部分轻质组分,改性剂之间通过枝接效果形成良好的空间网络结构,因此其软化点相比基质沥青软化点升高了。但是随着热储存过程发生,基质沥青中部分改性剂发生裂解,其吸收轻质组分能力下降,因此对于裂解严重的改性剂由其制备的改性沥青软化点就会降低。由于不同基质沥青与改性剂的配伍性不同,因此软化点变化的情况也不一致(离析后上下两层软化点差值见图2)。
(5)对比不同沥青经过储存后其上下部软化点可知,上部软化点明显大于下部软化点,且变化幅度不同。但是上部沥青软化点部分大于成品改性沥青软化点,部分小于成品改性沥青软化点,主要原因可能是经过热存储改性沥青上部聚集了大量改性剂,当成品改性剂在沥青中没有形成完整的改性剂空间网络时,随着改性剂上浮,其空间网络完整,所以其软化点升高。当原成品改性沥青中改性剂之间已经形成了完整的网状结构,并达到了一定的平衡状态,因此一旦改性剂本身数量超越了这个平衡点,就会出现软化点下降的趋势。在这个过程中,包括改性剂本身的裂解老化,自身吸收轻质组分的能力下降。所以综合表现出软化点复杂的变化状态。
2. 结论
(1)实际生产SBS改性沥青过程中,一定要严格按照试验要求进行试验,并验证其软化点指标的变化情况,并在进行生产之前确保改性剂和基质沥青之间具有良好的配伍性。
(2)试验过程中出现软化点变化不稳定情况属于正常情况,不能因为软化点变化不规律而排除沥青的路用性能,条件允许情况下,一定要进行改性沥青的混合料试验,通过路用性能指标验证改性沥青的使用性能。
【关键词】SBS;软化点;沥青老化;热储存
1. SBS改性沥青软化点变化规律研究
(1)SBS中苯乙烯、丁二烯两相分离结构决定了其具有两个玻璃化温度,温度升高到超过了端基苯乙烯的玻璃化温度,其网状结构消失,当开始软化流动,有助于拌合与施工,而其在常温条件下又是固体,具有交联增劲效果,因此具有高拉伸强度和高温下的抗拉伸能力;而丁二烯玻璃化温度很低,因此能提供很好的弹性和抗疲劳性能,具有低温柔性。所以SBS改性沥青总体具有高低温性能均很好的路用性能。
(2)传统的SBS改性沥青生产工艺是先将基质沥青和SBS改性剂预混、过胶体磨并搅拌。可见改性过程主要发生的是物理作用,而SBS改性剂和基质沥青其分子量、密度、极性等差异很大,基本属于热力学不相容的两种物质,因此即使采用胶体磨将改性剂颗粒加工的很小,一旦停止搅拌,改性剂就会发生聚集,其储存稳定性就会受到影响。因此规范中规定聚合物改性沥青必须测定其储存稳定性,测定的主要方法是将制备好的改性沥青静置163℃的烘箱中48小时,之后放置在冰箱中4小时,然后分别取上下两层沥青,测定其软化点变化情况,规范中要求两者之差不大于2.5℃。但在实践过程中,发现很多沥青的软化点在经过热储存过程中变化非常大,很难满足规范要求。针对软化点变化情况,本研究首先选用了三种基质沥青:品牌1、品牌2、品牌3,均选用90#,其指标见表1。
(3)三种品牌沥青均能满足90#基质沥青(A级)要求,因此在实验室制备改性沥青。剪切机采用布鲁克FM-300,分别制备SBS改性沥青,并测定其软化点和离析之后的软化点(不同品牌改性沥青经热储存后软化点变化情况见表2、图1)。
(4)对比成品软化点,离析搅拌后改性沥青的软化点变化规律性不强,有的改性沥青在经过储存后其软化点降低了,有的改性沥青在经过储存后其软化点增加了。其主要原因可能是基质沥青和改性剂的配伍性不同,同时由于改性剂在不同沥青中老化程度不一致。当改性剂在基质沥青中溶胀时,其吸收了沥青中大部分轻质组分,改性剂之间通过枝接效果形成良好的空间网络结构,因此其软化点相比基质沥青软化点升高了。但是随着热储存过程发生,基质沥青中部分改性剂发生裂解,其吸收轻质组分能力下降,因此对于裂解严重的改性剂由其制备的改性沥青软化点就会降低。由于不同基质沥青与改性剂的配伍性不同,因此软化点变化的情况也不一致(离析后上下两层软化点差值见图2)。
(5)对比不同沥青经过储存后其上下部软化点可知,上部软化点明显大于下部软化点,且变化幅度不同。但是上部沥青软化点部分大于成品改性沥青软化点,部分小于成品改性沥青软化点,主要原因可能是经过热存储改性沥青上部聚集了大量改性剂,当成品改性剂在沥青中没有形成完整的改性剂空间网络时,随着改性剂上浮,其空间网络完整,所以其软化点升高。当原成品改性沥青中改性剂之间已经形成了完整的网状结构,并达到了一定的平衡状态,因此一旦改性剂本身数量超越了这个平衡点,就会出现软化点下降的趋势。在这个过程中,包括改性剂本身的裂解老化,自身吸收轻质组分的能力下降。所以综合表现出软化点复杂的变化状态。
2. 结论
(1)实际生产SBS改性沥青过程中,一定要严格按照试验要求进行试验,并验证其软化点指标的变化情况,并在进行生产之前确保改性剂和基质沥青之间具有良好的配伍性。
(2)试验过程中出现软化点变化不稳定情况属于正常情况,不能因为软化点变化不规律而排除沥青的路用性能,条件允许情况下,一定要进行改性沥青的混合料试验,通过路用性能指标验证改性沥青的使用性能。