摘  要：利用3種中石油昆侖瀝青，研究了不同基質瀝青、相容劑加量對SBS改性瀝青常規性質的影響，并利用瀝青剪切流變儀測試了較優條件下樣品在不同溫度下的G*/sinδ值，利用彎曲梁流變儀測試了樣品不同溫度下的勁度模量S和勁度模量變化率m。結果表明：通過工藝的優化，I-C級SBS改性瀝青TFOT后的延度（5℃）可達到40cm，軟化點大于75℃，PG等級達到PG70-28等級，具有優良的高低溫性能。

關鍵詞：SBS改性瀝青；性質分析；低溫性能

一引言一

隨著現代交通事業的發展，道路部門對瀝青材料提出了越來越高的要求瀝青網sinoasphalt.com。寒冷地區（如東北北區、內蒙東部地區以及西北地區）常年氣溫較低，瀝青路面的低溫開裂是該地區最常見的病害之一[1]。低溫開裂的出現會為地表水和雜質滲入路面結構內部提供了通道，水和雜質的侵蝕作用使基層和路基結構發生軟化，承載能力降低[2-3]；其次，裂縫影響力路面的平整度和行車安全性，降低了路面的使用壽命[4-5]。瀝青路面的低溫抗裂性能與瀝青結合料的低溫性能緊密相關[6]，要求瀝青材料具有優良的低溫性能，同時，由于車輛軸載的提高，對路面的高溫穩定性的要求也日趨提高，要求瀝青材料亦兼顧良好的高溫性能。

本文利用中石油昆侖瀝青資源為原料，通過原料篩選和工藝優化，研發出低溫性能優良，高溫性能兼顧的SBS改性瀝青產品，并對瀝青性質進行全面評價。

一實驗部分一

產品的技術指標要求

本次試驗的技術指標要求在交通部規范《公路瀝青路面施工技術規范》JTG F40-2004中I-C級SBS改性瀝青技術要求的基礎上對軟化點和TFOT后延度（5℃）提出了更高的要求，具體指標見表1。

表1 SBS改性瀝青關鍵技術要求

由于本次產品針對寒冷地區的路面情況而開發，對其低溫延度要求較高，TFOT后延度（5℃）要求不低于35cm，而普通I-C級SBS改性瀝青的，TFOT后延度（5℃）要求不低于20cm ，因此，相關試驗工作將圍繞提高產品的低溫延度開展。

試驗原料

基質瀝青采用中石油兩種原油資源生產3種石油瀝青，代號分別為M-1、M-2和X-1，具體指標見表2。改性劑采用中國石油獨山子石化公司生產的T6302H型SBS，具體指標見表3。相容劑為一種糠醛抽出油，外觀：棕綠色粘稠狀液體，運動粘度（100℃）：32mm2/s，穩定劑為國內某廠家生產的穩定劑，型號為HMD-2。

表2 基質瀝青性質分析

注：M-1和M-2為同一油源生產的不同牌號瀝青，M-2和X-1為不同油源生產的同一牌號瀝青。

表3 SBS改性劑技術指標

樣品制備

將已準確稱量的基質瀝青和相容劑放于加熱套上加熱使至其處于流動狀態，當基質瀝青的溫度達到185℃時，逐漸緩慢加入一定比例的SBS，并開啟剪切機計時剪切30分鐘后，加入一定比例的穩定劑，180℃下攪拌發育3小時，發育完成后，即制得SBS改性瀝青。

一結果與分析一

不同基質瀝青對改性瀝青性質的影響研究

由于M-1、M-2和X-1三種基質瀝青的牌號有所差別，在固定配方條件下，無法全面對比改性瀝青的性能，因此，在本節試驗中固定添加4.6%（外摻，下同）SBS改性劑和0.2%穩定劑，通過添加不同加量的相容劑，將樣品的針入度控制在74-77dmm范圍內，考察各基質瀝青制備得到的改性瀝青樣品的性質差異。數據如表4所示。

表4 不同基質瀝青對改性瀝青性質的影響

*為了對比不同改性瀝青的抗老化能力而設定抗老化指數，即為TFOT前后5℃延度的比值。

由上表數據可知，不同油源生產的同牌號瀝青以及同種油源生產的不同牌號瀝青制備的改性瀝青樣品的低溫性能和抗老化性能差異較大。對于X-1與M-2瀝青而言，X-1瀝青的改性效果較好，改性瀝青不僅具有較好的高溫性能，而且具有較好的低溫性能，尤其是TFOT后的5℃延度，反映出該種基質瀝青制備的改性瀝青的抗老化性能較好；對于M-1和M-2瀝青而言，添加大量的相容劑能夠顯著提高改性瀝青的低溫性能和抗老化性能，但生產成本較高。因此，選擇X-1瀝青作為基質瀝青進行后續試驗。

不同相容劑加量對改性瀝青性質的影響研究

選定改性效果的X-1瀝青作為基質瀝青，添加4.6%SBS改性劑，考察不同加量的相容劑對改性瀝青性質的影響規律，數據如圖1-3所示。

圖1 不同相容劑加量對改性瀝青針入度的影響

針入度能夠在一定程度上表征瀝青的軟硬程度，同等條件下，針入度越大說明瀝青越軟。由圖1數據可知，相容劑作為軟組分，能夠有效降低改性瀝青的稠度，隨著相容劑加量的增大，改性瀝青的針入度逐漸增大。

圖2 不同相容劑加量對改性瀝青延度的影響

在改性瀝青的評價體系中，5℃延度表征瀝青材料的低溫抗開裂性能，該值越大說明改性瀝青的抵抗溫縮裂縫的能力越強，低溫條件下的路用性能越好。由圖2可知，隨著相容劑加量的提高，改性瀝青的延度（5℃）逐漸增大，說明改性瀝青抗裂性能增強，這是因為相容劑的加入一方面降低了改性瀝青的黏度，使得瀝青分子在外力作用下產生滑移的能力增強，另一方面，相容劑富含芳香分，能夠有效改善SBS在瀝青中的溶脹，發揮SBS的改性作用。

圖3 不同相容劑加量對改性瀝青TFOT后延度的影響

改性瀝青的TFOT后延度是指改性瀝青經過薄膜烘箱老化后的5℃延度，是瀝青在模擬經過瀝青與集料拌合后性能的變化情況，一方面表征改性瀝青的抗老化性能，另一方面表征改性瀝青經過短期老化后的低溫性能。由圖3可知，隨著相容劑加量的提高，改性瀝青TFOT后延度呈現升高的趨勢，并趨于平緩，說明相容劑的加入改善了瀝青的抗老化性能，但加量到達一定程度后，其改善低溫性能的作用減弱。這是因為瀝青中芳香分和膠質的轉化、SBS的溶脹和降解同時發生，相容劑加入的初期雖能改善SBS在瀝青的溶脹，使得SBS顆粒逐漸溶脹完全，但隨著加量的提高，SBS發揮出了最大的改性作用，后期主要表現為SBS的降解對延度的影響逐漸明顯。

改性工藝的優化

為進一步降低生產成本，在保證改性瀝青的各項指標滿足要求的情況下，對改性瀝青的工藝進行了優化，相容劑加量選擇8%，SBS加量由4.6%降低為4.3%，考察制備的改性瀝青的各項性質。數據見表5。

表5 改性工藝的優化結果

由上表數據可知，將SBS加量由4.6%降至4.3%后，改性瀝青的各項指標仍能夠滿足技術要求。

2.4 改性瀝青PG等級分析

PG分級中關于瀝青膠結料試驗是通過工程學原理測量物理性質，并同現場性能直接聯系在一起。瀝青在使用過程中要經歷三個階段，首先是新鮮的基質瀝青，其次是經過現場拌合過后輕微老化的瀝青，最后是路面長時間使用過后的深度老化瀝青。

動態剪切試驗（DSR）由奧地利安東帕公司生產的MCR旋轉流變儀測定， 將少量樣品放在直徑為25mm的平板夾具的下平板上，調節上平板至1000μm，用熱刀將平板周圍擠出的樣品刮凈，恒溫10min后進行流變性能測定；低溫彎曲梁試驗（BBR）由美國cannon公司生產的TE型流變儀進行測定，先將瀝青試樣制成6.25×12.5×125mm的小梁，在某一負溫條件下用980mN的荷載進行加載，測試加載一定時間后的撓度和蠕變勁度S（t）等參數。結果如表6所示。

表6 改性瀝青PG分級測試結果

一 結論一

（1）在改性瀝青生產過程中，添加相容劑能夠顯著提高改性瀝青TFOT后的延度，但是，但加量到達一定程度后，其改善低溫性能的作用減弱。

（2）中石油昆侖瀝青中X-1瀝青具有優良的改性性能，通過改性配方的優化能夠生產出高低溫性能優良的改性瀝青產品，TFOT后5℃延度較一般I-C級SBS改性瀝青顯著提高。

（3）制備的改性瀝青的PG等級達到PG70-28等級，高低溫兼顧，可用于寒冷地區重載交通路面。

參考文獻

[1]馬宏巖，王東升，馮德成，吳小雙.寒冷地區瀝青路面老化材料的低溫性能評價[J].功能材料，2015,24（46）:24074-24076.

[2]Haas R C. A method for designing asphalt pavements to minimize low-temperature shrinkage cracking[M].Asphalt Institute Research Report RR-73-1.1973．

[3]Rajbongshi P，Das A. Estimation of temperature stress and low-temperature crack spacing in asphalt pavements [J]. Journal of Transportation Engineering，2009，135 ( 10 ) :745-752．

[4]Zhou C, Huang B, Shu X，et al. Validating MEPDG with Tennessee pavement performance data [J]. Journal of Transportation Engineering，2013，139（3）: 306-312．

[5]張肖寧，潘大林，朱希嶺.瀝青混合料一維非線性粘彈本構方程 [J].力學學報，1992，（6）：728-734．

[6] 胡力群，熊偉明，王軍.粗集料棱角性對OGFC 多孔瀝青混合料性能的影響[J].功能材料，2014，20:20150-20154．