改性沥青弹性恢复计算

聚合物改性沥青由于可以提高和改善路面使用性能已得到了广泛应用，其中SBS改性沥青以其能够显著提高高温抗车辙、低温抗开裂能力以及增强抗老化、改善疲劳等性能而成为聚合物改性沥青的主要品种。国内外研究人员对SBS改性沥青的生产工艺、技术性能及改性机理等方面做了许多研究，取得了大量研究成果，并在此基础上提出了SBS改性沥青的技术要求。然而，SBS改性沥青是由高分子聚合物SBS改性剂作为分散相，用物理方法以一定粒度均匀分散到沥青连续相中形成的热力学不稳定体系。由于SBS改性剂和沥青在密度、极性、溶解度参数和其他物理性能上的差异，这种复合体系极易发生SBS相和沥青相的分离，从而造成SBS聚集在上部、沥青沉在下部的离析现象。这种不稳定性对工厂规模化生产SBS改性沥青是不利的，尤其是储存和长距离运输时更加严重。所以，SBS改性沥青的热储存稳定性长期以来一直是道路工作者关注的热点。

研究表明，可以通过添加增容剂改变基质沥青的化学组成比例，促使SBS溶胀得更充分，从而改善SBS和沥青的相容性。但是增容剂的加入会降低SBS改性沥青的高温性能等技术性能，所以掺量不能太大。为了更有效、彻底地解决SBS改性沥青热储存稳定性问题，只有添加稳定剂(一种比较活泼的外掺剂)来促使SBS聚合物分子链与沥青活性官能团发生交联接枝，使聚合物和沥青形成稳定的胶体体系，从而提高改性沥青的热稳定性。目前市面上稳定剂种类繁多，不同品种稳定剂使SBS与沥青之间发生不同的化学反应，因而对SBS改性沥青有着不同的稳定效果，同时也会影响到SBS改性沥青的其他技术性能。为此，本文研究了增容剂和稳定剂对改性沥青热储存稳定性和其他技术性能的影响，为SBS改性沥青的工业化生产和质量控制提供技术支持。

试验部分

原材料

采用的基质沥青为阿尔法A级70号石油沥青，除针入度略低于规范要求外，其他性能指标均符合技术规范要求。试验采用岳阳石化生产的YH791和道改二号SBS改性剂，外观均呈白色立柱状，其物理力学性能指标。为提高SBS改性沥青的热储存稳定性，采用一种芳烃油作为增容剂；分别采用湖北国创、中航路通和中远国贸生产的3种稳定剂。

SBS改性沥青的制备

SBS改性沥青的工艺流程一般分为3个阶段，即溶胀阶段、磨细阶段、发育阶段。聚合物经过溶胀后剪切分散效果更好，剪切好的改性沥青还需热储存一段时间使其发育，对不稳定的改性沥青体系在发育过程中需要外力搅拌，保证混合体系的均匀。

先将基质沥青加热到175℃～180℃，然后加入改性剂SBS，用高剪切混合乳化机先低速剪切5min，使SBS与沥青混合均匀，然后以4200r/min高速剪切30min；再将剪切完成的改性沥青保温在175℃～180℃范围内，用高速分散机以500r/min的速度搅拌5ｈ后即制成成品改性沥青。

性能测试方法

按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG　E20－2011)规定的试验方法分别对SBS改性沥青进行针入度、软化点、延度、旋转薄膜加热试验以及离析和弹性恢复试验。

试验结果及分析

增容剂对SBS改性沥青技术性能的影响

针对阿尔法Ａ级70号石油沥青，分别掺加5％的YH791和道改二号SBS改性剂，且分别添加0、2％、４％、5％、6％的芳烃油制备SBS改性沥青。

从其技术指标试验结果可以看出：(1)两种SBS改性沥青的延度都随芳烃油掺量的增大而明显增大，说明芳烃油的加入增加了SBS改性沥青中的轻组分，使SBS改性沥青变软，低温塑性得到了明显改善；(2)两种SBS改性沥青的针入度均随芳烃油掺量的增大而增大，软化点均随芳烃油掺量增大而逐渐降低，说明加入芳烃油在改善SBS改性沥青低温塑性的同时，也降低了SBS改性沥青的黏性和高温性能；(3)两种SBS改性沥青的弹性恢复均随芳烃油掺量的增大而增大，说明加入芳烃油提高了SBS改性沥青的弹性性能，主要是因为加入芳烃油可使SBS溶胀得更充分，在沥青中分散更均匀；(４)两种SBS改性沥青的上段、下段软化点和软化点差值都随芳烃油的掺量增大而逐渐降低，但软化点差值仍然远远大于2．5℃，仍不满足规范要求。说明芳烃油可以在一定程度上提高SBS改性沥青的热储存稳定性，但同时降低了SBS改性沥青的高温性能。

因此，在SBS改性沥青中芳烃油的加入要适量，在兼顾SBS改性沥青热储存稳定性和低温塑性的同时，也要保证沥青的高温性能。对于线型改性剂(YH－791)，芳烃油的掺量为5％时，就可满足延度指标要求，即5％的掺量为最佳掺量。对于星型结构改性剂(道改2号)，考虑到沥青改性时加入稳定剂会损失一定的延度，所以确定芳烃油掺量6％时为最佳掺量，此时的延度值为25．5cm，满足了规范要求(≥20)且有一定富余值。

虽然增容剂能够促使SBS在沥青中分散更均匀，一定程度上改善SBS聚合物与沥青的相容性，但增容剂和SBS之间仅仅是一种物理吸附作用，其作用力较弱，因而在热储存过程中，SBS仍可能发生离析凝聚。故还需加入稳定剂，使沥青与SBS之间及SBS之间发生化学反应，则可以阻止SBS和沥青相分离，稳定SBS粒子在沥青中的分散，提高改性沥青的热储存稳定性。

稳定剂对SBS改性沥青性能的影响

针对掺5％增容剂的5％YH791SBS改性沥青和掺6％增容剂的5％道改二号SBS改性沥青，选用湖北国创、中航路通、中远国贸生产的3种稳定剂，分别按照厂家推荐的掺量掺入稳定剂制备SBS改性沥青。

从表４和表5可以得出如下结论。(1)3种稳定剂在一定程度上都能提高YH－791SBS改性沥青和道改二号SBS改性沥青的热储存稳定性，减小其离析软化点差。但是3种稳定剂均对YH－791SBS改性沥青的稳定效果更好，其离析软化点差均小于2．5℃满足规范要求。3种稳定剂对道改二号改性剂的改性沥青稳定效果较差，其离析软化点差均在19℃左右，不满足规范要求。说明3种稳定剂均对线型SBS改性沥青具有更好的稳定效果，而对星型SBS改性沥青的稳定效果均更差。(2)与不掺稳定剂的SBS改性沥青相比，3种掺稳定剂的SBS改性沥青的软化点均有较大幅度地增大，说明加入稳定剂在改善SBS改性沥青热储存稳定性的同时，也均明显提高了SBS改性沥青的高温性能。这是因为稳定剂和基质沥青的某些组分及SBS发生了交联反应，增加了两相之间的亲和力，使改性沥青中的聚合物相与基础沥青相之间形成一层比较厚的相界面吸附层，增大了SBS改性沥青的高温黏度。(3)与不掺稳定剂的SBS改性沥青相比，3种掺稳定剂的SBS改性沥青的针入度、延度、弹性恢复变化不大，说明加入稳定剂均对SBS改性沥青的黏性、低温塑性和弹性性能影响较小。(４)经旋转薄膜烘箱加热试验后，与不掺稳定剂的SBS改性沥青相比，3种掺稳定剂的SBS改性沥青的针入度比、软化点和5℃延度均有较大提高，特别是道改二号SBS改性沥青的针入度比、软化点和5℃延度提高幅度较大，说明加入3种稳定剂均可以明显提高SBS改性沥青的抗老化性能，并且均对星型SBS改性沥青的抗老化性能改善效果更为显著。

结语

通过以上试验研究可以得出以下结论：(1)加入增容剂可以在一定程度上提高SBS改性沥青的热储存稳定性和弹性性能，明显改善了SBS改性沥青的低温塑性，但同时降低了SBS改性沥青的黏性和高温性能。(2)3种稳定剂均对线型SBS改性沥青具有更好的稳定效果，而对星型SBS改性沥青的稳定效果均更差。(3)加入3种稳定剂均可以明显提高SBS改性沥青的高温性能，但均对SBS改性沥青的黏性、低温塑性和弹性性能影响较小。(４)加入3种稳定剂均可以明显提高SBS改性沥青的抗老化性能，并且均对星型SBS改性沥青的抗老化性能改善效果更为显著。