摘要通過摻加紅油增塑劑、C9石油樹脂、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)改性劑制備不同類型改性瀝青，采用瀝青針入度、旋轉(zhuǎn)黏度、動態(tài)剪切流變、多應(yīng)力蠕變恢復(fù)、彎曲梁流變等試驗對其高低溫及感溫性能進行研究，并與基質(zhì)瀝青進行對比分析。結(jié)果表明，3種改性劑均可改善瀝青感溫性能，黏流活化能指標(biāo)有助于瀝青混合料施工工藝控制與調(diào)整;對比其他2種改性劑，SBS改性劑是提高瀝青高溫性能的主要因素;紅油增塑劑和SBS改性劑可以改善瀝青低溫性能，樹脂則對瀝青低溫性能產(chǎn)生不利影響。

　　關(guān)鍵詞改性劑;黏流活化能;多應(yīng)力蠕變恢復(fù);彎曲梁流變試驗;機理分析

　　目前瀝青改性劑中以SBS(StyreneButadieneStyrene)應(yīng)用最為廣泛，但也存在拌合困難等施工問題[1-2]。近年來，石油樹脂和增塑劑成為研究熱點。其中石油樹脂以C9樹脂為主要研究對象[3-5]，研究結(jié)果表明C9樹脂可提升瀝青高溫性能。

　　增塑劑由于可改善塑料制品的柔韌性，被大量應(yīng)用于塑料工業(yè)中[6]，但關(guān)于改善瀝青性能的研究鮮有報道[7]。縱觀文獻，對于石油樹脂和增塑劑改性瀝青的研究主要集中在瀝青的基本指標(biāo)，而未針對體現(xiàn)瀝青流變性能的高低溫及感溫性指標(biāo)進行研究，也未對其改性機理性能深入探討。本文通過紅油增塑劑、C9石油樹脂、SBS改性劑分別制備改性瀝青并與基質(zhì)瀝青進行路用性能對比，通過改性機理分析不同改性劑對于瀝青高低溫及感溫性能的影響。

　　1實驗部分

　　1.1材料與儀器

　　采用遼河90#基質(zhì)瀝青(下文簡稱基質(zhì)瀝青)。改性劑采用燕山石化SBS4303星熱塑性丁苯橡膠，分子結(jié)構(gòu)為星型，外觀為白色顆粒，S/B(質(zhì)量比)=30/70。C9石油樹脂(下文簡稱樹脂)為淡黃色顆粒，工業(yè)級，三江源化工(河南)有限公司。紅油增塑劑(下文簡稱增塑劑)采用江蘇森迪化工科技有限公司產(chǎn)品，增塑劑與樹脂相溶性好，具有一定的塑化性能。 實驗器材：SYD-2801I型針入度自動試驗儀、SYD-4508C型瀝青延度試驗器，上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司;RVDV-Ⅱ型布氏旋轉(zhuǎn)黏度儀(Brookfield)，美國Brookfield公司;Gemini-150-ADS型動態(tài)剪切流變儀DSR(DynamicShearRheometer)，英國Bohlin公司;TE-BBR-F型彎曲梁流變儀BBR(BendingBeamRheometer)，美國Connon公司。

　　1.2實驗方法

　　采用基質(zhì)瀝青制備不同種類改性瀝青，改性劑摻量為4%(wt，質(zhì)量分數(shù)，下同)，最終確定4種試驗方案分別為基質(zhì)瀝青、基質(zhì)瀝青+4%增塑劑、基質(zhì)瀝青+4%樹脂、基質(zhì)瀝青+4%SBS改性劑，方案編號為A、B、C、D，制備工藝如下：瀝青B和瀝青C：將基質(zhì)瀝青加熱到140℃~150℃分別加入4%增塑劑和4%樹脂，在攪拌器中以600/(r·min-1)的速度并保持溫度在150℃~160℃，攪拌60min后放置在150℃~160℃的烘箱中60min。瀝青D：將基質(zhì)瀝青加熱到140℃~150℃，加入4%SBS改性劑，采用高速剪切，速度為5000~6000/(r·min-1)并保持溫度在160℃~180℃，剪切90min后放置在160℃~180℃的烘箱中60min。

　　1.3性能測試

　　測試各瀝青方案在不同溫度條件下的針人度以及旋轉(zhuǎn)黏度，根據(jù)結(jié)果擬合針入度指數(shù)PI(PenetrationIndex)和黏流活化能Eη，評價瀝青感溫性能;采用動態(tài)剪切流變儀DSR進行溫度掃描和多應(yīng)力蠕變恢復(fù)MSCR(MultipleStressCreepRecovery)試驗，對瀝青進行高溫性能評價;利用彎曲梁流變儀(BBR)測試瀝青的低溫性能。

　　2結(jié)果與討論

　　通過針入度試驗結(jié)果可知，加入增塑劑、樹脂和SBS改性劑的瀝青針入度指數(shù)PI均有所提高，表明3種改性劑可改善基質(zhì)瀝青的溫度敏感性。加入增塑劑和樹脂后瀝青針入度指數(shù)PI分別提高了46%和31%，但作用機理不同。其中增塑劑通過改變?yōu)r青組分的比例，使瀝青向溶膠—凝膠型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，進而提高瀝青的針入度指數(shù);樹脂是通過與瀝青互貫穿的形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改變?yōu)r青結(jié)構(gòu)降低溫度敏感性。

　　加入SBS改性劑后瀝青針入度提高了145%，這是因為SBS改性劑中聚苯乙烯鏈段(硬段)聚集成三維結(jié)構(gòu)分散于基質(zhì)瀝青中，提供材料足夠的強度，聚丁二烯嵌段(軟段)可使共聚物具有良好的彈性，從而有效改善了瀝青的溫度敏感性。由于瀝青感溫性能對瀝青混合料攤鋪、碾壓效果產(chǎn)生明顯影響，但瀝青針入度指數(shù)PI的溫度范圍(15℃~30℃)，能否反應(yīng)其混合料攤鋪、碾壓過程中的溫度敏感性需進一步研究。

　　120℃~180℃溫度區(qū)間內(nèi)，加入增塑劑和樹脂的改性瀝青黏流活化能降低，降幅分別為13.1%和3.2%，根據(jù)黏流活化能定義可知其大小反應(yīng)材料對于溫度的敏感性，而非黏度的大小，因此表明2種改性劑有利于改善基質(zhì)瀝青在120℃~180℃區(qū)間內(nèi)的溫度敏感性，其中增塑劑的效果更好，使瀝青混合料的攤鋪、碾壓控制溫度范圍更寬泛，延長有效碾壓時間;SBS改性瀝青的黏流活化能比基質(zhì)瀝青提高了9%，表明加入SBS改性劑后的瀝青在120℃~180℃區(qū)間內(nèi)溫度敏感性增強，即在其混合料攤鋪、碾壓過程中需要更高的施工溫度及更精準(zhǔn)的施工工藝控制。

　　隨溫度下降，各瀝青勁度模量S值增大，蠕變速率m值降低，低溫抗變形能力減弱。對比基質(zhì)瀝青，加入樹脂的瀝青S值增大，m值減小，導(dǎo)致瀝青的低溫抗變形能力下降，這與樹脂的玻璃化溫度有關(guān)，材料在玻璃化溫度以下時脆性增強，且隨溫度的降低進一步增大，由于樹脂的玻璃化溫度較高(80℃~110℃)，導(dǎo)致其瀝青的低溫性能較基質(zhì)瀝青更差，在試驗溫度條件下S值分別提高了53%、64%、69%。

　　加入增塑劑和SBS改性劑的瀝青在試驗溫度條件下的S值減小，m值增大，表明這2種改性劑可以改善瀝青的低溫性能，但改善機理并不相同，其中增塑劑可通過自由體積理論[10]解釋，由于增加分子末端功能基的數(shù)目有利于自由體積擴大，而增塑劑的分子相對于聚合物小，可增加末端功能基的數(shù)目，且增塑劑自身玻璃化溫度較低，因此分子的自由體積增大，玻璃化溫度降低。

　　SBS改性劑則是由于含有聚丁二烯段(軟段)通過與瀝青發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)改善瀝青的低溫性能。不同試驗溫度條件下2種改性劑的改善效果也不相同，-12℃和-18℃時對于瀝青的低溫性能改善效果優(yōu)于SBS改性劑，在-24℃時的改善能力與SBS已沒有差別，即溫度影響增塑劑的改善效果。

　　化工論文投稿刊物：應(yīng)用化工為適用性、綜合性化工科技刊物，旨在傳遞和交流化工領(lǐng)域的先進經(jīng)驗和科研成果，適用技術(shù)，及時報道國內(nèi)外化工科技動態(tài)和市場信息，注重為科研生產(chǎn)、成果轉(zhuǎn)讓，產(chǎn)品銷售服務(wù)。

　　3結(jié)論

　　1采用針入度指數(shù)分析可知增塑劑、樹脂和SBS改性劑均可改善基質(zhì)瀝青的溫度敏感性;黏流活化能指標(biāo)可評價瀝青混合料在攤鋪、碾壓時瀝青感溫性能，有助于瀝青混合料施工工藝控制與調(diào)整。

　　2通過DSR測量瀝青復(fù)數(shù)剪切模量、相位角和多應(yīng)力蠕變恢復(fù)等指標(biāo)可知SBS改性劑在試驗溫度條件下明顯提高了瀝青的復(fù)數(shù)剪切模量，降低相位角;提高瀝青恢復(fù)率，降低不可恢復(fù)變形量。

　　3對瀝青低溫試驗結(jié)果分析表明，加入增塑劑和SBS改性劑可降低瀝青的勁度模量S值，提高蠕變速率m值，有效的改善瀝青低溫性能，樹脂則對瀝青低溫性能產(chǎn)生不利影響。

　　4比較不同改性劑對瀝青性能改善程度，SBS改性劑對瀝青高低溫及感溫性能均有顯著提升。

　　參考文獻：

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　　作者：王楓成