SBS改性沥青软化点试验方法研究
返回列表来源：admin 发布日期: 2017-05-19
目前，随着改性沥青研究水平的深入，生产工艺的不断成熟，越来越多的新材料作为改性剂改善沥青性能，通过改性沥青技术水平或生产工艺的进步，SBS改性沥青软化点提升幅度较大，达到70~80℃并不鲜见，但沥青混合料并未表现出于软化点温度相匹配的高温抗车辙能力，而SBS改性沥青路面出现车辙病害亦是很平常事，换言之，按TO606-2011方法测试出的SBS改性沥青软化点“虚高”说明现行的沥青软化点试验方法测定结果不能真实反映SBS改性沥青高温性能，本文针对目前沥青试验规程中SBS改性沥青软化点试验方法进行研究，以便指工程施工。
原材料与试验方法
原材料性质
本研究采用原材料为重交SK70号基质沥青，岳阳生产SBS道改2号线型改性剂，深圳路安特提供的含硫稳定剂A，用量为3．5%。
试验条件
样品制备工艺
取一定量的基质沥青加热至160~165℃，加人计算的SBS改性剂，浸渍30min，升温至175~180℃，剪切30min，加入稳定剂A(以下用wdj表示)，再剪切30min，发育2h，制备出成品的SBS改性沥青。
软化点试验方法
本研究软化点试验采用标准试验条件与非标准试验条件进行，标准试验条件是严格按照JTGE20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中TO606-2011进行；非标准试验条件为改变升温速率将5V/min变为2．5℃/min，其余条件不变，在本次试验中首次提出垂距与初垂温度的概念，垂距是试样受热软化逐渐下垂距离中层板的距离记为历，对应的软化点温度记为初垂温度记为Ti。同时当Hi距离为25．4mm，即中层板与底层板距离，所对应软化点温度记为终了温度。
试验结果分析
不同垂距对软化点数值影响
通过改变钢球下垂髙度，在标准及非标准试验条件下对SK70号基质沥青，3%SBS、4%SBS、5%SBS、3%SBS＋3．5%wdj、4%SBS＋3．5%cwdj、5%SBS＋3．5%wdj等浙青进行软化点试验。
在不同升温速率条件下，将不同垂距与所对应的软化点数值进行回归分析，建立对应的回归方程。
可以得出以下结论：
(1)基质沥青与改性沥青相比，改性浙青的常数项c均大于基质沥青，尤其是掺加稳定剂的改性沥青，说明改性沥青发生黏性流动的温度较基质沥青高，感温性下降；
(2)在相同SBS掺量的改性沥青中，掺加稳定剂的改性沥青发生黏性流动的温度较未掺加稳定剂高；
(3)与5℃/min升温速率相比，在2．5℃/min升温速率条件下所对应的软化点数值呈现系统性下降；
(4)在2种升温速率条件下，相同垂距Hi与所对应的Ti存在极其显著的线性相关性，说明升温速率对历与Ti之间关系有系统性影响，但不改变软化点试验方法下沥青、改性沥青的温度一點度之内的规律；
(5)在软化点试验过程中表现出的黏度与温度关系与试样组成、结构、特定温度下的聚集态等因素相关，SBS改性沥青软化点数值不能简单理解为“等温黏度”。
综上所述，虽降低升温速率可得到较低的软化点，但这种改变趋势是一致的，因此，通过降低升温速率来消除SBS改性沥青软化点虚高的方式是行不通的。
SBS掺量及稳定剂对软化点数值影响
将不同SBS掺量及稳定剂制备的改性沥青在标准试验条件(5℃/min升温速率)下垂距1cm时的温度及终了温度以柱状图表示。
随着SBS掺量增加，在不同升温速率(5℃/min或2．5℃/min)条件下，改性沥青的初垂温度及终了温度均逐渐增加，但其增加幅度均相对较小，SBS掺量增加1%，其初垂1cm高度软化点数值增加3~5℃，终了温度软化点数值增加6℃左右；
在掺加稳定剂条件下，随着SBS剂量增加，其改性沥青初垂1cm温度及终了温度也逐步增加；同时在相同SBS掺量条件下较未掺加稳定剂的软化点数值均有所提高，初垂1cm温度增加幅度较小，一般在5℃左右，终了温度在5%SBS掺量条件下，增加幅度较大，超过20℃。
软化点试验对SBS改性沥青适用性分析
根据已取得的研究成果，SBS改性沥青的机理可概括为以下几方面：
(1)SBS吸收了部分油分，使得SBS相界面以外的沥青的组分乃至胶体结构发生了改变；(2)SBS吸收油分溶胀使得体积变大，通过相界面对SBS粒子周围的沥青的吸附作用增强；(3)当受力时，相界面处的作用力将传递到SBS粒子，于是SBS自身的性质或多或少得以表现出来并贡献于复合材料体系；(4)随SBS剂量增大或相界面作用力增大时，SBS改性沥青—复合材料表现出更明显的所谓改性效果；(5)通过试验指标反映出来的所谓改性效果，或称之为改性沥青的性质，除与改性剂剂量有关之外，SBS改性剂在沥青中的形态对试验指标有极显著影响。使改性沥青性质发生突变的剂量一般称之为临界剂量。低于临界剂量时，大部分改性剂呈独立粒子态，随剂量增加改性沥青性质呈规律性变化；达到或略超过临界剂量时，改細呈交联网状结构以连翻分布于沥青中，此时，试验指标发生突变。增大SBS剂量或掺加交联剂、稳定剂等，都能改变SBS在沥青中的分布形态，使其由独立粒子态转变成空网络形态。
SBS以分散相分布于浙青巾的改性浙青，试验指标更多地反映了沥青基材的性质；而SBS呈连续相分布于浙青中时，SBS自身的性质将突显出来，具有这种结构特征的SBS改性沥青的指标必将发生大变化，例如软化点温度陡增，原有的适用于沥青的软化点试验方法是否适用于SBS改性沥青呢？
为了更清楚认识这一问题，将SBS改性与SBS改性沥青＋稳定剂的试验数据进行对比分析。
随着SBS掺加剂量增加，初垂温度与终了温度差值逐渐增大，由3%剂量的13．4℃增加至5%剂量的19．5℃，这是由于在SBS掺加剂量较低情况下，SBS尚不足以形成网络结构，软化点试验中表现的特征与基质沥青类十分接近；随着SBS剂量增加，SBS已有少量的交联，改性沥青性质有所改变，呈现弹性，软化点试验时使得下垂速度变缓，终了温度数值增加，这是软化点数值随着SBS剂量增加而增大的必然结果。
在掺加稳定剂情况下，由3%剂量的16．9℃增加至5%剂量的36．8℃，增加幅度较为显著，这是由于加入稳定剂后，即使是3%的SBS掺量，体系中也有交联网络的形成，与未掺加稳定剂4%SBS性质相近，随着SBS掺量增加，交联网络逐渐增加，在5%SBS掺量的情况下，整个SBS改性沥青体系形成空间网络结构，使得软化点数值急剧增加，这种巨大变化来自于SBS改性沥青中SBS的分布形态的不同。
总之，SBS呈连续相(空间网络结构)的改性沥青的软化点畸高，并不代表沥青不软化，而是SBS的弹性性质所致，虚高的软化点并不代表SBS——沥青这一复合材料在该髙温下具有优良的抗变形能力(与同等软化点的沥青相比)。
结论
众所周知，JTGE20-2011中软化点试验方法(TO606-2011)规定适用于沥青、聚合物改性沥青，软化点反映的是沥青的一种条件性黏度(等點温度)，而黏度是对流体流动时其分子间摩阻力的度量，虽基质沥青的组成成分极其复杂，它仍属于均质材料，所以，软化点试验适用于基质沥青当无疑义；而SBS改性沥青为多相体系、非均质材料，体系表现出的“點度”既有沥青分子间的流动阻力，也有沥青分子一SBS固相界面间的摩阻力，更为重要的是，它还包含有固体SBS自身变形时产生的弹性抗力(这部分力的大小与SBS剂量、SBS自身性质、SBS在沥青中的形态、SBS与沥青的相容性等因素有关)，显然，用软化点温度表达出的所谓的SBS改性浙青的条件性“黏度”与黏度的力学定义不吻合。因此通过上述试验结果及理论分析，可得出如下结论：
(a)软化点试验方法大略性的适用于SBS呈独立粒子态分布f沥青中(或表述为SBS为分散相)改性浙青，通俗表达为“将就用”；(b)软化点试验方法不适用于SBS呈连续相的改性沥青；(c)SBS软化点试验过程中表现出的黏度一温度关系与试样的组分、结构、特定温度下的聚集态等因素密切相关，因此，SBS改性沥青的软化点并不能简单地理解为“等温點度”。
