浅谈SBS改性沥青

浅谈SBS改性沥青 摘要：沥青作为建造高等级路面的主要材料之一，已获得广泛应用。SBS改性沥青是一种技术含量和附加值较高的新型优质筑路材料，本文对SBS改性沥青性质、施工和应用等问题进行了介绍说明。 关键词：SBS改性沥青；道路；建筑材料；施工；选用 On SBS modified asphalt Wangjingjing （School of Xiangtan University,XiangTan 411105,China） Abstract： To build the highway asphalt as one of main material, has obtained the widespread application. SBS modified asphalt is a high technology content and added value of new high quality road-building material, this paper SBS modified asphalt properties, construction and application problems that are introduced. Key words：SBS modified asphalt；road；building materials；construction；selection 0  引言 沥青作为建造高等级路面的主要材料之一，已获得广泛应用。沥青路面有一系列的优点，如有一定的弹性和塑性，可以适应车辆对路面的作用力；与汽车轮胎有足够的摩擦力，可减少汽车的滑动，尤其是雨天，增加了行车的安全性。此外，沥青路面还具有减震、不扬尘、易清洁、易维修等特点．因此世界各国高等级路面绝大多数采用沥青路面。但是，沥青路面也有其致命的弱点，如在高温地区的夏天，车流量大时，会出现车辙、波浪移、粘轮等现象，而在寒冷的低温气候下，路面叉会出现龟裂，从而降低了路面的耐久性和使用寿命。另外，在太阳光照、下雨及其他气候条件下，沥青路面也有容易老化的缺点。 SBS改性沥青是一种技术含量和附加值较高的新型优质筑路材料，具有很好的耐高温、抗低温能力，较好的抗车辙能力，改善了沥青的水稳定性，提高了路面的抗滑能力，增强了路面的承载能力。本文将简单介绍道路沥青材料的种类和应用范围并着重说明改性沥青的种类及性能、SBS改性沥青性质以及SBS改性沥青的施工控制和应用时注意的问题。 1  道路沥青材料的种类和应用范围 沥青材料的种类很多，一般分为石油沥青，乳化石油沥青和改性沥青。沥青路面一般采用道路石油沥青，或经过乳化、稀释、调和、改性等工艺加工处理的石油沥青产品为结合料。有时也采用煤沥青，但因为煤沥青对人体健康有害，已很少采用。石油沥青以针入度为指标分为7个标号，每一种标号的沥青都分为A、B、C三个等级，分别适用于不同等级的公路和不同结构层次。石油沥青标号与等级的选择是影响沥青路面路用性能的重要因素。通常对于夏季温度高、高温持续时间长的地区，宜采用稠度大的沥青；对于冬季寒冷地区，宜选用稠度低，低温延伸打的沥青。乳化石油沥青，由于它能在常温条件下施工，并且具有节约能源、保护环境、简化施工等方面的优点，使用范围逐步扩大，乳化沥青适用于沥青面处治、沥青贯入式、冷拌沥青混合料等各类路面，也可用于修补裂缝，用作透层油、黏层油和沥青封层。改性沥青，通常对改善沥青路面高温及低温稳定性有明显效果，用于气候条件恶劣，交通特别繁重的了路段。 2  改性沥青的种类及性能 从广义的角度可将改性沥青的工艺及技术划分为：(1)通过添加橡胶类、热塑性橡胶类及热塑性树脂类聚合物以改善沥青的高温稳定性、耐疲劳性和低温抗裂性等物理机械性能，通过添加金属皂(有机锰等)、有机胺、消石灰等以改善沥青的黏附性，通过添加防老剂以改善沥青的耐老化性；(2)掺加炭黑、硫磺、石棉、木质纤维等矿物填料、玻璃纤维格栅、塑料格栅、土工布以及废橡胶粉进行物理改性；(3)加入不同天然沥青(湖沥青、岩石沥青、海底沥青)以制备调和沥青；(4)改变沥青加工工艺制备半氧化沥青、泡沫沥青等。从狭义的角度可将改性沥青的工艺及技术划分为：(1)混合改性沥青，不同沥青相混合，使得性能互朴；(2)普通橡胶改性沥青，以粉末、胶浆、胶乳、薄层或固体方式加入2％—15％的天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶、乙丙橡胶等以改善沥青的热稳定性、低温塑性、黏弹性和浇变性等；(3)热塑性橡胶改性沥青，加入SBS、苯乙烯—异戊二烯嵌段共聚物、氢化SBS等以提高沥青的耐候性；(4)树脂改性沥青，可加入聚乙烯、乙烯—乙酸乙烯酯共聚物、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺等对沥青进行改性。 3  SBS改性沥青性质 （1）SBS简介 SBS(热塑性丁苯橡胶)是热塑性橡胶的一种，它是苯乙烯和聚丁二烯组成的双嵌段共聚物。在SBS的嵌段物中，聚苯乙烯和聚丁二烯聚集在一起，形成许多约束成分的物理交联区域，因其中嵌段是柔软的聚丁二烯链段，这就形成了网状结构。实质上，SBS改性剂与基质沥青之间是根据相容性理论，应用助剂的作用，使SBS在沥青基质中形成“互穿立构网络”结构，真正使沥青的性能及沥青混合料的路用性能得到改善的关键要归结于SBS改性剂，基质沥青只起了一个媒介作用。 （2）SBS改性沥青的特性 1.温差较大的地区有很好的耐高温、抗低温能力 2.有较好的抗车辙能力，其弹性和韧性好 3.提高了路面的抗疲劳能力，特别是在大流量、超载严重的公路上具有良好的应变能力，可减少路面的永久变形 4.粘结能力特别强，能明显改善路面遇水后的抗拉能力，并极大地改善了沥青的水稳定性 5.提高了路面的抗滑能力 6.增强了路面的承载能力 7.减少路面因紫外线辐射而导致的沥青老化现象 8.减少因车辆渗漏柴油、机油和汽油而造成的破坏 （3）SBS改性沥青的原理 改性沥青一般是指掺加改性剂，使沥青或混合料的性能得以改善而制成的新材料。改性沥青中改性剂含量一般小于4%，在这种情况下，沥青为连续相，聚合物分布在沥青中，由于聚合物吸收了沥青中的油分，使得沥青相中沥青质含量相对增加，从而使沥青的粘度和弹性增加。在高温下（约60℃），聚合物相的劲度模量大于沥青连续相的劲度模量，聚合物相的这种加强作用提高了高温下沥青的力学性能。在低温下，聚合物的劲度模量低于沥青连续相的劲度模量，这样就降低了沥青的脆性。改性剂一般分为橡胶类、树脂类、热塑性橡胶类三种橡胶类可分为天然橡胶、合成橡胶、再生橡胶三种。道路工程多以合成橡胶为主，主要有丁苯橡胶（SBR）、氯丁橡胶（CR）、聚苯乙烯-异戊二烯（SIR）、乙丙橡胶（EPOM）、丙烯酸丁二烯共聚物（ABR）等。丁苯橡胶是丁二烯-苯乙烯聚合物，根据苯乙烯含量的多少，又分为许多品种。用于沥青改性多采用苯乙烯含量为30%的丁苯橡胶。根据橡胶形态的不同，有板块状橡胶、粉末橡胶、橡胶胶乳、胶浆等。树脂类分为热塑性树脂和热固性树脂。热塑性树脂主要有聚乙烯（PE）、乙烯—醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚苯乙烯等。用于道路工程的主要有PE和EVA。热固性树脂应用不普遍。热塑性橡胶类主要有苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SIS）等。在道路工程实际应用中，以SBS多见，效果最好。SBS的耐高温、低温性能、弹性恢复性能等非常突出，对温度敏感性下降所起的作用是PE和EVA无法相比的，同时也说明了SBS适用在各种气候条件下使用，而SBR只适合在寒冷的条件下使用，PE及EVA比较适合炎热气候。道路沥青的感温性是沥青性能的核心指标，如果改性沥青混合料承受从低温到高温的范围越宽，就越能承受夏季酷暑和冬季严寒，既不会高温软化发生永久变形，又不会在冬天发生开裂。SBS不仅使沥青高温稳定性大幅提高，而且低温性能也同时改善。SBS由于具有良好的弹性，使其变形后的自恢复性及裂缝的自愈性得到了极大的提高，所以成为目前世界上最为普遍使用的道路沥青改性剂，也成为我国今后道路沥青改性剂的发展方向。 4  SBS改性沥青的施工 SBS沥青混合料的施工SBS沥青是一种以弹性塑胶类改性的沥青，正确使用可以显著提高沥青面层的抗车辙性能，增加耐久性，增加抗老化能力，延长公路的寿命。与AH -70 基质沥青相比，SBS沥青的粘度和软化点显著增加，SBS沥青的运输储存和路面面层施工有一些与基质沥青不同的要求，只有正确使用才能达到预期效果。 （1）运输和储存的技术要求 SBS沥青在生产工厂装车温度必须保持在160℃ 以上，运到混合料拌和场的温度不应低于140℃，运输车辆须在24 h内运到指定地点，并及时把沥青泵送到沥青储存罐中。SBS沥青的储存温度应保持在150℃左右，若温度低于所要求的储存温度，SBS沥青的粘度过大，从而导致沥青罐的油管路堵塞。沥青拌和厂储存罐大部分为卧式， 为保证SBS改性沥青的均匀性，应在贮存罐顶部安装搅拌器，或用贮存罐中自带搅拌器，搅拌器每3 h 搅拌一次，搅拌时间每次20 min。 （2）泵送的技术要求 SBS沥青运输、储存温度要求较高，当生产混合料时需要用沥青泵送到混合料搅拌机中，由于沥青泵带有过滤器易被某些物质堵塞过滤器网眼， 从而影响沥青的泵送能力，建议使用网眼较大的过滤器（9.5mm以上），同时加强沥青管线的保温措施，以防止管线中的SBS沥青温度降低堵塞管线。 （3）拌和、运输的技术要求 为保证沥青用量更准确，宜采用间隙式拌和机拌和。拌和必须均匀，只有SBS沥青改性剂完全分散在沥青中，才能充分发挥其效能，对于密级配混合料， 应做到拌和后的混合料均匀一致， 无分离及花白、结成团块的现象。由于SBS 改性沥青混合料的施工温度要求较高，拌和温度宜控制在160℃，运输车必须加盖棉被或其它保温材料，防止结合料表面结硬。 （4）摊铺的技术要求 SBS沥青混合料在摊铺时应尽量连续不断的施工，以减少摊铺机和压路机的停顿，提高其面层平整度。为提高路面的平整度，表面层宜采用无接触式平衡梁控制方式。摊铺速度应控制在2m/min，做到缓慢、均匀、连续不间断地摊铺，禁止随意变换速度或中途停顿。为确保摊铺连续以及平整度大小符合技术规范要求，必须保证摊铺机前至少4辆车等待卸料，决不能出现摊铺机等车的现象。 （5）碾压的技术要求 SBS沥青混合料的压实工艺本着“紧跟、慢压、高频、低幅”八字方针进行碾压，压路机必须紧跟摊铺机的后面，只有在高温条件下碾压才能取得更好的效果，压实速度控制在4～5km/h。决不允许在新铺沥青混合料上转向、调头、左右移动位置，突然刹车或停车休息，通过石黄高速大修项目，衡井线改建项目SBS沥青试验段，确定的压实工艺为宝马压路机2～3档初压1遍，高频低幅振动碾压2遍，终压2遍。 （6）SBS沥青混合料的质量控制 对于沥青面层混合料，现场的压实效果应采用空隙率和压实度双向控制。空隙率计算所需的最大理论密度以每天实测为准，测试按照“沥青路面混合料最大相对密度试验(真空法) ( T0711-93) ”进行。现场沥青混合料空隙率为3%～6%，表面层沥青混合料压实度的检验以实测芯样为准。 5 SBS改性沥青应用要注意的问题 1、 合理选择基质沥青。在SBS改性沥青样品制作和具体项目应用过程中发现，基质沥青不但对改性沥青的性能有影响，且对SBS改性沥青存储稳定性有重要影响一。 2、 合理选择SBS改性沥青制备工艺。由基质沥青和SBS改性剂制备改性沥青有两种制备工艺：成品工艺和直接剪切工艺，所谓成品工艺是将SBS改性沥青经过稳定剂及其他助剂处理的工艺；而直接剪切工艺是将基质沥青与SBS改性剂在一定温度下剪切而制得的改性沥青，不对其进行其他处理的工艺。由于制备工艺不同，改性沥青的针人度、软化点和延度都不同。剪切工艺制备的SBS改性沥青PI值较成品工艺试样大，当量软化点T800、当量脆点T1．2也较优；成品工艺制备的SBS改性沥青延度较大；软化点与改性工艺、改性温度间的关系同延度有类似。 3、严格控制SBS改性剂的用量。SBS作为一种改性剂加入到基质沥青中，其目的是使SBS在沥青基质中形成“互穿立构网络”结构，改善基质沥青的性能及沥青混合料的路用性能，其用量并非越多越好，而必须通过试验测定SBS改性沥青的各项技术指标后，以峰值确定其最佳用量。 4、 严格控制温度。SBS作为一种热塑性橡胶改性剂加入到基质沥青中，其对基质沥青的影响受温度影响很大，因此从改性沥青的制备、集料加热、混合料出厂、混合料摊铺都必须严格控制温度。温度较低，改性沥青与集料的包裹效果不好；温度过高，改性沥青也随之老化而使其感温性降低。 5、保持SBS改性沥青的存储稳定性。只用SBS而不加稳定剂的改性沥青稳定性差，很容易发生分层，离析试验很难达到改性沥青产品标准的要求，所以SBS改性沥青通常要加入合适的交联剂，使SBS改性剂和基质沥青之间发生交联反应，从而增强SBS改性沥青的粘弹性和相容性，最大程度地发挥其改性作用。 6 结束语 SBS 改性沥青是一种技术含量和附加值较高的新型优质筑路材料，具有很好的耐高温、抗低温能力，较好的抗车辙能力，改善了沥青的水稳定性，提高了路面的抗滑能力，值得大力推广使用和广泛应用。 参考文献： [1] 邓学钧.路基路面工程[M].人民交通出版社，2008. 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