SBS/胶粉复合改性沥青性能研究

黄淑宾

摘要：为提升沥青路面使用性能，探究SBS/胶粉复合改性对沥青性能的提升效果，文章基于针入度、软化点、延度、60 ℃动力黏度试验，对比不同SBS、橡胶粉掺量对SBS/胶粉复合改性沥青性能的影响，确定其最佳掺量，并基于工程实际应用，对SBS/胶粉复合改性技术的经济效益、社会效益进行分析。结果表明：SBS/胶粉复合改性沥青改性剂最佳掺量为5%SBS+12%橡胶粉时，可有效提升沥青高温性能，同时对其低温性能影响较小;SBS/胶粉复合改性沥青绿色环保，具有显著的社会经济效益。

关键词：道路工程;SBS/胶粉复合改性;高温性能;经济效益

中国分类号：U416.03

0引言

随着我国经济的快速发展，高速公路交通量逐年上升，由于各类不利因素的影响，沥青路面往往出现早期病害，由此对于高速公路主要路面形式——沥青路面的性能要求也越来越高。为改善沥青路面路用性能，减少沥青路面病害的产生并提升沥青路面使用年限，需要对道路建筑材料和施工工艺等方面加以改进，其中对基质沥青的改性处理，可明显提升沥青路面使用性能，因此得到了广泛应用。改性沥青中苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青在我国运用最为广泛，其可显著改善沥青及沥青混合料的高温性能[1]，但由于价格高昂，制约其进一步大规模应用。而废橡胶粉可替代部分SBS生产SBS/胶粉复合改性沥青，既能有效处置废弃轮胎而减少污染，降低SBS掺量而控制成本，也可高效结合两种改性剂的优点，在相较于橡胶沥青降低其黏度利于拌和施工的同时，改善沥青的存储稳定性[2]。

因此可采用复合改性技术，在有效改善沥青性能的基础上，降低改性沥青的生产成本，充分利用废胶粉资源从而缓解生态压力。本文针对不同SBS改性剂、橡胶粉掺量对SBS/胶粉复合改性沥青性能的影响，找到基于沥青性能的最优沥青改性方案，以期指导相关工程项目应用。

1原材料及试验方法

1.1试验材料

1.1.1基质沥青

选取某90 #基质沥青，其相关技术指标满足要求，如下页表1所示。

1.1.2改性剂

SBS改性剂选用河北某石化厂的SBS4303颗粒;橡胶粉选择子午胎40目胶粉，其技术指标符合《橡胶沥青路面技术标准》（CJJT 273-2019）的要求。

1.2试验方法

1.2.1三大指标

依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中T0604-2011、T0606-2011、T0605-2011、T0620-2000试验方法，分别检测不同SBS改性剂与胶粉改性剂复掺用量沥青的针入度、软化点、15 ℃延度。

1.2.260 ℃动力黏度

依据规程中T0620-2000试验方法，分别检测不同SBS改性剂与胶粉改性剂复掺用量沥青的60 ℃动力黏度。60 ℃动力黏度表征夏季路面沥青材料受剪切应力而产生流动变形的程度，可用其来评价沥青路面高温抗永久变形性能。

因此，采用三大指标及60 ℃动力黏度对复合改性沥青性能进行评价，确定SBS改性劑与胶粉改性剂复掺用量。

2SBS/胶粉复合改性沥青性能研究

对不同SBS、胶粉掺量下的SBS/胶粉复合改性沥青进行三大指标及60 ℃动力黏度检测。

2.1针入度（图1）

（1）SBS、橡胶粉的掺入可有效改善沥青常温抗变形能力，使得沥青针入度大幅降低，在最少掺量下（3%SBS+8%橡胶粉），与原基质沥青相比，针入度降幅达29.9%。

（2）随外掺剂掺量的增加，沥青常温抗变形能力提升效果逐渐变好。由图1可知，随着SBS、橡胶粉掺量的增多，SBS/胶粉复合改性沥青的针入度逐渐减小，在3%SBS掺量下橡胶粉掺量从8%增加至16%，沥青针入度从5.93 mm降至5.42 mm。

（3）SBS掺量应适中，当SBS掺量达到5%时，复合改性沥青针入度降幅明显，掺量超过5%时，针入度降幅减小，常温抗变形性能提升较小。在8%橡胶粉掺量下，SBS掺量由3%增至5%时，沥青针入度从5.93 mm降至5.53 mm，而SBS掺量增至7%时，沥青针入度为5.39 mm。这是由于随着SBS掺量的增多，SBS与基质沥青之间形成的网状结构逐渐增多，小分子组分逐渐减少，沥青硬化从而抗变形能力增强。

2.2软化点（图2）

（1）SBS、橡胶粉可有效改善沥青的高温性能，且改善效果随掺量的增加而变好。与基质沥青相比，在3%SBS掺量下，8%、12%、16%橡胶粉掺量的复合改性沥青软化点分别提升44.4%、55.9%、68.2%。

（2）胶粉的掺量对复合改性沥青软化点影响更为显著。当SBS掺量从5%提升至7%时，复合改性沥青软化点增幅较小，而当胶粉掺量从12%到16%时，软化点增幅明显。这是由于胶粉颗粒的增加，增大了沥青的稠度，提升了沥青的高温稳定性[3]。

2.3延度（图3）

（1）胶粉的掺入对复合改性沥青低温性能不利。随着胶粉掺量的增加，SBS/胶粉复合改性沥青的延度值逐渐降低。这主要是由于胶粉对沥青中轻质组分的吸收能力较强，使得沥青塑性降低，在低温环境下易开裂，因此SBS/胶粉复合改性沥青中胶粉的掺量不宜过大。

（2）适量的SBS可提升改性沥青低温性能，但掺量过大则对其有不利影响。由图3可知，SBS掺量从3%升至5%时，沥青延度小幅增大，但掺量超过5%时，其5 ℃延度降幅明显。这是由于适量SBS可在沥青中较好地相容膨胀，SBS掺量过高则会在沥青中形成薄弱的结团点，从而降低其低温抗裂性能。

2.460 ℃动力黏度（图4）

（1）SBS、橡胶粉的掺入可显著改善沥青的高温抗永久变形性能，随改性剂掺量的增多，复合改性沥青性能也逐渐增强。在5%SBS掺量下，随橡胶粉掺量从8%增至16%，复合改性沥青60 ℃动力黏度从12 259 Pa·s增至31 925 Pa·s，增幅达160%。

（2）SBS掺量过小对沥青高温性能改善不明显，3%SBS掺量下SBS/胶粉复合改性沥青60 ℃动力黏度均<16 000 Pa·s，高温性能仍然较差。因此对于SBS的掺量选择不宜过小。

综合考虑复合改性沥青的高低温性能，SBS/胶粉复合改性沥青改性剂最佳掺量为5%SBS+12%橡胶粉。

3.1经济效益

SBS/胶粉复合改性沥青的应用，可以大幅降低高速公路的前期建设成本，也可节约后期运营及养护维修成本，因此具有良好的经济效益。

3.1.1生产成本

以5%SBS+12%橡胶粉改性剂掺量计算SBS/胶粉复合改性沥青生产成本，并与成品SBS改性沥青进行价格对比，如表2所示。

由表2可知，成品SBS改性沥青单价为7 200元/t，SBS/胶粉复合改性沥青单价为4 500+900+180+400=5 890元/t，与成品SBS改性沥青相比，SBS/胶粉复合改性沥青价格降低约16.9%，从而大大降低了改性沥青的生产成本。

3.1.2养护维修成本

SBS/胶粉复合改性沥青的应用可有效提升沥青路面的路用性能，而路面性能的提升使其到达养护维修的时间推迟。有资料表明，使用SBS/胶粉复合改性沥青后可将路面维修周期推迟至少5年以上[4]。即便沥青路面进入维修期，SBS/胶粉复合改性沥青路面病害出现概率及严重程度，也远低于其他沥青路面，因此可大大减少维修养护工作量，从而节省大量的养护维修成本。

3.1.3运营成本

基于SBS/胶粉复合改性沥青良好的路用性能，其出现车辙、坑槽等病害的概率及严重程度远小于其他沥青路面，能够保证良好的车况及路面服务质量。在高速公路运营期间，可减少交通事故的发生，并降低车辆行驶时因躲避坑槽等出现的行车额外消耗，从而有效降低行车运输成本。

3.2社会效益

（1）能对废弃轮胎进行有效处置。目前我国每年产生废旧轮胎多达5 000多万只，但仅有14.2%的轮[KG（0.09mm]胎得到了处置，且只是被当作燃料燃烧，其产生的大量烟尘将严重影响环境空气质量，而其燃烧产生的大量灰烬废物的处置也成为新的问题。同时，大量废旧轮胎或被随意丢弃，严重污染生态环境;或直接露天堆放，居高不下的运输、堆放等成本增大了处置成本。将废轮胎加工成橡胶粉，再应用到SBS/胶粉复合改性沥青中，就能对废弃轮胎进行低碳、绿色、环保的有效處置，变废为宝;（2）有效提高路面的服务性能。SBS/胶粉复合改性沥青的应用可有效降低沥青路面的噪音，同时可使路面病害出现频率大幅下降，降低路面行驶时的颠簸感，从而有效提升路面的服务性能，让驾驶员获得更好的驾驶体验;（3）SBS/胶粉复合改性沥青路面路用性能优良，耐久性好，与其他沥青路面相比能有效提高其使用年限，降低后期养护费用及全寿命周期费用，从而降低成本、节约资源。

4结语

（1）SBS/胶粉复合改性沥青改性剂最佳掺量为5%SBS+12%橡胶粉;（2）SBS、橡胶粉可显著改善沥青的高温性能，橡胶粉的掺入对沥青低温性能不利，过量SBS的掺入也会减弱其低温性能，因此对于SBS/胶粉复合改性沥青改性剂掺量的选择，应当关注改性剂对于沥青低温性能的影响，防止所制得的改性沥青低温性能无法满足要求;（3）SBS/胶粉复合改性技术可大幅降低改性沥青的生产成本，具有显著的社会及经济效益。

参考文献：

[1]于秀丽.SBS改性沥青路用性能分析[J].交通世界， 2021（17）：14-16.

[2]贾晓凡.胶粉/SBS复合改性沥青及混合料性能研究[D].兰州：兰州交通大学， 2020.

[3]周志刚，陈功鸿， 张红波， 等.橡胶粉/SBS与高黏剂复合改性沥青的制备及性能研究[J].材料导报， 2021，35（6）：6 093-6 099.

[4]王小龙.废胶粉/SBS双复合改性沥青及路用性能研究[D].西安：长安大学， 2016.