改性剂与绥中36-1沥青配伍性研究

改性剂与绥中36-1沥青配伍性研究
齐邦峰;金吉海
【摘要】以绥中36-170#沥青为基质沥青,减三线糠醛抽出油为相容剂,制备了改性沥青并考察了稳定剂种类及改性剂种类对改性沥青配伍性的影响,分析了在不同改性剂、稳定剂下沥青中SBS相的形态特征.结果表明,在不同改性剂种类的作用下,2#为稳定剂制备的改性沥青软化点差最小;以2#为稳定剂,A为改性剂制备的改性沥青软化点差小于其他三种改性剂;以Y H791、LG501S、B、A为改性剂制备的改性沥青软化点、车辙因子 G */sinδ逐渐增大,高温性能增强;通过对改性剂及稳定剂的筛选,选择改性剂A、稳定剂2#作为绥中36-170#沥青生产I-D改性沥青的原材料,制备的改性沥青热储存稳定性较好.%Taking Suizhong 36-1 70#asphalt as matrix asphalt,minus three line furfural extract oil as compatilizer,the effects of four modifiers on the conventional,high temperature shear rheological and thermal storage properties of suizhong asphalt were investigated.The morphological characteristics of SBS phase in asphalt under different modifiers were analyzed. The results show that the modified asphalt prepared by the modifier A has excellent performance in the high and low temperature and it has good compatibility with Suizhong asphalt.With LG501S,YH791,A and B as the modifier,the rut factor G
*/sinδdelta of modified asphalt increases gradually,and the high temperature performance is enhanced.By screening the modifiers and stabilizers,the modifier A and stabilizer 2#are selected as raw materials for the production of I-D modified bitumen from Suizhong 36-1 asphalt.
【期刊名称】《石油化工高等学校学报》
【年(卷),期】2018(031)001
【总页数】7页(P1-7)
【关键词】绥中36-1沥青;抽出油;沥青改性剂;沥青配伍性
【作者】齐邦峰;金吉海
【作者单位】中海油炼油化工科学研究院,北京102209;中海油炼油化工科学研究院,北京102209
【正文语种】中文
【中图分类】TE626.8+6
绥中36-1沥青是中国海洋石油总公司炼化产业的重要产品之一，其基质沥青蜡含量低，延伸性好，在国内沥青路面的铺装中得到广泛应用。

但在沥青改性过程中，由于基质沥青胶体体系较稳定，目前与绥中36-1沥青配伍性较好的改性剂较少，因此亟需筛选与绥中沥青的配伍性较好的改性剂，在降低改性沥青生产成本的同时扩大改性剂的选择种类，为工业生产提供数据储备[1-2]。

根据改性沥青性能以及改性剂与绥中沥青的相容性筛选满足I-D改性沥青指标要求的改性剂，为绥中改性沥青工业生产降成本、降能耗。

本实验采用A、B、LG501S、YH791为改性剂，1#、2#、3#为稳定剂，考察不同改性剂与绥中36-1 70#沥青的配伍性，对改性沥青的胶体微观结构进行研究，并考察改性沥青高温流变性及热储存稳定性。

1 实验部分
1.1 原材料
绥中36-1 70#基质沥青，主要性能指标见表1。

改性剂A、B、LG501S、YH791，主要性能指标见表2，其中S为苯乙烯(Styrene)的缩写；B为丁二烯(Butadiene)的缩写；稳定剂1#、2#、3#，山东润丰博越有限公司生产；相容剂，绥中减三糠醛抽出油，中海油青岛公司生产，组分：饱和分35.16%，芳香分46.49%，胶质
和沥青质18.35%(均指质量分数)。

表1 绥中36-1 70#基质沥青性能指标Table 1 Performance index of Suizhong 36-1 70# matrix asphalt性能指标数据针入度(25℃，100g，5s)/(0．1mm)71
软化点(环球法)/℃47．510℃延度(5cm·min-1)/cm8615℃延度(5cm·min-
1)/cm>100w(饱和分)/%21．2w(芳香分)/%35．54w(胶质)/%33．54w(沥青
质)/%9．72
表2 SBS改性剂性能指标Table 2 Performance index of SBS modifier改性剂
名称生产厂家分子结构m(S)/m(B)改性剂相对分子质量/万w(挥发分)/%w(灰
分)/%YH791⁃H巴陵石化线型30∶7013．5≤0．7≤0．2LG501S韩国LG线型30∶7013．1≤0．50．3A—复合型20∶8012．5≤0．7≤0．2B—复合型
30∶7014．3≤0．5≤0．2
1.2 改性沥青制备
将基质沥青用电热套加热到170 ℃后加入占基质沥青质量3.8%的改性剂，在
170 ℃下剪切溶胀0.5 h，搅拌升温至175 ℃，在175 ℃下搅拌发育1.5 h，加入稳定剂后继续搅拌发育1.5 h，制得改性沥青样品[3-5]。

1.3 实验仪器及方法
本实验沥青指标所用的实验方法如表3所示。

表3 沥青指标实验方法Table 3 Asphalt index test method沥青指标针入度延
度软化点黏度(135℃)老化后延度软化点差(48h)实验方法
T0604T0605T0606T0625T0605T0661
在奥地利Petrotest公司制造的DDA-3 型自动沥青针入度测定仪及PRA-5型沥青软化点测定仪上，测定试样的针入度和软化点。

在美国TA公司制造的AR 2000 EX型动态剪切流变仪上，测定试样的流变性能。

在上海昌吉地质仪器有限公司制造的SYD-0609型沥青薄膜烘箱中，对试样进行老化处理。

1.4 改性剂外观对比
将改性剂A、B、LG501S、YH791进行外观对比，结果见图1。

图1 不同种类改性剂外观对比Fig.1 Appearance contrast of different kinds of modifiers
由图1改性剂的外观可以看出，改性剂A粒径较大呈片状，改性剂B粒径较小呈团絮状，改性剂LG501S粒径较小且比较均匀，改性剂YH791粒径呈线条状。

2 结果与讨论
2.1 稳定剂种类对改性沥青相容性的影响
稳定剂的加入促进了改性剂之间以及改性剂与沥青之间的交联、接枝反应[6-8]，形成沥青网络结构，提高了改性剂与沥青的相容性。

不同种类的稳定剂对改性沥青具有不同的促进作用，在相同工艺条件下，以1#、2#、3#为稳定剂考察4种改性剂与绥中36-1沥青之间的相容性，结果如表4所示。

由表4可知，在不同种类稳定剂的作用下，A改性剂与绥中36-1沥青的相容性最好，B改性剂与绥中36-1沥青的相容性最差，其他两种改性剂次之；相对于其他两种稳定剂，以2#为稳定剂时，4种改性剂与绥中36-1沥青的相容性最好。

为进一步验证稳定剂种类对改性剂与绥中36-1 70#沥青相容性的影响，以
LG501S为改性剂通过荧光显微镜观察在3种稳定剂下LG501S在沥青中的分散状态，如图2所示。

表4 稳定剂种类对改性沥青相容性的影响Table 4 The influence of the types of stabilizers on the compatibility of modified asphalts改性剂名称改性沥青软
化点差/℃1#稳定剂2#稳定剂3#稳定剂
A1．60．41．1B31．227．638．4LG501S11．25．615．3YH7919．710．4 14．0I⁃D指标≯2．5≯2．5≯2．5
图2 稳定剂种类对LG501S分散状态的影响(×200倍)
Fig.2 The influence of the type of stabilizers on the distributed state of
LG501S (×200 times)
由图2可知，对于不同种类的稳定剂，LG501S在绥中36-1沥青中分散状态不同；以2#为稳定剂时， LG501S在改性沥青中的粒径要小于其他2种改性沥青，与沥青有更好的相容性，这与表4的实验数据相一致。

因此，选择2#稳定剂为绥中
36-1 70#沥青生产I-D改性沥青的稳定剂。

2.2 改性剂种类对改性沥青性能的影响
以绥中36-1 70#沥青为基质沥青、2#为稳定剂，分别以4种SBS改性剂制备试样，考察改性剂对改性沥青性能的影响，结果如表5所示。

表5 改性剂种类对改性沥青性能的影响Table 5 The effects of modifier types
on the properties of modified asphalt改性剂名称w(改性剂)/%25℃针入度
/(0．1mm)软化点/℃5℃延度/cm135℃黏度/(mPa·s)5℃老化后延度/cm48h离
析软化点差
/℃A3．86071．151．5105020．60．4B3．85963．941．6179028．5>30L
G501S3．85960．526100514．55．6YH7913．85858．924105014．314．0 I⁃D指标—40～50≮60≮20≯3000≮15≯2．5
由表5可知，改性沥青高温性能：改性剂A制备的改性沥青软化点要高于改性剂B、LG501S、YH791;改性沥青低温性能：改性剂A、B制备的改性沥青5 ℃延度以及老化后延度要优于LG501S、YH791；改性剂与绥中沥青的相容性优劣顺序为：A、LG501S、YH791、B。

2.3 发育时间对改性沥青软化点的影响
为了考察4种改性沥青软化点随发育时间的变化，对不同发育时间下改性沥青的
软化点进行分析，结果如表6所示。

由表6可知，不同发育时间下的改性沥青，以A为改性剂制备的改性沥青软化点
要高于其它3种改性沥青；相对于其他3种改性剂，改性剂A在加稳定剂后，改
性沥青软化点有明显的提高。

2.4 改性剂种类对改性沥青高温流变性能的影响
采用动态剪切流变仪(DSR)来测量沥青的高温流变性能，在不同温度下对薄膜烘箱老化实验前及老化实验后的改性沥青的DSR性能指标进行了测试，G*/sinδ为车
辙因子，其值越大即高温流动变形越小，抗车辙能力越强[9-10]。

不同改性剂及稳定剂下改性沥青的车辙因子如表7所示。

表6 发育时间对改性沥青软化点的影响Table 6 The influence of development time on the softening point of modified asphalts改性剂名称改性沥青软化点/℃剪切0．5h搅拌发育1．5h加稳定剂后搅拌发育
1．5hA64．464．979．1B55．454．265．9LG501S55．153．665．5YH791 51．951．763．2
表7 改性剂种类对改性沥青高温流变性能的影响Table 7 The influence of modifier types on high temperature rheological properties of modified asphalt改性剂名称老化前，G∗/sinδ≥1．064℃70℃76℃老化后，
G∗/sinδ≥2．264℃70℃76℃A3．4951．9121．1175．1572．7352．309B3．3041．6690．8803．7952．2831．062LG501S3．3731．7140．9183．91 42．2971．073YH7913．2181．6340．8733．5321．8711．017
由表7可知，以B、LG501S、YH791为改性剂制备的改性沥青高温等级为70 ℃，A为改性剂，高温等级为76 ℃；对同一种改性沥青，随着温度等级的升高，原样
及老化沥青G*/sinδ逐渐降低；在相同温度下，分别以YH791、LG501S、B、A 为改性剂，改性沥青的车辙因子G*/sinδ逐渐增大，高温性能增强。

2.5 改性剂种类对SBS分散状态的影响
SBS在改性沥青剪切过程中的稳定分散可以分为溶胀和分散两个步骤。

在溶胀分散过程中，SBS被破碎成微粒，并与沥青混合。

两种物质间的扩散将通过微粒边界进行，边界处的组成先发生变化，逐渐扩展至微粒内部，最终达到稳定混合。

在荧光显微镜的观测下，沥青相与SBS相的形态特征如图3所示。

由图3可知，对于同一种改性剂，随着发育时间的延长，SBS在沥青中的粒径降低、分布率变大；对于不同种类的改性剂，在相同的发育时间下，与其他3种改性剂相比改性剂A的粒径较小及分布率较优，与沥青的相容性较好；与其他3种改性剂相比，改性剂B的粒径及分布率较差，这与表5改性沥青的软化点差相吻合。

图3 改性剂种类对SBS分散状态的影响(×200倍)
Fig.3 Effect of modifier types on SBS dispersion (×200 times)
这是由于随着SBS平均相对分子质量增加, 其分子间相互作用力增大, 体系的黏度增大, 不利于其在沥青中的分散, 而且即使分散了也容易聚并, 容易和沥青发生相分离。

2.6 改性沥青热储存稳定性
为进一步考察改性沥青的高温储存后的使用性能，对4种改性沥青进行热储存实验，热储存条件为163 ℃静置48 h，取样前均匀搅拌进行性能测试，实验结果如表8所示。

表8 改性沥青热储存稳定性Table 8 The heat storage stability of modified
asphalts改性剂名称针入度(25℃)/(0．1mm)热储针入度比/%软化点/℃延度(5℃)/cm热储延度比
/%A437260．235．870B518651．022．755LG501S539056．420．077YH79 1498547．716．368I⁃D指标40～50—≮60．0≮20．0—
4种改性沥青热储48 h后除A改性沥青样品均匀外，其余3种改性沥青均发生离析，沥青表面有结皮。

由表8可知，热储48 h后4种改性沥青的高低温性能均有不同程度的降低，以B为改性剂制备的改性沥青软化点由63.9 ℃下降到51.0 ℃，降幅最为明显。

通过荧光显微镜观察热储前后改性剂在沥青中的分散状态，结果见图4。

由图4可知，热储后不同种类的改性剂在沥青中粒径和分布率均有明显的降低，
尤其改性剂B由团絮状变为细颗粒状。

这是由于除改性剂在热储过程中部分热解
外[11-13]，主要是热储后改性沥青离析严重，改性剂从沥青析出导致沥青中改性
剂量降低，并最终导致改性沥青各项性能均有不同程度的降低。

以2#为稳定剂时，通过4种改性剂制备改性沥青的常规性能、高温剪切流变性、热储存性能以及改
性剂在沥青中形态特征的考察，选择A为改性剂作为绥中36-1 70#沥青生产I-D
改性沥青的原材料。

图4 热储存前后改性剂在沥青中的分散状态(×200倍)
Fig.4 Dispersion of modifiers in asphalt (×200 times)
3 结论
(1)在不同种类稳定剂的作用下，改性剂与绥中36-1 70#沥青的相容性不同，以
2#为稳定剂4种改性剂与绥中36-1 70#沥青的相容性最好。

(2)以2#为稳定剂，A为改性剂制备的改性沥青软化点差小于其他3种改性剂；同等温度等级下，以YH791、LG501S、B、A为改性剂制备的改性沥青，其车辙因
子G*/sinδ逐渐增大，高温性能增强。

(3)通过对改性剂及稳定剂的筛选，选择A为改性剂，2#为稳定剂作为绥中36-1 70#沥青生产I-D改性沥青的原材料，制备的改性沥青热储存稳定性较好。

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