SBS改性沥青的流变特性
对SBS改性沥青的性能研究
对SBS改性沥青的性能研究作者：吴凯旋来源：《价值工程》2010年第06期摘要:对SBS改性沥青进行不同温度及不同贯入时间下的针入度试验,以此来评价沥青的流变特性及路用性能;分析了SBS改性沥青的软化点随着混合过程的变化而出现的复杂变化,并通过不同温度和速率条件下的延度试验来分析改性沥青的流变特性。
Abstract: SBS modified asphalt at different temperatures and under different penetration time of the penetration test are experienced in order to evaluate the rheological properties of asphalt and road performance. Softening point of SBS modified asphalt will change as the mixing process the complex changes occur,the rheological behavior of modified asphalt is analyzed under different conditions of temperature and rate of extension.关键词: SBS 改性沥青;针入度;软化点;延度;流变特性Key words: SBS modified asphalt; needle penetration; softening point; ductility; rheological behavior中图分类号:TU58 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)06-0202-01改性沥青是一种典型的粘弹性材料,研究其性能应从其粘弹性本质出发,采用流变学的方法进行描述。
在高温条件下,我们希望改性沥青的粘性成分多一些,材料用于粘性抵抗的能量多一些,流动变形就会小一些,从而提高其抗车辙的能力,减少高温破坏的可能性;在低温条件下,我们希望使用流动性能好的改性沥青,这样可以松弛掉因温度降低而产生的温度收缩应力,减少低温开裂的可能性。
对SBS改性沥青的性能研究
对 Ｓ Ｓ改性沥青的性能研 究 Ｂ
Ｐｅ ｆ ｍ ａ ｃ ｕ ｉ ＢＳ ｏ ｆｅ ｐｈａ ｔ ｒ ｏｒ ｎ ｅ Ｓｔ ｄｙ Ｏ ｌＳ Ｍ ｄｉ ｄ Ａｓ ｉ ｌ
吴 凯 旋 Ｗ ｕＫａｘ ａ ｉｕ ｎ
（ 广州 市市 政工程 维修 处 ， 州 ５ ０ ０ ） 广 １０ ０
关键 词： Ｂ Ｓ Ｓ改性 沥青 ； 入度 ； 化 点； 针 软 延度 ； 变特性 流
Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ：Ｓ３ ｄｆｅ ｐ ａ ｔ ｅ ｄｅ ｐ ｎ ｔａ ｉｎ； ｏ ｅ ｎ ｏｎｔｄｕ ｔｉｙ ｒ ｅ ｌｇｃ ｌｂ ｈ ｖｏ ｙ ｒ ｓ ＩＳ ｍｏ ｉ ｄａ ｈ ｌ；ｎ ｅ ｌ ｅ ｅｒｔ ｉ ｓ ｏ ｓ ｆ ｎｉｇ ｐ ｉ ； ｃｉ ｔ； ｈ ｏｏ ｉａ ｅ ａ ｉｒ ｔ ｌ
（ ａｇｈ ｕＭｕ ｉｉａ Ｃ ｎ ｔ ｃｉ ｉｔ ａ ｃ ｏ ， ａ ｇｈｕ５ ０ ０ Ｃ ｉａ Ｇｕｎ ｚｏ ｎｃｐ ｌ ｏｓｒ ｔ Ｍａ ｅ ｎ ｅＲｏｍ Ｇｕ ｎ ｚｏ ０ ０，ｈｎ ｕ ｎ ｎｎ １
摘 要 ： Ｓ Ｓ改性 沥青进行 不 同温度及 不 同贯入 时 间下的针入 度试 验 ， 对 Ｂ 以此来评 价 沥青 的流 变特性 及路 用性 能 ； 析 了 Ｓ Ｓ 性沥青 的软 分 Ｂ改 化 点 随着混合 过程 的 变化 而 出现 的复 杂变化 ， 过 不同温度 和速 率条件 下 的延 度试验 来 分析 改性 沥青的 流变特性 。 并通
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：ＳＢＳ ｍｏ ｉ ｅ ｓ ｈ ｌ ａ ｉ ｅｅ ｔｔｍｐ ｒ ｔｒ ｓａ ｄ ｕｎ ｅ ｉ ｅｅ ｔｐ ｎｅｒ ｔｏ ｉ ｆｔｅ ｐ ｎ ｔａｉｎ ｔｓ ｒ ｘ ｅ ｉｎ ｅ ｎ ｏｄ ｒｔ ｄｆ ｄ ａ ｐ ａｔ ｔｄｆ ｒ ｎ ｅ ｅａｕ ｅ ｎ ｄ ｒ ｄｆ ｒ ｎ ｅ ｔａｉｎ ｔ ｉ ｉ ｆ ｍｅ ｏ ｈ ｅ ｅｒｔｏ ｅｔａ ｅ ｅ ｐ ｒｅ ｃ ｄ ｉ ｒ ｅ ｏ ｅ ａｕ ｔ ｈ ｈ ｏｏ ｉａ ｐ ｏ ｅ ｔｅ ｆａ ｐｈ ｌ ｎｄ ｏ ｄ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ．Ｓ ｆｅ ｉｇ ｐ ｉｔ ｆ Ｓ ｄｆｅ ａｐｈ ｌ ｌ ｈ ｎ ｅ ａ ｈｅ ｍｉｉｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｔｅ ｖ ｌａｅ ｔｅ ｔ ｅ ｌｇｃ ｌ ｒｐ ｒｉｓ ｏ ｓ ａｔ ａ ｒａ ｅｆ ｒ ｎ ｅ ｏｔｎｎ ｏｎ ｏ ＢＳ ｍｏ ｉ ｄ ｓ ａｔｗｉｌｃ ａ ｇ ｓ ｔ ｘｎ ｒｃ ｓ ｈ ｉ
SBS改性沥青热老化过程的流变性能研究
________________________________________________________________________道路工程觀SBS改性沥青热老化过程的流变性能研究磨巧梅，孙宗丹，杨洋（广西交通职业技术学院，广西南宁530023）摘要：为研究SBS改性沥青短期老化和长期老化过程中的流变性能，文章采用动态剪切流试验，研究 程中沥青流变参数的。
结果表明:SBS改性沥青与沥青在程中复数模量增加，相减小，损失模量与因子增加，说作用下沥青弹性成分升高，沥青脆,疲劳性能降低，但增沥青高温形能力；SBS改性沥青相对沥青改变幅度要小，表明SBS改性剂可以抑制沥青进程，对沥青的低温抗裂性和高温力起作用。
关键词：改性沥青;老化;相位角;损失模量;车辙因子中图分类号：U416.217文献标识码：A DOI：10.13282/ki.wccst.2020.09.004文章编号:1673-4874（2020）09-0013-030引言道路沥青作为最主要的路面材料，其中SBS改性沥青在路面层使用的高达35%,因此SBS改性沥青的研究要的。
沥青期的程中，受到温度、氧气、紫外线、水分人为等因素的导性，大大使：命*1-3+。
因此研究沥青程中的流变性能，路面机理，预测路面的周期,掌握路面变形重要意义。
旋转薄膜试验（RTF0T）能够模拟沥青短期程,力试验（PA/）够模期程，目前研究,SBS改性沥青与沥青在流变参、性、抗变形能力上的研究涉少*4-5+。
此，本文采取温度扫描试验SBS改性沥青流变性能随老化作的规律。
1试验材料与方法11试验材料试验为研究SBS改性剂程中沥青流变性能的影响，牛国产70号道路沥青试验。
沥青性《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（T0604-2011））作，如下页表1、表2所示。
作者简介:磨巧梅（980—）,讲师,工程师，主要从事高速铁路、城市轨道交通轨道施工与养护维修教学及铁路防水材料研究工作；孙宗丹（986—）,讲师,工程师，研究生,主要从事城市轨道交通教学与研究工作；杨洋（988—），讲师，工程师，研究生,主要从事城市轨道交通教学与研究工作。
SBS-SBR胶乳复合改性乳化沥青流变性能
SBS-SBR胶乳复合改性乳化沥青流变性能畅润田【摘要】将改性剂SBS与SBR胶乳同时用于乳化沥青改性,充分发挥SBR胶乳与乳化沥青较好的相溶性和其对沥青低温、抗水损性能具有良好的改性效果,有效解决SBS改性沥青黏度较大乳化困难和低掺量时路用性能不佳的问题.首先从改性乳化沥青储存稳定性和蒸发残留物常规指标出发,得出不同掺量改性剂对乳化沥青的复合改性效果变化规律,之后通过样品在流变性能随温度和频率的变化趋势对其效果进行验证,并得到改性效果较好的改性方案.试验结果显示,在SBS掺量2％的基础上,添加3％的SBR胶乳可以大幅改善乳化沥青蒸馏残留物的弹性性能和高低温性能.【期刊名称】《山西交通科技》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】4页(P44-47)【关键词】乳化沥青;SBS;SBR;复合改性;流变行为【作者】畅润田【作者单位】山西省交通科学研究院,山西太原 030006【正文语种】中文【中图分类】U414.750 引言随着我国早期建设道路陆续进行维修养护阶段，具有可以常温施工、节约能源、减少环境污染等优点的乳化沥青逐渐成为道路材料和技术应用、研究与发展的主流方向[1-2]。
但是沥青本身的技术指标无法满足路面使用性能要求，聚合物苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）能够显著提高沥青的高温抗车辙、低温抗开裂性、抗老化以及改善沥青路面的耐疲劳性能，是目前筑路使用最广泛的聚合物改性剂[3-4]。
SBS聚合物可以在沥青内部发生交联，使体系的黏弹特征发生明显变化[5-6]，对乳化设备、乳化条件和储存条件都要求较高，若掺量太低，则不能满足沥青路面的性能要求。
SBR胶乳与乳化沥青相溶性较好，操作便捷，且SBR胶乳生产工艺简单，但其改性效果略差。
在此，将改性剂SBS与SBR胶乳同时用于乳化沥青改性，充分发挥SBR胶乳与乳化沥青较好的相溶性和其对沥青低温、抗水损性能良好的改性效果[7]，因而将两者同时用于乳化沥青改性，不仅有效解决SBS改性沥青乳化困难的问题，SBS和SBR胶乳对乳化沥青改性效果具有协同增效作用，使乳化沥青各方面性能均有较为显著的提升。
线型SBS改性沥青不同时程老化流变特征及阶段判别
线型SBS改性沥青不同时程老化流变特征及阶段判别邢成炜;刘黎萍;刘威【摘要】为探究线型SBS改性沥青老化过程中流变特性的演化与微观结构的变化机理,采用频率扫描试验、流变主曲线、多重应力蠕变回复试验(MSCR)及傅里叶变换红外光谱试验(FT-IR)分别分析线型SBS改性沥青在不同时程老化程度下多温度域的流变特性及官能团变化.研究表明,采用相位角频率扫描(75、65、55℃)或第一次循环Jnr3.2离散率指标,可以将线型SBS改性沥青的老化分为初期、中期、后期3个阶段,不同的阶段呈现不同的流变特征.聚丁二烯指数与线型SBS改性沥青老化初期和中期的相位角主曲线平台区临界点有较好的线性相关性.【期刊名称】《东南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(049)002【总页数】8页(P380-387)【关键词】线型SBS改性沥青;不同老化时程;老化阶段;流变行为;官能团【作者】邢成炜;刘黎萍;刘威【作者单位】同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海201804;同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海201804;同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海201804【正文语种】中文【中图分类】U414目前,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青被广泛应用于道路工程建设.SBS改性剂混合于沥青中,吸附沥青中部分轻质组分发生溶胀现象,在沥青中形成弹性网络结构,与沥青相共同影响改性沥青的流变特性[1-3].其中,SBS改性剂主要分为星型和线型2种,线型SBS分子内没有交联,星型SBS分子内通过四氮化硅偶联[2],2种类型的改性剂对沥青的影响不尽相同[4-5].对于SBS改性沥青的老化,主要包括沥青相的老化和改性剂的老化[6].祁文洋等[4-5]的研究表明,老化过程中2类SBS(线型和星型)改性沥青的复数模量、针入度、延度等指标变化趋势与基质沥青老化基本一致.但是,软化点呈现先降低后增加的规律,这种差异主要是由于SBS中的丁二烯基裂解造成,使SBS改性沥青的老化出现了有别于基质沥青的阶段性特征[4].然而现有研究多采用三大指标、车辙因子等传统方法和指标评价标准老化条件下的改性沥青,难以准确分析在不同老化时程及不同温度域下SBS改性剂的裂解对沥青的影响.虽然采用软化点试验可以将SBS改性沥青的老化划分为2阶段,但是这种划分方式较为粗糙,不能准确反映SBS改性剂的老化降解对沥青流变的影响,限制了对SBS改性沥青的精准化再生利用.近些年,流变主曲线和多重应力蠕变回复试验(MSCR)等流变测试方法的出现为更深入分析改性沥青的流变行为提供了技术手段.对于流变主曲线,可以表征沥青在不同频率(温度)下的流变行为[7-8].Hao等[9]对比了星型和线型SBS改性沥青在标准老化条件(沥青旋转薄膜加热试验(RTFO)+压力老化容器加速沥青老化试验(PAV)20 h)下相位角主曲线变化,发现随着老化的进行,相位角主曲线在不同频率范围内会发生明显变化.D’Angelo[10]发现MSCR试验可以更好地反映改性沥青非线性黏弹性响应.此外,利用傅里叶变换红外光谱试验(FT-IR),通过测量被吸收的红外光线可以对不同的官能团进行量化分析[11].赵永利等[6]、Yan等[12]对比2类SBS改性沥青在不同热氧老化试验前后官能团的变化,发现老化后羰基指数均不断增加,丁二烯指数均不断减小,SBS改性沥青的老化就是沥青相不饱和碳链氧化以及SBS改性剂聚丁二烯双键断裂的过程.以上试验方法均可以反映SBS改性沥青与基质沥青的差异以及改性沥青老化前后的变化.因此,本文以线型SBS改性沥青为对象,通过不同时程的压力老化试验模拟沥青的老化过程,分别采用频率扫描试验、流变主曲线及MSCR试验,结合红外光谱测试技术,判别线型SBS改性沥青不同的老化阶段及特征,以期为线型SBS改性沥青的老化程度分级提供参考.1 试验材料及方法1.1 材料基质沥青采用SK-70#,SBS改性沥青由线型SBS改性剂和SK-70#沥青制备而成.其中,线型SBS掺量(质量分数)为4.5%,稳定剂采用硫磺.沥青基本指标见表1.表1 沥青基本指标性能指标SK-70#基质沥青试验结果技术要求线型SBS改性沥青试验结果技术要求针入度(25℃)/0.1 mm67.560～805740～60软化点/℃49.8≥4585≥60延度(5 ℃)/cm28.5≥20延度(15 ℃)/cm>100≥1001.2 老化试验方法已有研究表明,压力老化试验5 h基本与旋转薄膜加热试验相同[13].因此,采用PAV-5h表示模拟短期老化,在此基础上,分别进行不同时程的PAV老化以模拟不同程度的长期老化.本文对2种沥青(SK-70#和线型SBS改性沥青)分析其不同老化时程流变特征及化学变化.各类型沥青老化状态及命名见表2.表2 各类型沥青老化状态及命名沥青种类老化时程短期老化长期老化样品编号SK-70#SK-virginPAV-5hSK-PAV5hPAV-5hPAV-10hSK-PAV15hPAV-5hPAV-20hSK-PAV25hPAV-5hPAV-30hSK-PAV35hPAV-5hPAV-40hSK-PAV45hPAV-5hPAV-50hSK-PAV55h线型SBS改性沥青SBS-virginPAV-5hSBS-PAV5hPAV-5hPAV-10hSBS-PAV15hPAV-5hPAV-20hSBS-PAV25hPAV-5hPAV-30hSBS-PAV35hPAV-5hPAV-40hSBS-PAV45hPAV-5hPAV-50hSBS-PAV55h1.3 试验方法本文采用频率扫描试验及流变主曲线和MSCR试验分别评价沥青老化前后不同频率下的流变特征和高温域下的黏弹性规律；采用FT-IR试验分析线型SBS改性沥青的化学变化特点.1.3.1 频率扫描试验及流变主曲线的构建采用动态剪切流变仪(DSR),以10 ℃为间隔,进行频率扫描试验,扫描范围为0.1～30 Hz.5～25 ℃频率扫描的应变水平为0.15%,35～75 ℃频率扫描的应变水平为1.5%,在这些频率范围内可以保证扫描过程中沥青均处于线性黏弹性阶段.根据频率扫描的试验结果,依据时温等效原理构建流变主曲线.当前,构建沥青流变主曲线的模型主要有Generalized Maxwell模型、2S2P1D模型及部分数学模型等[8].相较其他模型,Generalized Logistic Sigmoidal数学模型参数较少,具有更好的拟合相关性,更适合拟合复数模量主曲线[7-8].聚合物改性沥青相位角主曲线在中等频率下会出现较为缓和的平台区,Double Logistic模型对此具有更好的拟合相关性[8].因此,本文以25 ℃为参考温度,分别采用Generalized Logistic Sigmoidal模型和Double Logistic模型构建复数模量主曲线及相位角主曲线,模型为(1)(2)式中,fr为换算频率；v为log|G*|低频渐进值；α为log|G*|高频渐进值与低频渐进值的差值；λ、β、γ为形状参数；fp为相位角达到平台区的频率；δp为相位角平台值；SR为相位角平台区右侧形状参数；δL、SL为控制相位角平台左侧形状的参数；H(fr-fp)和H(fp-fr)为单位阶跃函数,将相位角分为左、右2个部分.1.3.2 MSCR试验MSCR试验主要用来评价沥青胶结料的高温性能[14].较传统方法及指标(车辙因子等),该试验可以更好反映聚合物改性沥青的非线性黏弹性响应[14].本研究参考AASHTO T-350,分别计算多温度域内沥青在0.1 kPa应力下的回复率蠕变R0.1和不可回复蠕变柔量Jnr0.1；3.2 kPa应力下的回复率R3.2和不可回复蠕变柔量Jnr3.2,分析多应力下不同老化时程沥青的弹性回复和蠕变变形规律.1.3.3 FT-IR试验FT-IR试验可以快速、准确地测定沥青化学官能团变化[11],本文采用Bruker Tensor 27红外光谱仪,通过衰变全反射法(ATR)评价改性沥青和基质沥青老化前后羰基指数的变化[11], 公式为(3)式中,ICA为羰基指数；A1700为羰基特征峰1 700 cm-1处面积；A2700-3000为参考峰2 700～3 000 cm-1段面积.由于ATR方法难以准确测量SBS官能团的真实变化[3],因此,通过透射法测定SBS改性剂的聚丁二烯指数(PB)变化,公式如下:(4)式中,IPB为聚丁二烯指数；A966为聚丁二烯特征峰966 cm-1处面积.2 试验结果及分析针对确定的线型SBS改性沥青老化试验方案,基于以上试验方法,确定线型SBS改性沥青在不同时程老化流变特征及阶段判别.2.1 流变主曲线变化规律及老化阶段判别2.1.1 流变主曲线变化规律主曲线可以表征沥青在某一特定温度下不同频率的流变行为,低频段和高频段分别与高温和低温性能相关[7].基于频率扫描试验,构建的25 ℃复数模量和相位角流变主曲线分别见图1和图2.(a) 模量主曲线(b) 相位角主曲线图1 SK-70#沥青主曲线由图1(a)和图2(a)可见,相较SK-70#,线型SBS的加入能够提高沥青低频区的模量.随着老化的进行,SK-70#模量的增幅大于线型SBS改性沥青模量的增幅,说明线型SBS的加入能够抑制老化引起的模量增长.对比图1(b)和图2(b),2种沥青相位角主曲线存在显著差异.相较SK-70#,线型SBS 改性沥青相位角主曲线没有很好的单调性；随着老化的进行,相位角主曲线逐渐呈现S形.这主要由于线型SBS改性剂的存在及分解,导致线型SBS改性沥青产生有别于基质沥青的黏弹性特征演化规律.这些差异性为准确判别线型SBS改性沥青的老化阶段提供了依据.(a) 模量主曲线(b) 相位角主曲线图2 线型SBS改性沥青主曲线相较SK-70#,线型SBS改性沥青在对数频率-4～-1 Hz范围内出现了较为明显的平台区,这是由于在该频率范围内改性剂中的聚丁二烯段处于高弹性状态,抑制了改性沥青黏性随着频率降低而增加.其中,SBS-virgin～SBS-PAV45h平台区交织在一起.但是,SBS-PAV55h平台区相位角明显降低,与SK-70#相位角随着老化整体降低的趋势一致,这说明当线型SBS改性剂降解到一定程度,沥青相的老化开始主导黏弹性行为.本文定义相位角主曲线平台区出现的频率(从高频至低频方向)作为平台区临界点,见图3.SBS-virgin～SBS-PAV45h平台区临界点逐渐降低.但是,SBS-PAV55h 的临界点反而上升,可能与该阶段下沥青相开始主导流变行为有关.在低频-5～-4 Hz范围的区域,随着老化的进行,线型SBS改性沥青相位角随着频率的降低先降低后增加.这说明在该频率范围内,线型SBS嵌段共聚物未降解和降解初期能够主导沥青的弹性行为；随着老化导致的聚丁二烯段大量分解,明显降低了线型SBS改性剂的弹性特征,使改性沥青逐渐呈现黏性特征.图3 线型SBS改性沥青平台区临界点位置2.1.2 基于相位角频率扫描的老化阶段判别由于改性沥青相位角频率扫描变化的复杂性,导致相位角主曲线模型拟合相关性相对较差,仅能反映整体变化趋势[8].为了更准确地对老化阶段进行判别,根据线型SBS改性沥青相位角主曲线在低频(-5～-4 Hz)和中频(-4～-1 Hz)区域所表现出的独特规律,分别对相应温度下的相位角频率扫描进行分析.对数频率范围-5～-4 Hz大致对应温度75 ℃的频率扫描,对数频率范围-4～-1 Hz大致对应温度65和55 ℃的频率扫描,各温度下的相位角频率扫描分别见图4.由图4(a)可见,在对数频率范围-1～0 Hz内,SBS-virgin和SBS-PAV5h的相位角随着频率的降低逐渐降低,SBS-PAV15h～SBS-PAV55h的相位角随着频率的升高逐渐升高.由图4(b)和(c)可见,SBS-virgin～SBS-PAV45h的相位角交织在一起,SBS-PAV55h的相位角相对明显降低.这些现象的产生均是由于线型SBS中的聚丁二烯段的不断老化降解引起的.因此,可以基于线型SBS改性剂老化降解过程中引起的75 ℃相位角频率扫描在对数频率范围-1～0 Hz的变化及65 ℃或55 ℃相位角的整体高度变化判断SBS改性沥青的老化阶段,其中,75 ℃低频段相位角随着频率的降低而逐渐降低时(原样至PAV15h)为老化初期,65 ℃或55 ℃相位角交织在一起时(PAV15h～PAV45h)为老化中期,65 ℃或55 ℃相位角开始明显降低时(PAV45h以后)为老化后期.2.2 基于MSCR试验的老化阶段判别2.2.1 MSCR试验的修正由于改性沥青在0.1 kPa循环的初期应变变化不稳定,因此,较AASHTO TP-70,AASHTO T-350要求0.1 kPa进行20次循环,对后10次循环的应变进行计算,但对3.2 kPa的循环次数和计算方法未做修正.为分析线型SBS改性沥青各循环次数下应变的波动,本研究分别从后往前计算不同循环次数下Jnr3.2的变异系数,见图5.(a) 75 ℃(b) 65 ℃(c) 55 ℃图4 线型SBS改性沥青相位角频率扫描由图5可见,线型SBS改性沥青Jnr3.2在10个周期和后9个周期的变异系数明显高于其他周期,后8个周期以后基本达到稳定(即第3个周期以后).因此,建议3.2 kPa下应变计算也做类似0.1 kPa的修正,本研究Jnr3.2和R3.2均取后8个周期的应变数据进行计算.2.2.2 基于MSCR试验的老化阶段判别图5 不同循环次数下Jnr3.2变异系数为分析线型SBS改性沥青循环初期3.2 kPa应力下应变的不稳定变化特征,本文定义“第1次循环Jnr3.2离散率”指标.由于第3次循环以后的应变变化基本稳定,采用第3次循环的Jnr3.2值代表稳定后的值.通过对比应变稳定前后Jnr3.2的变化,表征循环初期不可回复蠕变的变化规律,计算公式为(5)式中,Jd为第1次循环Jnr3.2离散率；J1为第1个循环周期Jnr3.2值；J3为第3个循环周期Jnr3.2值.正值表示不可回复蠕变逐渐减小；负值表示不可回复蠕变逐渐增加.由频率扫描试验可知,老化前后的线型SBS改性沥青在不同温度域下,呈现不同的黏弹性变化规律,通过不同温度域下的黏弹性变化可以判别线型SBS改性沥青的老化阶段.图6为不同老化时程下线型SBS改性沥青在不同温度域下的第1次循环Jnr3.2离散率.图6 第1次循环Jnr3.2离散率由图6可见,对于同一老化时程线型SBS改性沥青,随着温度的升高,离散率正值逐渐降低,当温度升高到一定值时,离散率出现负值,意味着线型SBS改性剂对沥青不可回复蠕变的影响具有温度敏感性.随着线型SBS改性剂的老化降解,离散率负值出现的温度逐渐升高并消失,可以认为线型SBS改性剂的降解延缓了负值温度的出现.根据负值温度出现的规律,将线型SBS改性沥青的老化分为原样～PAV15h为老化初期、PAV15h～PAV45h为老化中期、PAV45h以后为老化后期3个阶段.2.2.3 不同老化阶段弹性回复及蠕变变化根据“第1次循环Jnr3.2离散率”指标,将线型SBS改性沥青的老化划分为3个阶段.不同试验温度,MSCR试验各指标随老化的变化规律基本一致,SK-70#和线型SBS改性沥青在58 ℃下R0.1、R3.2、Jnr0.1、Jnr3.2的变化见图7.(a) R0.1(b) R3.2(c) Jnr0.1(d) Jnr3.2图7 58 ℃ MSCR试验结果由图7(a)和(b)可见,随着老化的进行,在0.1 kPa应力下,线型SBS改性沥青老化初期及中期弹性回复逐渐降低,之后弹性回复逐渐增强.分析认为,老化初期R0.1的降低主要是由于线型SBS中的聚丁二烯基的降解导致高弹性阶段的减少,引起弹性回复的降低,老化后期的增长与沥青相老化引起的弹性回复增强有关.在3.2 kPa应力水平下,不同老化阶段的SBS改性沥青R3.2并无明显规律,但基本维持在70%～80%的较高水平.由图7(c)和(d)可见,在0.1和3.2 kPa应力水平下,2种沥青不可回复蠕变柔量Jnr均随着老化的进行逐渐降低,线型SBS改性沥青的不可回复蠕变柔量Jnr3.2明显低于SK-70#,具有更好的抗车辙性能.2.3 不同老化时程微观官能团变化FT-IR试验大多采用羰基指数来评价沥青的老化程度[12],图8为SK-70#和线型SBS改性沥青不同老化时程下羰基指数的变化.2种沥青的羰基指数均随着老化逐渐增长,相同时程下2种沥青羰基指数变化不大.已有研究表明,SBS改性剂分布于沥青中不会产生新的官能团,SBS改性沥青的红外光谱图可以看作是基质沥青和SBS改性剂的叠加[2].此外,SBS改性剂随着老化的进行,在1 700 cm-1羰基同样会产生吸收峰[12].因此,线型SBS改性沥青由于SBS改性剂的加入,延缓了沥青相羰基的产生,进而延缓了沥青相的老化.这主要是由于SBS改性剂吸附了沥青相中的轻质组分,从而延缓沥青相老化时的吸氧老化程度[6].图8 SK-70#与线型SBS改性沥青羰基指数变化线型SBS改性剂中的反式烯烃在966 cm-1处的吸收峰因峰型窄而尖,不易被其他官能团干扰,多被用于评价SBS改性剂的老化降解[15].图9为线型SBS改性沥青不同老化时程966 cm-1处聚丁二烯指数变化.随着老化的进行,聚丁二烯指数不断降低,说明线型SBS改性剂在老化过程中不断地降解.图9 SBS改性沥青聚丁二烯指数变化2.4 综合分析通过FT-IR试验可知,线型SBS改性剂的降解伴随着线型SBS改性沥青老化的各个阶段,降解程度的不同,会对线型SBS改性沥青的流变行为产生不同的影响.基于75℃相位角在范围-1～0 Hz的频率扫描变化及65 ℃或55 ℃相位角频率扫描的整体高度,可以将线型SBS改性沥青的老化过程分为初期、中期和后期.采用基于MSCR试验提出的“第一次循环Jnr3.2离散率”在不同温度下的变化规律,可以将线型SBS改性沥青的老化分为相同的3个阶段.相较于通过软化点的变化将SBS改性沥青的老化划分为2个阶段[4],本研究提出的2种方法判别结果具有一致性,对老化的阶段性划分更为细致,更能准确反映线型SBS改性剂的降解对流变行为的影响.本文提出的老化阶段判别方法仅针对线型SBS改性沥青,对于星型SBS改性沥青的老化阶段判别未来需做进一步验证.对于线型SBS改性沥青,相位角主曲线平台区的变化主要受线型SBS降解的影响.对线型SBS改性沥青的聚丁二烯指数和相位角主曲线平台区临界点频率进行回归,如图10所示.在老化初期和中期(SBS-virgin～SBS-PAV45h),聚丁二烯指数和主曲线平台区临界点具有较好的线性相关性.老化后期(SBS-PAV45h～SBS-PAV55h)由于沥青相开始影响平台区的流变行为,导致平台区临界点与聚丁二烯指数的变化不具有相关性.因此,可以将平台区临界点的折点作为线型SBS改性剂对流变影响明显减弱的标志.图10 平台区临界点与聚丁二烯指数关系3 结论1) 通过老化前后线型SBS改性沥青频率扫描试验75 ℃相位角在对数频率范围-1～0 Hz的变化,及65 ℃或55 ℃相位角在对数频率范围-1.0～1.5 Hz的整体高度,可以将线型SBS改性沥青的老化阶段分为初期、中期及后期.2) MSCR试验中,线型SBS改性沥青在3.2 kPa应力循环初期存在应变不稳定的现象,推荐取第3～10个循环周期(即后8个周期)的应变值计算改性沥青的Jnr3.2和R3.2.通过提出的“第一次循环Jnr3.2离散率”指标,可以判别线型SBS改性沥青的老化阶段.3) 通过SK-70#和SBS改性沥青羰基指数的变化,认为线型SBS改性剂的存在抑制了沥青相的老化,仅通过官能团的变化无法区分线型SBS改性沥青老化的不同阶段,但聚丁二烯指数与老化初期和中期的相位角主曲线平台区临界点有较好的线性相关性.参考文献【相关文献】[1] 李双瑞, 林青, 董声雄. 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SBS改性沥青机理研究
SBS改性沥青机理研究一、本文概述随着交通事业的飞速发展，道路建设和维护对于沥青材料的要求越来越高。
SBS改性沥青作为一种性能优异的道路材料，已经在全球范围内得到了广泛的应用。
本文旨在深入研究SBS改性沥青的机理，以期为提高道路使用寿命、降低维护成本提供理论支持。
本文将概述SBS改性沥青的基本概念、发展历程及其在道路工程中的应用现状。
随后，文章将详细探讨SBS改性沥青的改性机理，包括SBS的分子结构、改性过程中的物理化学变化以及改性沥青的性能提升等方面。
本文还将通过实验研究，分析SBS改性沥青在不同条件下的性能表现，并对比传统沥青与SBS改性沥青的性能差异。
本文将对SBS改性沥青的应用前景进行展望，并提出针对性的建议，以期推动SBS改性沥青在道路工程中的进一步应用与发展。
通过本文的研究，将为道路工程领域提供更为全面、深入的SBS改性沥青机理认识，为相关领域的科研和实践工作提供有益的参考。
二、SBS改性沥青的制备与表征SBS改性沥青的制备是研究其改性机理的关键步骤。
制备过程中，首先选择高质量的基质沥青和SBS橡胶作为原料，保证产品的基本性能。
接着，通过特定的加工工艺，如熔融共混法，将SBS橡胶均匀分散在基质沥青中，形成稳定的SBS改性沥青。
在这个过程中，SBS橡胶的分子链会与基质沥青中的组分发生相互作用，如吸附、溶解和扩散，从而实现改性效果。
为了表征SBS改性沥青的性能，我们采用了一系列实验方法。
通过粘度测试，可以了解SBS改性沥青的流动性和施工性能。
动态剪切流变实验（DSR）可以评估SBS改性沥青的高温抗车辙性能。
我们还通过弯曲梁流变实验（BBR）来评价其低温抗裂性能。
这些实验结果可以为SBS改性沥青的应用提供重要依据。
除了以上基本性能测试，我们还对SBS改性沥青的微观结构进行了表征。
通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观察，可以直观地了解SBS橡胶在基质沥青中的分散状态以及其与基质沥青的相互作用情况。
SBS-(R)改性沥青工艺及特点
SBS-（R）聚合物复合改性沥青技术特点及生产工艺流程介绍一、聚合物复合改性沥青技术特点聚合物改性沥青是在基质沥青中加入一定量的高分子聚合物材料—即改性剂，通过专用设备—改性沥青设备中的胶体磨加工而得到的一种特殊沥青。
经过改性后的沥青—改性沥青可以弥补普通重交沥青的路用缺陷，大大提高其高、低温和抗老化性能，从而基本消除高温拥包、车辙及低温开裂等现象，大大路面质量，延长道路使用寿命。
聚合物改性剂品种分为多种，在我国目前主要用的是SBS、SBR、EV A、PE这几种。
根据改性剂使用的品种数量又分为单一改性和复合改性。
单一改性就是在改性时只用一种改性剂，现在用的最多的是SBS，复合改性是在改性时同时使用二种或以上的改性剂，目前在我国使用的不太多，但其性能比单一改性要好，成本和加工技术水平要求高。
北京首都机场东跑道就是采用SBS+PE的复合改性，其质量和使用效果非常好，十年来在每年几十万架次大型飞机起降冲击和摩擦下，没有出现任何问题，该技术也获得了国家科技进步成果二等奖。
我们在安楚高速公路上采用的SBS-（R）改性沥青技术，是在世界改性沥青权威、聚合物改性沥青国际专利发明人——奥地利的施托罗姆先生（Mr. Strommer）的指导下，结合我们自己的橡胶技术和多年积累的改性沥青工作经验而独创的一种复合改性沥青技术。
该技术的关键是在沥青中同时加入SBS和SBR，经过改性设备加工好后再加入我们自己研制的专用分散稳定剂，从而使SBS和SBR这二种不同的改性剂能均匀并充分地分布溶解在沥青中，经过发育，改性剂被打碎的分子链将重新连接，形成的不是象一般改性沥青那样形成桥接，而是一种更牢固、更稳定的织构态。
因此复合改性比单一改性的性能指标及路用效果更好。
一般来说，不同品种的改性剂其性能特点和作用是不一样的。
比如，PE的抗高温性能非常突出，而SBR的低温性能是独一无二的，则SBS中和了上二种改性剂的特点，高低温性能都很好，但没有他们突出，但其可加工性最好。
SBS改性道路沥青的性能概述 2014
SBS 改性道路沥青的性能概述于进军 王燕飞(北京燕化石油化工股份有限公司合成橡胶事业部,102503)综述了聚合物改性沥青的发展情况及路用性能,并从流变性的角度介绍了S BS 改性沥青的性能,同时提出了SBS 改性沥青应用过程中存在的主要问题 热储稳定性。
关键词: S BS 聚合物改性沥青 流变性 热储稳定性 粘弹性作 者 简 介于进军 工程师,1992年毕业于大连理工大学化工学院。
随着交通量的迅速增加,车辆大型化、渠道化、超载严重,沥青混凝土路面面临严峻考验。
使用普通沥青铺设的路面易产生严重车辙、开裂、坑槽等早期破坏。
路面使用某些聚合物改性沥青进行薄层罩面后,可大大延长养护周期,降低养护费用。
高等级公路的路面尤其需要使用聚合物改性沥青,延长路面使用寿命,减少养护罩面次数,保证公路畅通。
1 沥青及改性沥青的路用性能1.1 沥青路面应具有的性能为使气候和交通量对沥青路面破坏的影响降低到最低限度,沥青路面应具有如下性能[1]:(1)高温抗车辙性能,即抵抗流动变形的能力。
沥青路面的车辙变形、拥包等主要发生在夏季高温情况下,是一种混合料各种成分位置的变化,这时沥青的粘度较低,粘结集料抵抗变形的能力有限。
(2)低温抗裂性能,即抵抗低温收缩裂缝的能力。
沥青路面的温缩裂缝表现为寒冷季节混合料集料之间的沥青膜拉伸破坏,然后再导致集料的破裂。
主要取决于沥青混合料的低温拉伸变形性能。
(3)水稳定性,即抵抗沥青混合料受水的浸蚀逐渐产生沥青膜剥离、掉粒、松散、坑槽而破坏的能力。
沥青混合料的水损害是由于沥青结合料与集料表面的粘结力丧失而导致剥离。
(4)耐疲劳性能,即抵抗路面沥青混合料在反复载荷(包括交通和温度载荷)作用下破坏的能力。
(5)抗老化性能,即抵抗沥青混合料受气候影响发脆逐渐丧失粘结力等各种良好性能的能力。
(6)表面服务功能,包括低噪音及潮湿情况下的抗湿滑性能、防止雨天溅水及在车后产生水雾等性能,这些性能直接影响交通安全及环境保护。
SBS改性沥青的流变特性
• SBS改性沥青的复数剪切模量与试验温度在半 对数坐标上是线性相关的。
SBS改性沥青的复数剪切模量与温 度的关系
• SBS改性沥青的复数剪切模量大小与其 高温性能等级有关；
• 在相同温度下，SBS改性沥青的高温性 能等级越高，复数剪切模量越大，也就 是说，曲线在图中的位置越高；
剪切复数模量
10000
1000
MKL
100
MLL
10
MPJ
MQP
1
0.1 16 22 28 34 40 46 52 58 64 70 76 82 88 94 温度
纯沥青和SBS改性沥青的复数剪切 模量与温度的关系曲线
剪切复数模量
10000
KL
1000
MKL
100
LL MLL
10
PJ
MPJ
1
QP
MQP
SBS改性沥青复数剪切模量的弹性分量 （贮存模量）与温度的关系曲线
贮存模量
10000
1000
100
MKL
10
MLL MPJ
1
MQP
0.1
0.01 16 22 28 34 40 46 52 58 64 70 76 82 88 温度
纯沥青和SBS改性沥青复数剪切模量的弹性 分量（贮存模量）与温度的关系曲线
为线性粘弹性材料
沥青胶结料的流变特性
• 沥青胶结料的流变特性可用复数劲度模 量与相位角来表征；
沥青胶结料的复数模量
• 在以某一角频率为ω 的交变应力（或应变）作 用下，作为响应的交变应变（或应力）具有相 同的振动频率；
SBS改性沥青的流变特性研究
SBS 改性沥青的流变特性研究摘要：SBS 改性沥青具有良好的高温稳定性、耐老化性和耐久性，因此在路面工程中得到了广泛应用。
本文通过对SBS 改性沥青的流变特性进行研究，探讨其在路面工程中的应用及其相应的改善措施。
关键词：SBS 改性沥青, 流变特性, 耐老化性, 耐久性一、引言路面工程是城市建设中不可或缺的一环，而沥青材料是路面工程中最常用的材料之一。
随着交通运输事业的发展，越来越多的车辆在路面行驶，路面的强度和稳定性成为了越来越重要的问题。
为了解决这一问题，SBS（乙烯-丁苯-苯乙烯）改性沥青应运而生。
SBS 改性沥青具有良好的高温稳定性、耐老化性和耐久性等特点，因此在路面工程中得到了广泛应用。
本文主要探讨SBS 改性沥青的流变特性及其在路面工程中的应用。
二、SBS 改性沥青的流变特性2.1流变性能测试方法常见的沥青流变性能测试方法有粘度测试、剪切测试、弯曲测试和拉伸测试等。
其中，粘度测试是最简单、最常见的测试方法，可以反映材料的粘度和流动性；而剪切测试、弯曲测试和拉伸测试则可以反映材料的强度和延展性。
2.2流变特性的参数沥青的流变特性可以通过多种参数来描述。
对于粘性材料来说，最常见的参数包括黏度、剪切应力和剪切应变等；对于弹性材料来说，常用的参数包括弹性模量、剪切模量和泊松比等。
此外，动态剪切应力和复合模量等参数也经常被用来描述沥青的流变特性。
2.3SBS 改性沥青的流变特性相比传统的沥青材料，SBS 改性沥青具有更好的强度和稳定性。
研究表明，SBS 改性沥青的弹性模量和刚度要比传统沥青材料高出很多，而其剪切应力和剪切应变也相应减小。
此外，SBS 改性沥青还具有较高的耐剪切性和抗老化性，使其在路面工程中使用更加广泛。
三、SBS 改性沥青在路面工程中的应用3.1沥青混合料中SBS 改性沥青的应用SBS 改性沥青可以与其他原材料混合使用，用于制作沥青混合料。
在混合料中加入SBS 改性沥青可以有效提高混合料的强度和稳定性，减少路面龟裂和破碎等现象，从而在一定程度上延长路面的使用寿命。
SBS改性浅色沥青胶结料的流变性能
SBS改性浅色沥青胶结料的流变性能赵亮;查如俊;陈琪;张晓露;沈本贤;凌昊【期刊名称】《华东理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(044)001【摘要】采用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)复合改性C9树脂和高含量芳烃减压馏分油获得了浅色沥青胶结料,对比考察了国内外同类产品和70#基质沥青族组成和流变性能.研究结果表明:EVA和SBS 可明显改善浅色沥青胶结料的针入度、软化点和延度;添加SBS后浅色沥青胶结料的动力黏度变大,损耗因子的变化幅度变小,温度敏感性能有较大改善.动态剪切和应力流变测试结果表明,加入SBS后浅色沥青胶结料复合模量略有改善,损耗因子在50℃附近出现明显拐点,抗车辙性能有较大改善.蠕变性能分析结果表明,SBS改性浅色沥青胶结料的形变和恢复率可达70#基质沥青水平,胶结料形变恢复率明显提高.%Colored asphalt concrete pavement is conducive to traffic guidance,and can also prevent and control road traffic accidents in an effective way.Recently,colored asphalt concrete pavement is used for preventing " heat island" phenomenon in many cities because dark asphalt pavements have strong absorption of sunlight.Colored binder is the main component of colored asphalt concrete.In this paper,a light-colored binder was prepared and modified by adding EVA (ethylene-vinyl acetate copolymer) and SBS (styrene butadiene styrene block polymer) into the mixture of a C9 resin and a vacuum gasoil.The vacuum gasoline had a high aromatic content in order to dissolve C9 resin to form a base light-coloredoil of the binder.EVA and SBS were employed to improve the rheological properties of the binder since the two polymers were wildly used in the modification of conventional asphalt.The rheological properties of the prepared light-colored binder,several commercial binders and a 70# asphalt were determined and compared.Results show that the introduction of EVA and SBS can significantly improve the properties of the light-colored binder,including penetration,softening point and ductility.The addition of SBS in the binder leads to a remarkable increase in viscosity of the light-colored binder,and properties of dissipation factor and viscosity temperature sensitivity of the prepared binder are also improved.Dynamic shear and stress tests show that the composite modulus of the light-colored binder is slightly improved.The loss factor of the binder presents a yielding point around 50 ℃,which means its temperature sensitivity at high temperature was improved by the addition of SBS.Moreover,the rutting resistance ability of the SBS modified light-colored binder is enhanced.The deformation recovery rate of the SBS modified light-colored binder can reach the Chinese national standard level of 70 # asphalt,which indicates that the croop property of the light-colored binder is satisfied.【总页数】7页(P21-27)【作者】赵亮;查如俊;陈琪;张晓露;沈本贤;凌昊【作者单位】华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237;华东理工大学化学工程联合国家重点实验室,上海200237【正文语种】中文【中图分类】TQ536.9【相关文献】1.TLA/SBS复合改性沥青胶结料的抗老化性能 [J], 王伟2.两种温拌剂对SBS改性沥青胶结料高低温性能的影响研究 [J], 彭刚;姚城熙;徐波;于新3.SBS与PPA复合改性沥青胶结料性能研究 [J], 崔荣华4.PPA与SBS复合改性沥青胶结料性能研究 [J], 吴耀东5.SBS改性沥青胶结料性能评价指标研究 [J], 姚鸿儒;王强;周晓龙;蔡明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
浅析改性沥青混凝土流变性能的影响因素
浅析改性沥青混凝土流变性能的影响因素所谓的SBS改性沥青，就是以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS均匀地分散于沥青中，同时，加入一定比例的专属稳定剂，形成SBS共混材料，利用SBS良好的物理性能对沥青做改性处理。
目前，我国大部分公路都应用了SBS改性沥青混凝土，因此，对SBS改性沥青混凝土流变性能影响因素进行试验研究对沥青路面的施工使用尤为重要。
本文就SBS改性沥青混凝土流变性能影响因素进行了试验研究，以期能为有关方面的需要提供参考。
1 实验部分1.1 主要仪器与原材料（1）主要仪器。
SYD-2806E全自动沥青软化点试验器、SYD-4508F沥青延伸度试验器、SYD-2801F针入度试验器、SYD-0601沥青旋转薄膜烘箱；GeminiIIAOS高级动态剪切流变仪。
（2）原材料基质。
沥青（Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6，Q7）的主要物理性能和化学组分见表1；SBS（YH791线型，燕化4303星型）；稳定剂（国创自主研发）；多聚磷酸（简称PPA，含量大于84%）。
1.2 SBS改性瀝青的制备将基质沥青加热到170～190℃，在搅拌中按计量加入SBS和稳定剂，保温溶胀20min。
在170～190℃下将SBS改性沥青高速剪切分散，然后于相同温度下搅拌发育制得改性沥青。
若需添加PPA改性时，在基质沥青中加入计量的PPA，再进行上述SBS的改性。
1.3 沥青性能评价沥青软化点、针入度、延度、老化延度、离析的物理性能检测指标：参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》标准试验方法进行。
采用Brookfield旋转粘度仪检测改性沥青的高温流动性。
采用动态剪切流变仪（DSR）来测量沥青的高温流变性能，此法主要对旋转薄膜烘箱老化试验后沥青在58，64，70，76，82℃系列温度下的DSR性能指标进行测试。
G*/sinδ为车辙因子（某温度车辙因子不小于2.2h，为沥青满足该温度的PG等级），可用来描述沥青的抗车辙能力，其值越大，高温流动变形越小，抗车辙能力越强。
SBS改性沥青热老化过程的流变性能研究
SBS改性沥青热老化过程的流变性能研究作者：磨巧梅孙宗丹杨洋来源：《西部交通科技》2020年第09期摘要：為研究SBS改性沥青短期老化和长期老化过程中的流变性能，文章采用动态剪切流变试验，研究了老化过程中沥青流变参数的变化规律。
结果表明：SBS改性沥青与基质沥青在老化过程中复数模量增加，相位角减小，损失模量与车辙因子增加，说明在老化作用下沥青弹性成分升高，沥青变硬变脆，疲劳性能降低，但增强了沥青高温抗变形能力;SBS改性沥青相对于基质沥青改变幅度要小，表明SBS改性剂可以抑制沥青老化进程，对沥青的低温抗裂性和高温抵抗车辙能力起到积极作用。
关键词：改性沥青;老化;相位角;损失模量;车辙因子0 引言道路沥青作为最主要的路面材料，其中SBS改性沥青在路面层使用的比例高达35%，因此针对SBS改性沥青的研究是非常必要的。
沥青在其长期的服役过程中，受到温度、氧气、紫外线、水分子及人为等因素的影响会导致其性能衰退，大大缩短其使用寿命[1-3]。
因此研究沥青在老化过程中的流变性能，对掌握路面老化机理，预测路面的寿命周期，掌握路面变形规律具有重要意义。
通过旋转薄膜试验（RTFOT）能够模拟沥青短期老化过程，通过压力老化试验（PAV）能够模拟长期老化过程，目前已有一定研究，但针对SBS改性沥青与基质沥青在流变参数、疲劳特性、抗变形能力上的对比研究涉及很少[4-5]。
基于此，本文采取温度扫描试验对比了SBS改性沥青流变性能随老化作用时间变化的规律。
1 试验材料与方法1.1 试验材料本试验为研究SBS改性剂对老化过程中沥青流变性能的影响，特选用国产70号道路基质沥青做对比试验。
两种沥青性能指标按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（T0604-2011）规定操作，如下页表1、表2所示。
1.2 试验方案本试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》采取旋转薄膜加热试验（RTFOT）模拟沥青短期老化过程，按照《Superpave沥青胶结料规范》采用压力老化试验（PAV）模拟沥青长期老化过程。
SBS改性生物沥青结合料高温流变特性
SBS改性生物沥青结合料高温流变特性高俊锋;汪海年;尤占平;雷勇【摘要】目的分析以木屑为原材料获取的生物质重油与基质沥青混溶制备的改性生物沥青的高温流变特性,寻求可替代石油沥青的再生材料.方法采用布氏黏度仪(RV)和动态剪切流变仪(DSR),探究不同生物质重油掺量、不同温度下,SBS改性生物沥青的黏度、车辙因子、相位角和复数模量的变化情况,分析SBS改性生物沥青S110的拌和与压实温度的确定问题.通过重复蠕变恢复试验(RCRT),研究应力水平、作用次数对蠕变劲度的黏性成分和累积应变的影响.结果生物质重油掺量不大于10％时,随着生物质重油掺量的增加,生物沥青的高温性能有所降低;掺量大于10％时,老化作用使得其高温性能增加.生物质重油的加入使得改性生物沥青的黏度有一定程度的下降,且在生物质重油掺量不大于10％时,其黏度较基质沥青的黏度有所提高,对其黏附性有一定的改善作用.应力水平对生物沥青的黏性性能影响较小,但对其累积应变的影响显著.结论通过试验得到了改性生物沥青结合料高温流变特性的变化规律,为进一步研究与工程实践提供了数据支持.【期刊名称】《沈阳建筑大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(034)002【总页数】10页(P293-302)【关键词】改性沥青;生物质重油;结合料;流变特性;室内试验【作者】高俊锋;汪海年;尤占平;雷勇【作者单位】长安大学道路结构与材料交通行业重点实验室,陕西西安710064;长安大学道路结构与材料交通行业重点实验室,陕西西安710064;长安大学道路结构与材料交通行业重点实验室,陕西西安710064;密歇根理工大学土木工程与环境学院,美国霍顿49931;长安大学道路结构与材料交通行业重点实验室,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】TU535;U414随着我国沥青路面建设的不断发展和沥青路面维修养护的大幅增加，沥青材料的消耗持续上升，而石油资源的逐年减少也制约了沥青材料的生产.同时，生物质能源可再生、分布广且储量大[1]，将生物质能源经过加工提炼，最终可以获得生物质重油[2-5].将生物质重油加入到石油沥青中进行混溶，或者向生物质重油中加入一定的外掺剂，从而制备成改性生物沥青，以达到能够改性或者替代石油沥青的目的，成为了目前道路领域研究的聚焦点.Fini等[6-9]研究了由猪粪提炼出的生物质重油与石油沥青混溶之后生物沥青的性能.Mills-Beale等[10]对由猪粪提炼出的生物质重油与石油沥青混溶制备而成的生物沥青的短期老化前后性能进行了研究.Onochie等[11]在猪粪便生物改性沥青中掺入纳米黏土和纳米二氧化硅制备成复合改性沥青，并进行了高温黏度与动态剪切频率扫描实验.Raouf等[12]分析了温度对由橡木木屑最终制得的生物沥青的黏度的影响.Yang等[13]测试了由柳杉木屑提炼制备的生物沥青的高温黏度与流变特性.汪海年、高俊锋等[14-16]采用DSR 和RV对生物沥青的复数剪切模量、相位角、车辙因子和黏度等进行了研究；利用针入度、软化点、延度等基本性能试验优选了生物沥青结合料，并通过车辙试验、冻融劈裂试验、小梁弯曲试验和低温黏结性能试验考察了生物质重油变化对生物沥青混合料路用性能的影响.何敏等[17]采用软化点、针入度和延度等试验，研究了改性生物沥青的常规性能.然而，国内对改性生物沥青的高温流变研究较少.基于此，笔者研究了SBS改性生物沥青的制备与高温流变特性，分析了不同条件(生物质重油掺量、温度)下SBS改性生物沥青的试验结果，得到了SBS改性生物沥青高温性能随生物质重油掺量和温度变化的变化规律以及应力水平、作用次数等对生物沥青重复蠕变性能的影响状况，为改性生物沥青的进一步研究提供了基础.1 试验概况1.1 材料1.1.1 基质沥青基质沥青为茂名50号沥青，技术性能见表1.表1 50号沥青技术指标与技术要求Table 1 Technical indicators and requirements of base asphalt 50 penetration grade项目针入度(25℃)/0.1 mm软化点/℃延度(10℃)/cmRTFOT试验(163 ℃,85 min)质量变化/%残留针入度比(25 ℃)/%延度(10 ℃)/cm50#基质沥青5349.519.5-0.28668.46.3技术要求40～60≥49≥15≤±0.8≥63≥41.1.2 生物质重油研究所用生物质重油的原料为木屑，常温下呈黑褐色膏状，颜色和形态与石油沥青基本一致，其理化特性和元素组成见表2.表2 木屑产生的生物质重油理化特性和元素组成Table 2 Physicochemical properties and elemental compositions of bio-oil from sawdust元素质量分数/%w(C)w(H)w(O)w(N)密度/(g·cm-3)pH54～565.5～7.235～450～0.21.12.6 1.1.3 SBS(聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)研究所采用的SBS为湖南岳化1301-1线型.1.2 改性生物沥青的制备生物质重油与石油沥青能够很好地相容[14].因此研究采用低速搅拌与高速剪切相结合的方法制备SBS改性生物沥青，装置如图1所示.图1 SBS改性生物沥青的制备Fig.1 The preparation of SBS modified bio-asphalt具体制备方法如下：首先将基质沥青加热至180 ℃；向其中加入1%的SBS，在该温度下以500 r/min的搅拌速率搅拌5 min；然后用高速剪切乳化机剪切10 min，使SBS予以溶胀；以内掺法分别加入5%、10%、15%和20%的生物质重油，保持温度为140～145 ℃，剪切20 min，剪切速率均为3 000 r/min，制备而成生物沥青，并分别命名为S105、S110、S115和S120；同时，向基质沥青中加入1%的SBS，制备成沥青，命名为S100.制备而成的SBS改性生物沥青的基本技术指标见表3.表3 SBS改性生物沥青的技术指标Table 3 Indices of SBS modified bio-binder 沥青试样针入度(25 ℃)/0.1 mm软化点/℃延度(10 ℃)/cm50#53.049.519.5S10050.051.020.6S10551.149.623.3S11055.449.5 24.0S11557.849.424.4S12060.548.325.11.3 试验方案1.3.1 常规剪切流变试验采用动态剪切流变仪(DSR)对制备而成的SBS改性生物沥青和基质沥青进行常规动态剪切流变试验[18](见图2)，分别测得其复数模量G*、相位角δ和车辙因子G*/sinδ.试验温度为52～82 ℃，每6 ℃为一个温度间隔.图2 动态剪切流变仪Fig.2 Dynamic shear rheometer (DSR)1.3.2 布氏旋转黏度试验采用布氏黏度仪(RV)来测定改性生物沥青的旋转黏度(见图3).其中，试验转子为27号，转速分别为10 r/min、20 r/min和50 r/min，试验温度分别为90 ℃、135 ℃和175 ℃.图3 布氏旋转黏度计Fig.3 Brookfield rotational viscometer (RV)1.3.3 重复蠕变恢复试验结合已有研究，采用动态剪切流变仪(DSR)对SBS改性沥青S110、基质沥青50#和S100沥青进行重复蠕变恢复试验(RCRT).该试验以加载1s、卸载9s作为一个循环，对沥青进行100次这样的重复循环，然后用Burgers流变模型对第50次和51次所得试验结果进行拟合，根据拟合参数计算得到蠕变柔量的黏性成分Jv，选取蠕变劲度的黏性成分Gv=1/Jv作为评价沥青结合料高温的指标，其值越大，沥青的抗车辙能力越好[19].结合我国大部分区域夏季路面温度达50～70 ℃的实际状况，研究采用应力控制模式，选取应力水平为50 Pa和100 Pa，试验温度取为60 ℃.研究采用Burgers四元件模型作为试验材料流变模型，对其进行公式变换，得到蠕变柔量J(t)的计算方程：(1)蠕变柔量J(t)主要由三部分组成：弹性部分Je(t)、延迟弹性部分Jde(t)和黏性部分Jv(t).将Gv=1/Jv作为蠕变劲度的黏性成分，将变换后的方程予以拟合得到各参数和Jv(t)，从而计算蠕变劲度的黏性成分Gv，以此来评价沥青高温特性的指标.2 结果与讨论2.1 基于DSR的常规剪切流变特性2.1.1 复数模量G*不同条件下SBS改性生物沥青复数模量的变化如图4所示.可以得出：①RTFOT 前后，50#、S100、S105、S110、S115、S120的复数模量均随着温度的增加而逐渐降低，且在64 ℃以后下降逐渐变缓，表明随着温度的增加，其抵抗车辙能力逐渐降低，在64 ℃以后降低逐渐变缓.②RTFOT前，同一温度下，S100的复数模量最大，其次是50#和S105，而S110、S115和S120的复数模量大体相当；表明SBS的加入，增加了50#沥青抵抗车辙变形的能力，而在此基础上掺入5%的生物质重油，其抗车辙能力有所降低；且生物质重油掺量增加至10%，其抗车辙能力进一步下降；但掺量增加到20%，复数模量基本保持不变，表明在掺量为10%以后，掺量对复数模量的影响较小.③RTFOT后，同一温度下，S120的复数模量最大，其次是S110和S115，接着为S105、S100、50#；这表明RTFOT后，掺量为20%的生物沥青变得相对较硬，这是由生物沥青的老化所造成.图4 不同试验温度下SBS改性生物沥青复数模量的变化Fig.4 The variation of complex modulus on SBS modified bio-binder under different temperatures2.1.2 相位角δ不同条件下SBS改性生物沥青相位角的变化如图5所示.由图5(a)可以得出：①S110、S115的相位角随着温度的增加而逐渐增加，表明其黏性成分随着温度的增加而逐渐增多；而50#、S100、S105、S120的相位角则在64 ℃时达到最大，表明其黏性成分在64 ℃时达到最大.②与其他掺量的沥青相比，在同样的温度下，S100的相位角最小，表明SBS的加入，增加了沥青的弹性成分.由图5(b)可以得出：①RTFOT后，随着温度的增加，50#、S100、S105、S110、S115和S120的相位角呈增加趋势，表明随着温度的增加，沥青的黏性成分逐渐增加；②同一温度下，各沥青的相位角排序为δ(50#)>δ(S100)=δ(S105)>δ(S110)=δ(S115)>δ(S120)；表明在RTFOT后，50#沥青仍具有较大的黏性成分，而掺入5%生物质重油的生物沥青与仅掺入1%SBS的沥青的相位角的变化较为一致；生物质重油掺量为10%和15%的生物沥青的相位角较为一致；随着生物质重油掺量的增加，老化后相位角变化程度增大，这与质量变化呈现规律一致.③生物质重油掺量为20%的生物沥青，其相位角最小，表明其黏性成分最少，这是因为掺入较大掺量生物质重油的生物沥青，经过RTFOT后，发生了较大程度的老化.图5 不同试验温度下SBS改性生物沥青相位角的变化Fig.5 The variation of phase angle on SBS modified bio-binder under different temperatures2.1.3 车辙因子G*/sinδ不同条件下SBS改性生物沥青车辙因子的变化如图6所示.由图可以得出：①RTFOT前后，50#、S100、S105、S110、S115、S120的车辙因子均随着温度的增加而逐渐降低，且在64 ℃以后下降逐渐变缓，表明随着温度的增加，其抵抗车辙能力逐渐降低，在64 ℃以后降低逐渐变缓.②RTFOT前，同一温度下，S100的车辙因子最大，其次是50#和S105，而S110、S115和S120的车辙因子大体相当；表明SBS的加入，增加了50#沥青抵抗车辙变形的能力，5%和10%生物质重油的加入，降低了其抗车辙性能；但掺量增加到20%，车辙因子基本保持不变，表明在掺量为10%以后，掺量对车辙因子的影响较小.③RTFOT后，同一温度下，各沥青车辙因子的大小顺序依次为G*/sinδ(S120)>G*/sinδ(S115)≈G*/sinδ(S110)>G*/sinδ(S105)>G*/sinδ(50#)，表明RTFOT后，随着生物质重油的增加，生物沥青的抗车辙能力逐渐增加，而S120和S115变得更为脆硬，这是由其老化程度较大所造成.图6 不同试验温度下SBS改性生物沥青车辙因子的变化Fig.6 The variation of rutting factor on SBS modified bio-binder under different temperatures为了进一步分析试验温度对SBS改性生物沥青S110车辙因子的影响，对其进行单因素方差分析，结果见表4.由表可知，短期老化前后SBS改性生物沥青的显著性水平均低于0.05，表明试验温度能够显著影响生物沥青S110的高温车辙因子.老化后F值大于老化前，因此试验温度对老化后SBS改性生物沥青的车辙因子的影响较对老化前的大.表4 试验温度对SBS改性生物沥青车辙因子的单因素方差分析Table 4 Factor analysis of variance of rutting factor on SBS modified bio-binder under different temperatures项目短期老化前ANOVA短期老化后ANOVA平方和df 均方FSig.平方和df均方FSig.组间307.029561.40649 115.9380.00224 829.37654 965.875114 574.9410.000组内0.015120.001——0.520120.043——总数307.04417———24 829.89617———2.2 基于RV的黏度特性2.2.1 试验温度、生物质重油掺量和转速对黏度的影响黏度是反映沥青高温流变特性的重要指标，生物质重油掺量、试验温度和转速都是影响生物沥青的重要因素.不同试验温度不同转速下SBS改性生物沥青布氏旋转黏度的变化曲线如图7所示.图7 不同试验温度不同转速下SBS改性生物沥青布氏旋转黏度的变化Fig.7 The variation of viscosity under different temperatures and different rotational speed由图7可以看出，在不同的温度条件下，基质沥青和生物沥青的黏度都随着转速(或剪切速率)的增加不断下降，说明在所测温度范围内，基质沥青和生物沥青都表现出非牛顿流体的特性，呈现出伪塑性，即剪切变稀特性.由图7(a)可以看出，在温度为90 ℃时，同一转速条件下，各沥青黏度从大到小依次为S100、S105、S110、50#、S115、S120.表明SBS的加入，增加了基质沥青的黏度；且随着生物质重油的增加，SBS改性生物沥青的黏度呈现出下降趋势.当转速为50 r/min时，不同沥青类型，转速的变化相对较小，这是由转速增大，沥青产生剪切变稀所引起.由图7(b)、(c)可以看出，在温度为135 ℃和175 ℃时，同一转速条件下，各沥青黏度大小随着生物质重油掺量的变化所呈现出的规律与温度为90 ℃时较为相似.但在转速为10 r/min和20 r/min时，沥青的黏度变化均较温度为90 ℃时的幅度小.这是由于温度较高的情况下，沥青的流动性相对较好，变异性较温度为90 ℃时小.而对于生物质重油掺量为20%时的生物沥青S120，当转速为50 r/min时，其黏度较同等转速和温度条件下生物沥青S115有所增加，这是由温度过高，生物质重油本身成分复杂，产生一定程度的老化所引起.此外，在温度为90 ℃、135 ℃或175 ℃时，同一转速条件下，当生物质重油掺量不大于10%时，SBS改性生物沥青的黏度均较基质沥青有所增加.这对于改善基质沥青的黏附性有较大贡献.2.2.2 根据黏度确定拌和与压实温度范围根据已有研究，绘制生物沥青S110的黏温曲线，并确定生物沥青S110的拌和与压实温度.将135 ℃和175 ℃条件下对应的表观黏度绘制于图8中.图8 由生物沥青S110的黏温曲线确定拌和与压实温度Fig.8 Ascertaining of mixing and compaction temperature on bio-binder S110 based on the viscosity-temperature curve选取基质沥青黏度范围为0.15～0.19 Pa·s所对应的温度作为拌和温度；黏度范围为0.25 ～0.31 Pa·s所对应的温度为压实成型温度.研究采用黏温曲线的方法确定出的拌和与压实温度区域如图8所示，分别为179～183 ℃和170 ℃～175 ℃.该拌和与压实温度较50#基质沥青高，这是由于温度过高，SBS改性生物沥青发生了老化，其黏度增大，产生了伪现象.2.3 重复蠕变恢复试验2.3.1 应力对重复蠕变恢复试验的影响为了探究应力对沥青蠕变恢复试验的影响，选取SBS改性沥青S110、基质沥青50#和S100沥青，且选取第一个加载周期的1s阶段的蠕变响应进行分析，结果如图9所示，不同的曲线代表不同的应力和蠕变柔量.图9 沥青在60 ℃时的应变和柔量Fig.9 Strain and creep compliance at 60 ℃由图9可以看出：①当应力不同时，随着时间的增加，基质沥青50#、沥青S100和生物沥青S110的应变和蠕变柔量均呈线性增加，表明沥青呈现出线性黏性流体的特性.同时说明在1s的时间范围内，沥青已经进入黏性流动的状态.②同一沥青在同一时间时，随着应力的增加，沥青的应变有所增加.③对于同一沥青，不同应力状态下，其蠕变柔量变化很小，其曲线甚至重合，这也说明应力水平对蠕变柔量的影响基本上可以忽略，而材料呈现出线性黏弹性的必要条件就是应力与蠕变柔量无关.因此，基质沥青50#、沥青S100和生物沥青S110可视为线性黏弹性材料.2.3.2 加载次数对生物沥青重复蠕变恢复试验的影响为了分析不同加载次数和100次荷载周期对试验的影响，笔者对不同应力作用下第1次、30次、50次、80次和100次蠕变恢复后沥青的累积应变进行统计，结果见图10.由图10可以看出：①对于同一种沥青，随着应力作用次数的增加，其累积应变随之增加，且应力增大时，累积应变也因之增加.②掺入SBS后，同一次数、同一应力下，沥青S100的累积应变比基质沥青要小，而生物沥青S110的累积应变介于二者之间.这表明SBS的加入，使得沥青的弹性成分增加，而生物质重油的加入，使得S100的黏性成分有所增加.③应力大小对累积应变的影响很大，即沥青的变形与应力大小有着重要的关系.因此，研究不同应力大小对累积应变的影响有助于选择与实际交通荷载相一致的应力水平，以更好用于实践.图10 不同应力作用下累积应变与作用次数的关系>Fig.10 Relationships between cumulative strain and action times under different stresses2.3.3 蠕变劲度黏性成分Gv与累积应变以重复蠕变恢复试验得到的沥青蠕变劲度的黏性成分Gv与第100次累积应变来评价沥青的高温性能.各种沥青不同应力水平下蠕变劲度黏性成分Gv与累积应变见表5.表5 各种沥青不同应力水平下的蠕变劲度的黏性成分与累积应变Table 5 Viscous component of creep stiffness and cumulative strain of asphalt under different stress levels沥青试样应力/Pa黏性成分Gv累积应变50#50384.6612.958100381.1026.105S10050561.967.816100556.9215.535S1 1050484.799.800100481.6919.153由表5可以看出：①同一沥青在不同应力水平下，黏性成分Gv的值变化不大，累积应变的变化较大，表明不同的应力水平对各沥青的黏性性能的影响较小，但对累积应变的影响显著；②在同一应力水平下，生物沥青S110的黏性成分Gv和累积应变都介于基质沥青和沥青S100之间.这表明，与基质沥青相比，在较低应力水平下，生物沥青S110的高温抗车辙性能有所增加.3 结论(1)随着生物质重油掺量的增加，原样SBS改性生物沥青复数模量和车辙因子呈降低趋势，相位角呈增大趋势；短期老化后的SBS改性生物沥青复数模量增加，相位角降低，而掺量不大于10%时，车辙因子有所降低.生物质重油掺量不大于10%时，随着生物质重油掺量的增加，生物沥青的高温性能有所降低；掺量大于10%时，老化作用使得其高温性能增加.(2)生物沥青的黏度随着转速的增加，表现出非牛顿流体的特性，呈现出剪切变稀的现象.随着生物质重油掺量的增加，SBS改性生物沥青的黏度呈降低趋势，且在生物质重油掺量不大于10%时，其黏度均较基质沥青的黏度有所提高，对其黏附性有一定的改善作用.(3)根据黏温曲线确定出的SBS改性生物沥青S110拌和、压实温度与基质沥青相比，产生了伪现象，这是由生物沥青存在一定程度的老化引起.(4)应力水平对生物沥青的黏性性能的影响较小，对累积应变的影响显著.参考文献[1] 张雪辉，陈海生，豆斌林，等.生物油制备、性质与应用的研究进展[J].化工进展，2011，30(11):2404-2416.(ZHANG Xuehui，CHEN Haisheng，DOU Binlin，et al.Research rogress in production，property and industrial application of bio-oil[J].Chemical industry and engineering progress,2011，30(11):2404-2416.)[2] 董良杰,刘艳阳,李玉柱，等.生物质快速热裂解制取生物油的试验研究[J].吉林农业大学学报，2008,30(4):610-616.(DONG Liangjie,LIU Yanyang,LI Yuzhu,et al.Experiment study on biomass fast pyrolysis for producing bio-oil[J].Journal of Jilin agricultural university，2008,30(4):610-616.)[3] MOHAN D,PITTMAN C U,STEELE O H.Pyrolysis of wood/biomass forbio-oil:a critical review[J].Energy 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TB+SBS复合改性沥青的流变性能研究
总第３０２期交 通 科 技ＳｅｒｉａｌＮｏ．３０２ ２０２０第５期ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．５Ｏｃｔ．２０２０ＤＯＩ１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１ ７５７０．２０２０．０５．０３０收稿日期：２０２０ ０４ ０８ＴＢ＋ＳＢＳ复合改性沥青的流变性能研究李 旭 郭仪南 龚修平（成都交通投资集团有限公司 成都 ６１００４１）摘 要 文中研究掺入不同剂量的硫磺、ＳＢＳ改性剂对ＴＢ沥青复合改性的影响。
通过离析试验、多重应力蠕变回复试验、低温小梁蠕变试验，研究材料的流变性能。
结果表明，ＴＢ沥青、ＳＢＳ聚合物、硫磺之间的交互作用，改善了ＴＢ沥青的高温流变性质、弹性性质，特别在临界硫磺用量下，流变性质发生显著变化；３％的ＳＢＳ改性剂可以较好地保留ＴＢ沥青的低温性能；基于实验结果，推荐埃索基质沥青＋１５％胶粉＋３％ＳＢＳ改性剂＋０．２％或０．３％硫磺的配比。
关键词 道路材料 溶解性胶粉改性沥青 复合改性 流变性能 反应机理中图分类号 Ｕ４１４．７＋５ 胶粉改性沥青（ｔｅｒｍｉｎａｌｂｌｅｎｄ，ＴＢ沥青）是一种改良后的橡胶沥青，在国内外尚没有统一的名称［１］。
鉴于该类胶粉沥青在三氯乙烯中的溶解度可以达到９９％以上，因此，本研究中统一将其定义为“溶解性胶粉改性沥青”。
目前，对溶解性胶粉改性沥青的性能评价主要分为试验路评价、加速加载试验、混合料室内试验，且多集中于美国。
国内针对溶解性胶粉改性沥青的性能研究不多。
黄明［２］将ＴＢ沥青与橡胶沥青、ＳＢＳ改性沥青的疲劳与高温性能进行对比研究，认为ＴＢ沥青混合料具有优异的抗疲劳性能，但是高温性能较差。
Ｗａｎｇ和Ｌｉ等［３ ４］亦发现ＴＢ沥青低温和抗疲劳性能优异，但高温性能不足。
为进一步提高ＴＢ沥青的性能，国内外常用做法是向ＴＢ沥青中加入改性剂进行复合改性。
秦慧［５］将岩沥青与ＴＢ胶粉复合沥青性能复合，发现仅掺加青川岩沥青会降低ＴＢ沥青的低温性能，掺加青川岩沥青与ＳＢＳ改性剂则显著提高了ＴＢ沥青及其混合料的高温性能，同时在一定程度上保留ＴＢ胶粉改性沥青低温性能突出的特点。
SBS改性沥青流变性能影响因素探析
表 １ 不 同基 质 沥青 的物 理性 能及 化 学 组成
Ｑ１ Ｑ２ Ｑ３
软化点／ ℃
１ Ｏ℃延 度 ／ ｅ ａ ｒ
粘度（ ６ ０℃） ／ （ Ｐ ａ・ｓ ）
Ｒ Ｔ后 ｌ Ｏ℃延 度 ／ ｃ ｍ ＲＴ 后 针 入 度 比（ ２ ５℃ ） ／
２ ０ １ ３年 第 ６期
１ ． ２ Ｓ Ｂ Ｓ改性 沥青 的制备 将 基质 沥青加 热到 １ ７ ０ ～１ ９ ０℃ ， 在搅拌 中按 计量加 入 Ｓ Ｂ Ｓ和 稳 定 剂 ， 保 温溶胀 ２ ０ ｍｉ ｎ 。在 １ ７ ０ ～１ ９ ０℃下将 Ｓ Ｂ Ｓ改 性沥青 高速 剪切分 散 ， 然
项 ｇ ｌ
针入度（ ２ ５℃ ） ／ ｏ ． １ ｍｍ
稳定 性 主要取 决 于基质 沥青 的组 分 ， 基 于此 ， 本文 探 索 的是基 质 沥 青 对 Ｓ Ｂ Ｓ改 性 沥 青 流 变 性 能 的 依 存关 系 。此 外 Ｓ Ｂ Ｓ改 性 沥 青 的流 变 性 能 的影 响 因素有 稳 定 剂 、 增容剂 、 Ｓ Ｂ Ｓ 、 各 种 添 加 剂 的计 量 等【 ３ ］ 。因 此 ， 通 过研 究 沥 青 种类 、 Ｓ Ｂ Ｓ掺 量 与 Ｐ Ｐ Ａ掺 量对 Ｓ Ｂ Ｓ改性 沥青 ＤＳ Ｒ值 的不 同影 响来 探讨 这些 因素 对沥 青 的作用成 因 。
ＣＪ
蜡 含量／ 沥青质／
四 组 分 霎
胶质／ 原样 ＤＳ Ｒ（ ６ ４℃） ／ ｋ Ｐ ａ ＲＴ 后 ＤＳ Ｒ（ ６ ４℃ ） ／ ｋ Ｐ ａ
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ７ ～ ２ ３
８ ４
范春华等 ： Ｓ Ｂ Ｓ改 性 沥 青 流 变 性 能 影 响 因 素 探 析
采用动态剪切流变仪研究SBS改性沥青高温流变特性的有关问题探讨
翦研模针（Ｇ
竹分｝ｌ｛＿
图２沥青胶结料的粘弹特性
增刑
删函’ｒ１．采用动态剪切流变仪研究ＳＢＳ改性沥青高温流变特性的有关问题探讨
２．４
ｓ—ｔＩＨ
ｒｉ
ｇａｗ沥青胶结料性能等级规范
美旧在￣震碍ｊ砌惫鲫切流变仪对沥青结合料的 流变特ｒ｛：进，Ｊ・“泛的研究中发现，用动态剪切流 变仪测定的＇！：Ｊ力青纪台料流变特性指标，能够很好 地表｝ｌｉ：沥青结合料的流变特性。因此．在最终编 制沥青结合料的技术规范时，采纳了用动态剪切 流变仪测定洳爵结合料流变特性指标的研究成 果，并规定ｊ’标准试验寸法。通过近十年的推广 应用．这‘以动态剪切流变指标为主的技术规范
石油沥青ＰＥＴＲＯＩ，ＥＵＭ ＡＳＩ，ＨＡＬ ｒ
第１７卷增＿
∥。彰ｒ’４
／．３
采用动态剪切流变仪研究ＳＢＳ改性沥青 高温流变特性的有关问题探讨
周进ＪＩＩ
重突交通科研设计院（重庆６３改性沥青，可以方便地测定ＳＢＳ改性沥青的复数剪 切模量和相位角，计算出拈性和弹性分量．井可用各种相关参数拉征ＳＢＳ改性沥青的流变特 性．通过分析，对于与采用动态剪切流变仪研究ＳＢＳ改一｜生沥青流变特性有共的几个问遥进行 ７计论。
美国在年期间开展了著名的公路战略研究计划shrp在其中的沥青研究项目中采用了包括核磁共振液相色谱气相色谱离子交换色谱红外光谱差示扫描断层扫描激光显微与荧光分析等手段试图从分子级上研究沥青的组成研究沥青的化学性质与物理性质之间的关系寻求沥青的化学物理性质与沥青混合料及沥青路面使用性能的关系并根据研究成果在沥青技术规范初稿中提出了几个化学指标但由于未能达到实用的程度最终的沥青技术规范中仅保留了流变指标
图１复数剪切模量（ｆ；’）与相位角（ａ）的汁箅
浅析沥青流变性及其影响因素
浅析沥青流变性及其影响因素在高速公路建设如火如荼的今天，沥青路面里程与日俱增，沥青在高速公路的路面使用性能、服务寿命中起着举足轻重的作用。
沥青是一种粘弹性物质，具有一定的流变性质，尤其是在高温季节，加之行车荷载的作用，沥青的流变性对沥青路面的性能具有重大影响。
抗流变性能差的沥青路面将很容易形成车辙、推移等病害，严重缩短高速公路的使用寿命。
2沥青及改性沥青的流变性2.1沥青流变性沥青具有强烈依赖温度的流变性能，其流变性受沥青各个组分（饱和分、芳香分、胶质、沥青质）之间物理—化学相互作用的制约。
饱和分主要由正构烷烃、异构烷烃和环烷烃组成，其平均相对分子质量在500～800之间，芳香分主要是一些带环烷和长链烷基的芳香烃，平均相对分子质量在800～1000之间，胶质也称极性芳烃，平均相对分子质量在1300～1800之间，沥青质是沥青胶体体系的核心，平均相对分子质量在数千到一万之间，是高度缩合的芳香烃。
沥青中高分子量的成分比重越大，则流变性越差。
2.2 改性沥青流变性SBS改性沥青是目前国内外应用最广泛的聚合物改性沥青，由于能同时改善沥青的高低温性能且价格便宜，因此在道路改性沥青中占有很大的份额。
但SBS 改性沥青在流变性质方面存在非常复杂的变化，其粘度和软化点的变化幅度较大，这种现象在其它改性沥青(如PE、EVA、SBR改性沥青)中很少见。
对其中一些现象国外已有所报道，但并未作深入研究，由此导致了许多不同的观点，阻碍了对SBS改性沥青的深入研究和正确评价。
改性沥青的流变性具有两个显著特点，一是变化复杂，二是影响因素众多。
(1)SBS改性沥青流变性质的复杂变化SBS改性沥青的流变性质易受到各种因素的影响，如基质沥青、改性剂种类、改性剂掺量(为改性剂质量与沥青质量之比)、SBS的性质、改性沥青制作的混合时间、温度及存贮过程等，并且这些因素对改性沥青的软化点会产生20～30℃的影响，而这些因素对其它聚合物改性沥青软化点的影响则要小得多，基本在5℃以下，一般不超过10℃。
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动态剪切流变仪
动态剪切流变仪
动态剪切流变仪
弯曲梁流变仪
旋转薄膜烘箱（RTFO）
163 C
压力老化容器（PAV）
沥青胶结料的流变特性
• 沥青材料是一种典型的、具有流变特性 的粘弹性材料 • 在大应变或高温条件下显示为牛顿流体 材料 • 在小应变或低温条件下显示为弹性材料 • 在一定的应变范围内或室温条件下显示 为线性粘弹性材料
75 70 65 60 55 50 0 20 40 60 温度（℃） 80 100
MKL MLL MPJ MQP
纯沥青和SBS改性沥青的相位角与 温度的关系曲线
90 85 80 75 70 65 60 55 50 16 22 28 34 40 46 52 58 64 70 76 82 88 94 温度 KL MKL LL MLL PJ MPJ QP MQP
RTFOT后相位角随温度的变化曲线
90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 16 22 28 34 40 46 52 58 64 70 76 82 88 94 温度
MKL-B MKL-A MLL-B MLL-A MPJ-B MPJ-A MQP-B MQP-A
相位角
RTFOT对相位角的影响
– 相位角增大 – 相位角降低 – 相位角基本不变
• 相位角与复数劲度模量一起可以计算有关的参数。
SBS改性沥青复数剪切模量的弹性分量 （贮存模量）与温度的关系
• 复数剪切模量的弹性分量也称为贮存模量，表 征沥青胶结料的抗疲劳特性； • SBS改性沥青复数剪切模量的弹性分量随温度 的变化趋势与复数剪切模量的变化趋势相似； • 复数剪切模量的弹性分量与温度的关系曲线在 半对数坐标中呈线性关系， • 与复数剪切模量与温度的半对数曲线相比，各 种SBS改性沥青在半对数坐标中的相对位置、 变化趋势等均基本相同。
SBS改性沥青的流变特性
流变学
• 流变学是研究材料在力的作用下，物质 的流动和变形的构成及随时间变化与发 展的一般规律的科学。
材料流变特性
• 在一定条件下，几乎所有的材料都会产 生流动变形 • 流变特性可用应力与应变之间的时间依 赖关系来表征
SBS改性沥青
• S——Styrene：苯乙烯 • B——Butadiene：丁二烯 • SBS——苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚 物
沥青胶结料的复数模量
• 表示为复数形式：
–E′：贮存模量 –E″：损失模量 –δ ：相位角
E* E * E cos iE sin
' ''
动态剪切流变试验
剪切应力、应变曲线
沥青胶结料的剪切复数模量
• 在动态剪切流变试验中，剪切复数模量 可直接表示为：
– 剪切复数模量＝峰值剪切应力/峰值剪切应 变
SBS改性沥青的复数剪切模量与温 度的关系
• SBS改性沥青的复数剪切模量大小与其 高温性能等级有关； • 在相同温度下，SBS改性沥青的高温性 能等级越高，复数剪切模量越大，也就 是说，曲线在图中的位置越高； • SBS改性沥青的复数剪切模量越大，抗 高温变形能力越强。
沥青胶结料的相位角
• 相位角：峰值剪切应力与峰值剪切应变间的时 间滞后 • 对于完全弹性的材料，剪切应力与作为响应的 剪切应变之间完全同相，没有时间滞后，相位 角为零； • 对于完全粘性的材料，作为响应的剪切应变与 施加的剪切应力完全异相，相位角等于90度； • 像沥青胶结料这样的粘弹性材料，其相位角在 0到90度之间。
弯曲梁流变仪原理
BBR试验应力、应变曲线
Constant (Creep) Load
deflection Load Deflection
Time
Time
BBR试验劲度曲线
纯沥青和SBS改性沥青的蠕变劲度 随温度的变化曲线
1400 1200 1000 KL MKL LL MLL PJ MPJ QP MQP -40 -30 -20 温度 -10 0
SBS改性沥青复数剪切模量的弹性分量 （贮存模量）与温度的关系曲线
0.4
70-22 76-16 70-28 82-16 82-22 82-22 76-22 76-16
弹性分量的对数
0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 64 70 76 温度 82 88
SBS改性沥青复数剪切模量的弹性分量 （贮存模量）与温度的关系曲线
沥青胶结料的相位角
• 相位角的大小不仅与试验温度有关，而 且与沥青胶结料的粘弹特性密切相关， 在高温条件下，相位角接近于90度，在 低温条件下，相位角接近于0度。 • 在多数情况下，或者在沥青路面的使用 温度条件下，沥青胶结料主要表现为粘 弹性，在这个温度范围内，动态剪切流 变试验的相位角在0到90度之间。
KL LL PJ QP
不同SBS的改性效果——RTFOT前
16 14 12 10 8 6 4 2 0 KL LL PJ QP DG-2 YH-791-H YH-898
不同SBS的改性效果——RTFOT后
16 14 12 10 8 6 4 2 0 KL LL PJ QP DG-2 YH-791-H YH-898
蠕变劲度
相位角
瑞典X.Lu教授的试验结果
——相位角与温度的关系
SBS改性沥青的相位角与温度的关 系
• 沥青胶结料的相位角可以通过在进行动态剪切流变试 验时直接测量获得； • 对于纯沥青，随着温度的升高，粘度降低，相应其动 态剪切试验时的相位角增大； • 对于SBS改性沥青，在进行动态剪切流变试验中，相 位角随着试验温度变化升高的规律：
贮存模量
10 1 0.1 0.01 0.001
SBS改性沥青复数剪切模量的弹性分量（贮 存模量）、相位角与温度的关系曲线
SBS改性沥青的车辙因子G*/sinδ
• 在线性粘弹性范围内，根据消散能原理，以G*/sinδ作 为沥青胶结料性能级规范中的抗车辙参数，也称为 “抗车辙因子”。 • G*/sinδ是个计算参数，其大小反映了沥青胶结料抗车 辙的能力。 • 因为sinδ是一个无量纲的量，因此G*/sinδ的物理意义 仍然还是表征应力应变关系的“模量”， • 由于G*和δ是随温度和荷载变化而变化的变量，因此， 抗车辙因子是G*和δ的函数。 • 由于sinδ＜0，对于G*/sinδ，相当于把复数剪切模量 G*在数值上扩大了1/sinδ倍，或者是把复数剪切模量 的粘性分量G*×sinδ扩大了１/（sinδ）2倍。
沥青胶结料的流变特性
• 沥青胶结料的流变特性可用复数劲度模 量与相位角来表征；
沥青胶结料的复数模量
• 在以某一角频率为ω 的交变应力（或应变）作 用下，作为响应的交变应变（或应力）具有相 同的振动频率； • 用矢量形式表示应力与应变； • 复数模量＝应力矢量/应变矢量；
E* E E
'2
'' 2
30 25
相位角降低
20 15 10 5 0 16 22 28 34 40 46 52 58 64 70 76 82 88 温度
KL LL PJ QP
添加SBS对沥青高温性能的影响 ——RTFOT后的相位角降低
25 20
相位角降低
15 10 5 0 16 22 28 34 40 46 52 58 64 温度 70 76 82
10000 1000
剪切复数模量
100 10 1 0.1 16 22 28 34 40 46 52 58 64 70 76 82 88 94 温度
MKL MLL MPJ MQP
纯沥青和SBS改性沥青的复数剪切 模量与温度的关系曲线
10000 1000 KL MKL LL MLL PJ MPJ QP MQP 16 28 40 52 64 温度 76 88 100
20
相位角降低（%）
15 10 5 0 -5 16 22 28 34 40 46 52 58 64 70 76 82 温度
KL MKL LL MLL PJ MPJ QP MQP
RTFOT前、后相位角随温度的变化 曲线——X.Lu
添加SBS对沥青高温性能的影响 ——RTFOT前的复数模量增量
700 600 500 400 300 200 100 0 -100 16 22 28 34 40 46 52 58 64 70 76 82 88 温度 KL LL PJ QP
剪切复数模量
100 10 1 0.1
纯沥青和SBS改性沥青的复数剪切 模量与温度的关系曲线——X.Lu
SBS改性沥青的复数剪切模量与温 度的关系
• 沥青胶结料的复数剪切模量可以通过在试验中 采集的信息直接获得； • SBS改性沥青的复数剪切模量与试验温度有关， 温度越高，复数剪切模量越小，并随温度增高 而逐渐趋近于零，； • 通常普通纯沥青的复数剪切模量随温度增大而 逐渐趋近于零的变化速度比SBS改性沥青要快 得多； • SBS改性沥青的复数剪切模量与试验温度在半 对数坐标上是线性相关的。
SBS改性沥青的相位角与温度的关 系曲线
75.0 70.0
相位角
70-22 76-16
65.0 60.0 55.0 50.0 45.0 70 76 温度（℃） 82
70-28 82-16 82-22 82-22 76-22 76-16
SBS改性沥青的相位角与温度的关 系曲线
90 85 80
相位角
剪切复数模量
100 10 1 0.1
RTFOT对沥青胶结料剪切复数模量 的影响
160 140 120 100 80 60 40 20 0 16 22 28 34 40 46 52 58 64 70 76 82 88 温度 KL MKL LL MLL PJ MPJ QP MQP
复数模量增量（%）
RTFOT前、后剪切复数模量随温度 变化的曲线——X.Lu