《武汉工程大学学报》 2009年07期
23-25
出版日期：2009-07-28
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
混合改性沥青流变性能研究
0引言石油沥青相对煤沥青而言，分子质量较低且分布较宽，其力学性能表现为对温度敏感性大，低温易脆，高温易流淌，几乎没有弹性，耐老化性又差［1］，以上原因限制了石油沥青的使用范围.而煤沥青的软化点较高，且对矿物颗粒的黏附性能好.但是煤沥青易脆，如果直接将其与石油沥青混合，石油沥青的低温抗裂性及蠕变性能会被削弱［2］.因此，添加煤沥青和SBS来改性石油沥青可较好地改变石油沥青的流变性能.国内外对煤沥青石油沥青混合沥青的研究较少，添加煤沥青能在何种程度上改善改性沥青的流变性能还有待研究.为解决这一问题，本实验将经过焦油软化的煤沥青与石油沥青共混，并添加适量的改性剂、添加剂，研究其高低温条件下的流动性及塑性、弹性［3］，为开发一种新型廉价高等级路用沥青提供基础研究数据.1实验部分1.1仪器和试剂IV2000型电脑全自动沥青针入度仪（上海路达试验仪器有限公司），SYD2806E全自动沥青软化点试验器（上海昌吉地质仪器有限公司），SYD4508G型数显控温沥青延度仪（上海昌吉地质仪器有限公司），NDJ31型旋转黏度计（成都仪器厂）.焦油（碳氢质量比为17.7）、中温煤沥青（武钢焦化有限责任公司）；SK70石油沥青（湖北国创高新材料股份有限公司）；YH791线型SBS、添加剂1、添加剂2（湖北国创高新材料股份有限公司）.1.2研究方法将焦油和煤沥青在110~150 ℃温度范围内搅拌混合均匀，然后按照一定配比与石油沥青混合.将混合沥青加热到140~200 ℃，加入SBS、添加剂.发育2~4 h后制模检测样品的三大指标及不同温度下的黏度.分别依照T06062000、 T06042000、 T06051993测定改性碳沥青的针入度、软化点、延度.黏度从160 ℃开始降温测量，每下降5 ℃一次.2结果与讨论2.1混合改性沥青的高温流动性分别添加质量分数为15%和20%软化煤沥青的混合沥青，经SBS改性后，软化点（t800）随SBS添加比例的变化规律如图1所示.图1混合改性对沥青软化点的影响
Fig.1The impact mixed modification to asphalt soft point软化点是评价路用沥青高温性能的重要指标.图1显示改性沥青的软化点较原石油沥青的软化点（50 ℃）有很大提高，这说明SBS及煤沥青对石油沥青的改性效果较好，能满足道路用沥青对高温性能的要求，SBS添加量为质量分数为5%左右时，得到的改性沥青t800为75~84 ℃，远高于JTG F402004中t800的范围（45~60 ℃）.添加相同剂量SBS，质量分数15%煤沥青比质量分数20%软化煤沥青对石油沥青软化点的改善效果更为明显，前者高出3~7 ℃.曲线的变化趋势大致相同，两者相差值相对于SBS加入量改变带来的变化而言很小，因此可以初步认为，SBS较煤沥青对改性碳沥青软化点的影响大，占主导地位［4］.本实验中，质量分数4%~7%的SBS、15%的软化煤沥青添加量是改性混合沥青的最好配比.2.2混合改性沥青的低温流动性分别添加质量分数为15%和20%软化煤沥青的混合沥青，经SBS改性后，其5 ℃延度（L）随SBS添加量的变化规律如图2所示.图2混合改性对沥青低温延度的影响
Fig.2The impact mixed modification to asphalt ductility5 ℃延度是衡量沥青低温流动性能的指标.延度值越高，沥青的低温流动性能越好，低温抗裂能力就越好.如图2所示，混合改性沥青的延度均高于未改性沥青.这说明，混合改性使得沥青的低温流动性能得到明显改善.在两种软化煤沥青添加比例下，混合改性沥青的延度随SBS添加量的增加先增大后减小，基本呈抛物线形变化.添加质量分数15%软化煤沥青的混合改性沥青的延度值高出添加质量分数20%软化煤沥青的5~10 cm，改善效果更为明显.当SBS添加量为5%（质量分数）时，前者延度出现最大值108 cm，当SBS添加量为质量分数4.5%时，后者延度出现最大值97 cm.综上所述添加质量分数15%软化煤沥青的混合改性沥青的高低温流动性能较添加质量分数20%软化煤沥青的好.当SBS添加量为质量分数5%时，前者的高低温流动性能较好.第7期李其祥，等：混合改性沥青流变性能研究
武汉工程大学学报第31卷
2.3混合改性沥青的流变性能添加质量分数15%软化煤沥青的SBS改性混合沥青，设定其质量为100份，分别含有SBS 3份（B1）、4份（B2）、5份（B3）、6份（B4）、7份（B5）.添加质量分数20%软化煤沥青的SBS改性混合沥青，设定其质量为100份，分别含有SBS 3 份（D1）、4份（D2）、5份（D3）、6份（D4）、7份（D5）SBS对沥青改性.E1表示原石油沥青.分别测定两系列的黏温曲线，如图3、图4所示.图3B系列黏温曲线
Fig.3Viscosity temperature curve of B series图4D系列黏温曲线
Fig.4Viscosity temperature curve of D series两图中，随着SBS添加量的增加，各试样在同温度下的黏度均增加，而各试样在130~160 ℃温度区间内，黏度变化范围逐渐增大.混合改性沥青的黏度均高于原石油沥青，SBS形成的网状结构，可能是导致混合改性沥青黏度上升的主要原因［5］.比较两图中相同SBS比例下沥青的黏度，添加质量分数20%软化煤沥青的改性混合沥青的黏度较添加质量分数15%软化煤沥青的高出200~300 MPa·s，相对于SBS添加量变化带来的1 000~6 000 MPa·s的变化量而言，前者对增加沥青黏度的贡献较小.煤沥青虽然可以增加混合改性的黏附性能，但对其黏度的影响却很小［6］，这有利于所得混合改性沥青在较低温度下与石料进行拌合.据图分析，B系列 SBS添加量为质量分数5%时，在135~150 ℃温度范围内，黏度值处于中间水平，流变性能较好，利于增加拌合时快速覆盖碎石料颗粒表面，缩短操作时间，同时煤沥青的存在将有利于增加沥青混合料之间的结合力［7］.D系列中，添加质量分数4%SBS的样品黏度与B3较接近，就黏度而言，这也是一个可行的配比，但是综合比较高低温性能指标，本实验认为添加质量分数5%SBS、15%软化煤沥青的混合改性沥青具有较好的流变性能.3结语a. 添加质量分数为15%软化煤沥青的混合改性沥青的高低温流动性能均优于添加质量分数20%软化煤沥青的.b. 添加质量分数为5%SBS、15%软化煤沥青的混合改性沥青具有较好的流变性能.c. 软化煤沥青与石油沥青混合，可以增加混合改性沥青的黏附性能，但对其黏度的影响却很小，有利于降低混合改性沥青与石料的拌合温度.