SBS改性沥青基本要求和质量控制的建议

摘要：所谓改性沥青，按照我国《公路改性沥青路面施工技术规范》（JTJ036-98）的定义，是指“掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料”。改性剂是指在“沥青或沥青混合料中加入的天然的或人工的有机或无机材料，可溶融分散在沥青中，改善或提高沥青路面性能（与沥青发生反应或裹覆在集料表面上）的材料”。国内的改性沥青通常指的是聚合物改性沥青,如热塑性橡胶类的苯乙烯-丁二烯共聚物（SB）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS），橡胶类的丁苯橡胶（SBR），树脂类的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚乙烯（PE）等。在我国的沥青路面施工中，中、上面层已越来越多地使用以SBS为代表的改性沥青。
关键词：SBS改性沥青要求质量控制
随着公路建设的飞速发展，交通量的急剧增加，重载、超载车辆和渠化交通及气候变化的影响对高速公路路面（大部分为沥青路面）的使用性能提出了更高的要求。为适应这一变化，能够有效提高路面的抗早期损坏能力和耐久性等的改性沥青如SBS已越来越广泛地得到应用。
一、改性沥青简介和使用现状
所谓改性沥青，按照我国《公路改性沥青路面施工技术规范》（JTJ036-98）的定义，是指“掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料”。改性剂是指在“沥青或沥青混合料中加入的天然的或人工的有机或无机材料，可溶融分散在沥青中，改善或提高沥青路面性能（与沥青发生反应或裹覆在集料表面上）的材料”。
在改性剂中，应用和研究得最为广泛主要是高分子聚合物改性剂。国内的改性沥青通常指的是聚合物改性沥青,如热塑性橡胶类的苯乙烯-丁二烯共聚物（SB）、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS），橡胶类的丁苯橡胶（SBR），树脂类的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚乙烯（PE）等。在我国的沥青路面施工中，中、上面层已越来越多地使用以SBS为代表的改性沥青。
二、SBS高分子聚合物改性沥青
在聚合物改性剂中，目前最常用的主要有苯乙烯--丁二烯类嵌段共聚物（主要指SBS三嵌段共聚物和SB两嵌段共聚物）和丁苯橡胶SBR以及塑性体EVA树脂和PE（聚乙烯）。我们主要来介绍一下SBS。
SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)是国内外应用最为广泛的一种改性剂。对于SBS 改性沥青的研究成果，归纳起来有以下几个结构得到基本的认同：
a)SBS的掺量有一临界值，一般认为临界掺量在6%左右，当然随原样沥青的性质不同而有所不同。在临界掺量前后改性沥青会出现很大的不同。
b)原样沥青中的沥青质含量对改性沥青的性质有较大的影响，有研究者采用参数Ic=（沥青质=饱和分）/（芳香族+树脂）来评价这种性质，一般认为Ic小，则沥青与SBS相容性好。
c)SBS改性沥青的优越性为：脆点温度很低，低温性能好；在常温下粘度很大，能低抗车辙，而在高温时则粘度迅速降低，具有良好的施工和易性；这些性质都正是人们理想中的沥青所应具有的性能。
d)混合料试验也证明了沥青胶结料的试验结果:
 抗车辙能力大大提高；
 低温开裂温度降低；
 抗疲劳性能也得到提高；
 粘附性能也得到提高。
对比于SBS，聚乙烯（Polyethylene,PE）能显著改善沥青的高温性能，但当掺量超过5%时，由于PE相的粘度过大，混合物在高速搅拌过程中，PE 较难分散。随着PE 分子量的不同，在同样掺量下，粘度会随分子量增大而增大；而EVA树脂在改善沥青的高温稳定性方面的作用效果与PE相当，在改善低温柔韧性方面，EVA优于PE，在施工工艺难易方面，EVA明显优于PE，但基质沥青用EVA改性后，其延度反而有所下降。
正是因为SBS所拥有的优良性能，再加之SBS与沥青混掺比PE和SBR方便，因此它成为聚合物改性沥青中的佼佼者也就不足为怪了。
另外从聚合物的选择条件上也可以反映使用SBS的广泛适应性：
（1）根据不同的气候条件选择
不同地区的气候条件有很大的差异。我国“八五”国家科技攻关专题《道路沥青及沥青混合料路用性能的研究》已经按照气温、雨量等指标，提出了我国沥青路面使用性能的气候分区，而且对不同的气候区提出了非改性沥青的技术要求。对改性沥青也是一样的，不同的改性剂在改性效果上有很大的差别。对南方夏季炎热地区，高温稳定性要求较高，SBS、PE、EVA等的改性效果较好；而对低温寒冷地区，抗裂性能的要求较高，SBS、SBR的改性效果较好。在我国许多内陆地区和华北、中南、西北地区，夏季炎热，冬季寒冷，高低温要求都很高，选择SBS能两方面都兼顾到，是首选改性剂。
（2）根据不同的荷载条件选择
不同的道路所承受的汽车荷载亦不一样。对旅游道路等主要供轻型车行驶的道路，产生车辙的可能性较小，主要考虑进行车舒适和气候因素，对抗裂性能的要求是重点，可选择SBS、SBR等；而对以载重汽车为对象的高速公路、一级公路，尤其是重车比例大、超载车多的某些干线道路，如运煤干线，主要的目的是抵抗车辙、拥包等永久性变形，则可考虑采用SBS、PE、EVA等改性剂。由此可见对于不同的荷载要求，选择SBS都比较适合。
三、基质沥青的选择
改性沥青的性质与基质沥青密切相关，SBS也不例外。一种沥青不一定适用所有的改性剂，一种改性剂也不一定适用于所有的沥青。沥青种类的选择应从沥青的组分构成及原始物理性质出发，考虑沥青的组分构成主要针对沥青与改性剂的兼容性，而物理力学性质是针对聚合物对不同沥青改性效果不同。应根据不同地区的使用要求选择合适的沥青。因此，要生产符合规范要求的改性沥青，选择基质沥青时必须考虑到以下几方面：
（1）基质沥青应符合重交沥青的技术标准要求
改性沥青的突出优点就是低温延伸性能的大幅提高，因而应强调15℃延度及含蜡量的要求。
（2）必须充分考虑基质沥青与改性剂的配伍性
基质沥青与改性剂之间存在配伍性的问题，基质沥青通常所说的三大指标并不能完全反映沥青的内在性。沥青的各组分沥青质、胶质、芳香分、饱和分之间的比例关系直接影响到与改性剂的配伍问题。从改善沥青组分与改性剂相容性的要求出发，应尽量选用较低沥青质含量和较高芳香分、胶质含量的基质沥青。
（3）必须选用合适的基质沥青标号
一般来说，基质沥青通过通常手段改性后，其25℃针入度要下降20～25。如加工I－D级一般选用70号沥青，I－C级选用90号沥青，I－B级选用110号沥青。
四、关于SBS改性沥青质量控制的建议
1、基质沥青：满足规范要求的同结构层一样的沥青。基质沥青对改性沥青质量影响较大，尤其现行改性沥青施工技术规范要求的改性沥青标准一般的基质沥青改性后都能达到，但其使用效果截然不同，尤其是沥青混合料的性能差别（动稳定度）更大。
2、现行改性沥青施工技术规范要求的改性沥青标准偏低，不利于发挥改性沥青的性能，应适当提高改性沥青的标准，针对不同的用途制定相应标准。
3、改性沥青的检验周期比较长，实际应用中不能相适应，现场主要以300倍以上显微镜观察改性沥青的均匀性和改性剂的细度满足要求（絮状分布，网状分布为临界点）。
4、改性沥青的关键和对质量比较敏感的是改性剂的掺量，因此控制好改性剂的掺量至关重要。
5、影响沥青路面性能的关键性指标控制：与之直接相关的有针入度、软化点、运动粘度、老化后的延度等指标。
6、运输的影响：适当的温度（135～165度），快捷和迅速，尽量减少中间环节。
7、使用方法的影响：运输、存储等不可避免的会引起改性沥青的离析，而均匀又是改性沥青的关键，那么使用前应将改性沥青充分搅拌均匀；为防止高温老化应准确控制加热温度和拌和温度，并尽量缩短混合料存储时间，快速使用。
8、施工的影响因素也较多，规范中也作了具体规定，重要的是拌和设备和碾压设备的组合。