科技文摘 | SBS 改性沥青关键技术指标控制

guoxiongxin 2018-04-18

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本文转载自《道路工程》作者：王庆凯

SBS改性沥青因其良好的高低温性能，在高速公路得到广泛的应用。但在改性沥青使用中出现了一些比较混乱的现象:表现在一些工程招标过程中对改性沥青的技术标准提出了过高、过多的技术标准，认为这样做就最安全。但是这样做一方面大大增加了改性沥青的使用成本，另一方面迫使改性沥青供应商采用一些不科学的方法生产改性沥青，指标达到了，成本提高了，但改性沥青的性能实际上并没有提高，或者会损害改性沥青的性能，本文就改性沥青的一些关键技术指标要求提出了一些建议。

1、SBS改性沥青关键指标控制

1.1针入度

采用改性沥青最主要的原因是希望改善沥青的高温性能，这也是目前在多数改性沥青称其为改性沥青的原因;SBS改性沥青有一个显著特点：具有很高的软化点，其原因在于它有很好的回弹性能，能够拽着钢球不掉下来；如果SBS改性沥青的针入度偏大，表明所用基础沥青针入度很大，这表明基础沥青偏软，相应也导致改性沥青偏软，偏软的改性沥青其回弹性能并未受到很大影响，因此仍有较高的软化点，但此时改性沥青的高温性能可能已经受到了影响，但通过软化点这一指标并未显示出来，而显示沥青软硬的指标针入度则可以反应出改性沥青是否偏软。因此同样软化点下，硬的改性沥青沥青高温性能要好于软的改性沥青。

在目前国内改性沥青的生产过程中，使用较软的基础沥青有很多好处，首先可以更容易使改性沥青达到存贮稳定性指标，同时软的改性沥青往往有更好的低温延度，而存贮稳定性及低温延度是改性沥青生产中最难达到的指标之一，而此时改性沥青的软化点并不会明显下降，车辙试验也会有较高的动稳定度，但在铺面后，路面发软，极易产生车辙及泛油。因此作为一种限制，在限制针入度的下限同时，优先选用较硬的沥青。

1.2软化点

软化点在规范中规定的并不高，最高标准也就高于60℃，而目前国内的招标文件一般很多都要求软化点高于70℃，有些地方甚至提出了软化点要高于80℃以上的要求；越高的软化点高温性能越好，但软化点也并不是评价改性沥青性能的惟一指标，此时还应当注意相应的针入度结果不能过大；要求过高的软化点，往往会迫使改性沥青公司加入更多的交联剂，采用更多的星形SBS，这一方面会产生更大的环境污染问题，另一方面会造成改性沥青的135℃粘度过大，虽然不会超过3Pa·s，但会造成施工上的问题；

此外加入过多交联剂及星形SBS后，如果技术上不过关，改性沥青在存贮过程中会出现胶凝，这主要是因为交联反应的充分反应有时需要较长的时间；此外有时过分交联的SBS改性沥青由于表面张力过大，会影响沥青与石料的粘附性。当然在同等条件下，软化点越高，改性沥青的高温性能越好，但如果造成施工问题或其它问题，则路面更容易出现早期破坏。

1.3低温延度

低温延度是目前规范中评价改性沥青低温性能的指标，目前在这些指标中，低温延度，主要是老化后的延度成为一个较难达到的指标，尤其是目前很多招标文件中把延度提高，老化后延度提高到20cm甚至更高，使之成为更难达到的指标。老化后延度与沥青低温性能是否有相关性，国内外未见有详细的研究报告，从国外的发展思路来看，在SBS、SBR改性沥青得到应用后，由于其能改善沥青的低温性能，因此必须有评价其性能的指标，因此最简单的方法就是对当时的三大指标进行改良，软化点是评价高温指标，因此降低针入度及延度的试验温度，测低温延度或低温针入度，成为最直接有效的办法。

上世纪80年代未有很多这方面的研究，得到广泛报道的结论是低温针入度与低温性能有很好的相关性，但最后采用低温延度而不是针入度，可能是因为低温下的针入度较小，而针入度的误差一般会在1mm以上，因此测低温针入度试验误差较大。根据我们的研究结果，采用完全相同的SBS配方与工艺，尽量相同的基础沥青，较软基础沥青配制的SBS改性沥青有更大的低温延度，显示低温延度与基础沥青的针入度相关，而基础沥青的软硬主要决定了SBS改性沥青的低温等级，因此从这一角度来看，低温延度评价改性沥青的低温性能有一定的有效性。

研究显示，低温延度还与其它很多因素有关。在同一基质沥青配制的改性沥青中，SBS掺量对延度有影响，当掺量很高时，如大于6%时，老化前延度会下降，这主要是弹性模量较大，延度试件被绷断;当掺量适中时，4%～5%时，掺量对延度的影响缺乏规律性，但很多随掺量增加而增大;而掺量较低时，如3%左右时，延度又可能会随掺量减少而增大，这些规律又受到改性沥青软硬的影响；此外交联剂掺量对延度也有大的影响，SBS类型也对其有较大影响;但对低温延度影响最大的是基础沥青的品质，大多数国产沥青配制的SBS改性沥青老化后延度都非常差，进口沥青的老化后延度基本较好，但也有较差的;研究还显示老化前的延度与老化后的延度没有相关性；在基础沥青不适当的情况下，改变SBS掺量、类型、交联剂掺量，都不能明显提高老化后延度。

低温延度与改性沥青的低温性能有一定的相关性，但由于影响老化后延度的主要因素是基础沥青，因此低温延度首先是评价改性沥青中基础沥青是否适当，同时它也可以反映出所用SBS的类型及交联反应的程度，因此低温延度也反映了改性沥青的综合工艺性能而不是低温性能。大量的BBR实验结果显示，SBS改性沥青的低温分级主要是由基础沥青的性质所决定，即由基础沥青的软硬决定的，调整基础沥青的种类、SBS改性沥青工艺、配方及掺量只能有限的影响改性沥青的低温分级，而这些都会显著影响改性沥青的低温延度。因此专门用于评价SBS改性沥青低温延度的这一指标只是反映了SBS改性沥青低温延度的好坏，好的低温延度说明SBS改性沥青不坏，但低温延度不好，并不能证明改性沥青的低温性能就不好。

1.4软化点与低温延度

在规范中对D类SBS改性沥青的要求是老化前达到20cm，老化后15cm，是A、B、C、D四类中要求最低的;但D类对软化点的要求最高；C、B、A类对延度的要求逐渐增大;但对软化点的要求逐渐降低;这就存在一个问题：究竟是A类沥青档次高还是D类沥青档次高？国内有些文章中把低温延度作为评价改性沥青SBS档次的指标，在软化点和延度都较高时，就将其归类为达到B类改性沥青，而不是将其归为D类改性沥青；这些文章认为B类沥青比D类沥青档次高。

出现这样的观点与国内目前改性沥青的使用现状有关：目前国内招标时都会提出较高的软化点要求，如要求达到70℃，而软化点指标也容易达到；而延度则不容易达标，因此就认为延度是表征改性沥青好坏的最重要指标，在国内延度所以不易达标，这与国内所用基础沥青普遍较差及改性沥青的配方、工艺差有关。而在国外，所用基础沥青较好，因此延度并不是一个严重的问题，软化点直接决定了SBS在其中的掺量，即决定了SBS改性沥青的成本，延度是配合软化点而制定的，因此应该是用软化点作为控制指标;此外改性沥青好坏主要是由高温性能决定的，软化点越高，其高温性能就越好，而延度大并不能表明改性沥青的高温性能好，延度大甚至也不能表明改性沥青的低温性能很好，因此D类SBS改性沥青应当优于C、B、A类改性沥青。

1.5针入度指数PI

针入度指数PI目前成为改性沥青中一个有争议的指标，现在一般的做法是首先测3个温度回归PI，如果不达标(多数不能达标)，再加测两个温度，即用所测5个温度的PI进行回归，则一般都可以达标;从改性沥青规范的技术要求中可以看出：规范认为5个温度回归的PI比3个温度回归的PI要严格、科学，从理论上也是如此;但实际测试则会发现大多数改性沥青的PI用3个温度回归难以达标，而用5个温度容易达标，即3个温度的PI更严格，但如果根据3个温度来回归PI，则目前大多数改性沥青都不合格，但PI不合格，会表明改性沥青的性能有什么缺陷，是否就不能用在道路上，还没有人能进行过这方面的研究。

PI被认为是评价沥青感温性的指标，但PI与高温或低温的关系，或者与高温与低温区域之间的关系，没有人进行过这方面的研究。目前PI的有效性、准确性及物理意义都受到很多的质疑。在国外沥青规范中采用这一指标的国家不多，即使采用这一指标，其PI的计算方法也与我国不同。加拿大的Meclod引入PVN来评价沥青的性能，但他明确指出采用PVN目的主要是用来评价沥青的低温性能，美国的Anderson也认为如果在寒冷地区可以考虑引入感温性指标PVN来评价沥青的性能，如果不存在低温问题，则没有必要采用感温性指标。

根据加拿大Meclod的研究，PI的评价结果与实际低温路面开裂结果相反，而PVN能很好的预测沥青路面的现场低温性能。Meclod对PI评价低温性能的效果提出了激烈批评，认为其与路面的低温使用性能没有相关性，而PVN则能够很好的评价沥青的低温性能。

1.6存贮试验

存贮稳定性试验是目前评价改性沥青存贮稳定性很有效的试验，但目前主要关注的是上下软化点差，要求上下软化点差不大于2.5℃;对于SBS改性沥青软化点在存贮过程中发生的衰变则很少关注，改性沥青在生产中如果遇到意外，会在罐中高温存贮几天，而很多SBS改性沥青在存贮过程中软化点会大幅度衰变，这将不利于改性沥青的性能，因此有必要限制SBS改性沥青在存贮48h后软化点的降幅，即在离析试验报告时，除了报告上下软化点差外，还应当报告具体的上部和下部软化点数值，以有利于对改性沥青在存贮过程中软化点发生衰变的程度进行评价。更为科学的做法应当规定专门的试验评价存贮试验后改性沥青的性能变化，限制软化点容许下降的幅度。

1.7135℃粘度

135℃粘度也是一个容易被忽略的指标，很多报告中都只是报告其小于3Pa·s，具体数值是多少并不进行报告，考虑到135℃粘度对于改性沥青的泵送及施工性能都有很大的影响，因此应当提高对135℃粘度的重视；

目前国内外对改性沥青的拌和与压实温度缺乏研究，原来针对普通沥青的0.17Pa·s、0.28Pa·s确定拌和与压实温度的方法来确定改性沥青的拌和与压实温度会明显偏高，通过沥青的软化点来预估施工温度就更不能用于SBS改性沥青，对于如何确定改性沥青的拌和与压实温度缺乏有效、一致的方法，也没有相应的试验来评价;但通过高温粘度来经验性的判断拌和与压实温度，仍然是目前最有效的手段，因此应该要求具体报告135℃粘度大小，以利于施工时判断。

虽然目前改性沥青的施工并不是一个大问题，但对于一般的改性沥青，仅要求其小于3Pa·s，显得过于宽松，应当将其降到2.5Pa·s以下，如果改性沥青135℃粘度接近于3Pa·s时，会显得很稠，有的改性沥青虽然还未超过3Pa·s，但已经开始发生胶凝，而在工地现场生产的改性沥青很多没有充分的时间使交联反应完全，因此改性沥青在运输过程及到达到施工现场的高温存贮过程中，改性沥青可能会发生胶凝，这样到施工时可能改性沥青的粘度已经超过了3Pa·s，这会产生严重后果。

因此只有对于较高性能的改性沥青，才可以用3Pa·s的指标进行控制，对于一般的改性沥青，应当限制其135℃粘度不大于2.5Pa·s。生产工艺合适的SBS改性沥青，在5%SBS掺量时，135℃粘度一般不会大于2.5Pa·s，如果过大，则表明其配方与工艺需要调整(如交联剂掺量过高)，或者所用基础沥青不适当。

此外由于改性沥青的非牛顿性，剪切速率对粘度试验结果有很大影响，规范中虽然明确了135℃粘度测试要在20r/min、12r/min的剪切速率条件下，但实际上难以实现，各地由于粘度仪不同，也缺乏对剪切速率的重视，因此各地测试135℃粘度的剪切速率可能有很大不同;此外很多粘度仪是根据粘度大小来选择剪切速率的，在规定剪切速率(20r/min、12r/min)下可能无法测试135℃粘度值，如很多粘度仪一般是在100r/min的剪切速率下测试的135℃粘度，因此还应当要求报告中明确报告其试验的剪切速率，以利于修正。