刍议SBS改性沥青的延度性质

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1、1刍议 SBS 改性沥青的延度性质原健安 李玉珍（长安大学） （深圳路安特沥青高新技术有限公司）摘 要：本文中通过比较改性沥青与基质沥青延度的差异以及不同 SBS 改性沥青延度的差 异，说明了 SBS 改性沥青延度的意义。讨论了 SBS 改性沥青延度机理，并对影响 SBS 改性沥青 延度的几个因素进行了分析。 关键词：SBS 改性沥青，延度，改性沥青机理A Rustics opinion on Ductility of SBS modified AsphaltsYuan jianan Li Yuzhen（Changan University） (Shen Zhen tsing hua novo

2、phalt new materials (R&D) center)Abstract: In this paper, significance of ductility of SBS modified asphalts is explained through contrast difference in ductility of modified asphalts and asphalt. There is some discussion about SBS modified asphalts mechanism, and several factor that effect on ducti

3、lity of SBS modified asphalts is analyzed in this paper. Key words: SBS modified asphalts ductility modified mechanism用 SBS 对沥青进行改性，是目前已得到大量工程应用的改性沥青方法。世界各国对不同 SBS 改性沥青适用性及相应指标均有所要求，在我国按照交通部 JTJ036-98 中的规定：SBS 改 性沥青分为四个等级，其 5延度最小值要求分别为：50 40 30 20（cm） 。这种规定的含义 并没有在规范中给出。而在实际应用中，一些延度差异较大的 SBS 改性沥青往往路

4、用性能相差 并不大，而有一些延度相差不大的 SBS 改性沥青路用性能则往往有所差异。笔者在本文中对 SBS 改性沥青及基质沥青延度性质的差异进行了比较，分析了 SBS 改性沥青延度机理，并对延 度的意义进行了讨论。1基质沥青与 SBS 改性沥青延度性质的差异在延度测定中，基质沥青与 SBS 改性沥青表现出不同的延度特点，基质沥青的延度表现为： 在温度为 25的条件下（或 15）往往延度较大，通常大于 100cm（5cm/min） ，个别甚至大于 150200cm。而在较低的温度下（5） ，往往延度较小。通常不大于 10cm（5cm/min）在环境 温度仅有 1020的温差变化时，延度指标变化如

5、此之大，这也反映出基质沥青在温度发生变 化时，其微观状态变化也是很显著的，随着温度下降，胶团的形变能力，分子间相互错位、滑 动能力，都将明显下降。采用 SBS 对沥青进行改性后，改性沥青延度往往表现为 25延度小于 基质沥青，而 5延度则大于基质沥青，同时改性沥青延度对温度的敏感性明显降低（其他指 标的感温性也降低） ，可见当 SBS 加入沥青并得到充分均匀分散后，沥青微观状态得到明显变化， 原有的微观结构在这一过程中得到了调整或改变。微观上的变化导致了宏观性质相应改变，微 观结构的变化，必然体现在宏观性质上与原有性质有所不同。2SBS 改性沥青延度改变的机理分析当 SBS 通过机械方法分散于

6、沥青后，与 SBS 亲合性比较强的轻质油分，在高温、搅拌等附 助作用下，逐渐向 SBS 相中扩散，而 SBS 相则产生溶胀现象，体积逐渐增大。这一过程进行的2程度不仅取决于沥青自身性质，SBS 自身性质，而且取决于二者的相互作用性质及外界条件。 当 SBS 与沥青中油分的相互作用力比较强时，油分将能够比较多的进入 SBS 相，但又受到沥青 中胶体平衡、结构等制约。因此在沥青中 SBS 不能够形成完全分散的分子分散状态，所以仍为 多相分散体系，所不同的是分散相中含有一部分分散介质。这种体系比沥青中原有结构更为复 杂，由于 SBS 在沥青中受到制约只能溶胀而不能完全溶解，因此这种相互作用的结果不仅

7、改变 了沥青相的微观结构，而且也改变了 SBS 相的微观结构。这是与通常的多相体系不同之处。由 于结构发生了较大的改变，分散相、分散介质性质也有改变，因此宏观性质必然随之改变，延 度性质也不例外。改性沥青与基质沥青延度性质差异较大，笔者认为主要有以下原因： （1）SBS 改性沥青与基质沥青产生形变时在微观上存在差异：基质沥青在进行延度试验时， 试件在外力作用下伸长，主要是通过胶团之间和分子之间的相对移动（滑动）产生形变并消散 应力，这种变形实质上是蠕变，不可恢复的形变为主要的形变型式，形变的能力取决于分子之 间相互作用力的大小，以及分子的大小，距离等因素。在较低的温度下，分子间距离减小，相 互

8、作用力增大，甚至一些小分子组成还会产生聚集态的变化或产生缔合，致使分子之间产生滑 动等相对位移的能力减小，产生形变需要较大的外力，且形变量小，因此低温下表现为延度较 小。而当升高温度后分子运动速度加快，分子间距离增大，相互作用力迅速减小，分子之间的 移动滑动变得相对容易，在较小的外力下即可产生位移，形变能力增大，因此宏观上表现为 25延度较大。当沥青采用 SBS 进行改性后，随着 SBS 的溶胀，分子间相互扩散，以及沥青中 的分子迁移等一系列作用的进行，沥青相中油分减小（增塑剂减少） ，极性组分量相对增加，分 子间力增大，形变能力下降。随着这一过程的进行，SBS 相中原本属于沥青相中的油分增多

9、， 增塑的因素增加，形变能力增强。这样一来，在延度试验过程中的形变就包括两种微结构的变 化。一类为沥青相的形变，主要来自于胶团之间以及沥青分子之间产生位移引起的形变，另一 类为被溶胀的 SBS 分散相产生的形变。由于这种分散相粒径相对较大，属于粗分散体系，因此 分散相的形变不能忽略。在 SBS 分散相微粒中，由于 SBS 为大分子、分子之间存在着相互缠绕， 并且还有一些其他物理交联点，分子间力大，尽管有沥青中的轻质油分起到增塑作用也难以改 变大分子的特点，在每一个 SBS 微团粒中，虽然大分子之间发生相对运动比较困难，但是大分 子上个别柔性链段产生取向、伸长、弯曲等运动仍是可以进行的，当外力作

10、用时产生移动，外 力消除后形变将全部或部分恢复，因此 SBS 相内的形变不同于 SBS 相间及沥青相的形变，相内 的形变比较多是可恢复的。而相间的形变则比较多的是不可恢复的滑动，因此改性沥青在外力 作用下产生形变在微观上除了沥青相在外力作用下分子间有相对运动导致的形变外，还有 SBS 分散相内分子的相对运动及微粒之间发生的相对运动。因此改性沥青进行延度拉伸试验时，当 沥青相的变形能力强时，则形变主要由沥青相分子运动以及 SBS 相间的相对运动来承担，而当 沥青相的变形运动较差时，形变主要来自于 SBS 相内的变形。虽然改性沥青整体综合变形是由 SBS 相内相间沥青相三者共同产生，但不同改性沥青

11、（基质沥青不同或 SBS 剂量不同） ，三者之 间的贡献是不相同的。 （2）改性沥青试件在不同温度下拉伸产生形变的微观运动现象不同。在温度相对较低时 （如 5）沥青相中由于温度较低，分子间的相互作用力大大增强，况且由于油分的减少，分 子间的相对移动变得很困难，而此时的 SBS 相则比较牢固镶嵌在沥青相中。虽然大分子之间的 运动也困难，但分子链段、链节仍可自由运动，SBS 分散相与沥青相相比，在该温度仍具有相 当的变形能力，况且还有油分的增塑作用。所以此时被分散的 SBS 是形变的承载主体。当外力 作用时 SBS 相变形，并在外力作用下取向伸长。当外力持续作用时，众多被分散的 SBS 微粒协 同

12、作用，可使试件达到相当的伸长率。尽管此时沥青相可能已经部分断裂，但试件仍能继续伸 长，当形变量超过 SBS 微粒最大形变量或 SBS 相中聚集的应力超过了沥青相产生变形所需应力 时，将导致沥青相中分子产生移动以及 SBS 相间产生较大的相对位移，这种位移削弱了 SBS 微 粒相间的相互作用，而这种形变速度赶不上拉伸速度时，在试件的薄弱环节产生应力集中而断 裂，试验中试件往往在较粗时发生迅速断裂，且具有明显的回弹收缩，这种现象与基质沥青在 该温度下形成的颈缩断裂现象明显不同。正是因为低温下 SBS 相的变形能力较强，因此低温下3改性沥青的延度大于基质沥青，同时实验现象也反映改性沥青产生的形变其中

13、包含有相当比例 的弹性变形，这和基质沥青是不同的。当温度上升时，无论对沥青相还是 SBS 相，必然会使分 子间距离增大、分子间力减小，自由度增大，分子相对运动变得比较容易。特别是沥青相， 尽 管改性过程中 SBS 吸收了油分，减少了增塑的作用，沥青分子间力随温度的变化而减小的程度 仍是比较大的。而 SBS 相中分子间力虽然也受到温度的升高而减弱，形变能力也增大，但没有 沥青相的变化大。因此在温度较高时（如 25）进行延度试验，试件在受到外力作用时，沥青 相由于产生蠕变变形的能力比低温下增大了许多，因此对 SBS 相的嵌合力相应下降，SBS 相与 相之间产生相对运动的几率大大增加（尽管 SBS

14、的形变能力也增大） ，这样一来，SBS 的存在， 不仅对试件整体的伸长没有多大贡献，反而它的存在成了沥青分子运动的障碍，因此 25下的 延度小于基质沥青的延度。3材料性质对改性沥青延度的影响SBS 改性沥青的性质，随着改性过程中基质沥青的不同，SBS 的不同以及工艺条件的不同 都有着较大的差异，宏观指标也反映出在微观上的组成、结构、状态等存在着差异，而微观上 性质的不同必然导致宏观性质的不同，延度也不例外。当 SBS 被采用机械方式分散于沥青中后， 沥青中与 SBS 亲合性较强的分子或组分在热运动的促进下逐渐向 SBS 相中渗透扩散，相对应 SBS 相被溶胀，同时相体积增大，这一过程进行的程度

15、取决于 SBS，基质沥青的组成性质以及二 者之间的作用性等。 沥青是改性沥青中的主体材料，不同的油源、工艺、产地的沥青性质差别较大，即使同一 标号的沥青也有很大差异，沥青的微观组成、聚集状态等十分复杂，按照其胶体理论：极性最 强的沥青质为核心，胶质为介质，胶溶分散于油分中，胶团的体积、数量、分散度，不仅取决 于沥青质以及分散介质的性质数量，同时也取决于油分的性质及数量。即胶团为分散相，油分 为连续相的分散介质。由于沥青微观上具有这样的特点，因此当 SBS 分散于沥青后，也为分散 相。沥青组成中最有的可能扩散进入 SBS 相的组分为油分，这是由其性质所决定的。当油分进 入 SBS 相，SBS 被

16、溶胀体积相应增大，其程度主要取决于连续相的油分的性质以及数量，同时 也与沥青原有的胶团数量以及性质有关。当沥青质数量较高时，沥青中的油分将比较多的用以 维持原有的胶体平衡，此时若有 SBS 加入其中，必然会形成两种不同结构竞争油分的情况，其 结果必然导致沥青原有的胶体平衡发生移动，不仅 SBS 不能充分溶胀，而且沥青原有的胶体平 衡也会破坏，沥青质产生聚集或沉降。因此文献1也认为沥青质含量较高的沥青不宜进行改性。 适宜改性的沥青为油分含量相对较高的沥青。沥青中的油分，按组分分类法，又分为饱和分和 芳香分两个族，族之间性质又有所差异。当油分中芳香分含量较高时，不仅可以使基质沥青胶 团胶溶分散程度更高，延度更大，而且用于改性沥青时，由于芳烃含量高，可以使 SBS 大分子 中的聚苯乙烯段得到充分的溶胀，同时也降低了聚苯乙烯段的物理交联能力，又进一步促进了 聚丁二烯段的溶胀与分散，提高了链段运动的自由度，油分将会