SBS橡胶复合改性乳化沥青的应用

SBS橡胶复合改性乳化沥青的应用

张庆国

天津港航工程有限公司

摘要：本文介绍了改性乳化沥青优点，经对比多种常见乳化沥青和改性剂的改性成效与费用，结果表明，SBS材料具有明显的经济效益与社会价值，且对SBS乳化条件和乳化剂要求展开了详细分析，探讨了SBS材料的使用范围，及其SBS和橡胶粉复合材料影响要点。

关键词：SBS改性沥青；橡胶粉改性沥青；优点

    近些年，城市交通量迅速增多，汽车大型化、重载汽车比例不断提高、汽车超载严重以及渠道化通行，对沥青地面应用性能有了较大考验，而且夏天、冬天的高低温与雨雪天气，也对沥青地面应用性能有了更高标准。许多场所常规乳化沥青已经不能适应沥青地面应用需求，因此，改性乳化沥青已是大势所趋。现如今，常用的改性乳化沥青形式包括SBR改性、SBS改性以及水溶性PER改性。其中，SB改性沥青可以明显提升高温防车辙、低温防开裂和防老化等能力，已是主要改性类型，且获得了普遍认可与使用。

1、改性乳化沥青介绍

从广义角度来说，改性乳化沥青即通过多种不同方式改善与提高乳化沥青应用性能[1]。改性乳化沥青相较于一般乳化沥青，其优点包含以下几点：

1）大大提升了乳化沥青高温可靠性。

2）大大提升了乳化沥青低温防裂能力。

3）增强了乳化沥青粘附能力。

4）推动了建筑初期强度的产生。

5）明显增强了竣工后的建筑强度。

6）是迅速修复车辙的高效物料。

7）逐步拓展了乳化沥青运用区域。

8）逐步提高了乳化沥青防老化能力。

9）大大延伸了地面应用周期。

10）具有良好的经济效益与社会价值。

2、常见乳化沥青与运用结果比较

     现如今，建筑中常见的乳化沥青包含三类，一般乳化沥青、SBS改性沥青以及SBR改性沥青，下文着重从乳化装置、工艺方法、乳化剂与运用范围进行对比，具体内容如表1所示。

表1 几种常见乳化沥青材料对比

    由表1得知，加工SBS改性沥青材料对乳化装置、工艺方法以及乳化剂要求均较高，但其使用范围较大，能够用在公路地面项目中所有的工程结构。例如BCR改性沥青，采用了SBR胶乳与SBS改性剂，对比乳化沥青加工残留物三项指标和每吨乳化沥青费用，具体内容如表2所示。

注：基质沥青根据市价计算。

表2 改性剂改性成效与费用比较

    由表2能够发现，SBS改性沥青三项指标均满足《公路沥青路面施工技术标准》（JTGF40-2004）对改性乳化沥青提出的技术标准，而且加工残留物软化点大于SBR改性沥青，但是针入度明显小于SBR改性沥青，大幅度提升了沥青防高温能力与防车辙能力[2]。就每吨改性沥青成本而言也会比SBR改性沥青节省成本约150元左右，所以SBS改性沥青不管是中性能上或者价格方面均优于SBR改性沥青。针对SBR和SBS改性沥青展开混合物性能测试，测试结果如表3所示。

     注：拌合选择MS-3型玄武岩石物，油石比是7%，水泥投量是1%，同一标准下的混合物信息。

表3 SBR和SBS混合物性能比较

    由表3能够发现，在同一测试标准下，SBS的混合物性能会明显优于SBR改性沥青，特别是在浸水与宽度变动率方面[3]。另外，因SBS材料强度打，合理加大油石比，令油膜增厚，能降低行车噪音，既提升了行车舒适度，还延伸了公路应用年限，逐步检验了SBS材料良好的性能。

3、SBS材料的乳化和乳化剂特征

3.1乳化剂特征

（1）亲水性很大，以提升乳化剂的PIT，由此适应很高的乳化气温。

（2）电荷密度很高以及亲水基团体积很大，确保静电稳固，或供应更好的立体位阻效应，由此提升很大分散成分的下沉稳固性。

（3）表明活性较强，以减小乳化沥青直径。

3.2乳化装置

    SBS材料对乳化装置要求较高，胶体磨需有较大的动力，而且可以承载背压，因为SBS乳化加工温度要求很高，因此乳化沥青成形前要通过换热装置，把乳化沥青温度下降至90℃之下，避免温度太高乳化沥青损坏。

3.3工艺方法

SBS加工对工艺标准很高，主要工艺流程如图1所示。

               图1 SBS材料乳化工艺流程

3.4运用范围

    SBS材料的使用范围较大，根据建设特性分，能用于新建、改扩建项目中；根据工程特性分，能用于小、中、大修项目中。主要应用工程涉及微表处、冷再生、碎石封层、地面灌封等所有能够用乳化沥青的项目结构中。

3.5SBS和橡胶粉复合材料

    SBS掺量为5%，橡胶粉用量16%，选择三种掺加方法：①同步加入；②SBS提前剪切半小时，然后加入橡胶粉，共60min；③橡胶粉提前剪切半小时，再放SBS，共60min。

经研究发现，先加入SBS再加橡胶粉的方法效果很好。配置复合改性沥青时，先加入SBS时，SBS能在沥青内吸附油蜡膨胀而彼此间产生网络交联体系；再加入的橡胶粉对剩余沥青的油蜡吸收膨胀，提高沥青稠度[4]。如果先加入橡胶粉，吸收沥青里大量油蜡，再加入的SBS无法吸附足够油蜡膨胀，制约了SBS在沥青里产生网络交联体系。

4、结语

     第一，当剪切速度是8000r/min时，SBS材料最好的剪切时间是1h，剪切温度是180℃，SBS最好的用量是5%；橡胶粉材料最好的剪切时间是1h，剪切温度是160℃，橡胶粉最好的用量是16%。

第二，在SBS和橡胶粉复合材料中，SBS对材料性能影响较大，各种性能都随着SBS用量增加而提升。当SBS用量固定时，橡胶粉用量的改变对复合材料的影响很小。复合材料内SBS最好的用量是5%，橡胶粉最好用量是11-13%。

第三，配置复合改性沥青时，选择采加入SBS，再加橡胶粉的方法改性效果很好。

第四，复合材料的针入度、软化点都好过一般沥青。

第五，改性乳化沥青具有较好的高温可靠性、低温防裂能力、粘附能力等。

参考文件：

[1]王可,刘富强,孙天一,郑木莲,董长江,范贤鹏.水性环氧树脂-丁苯橡胶复合改性乳化沥青高温性能[J].科学技术与工程,2022,22(01):359-366.

[2]孟勇军,赵启雄,卢祖标,刘直荣,徐锐光,雷雨龙.水性环氧树脂/丁苯橡胶复合改性乳化沥青的制备及性能[J].科学技术与工程,2021,21(13):5524-5531.

[3]李俊禧. 高聚物改性乳化沥青制备及混合料性能试验研究[D].广东工业大学,2020.

[4]唐博. 复合改性乳化沥青微表处研究与应用[D].重庆交通大学,2018.