多聚磷酸对SBS改性沥青性能的影响研究.pdf

2023 年10 月石油沥青PETROLEUMASPHALT第37 卷第5期多聚磷酸对SBS改性沥青性能的影响研究邓庆忠，金跃飞，魏恺波，梅飞（浙江交通资源投资集团有限公司沥青科技分公司，杭州310 0 2 0）摘要：在物料配比及制备工艺一定的条件下，仅改变沥青中多聚磷酸在含量，研究沥青常规路用性能指标的变化规律。试验结果表明，多聚磷酸会降低SBS改性沥青的针入度，改善沥青的高温路用性能，但对低温延展性及抗老化性能有负面影响。关键词：多聚磷酸SBS改性沥青伴随着经济体量的增加及“五纵七横”高速主干的建成，我国高速公路的体量已跃居世界第一，高速公路历程数超17.5万公里。由于我国幅员辽阔，各省市气候条件差异性较大，且交通量与日俱增，普通的道路石油沥青很难满足高速公里路建设和养护的性能要求；而SBS改性沥青由于具有均衡的高低温路用性能，广泛应用于高速建设、养护等路面工程1-3。虽然SBS改性沥青的高低温性能优异，但由于聚合物 SBS是三嵌段的高分子聚合物，与沥青在密度、分子量分布、分子结构、分子极性等参数上存在显著的差别，在无搅拌且高温贮存时易发生SBS相与沥青相的分离，即产生改性沥青的离析现象4-7 ；且SBS改性沥青的生产成本较高，在不降低沥青性能的前提下，如何降低SBS改性沥青的生产成本，也是国内外研究的热点。为了改善SBS改性沥青的储存稳定性，降低其生产成本，多聚磷酸常与SBS复配对沥青进行改性8-10 。虽然国内外研究者重点研究了多聚磷酸改性沥青的改性机理、复合改性等11-14，但针对与SBS 复合改性的研究不够深人和全面，有必要系统研究多聚磷酸对SBS改性沥青性能的影响，为多聚磷酸改性沥青的推广和应用提供参考。1试验1.1主要原料本研究所采用材料主要包括：1）基质沥青，是国内某炼厂生产的7 0（A)道路石油沥青,其性能指标见表1;2)聚合物SBS,由天津LG公司生产的50 1S；3）相容剂,采用的是市售的芳香分含量高的橡胶油;4)多聚磷酸,由国药集团生产,分析纯,H,PO4含量为115%。表1AH-70重交通道路沥青性能分析项目试验方法行业标准分析结果针人度(2 5)/(10 -1 mm）T 0 6 0 46080PIT0604-1.5+1.0-1.21延度(10 )/cmT0605软化点/T0606动力黏度(6 0)/(Pas)T0620溶解度/%T0607密度(2 5)/(gcm=3)T0603蜡含量（蒸馏法)/%T0615薄膜烘箱试验质量损失/%针入度比(2 5)/%延度(10 )/cm1.2改改性沥青制备过程首先，将特定质量的基质沥青加入制样桶内，升温至17 0 18 0，同时掺人一定比例的橡胶油；其次，将一定量的SBS缓慢加人上述混合物中，温度升至18 0 19 0 并恒温，在3500r/min的速率下剪切30 min；最后，在恒温的条件下（18 0）加入多聚磷酸，并搅拌发育收稿日期：2 0 2 3-0 3-15。作者简介：邓庆忠，男，硕士，工程师，中国石油大学（华东）化学工程与技术，主要从事沥青新产品的研发、推广及应用。E-mail：u p c d e n g q z 16 3.c o m。66201004647.018020899.599.73报告1.00872.22.0T0609-0.8 0.8T060461T06056-0.156710.644即得到复合改性沥青样品。1.3试验方法本论文采用2 5针人度、软化点、5延度、残留针人度比、5残留延度、离析试验等方法表征沥青的路用性能，试验方法均严格按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTGE20-2011 执行。2试验结果与讨论2.1多聚磷酸对针入度的影响在改性沥青剪切温度、剪切速率、发育温度、发育时间固定的条件下，仅改变沥青中多聚磷酸的含量，以研究改性沥青2 5针度的变化规律，试验结果如图1所示。6560555045400.0图1多聚磷酸对针人度的影响从图1中可知，随着多聚磷酸掺量的增加，改性沥青2 5的针入度有逐渐降低的趋势，说明多聚磷酸能增加改性沥青的稠度。主要的原因在于多聚磷酸在聚合物SBS与沥青分子间起桥接的作用15，将两种物化性质差异较大的分子通过化学键的作用形成一个整体，增加了沥青分子的分子量，从而使改性沥青的稠度增大，故针人度随多聚磷酸掺量的增加而降低。2.2多聚磷酸对软化点的影响在改性沥青剪切温度、剪切速率、发育温度、发育时间固定的条件下，仅改变沥青中多聚磷酸的含量，以研究改性沥青软化点的变化规律，试验结果如图2 所示。从图2 中可知，随着多聚磷酸掺量的增加，改性沥青软化点有逐渐增加的趋势，且其提升的幅度随多聚磷酸掺量的增加而减小，说明多聚磷酸的加人有利于改善改性沥青的高温性能。主要的原因在于多聚磷酸通过化学反应将SBS与沥青分子键接在一起，使改性沥青的分子量增加，石油沥青流动性降低，同时由于多聚磷酸具有一定的极性，使新生成的分子极性增加，故分子间作用力增强，进而使改性沥青高温性能得到提升。80750./草47065600.0图2 多聚磷酸对软化点的影响2.3多聚磷酸对5延度的影响在改性沥青剪切温度、剪切速率、发育温度、发育时间固定的条件下，仅改变沥青中多聚磷酸的含量，以研究改性沥青5延度的变化规律，试验结果如图3所示。320.20.4多聚磷酸掺量/%2023年第37 卷0.20.4多聚磷酸掺量/%0.60.80.6m/(3.9)28242016120.0图3多聚磷酸对5延度的影响从图3中可以看出，随着多聚磷酸掺量的增加，改性沥青的5延度有逐渐降低的趋势，说明多聚磷酸的加人会对改性沥青的低温性能带来负面影响。主要的原因在于多聚磷酸的加入会使沥青分子的分子量增加，分子体积增大，空间位阻效应增强，降低分子链段的伸缩活动性，故改性沥青的低温形变能力减弱，从而在宏观上的表现是改性沥青5延度降低。2.4多聚磷酸对针入度比的影响在改性沥青剪切温度、剪切速率、发育温度、发育时间固定的条件下，仅改变沥青中多聚磷酸的含量，以研究改性沥青针入度比的变化规律，试验结果如图4所示。0.80.20.4多聚磷酸掺量/%0.60.8第5期90F%羽特80700.0图4多聚磷酸对针人度比的影响从图4中可知，随着多聚磷酸掺量的变化，改性沥青针人度比变化较小，从具体数据上看均在试验误差范围内，说明多聚磷酸对改性沥青针入度比无显著的影响。2.5多聚磷酸对5老化延度的影响为了表征沥青的抗老化性能，采用薄膜烘箱试验（TFOT）对沥青进行老化，老化条件为163恒温5h。在改性沥青剪切温度、剪切速率、发育温度、发育时间固定的条件下，仅改变沥青中多聚磷酸的含量，以研究改性沥青5老化延度的变化规律，试验结果如图5所示。1814121060.0图5多聚磷酸对5老化延度的影响从图5中可知，随着多聚磷酸掺量的增加，改性沥青5老化延度有逐渐降低的趋势，说明多聚磷酸对改性沥青的抗短期老化能力有负面影响。主要的原因在于，在模拟短期老化试验过程中，多聚磷酸加剧了改性沥青分子间的老化速度，多聚磷酸掺量越大改性沥青分子间的反应活性点越多，改性沥青短期老化速度越快，故改性沥青5老化延度随多聚磷酸掺量的增加而降低。2.6多聚磷酸对高温储存稳定的影响改性沥青高温储存稳定性通常采用离析试验邓庆忠等多聚磷酸对 SBS改性沥青性能的影响研究0.20.4多聚磷酸掺量/%10.2多聚磷酸掺量/%45来表征，即将试样在16 3的条件下恒温静置48h后，测量试样上部1/3段与下部1/3段的软化点的差值。在改性沥青剪切温度、剪切速率、发育温度、发育时间固定的条件下，仅改变沥青中多聚磷酸的含量，以研究改性沥青软化点差的变化规律，试验结果如图6 所示。0.60.80.40.632282420160.0图6 多聚磷酸对离析的影响从图6 中可知，随着多聚磷酸掺量的增加,改性沥青的离析有逐渐降低的趋势，说明多聚磷酸的加人能改善聚合 SBS与沥青间的相容性。主要的原因在于多聚磷酸能在SBS与沥青分子间形成化学键，使SBS与沥青分子形成一个整体。新生成的改性沥青分子兼具SBS和沥青的性质，即改性沥青分子中存在SBS端和沥青端，SBS端与SBS分子的作用力较强，使SBS分子紧密吸附在改性沥青分子周围；沥青端与沥青分子的作用力较强，从而使沥青分子也紧密吸附在改性沥青分子周围，从而改善了SBS与沥青间的界面作用，提升了SBS与沥青的相容性。0.83结论与展望通过研究多聚磷酸对SBS 改性沥青性能的影响，可得出以下结论：（1）多聚磷酸会降低SBS改性沥青的2 5针入度，增加改性沥青的稠度；（2）多聚磷酸能提高改性沥青的软化点，改善改性沥青的高温路用性能；（3）多聚磷酸会降低SBS改性沥青5延度及5老化延度，对沥青的低温路用性能及短期抗老化性能有一定的负面影响；（4）在试验考察范围内，随着多聚磷酸的增加，SBS改性沥青的高温储存稳定性得到改善，说明多聚磷酸能提高聚合物SBS与沥青间的相容性。0.2多聚磷酸掺量/%0.40.60.8461 黄凯.SBR与SBS复合改性沥青制备及其混合料路用性能研究J西部交通科技，2 0 2 2，（8)：16-18.2孟本文，于远建，陈剑汉，等.SBS改性沥青混合料在道路施工中的稳定性研究J】合成材料老化与应用，2 0 2 2，51（1)：132-134.3李晋勇.SBS 改性沥青混凝土路面设计施工及应用效果研究J，交通世界，2 0 2 2，（32）：6 3-65.4莫龙梅.SBS和Hon7686改性沥青高温流变性能对比研究J】：西部交通科技，2 0 2 2，（5）：57 61.5刘晓莉。复合型SBS在改性沥青中的应用性能研究J】石油沥青，2 0 2 2，36（4)：40-42.6杨波，李占军.SBS改性沥青储存稳定性的影响因素研究J】科技信息，2 0 0 7，（2 0）：2 5+38.7熊萍，郝培文.改善SBS改性沥青储存稳定性的措施与机理分析J同济大学学报：自然科学版，2 0 0 6,34（5)：6 13-6 18.8刘宇，庞守德，马前程：多聚磷酸改性沥青技术Study on Effect of Polyphosphoric Acid on The PropertiesDENG Qingzhong,JIN Yuefei,WEI Kaibo,MEI Yongfei(Asphalt Technology Branch of Zhejiang Transportation Resources Inwestment Group Co.,Ltd.,Hangzhou 310020)Abstract:Under certain conditions of material ratio and preparation process,only the content ofpolyphosphoric acid in asphalt was changed to study the variation law of conventional road performance indica-tors of asphalt.The test results showed that polyphosphoric acid can reduce the penetration of SBS modified as-phalt and improve the high-temperature pavement performance of asphalt,but it has a negative impact on thelow-temperature ductility and anti-aging performance.Keywords:polyphosphoric acid;SBS;modified asphalt石油沥青研究进展及展望J】：交通运输研究，2 0 2 2，8参考文献(4):153-164.9刘祥，张正伟，杨小龙，等：多聚磷酸改性沥青研究现状及展望J】材料导报，2 0 17，31(10):104-111.10李坚，孟璐，徐传杰，等温度对PPA改性沥青高温性能之影响研究J】：石油沥青，2 0 16，30(5):43 48.11马峰，郭兴隆，傅珍，等.PPA/SBS及PPA橡胶粉复合改性沥青性能J】：应用化工，2 0 2 1，50(3):561-564.12白杨.PPA+SBS复合改性沥青及混合料性能试验与分析J】北方交通，2 0 16，（12）：6 8-7 1.13郭洪欣，郭洪杰.PPA复合改性沥青混合料抗紫外光与热老化性能研究J】新型建筑材料，2 0 18，45(3):108-113.14侯铁军.PPA与聚合物复合改性沥青及混合料性能研究J】新型建筑材料，2 0 19，46（11）：18 22.15王贵珍多聚磷酸复配聚合物改性沥青性能及其混合料性能研究J】：公路工程，2 0 19，44(4):225-231.of SBS Modified Asphalt2023年第37 卷版权声明本刊所刊文章之复制权、发行权、广播权、信息网络传播权、改编权、翻译权、汇编权及其他有可转让的著作权均于本刊发刊之日转由本刊享有，原著作权人可在非营利范围内继续使用。版权费用以稿费的形式一次付清。如作者向本刊投稿，本刊将视为作者已接收上述条件。特此声明。