ZLP增强剂对SBS改性沥青性能影响研究.pdf

2023年6 月石油沥青PETROLEUMASPHALT第37 卷第3期ZLP增强剂对 SBS 改性沥青性能影响研究庞一朋，潘友强（中路交科科技股份有限公司，南京2 118 0 0）摘要：为研究自主研发的ZLP增强剂对SBS改性沥青性能的影响，分别以不同掺量ZLP增强剂制备SBS改性沥青，通过基本指标试验、老化试验及PG分级等试验评价ZLP增强剂对改性沥青的性能影响。结果表明：ZLP增强剂可有效提升改性沥青的软化点和6 0 动力黏度及针入度指数，提升沥青的高温性能，降低温度敏感性，但会降低沥青针入度、5延度；动态剪切流变试验表明ZLP增强剂对改性沥青的抗剪切变形能力有所提升，综合试验结果考虑，推荐ZLP增强剂的应用掺量在1.5%2.5%之间。关键词：增强剂改性沥青高温性能温度敏感性随着人们生活水平地提高，交通轴载日益繁重，传统沥青混凝土路面已渐渐无法满足使用需求，迫切需要进一步提升沥青路面铺装材料的性能，从而提升沥青路面的服役能力，改性沥青作为沥青混凝土路面的胶结料对于沥青混凝土路面高温抗车辙性能和低温抗开裂性能有着不可或缺的作用。目前国内外常规使用的 SBS 改性剂因为对改性沥青的高低温性能皆有所裨益，性价比高，市场广阔。但目前国内SBS改性剂的常规掺量已经达到3.5%5.0%，特殊品种改性沥青的SBS掺量更高，更高的SBS掺量易带来沥青黏度的大幅度上升，无论是拌和或者施工都较为困难，且成本昂贵，难以普遍使用。目前国内使用石油树脂及温拌剂等特殊改性剂对沥青进行改性 ，在节省成本的同时拥有一些增溶、降黏等优势效果，但综合来看，成本较高，因此，需要一种性价比更高的沥青改性剂对沥青进行改性。本文通过对自研ZLP增强剂对改性沥青的性能进行试验评估，确定ZLP增强剂的优缺点，根据试验结果，推荐一个改性剂合理掺量范围。1试验原材料及样品制备1.1沥青采用SBS（I-D）改性沥青作为基质沥青进行制备，I-D改性沥青来自江苏扬子公路沥青有限责任公司，其性能指标见表1。表1SBS改性沥青基础指标试验项目规范值实测值针人度（2 5）（10-1mm)40 60PI0软化点/60延度(5)/cm20动力黏度（6 0）（Pas)20 000布氏黏度（135）（Pas)3.0老化质量变化/%1.0老化残留针人度比（2 5）%65老化残留延度（5）/cm15PG分级1.2ZLP 增强剂本研究采用的增强剂为本公司自主开发的一种白色颗粒状沥青添加剂，由多链聚烯烃材料与树脂合成的高熔点蜡质材料，见图1。其熔点范围在130 140 之间，在高温拌和时，可有效降低沥青的拌和黏度，利于改性沥青对石料的裹附，亦可明显改善沥青的高温性能。1.3改性沥青样品制备将I-D改性沥青放人17 0 烘箱烘至流动状态，使用玻璃棒搅拌1min，确保改性沥青状态均匀，然后分样至5个5L铁罐中，每个铁罐收稿日期：2 0 2 2-11-2 4。作者简介：庞一朋（1995一），男，本科，助理工程师，主要从事道路材料开发工作。Email：p y p s i n o r o a d.c o m560.128033385202.355-0.127017PG70-22第3期分样2 0 0 0 g，放人提前预热至18 0 的油浴锅中，开启搅拌机搅拌，分别加人1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%的ZLP增强剂，搅拌2 h后，测试改性沥青性能 2 。庞一朋等.ZLP增强剂对SBS改性沥青性能影响研究39程（JTGE202011）中T0625进行改性沥青135布氏旋转黏度试验，评价沥青胶结料的施工和易性能；按照T0628进行沥青流变性质（D SR）试验，评价沥青结合料的高温性能；按照T0627及T0630进行弯曲梁变劲度（BBR）试验，评价沥青结合料低温性能。试验仪器见图2。图1颗粒状ZLP增强剂图2 动态剪切流变仪（上）和弯曲梁流变仪（下）2试验方法2.1基础指标按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTGE202011）中T6004、T 0 6 0 5、T0606及T0620的相关规定，分别对制备完成的改性沥青样品针入度、针人度指数、5延度、软化点及6 0 旋转黏度进行试验。2.2老化指标按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTGE202011）中T0610的相关规定进行旋转薄膜加热试验，并对改性沥青的质量损失、针人度比及5延度指标进行试验。2.3PG分级指标性能按照公路工程沥青及沥青混合料试验规试验项目规范值针人度/(10-1mm)40 60PI00.12软化点/60延度（5）/cm20动力黏度（6 0）（Pas）20000由表2 可以看出，ZLP增强剂对于改性沥青针人度起到降低作用，原因在于ZPL增强剂在搅拌混溶于沥青中后，增加了改性沥青的黏稠度，导致针人度指标变小；改性沥青的针人度指数变大，沥青的温度敏感性变小，改性沥青在夏热季节不会因为温度过高而变软，在冬冷季节不会因为温度过低而变脆，因此抗车辙及抗开裂性3结果与讨论3.1基础指标对添加了ZLP增强剂的改性沥青基础指标性能进行试验评估，试验指标参数见表2。表2 ZLP增强剂改性沥青基础指标原样1.0%ZLP56530.348083333238 52052.280能较优；改性沥青的软化点指标和黏度指标发生大幅度增加，原因在于增强剂分散于改性沥青中，与沥青中溶胀完成的SBS改性剂发生网络嵌锁作用，沥青冷却后，增强剂嵌锁了改性沥青中的轻质组分，软化点提升幅度约33.7%，6 0动力黏度大幅提高，约为原来的9倍，大幅提升了改性沥青的高温稳定性。1.5%ZLP520.5289281285702.0%ZLP510.759727191 5602.5%ZLP501.2310527281 5203.0%ZLP481.451072532215040改性沥青的低温延度指标有所降低，降低幅度为3.0%2 4.2%，说明ZPL增强剂会对改性沥青的低温柔性产生负面影响，但仍然满足改性沥青低温柔性需求。改性沥青的高温提升幅度在1.0%时提升不大，原因可能在于ZPL增强剂需要达到一定掺量，完成空间网络的整体构建才能对改性沥青的整体性能产生提升，在1.5%时，老化后试验项目质量变化/%残留针入度比（2 5）/%残留延度（5）/cm由表3可知,改性沥青的整体性能变化趋势为沥青的质量变化逐渐上升，意味着改性沥青的质量损失增加，但仍然满足I-D改性沥青的指标需求。老化后残留针人度比值逐渐上升，说明改性沥青的抗老化性能随着ZLP增强剂的掺量提升而增强；老化后残留延度指标随着增强剂地掺量提升逐渐降低，在ZLP增强剂掺量为3.0%时，已不满足I-D传统改性沥青延度指标需求,仅为13cm，损失幅度为2 7.8%，到2.5%达到峰值，因此建议ZLP增强剂的掺量不宜超过2.5%。3.3PG分级指标性能3.3.1135布氏旋转黏度改性沥青的布氏旋转黏度可确定改性沥青的黏温曲线，从而确定改性沥青的拌和温度与压实温度。一般沥青的135黏度越低，沥青越易碾压密实。改性沥青的布氏黏度值随增强剂掺量变化见图3。2.402.352.3302.252.202.152.102.05图3 2ZLP增强剂对改性沥青135布氏旋转黏度影响趋势由图3可知，改性沥青的135布氏旋转黏石油沥青沥青的高温软化点提升了9，6 0 动力黏度提升约90 0 0 0 Pas，5延度减少5cm，可见1.5%的掺量时，改性沥青的整体性能发生了质的变化。3.2老化指标对添加了ZLP增强剂的改性沥青老化后指标进行试验评估，试验指标参数见表3。表3ZLP增强剂改性沥青老化指标规范值原样1.0%ZLP1.0-0.126570151801.0ZLP增强剂掺量/%2023年第37 卷1.5%ZLP2.0%ZLP-0.15-0.3072741716度随着ZLP增强剂的增加而减少，说明ZLP增强剂对改性沥青的黏度可以起到一定的降黏效果，在2.5%左右降黏效果最优，3.0%时效果不再增加，说明ZLP增强剂对改性沥青的降黏效果上限值，整体能够满足改性沥青应用需求。3.3.2PG高温性能采用车辙因子G*/sins评价沥青结合料高温性能指标，它要求原样沥青和旋转薄膜烘箱（R T FO T）残留沥青在最高路面设计温度下的G*/sing值分别不得小于1.0 kPa和2.2 kPa3,一般改性沥青在短期老化之后，其车辙因子因为改性沥青中的改性剂衰减而变小，PG高温等级会相比原样低12 个等级，因此本研究以残留沥青的车辙因子确定改性沥青PG高温等级。不同掺量ZLP增强剂下改性沥青短期老化后车辙因子见图4。3.0Fed/(g urs/d)2.52.01.51.01.52.02.53.02.5%ZLP-0.35-0.387575161576828809401.0ZLP增强剂掺量/%图4ZLP增强剂对改性沥青G*/sino影响趋势由图4可知，1.5%ZLP增强剂掺量下，改性沥青能够满足PG76高温等级需求，且富裕度较高，有效保证产品质量；2.0%ZLP增强剂掺3.0%ZLP-0.3676131.52.02.53.0第3期量下，改性沥青能够满足PG82高温等级需求；3.0%ZLP增强剂掺量可满足PG88高温等级需求，在1.5%掺量及以下时，7 6 条件下车辙因子提升幅度为0.4kPa左右，在1.5%掺量及以上时，8 2 下车辙因子提升幅度为0.5kPa左右，8 8 下提升幅度为0.4kPa左右，可见随着掺量和温度提升，车辙因子提升幅度呈现先增大后减小趋势。结合改性沥青的基础指标可知，ZLP增强剂应用于改性沥青中可有效提升改性沥青的高温抗车辙性能。3.3.3PG分级低温性能采用弯曲梁变劲度试验确定变劲度S和蠕变速率m，它要求改性沥青的S300MPa和m0.3，在不同ZLP增强剂掺量下，其结果见图5。0.40m0.380.360.340.320.300.280.260图5(a)ZLP增强剂对改性沥青m的影响350300250200S1501005000图5(b)ZLP增强剂对改性沥青S的影响由图5（a）可知，改性沥青的蠕变速率会随着ZLP增强剂的掺量增加而降低，说明改性沥青在低温条件下，应力松弛能力降低，在3.0%时，低温m值低于0.3，不满足规范需求。由图5（b）可知，改性沥青的蠕变劲度随着ZLP增强剂的掺量增加而增加，说明改性沥青在低温条件下变形能力减弱，同样在3.0%庞一朋等.ZLP增强剂对SBS改性沥青性能影响研究1.01.52.002.53.0ZLP增强剂掺量/%1.01.52.02.53.0ZLP增强剂掺量/%41时，其变形能力不满足规范要求，与蠕变速率的结果相符，说明ZLP增强剂对改性沥青的低温抗开裂性能有一定程度的损伤，推荐掺量在2.5%及以下。3.4作用机理ZLP增强剂熔点在130 140 之间，当沥青温度高于其熔点温度时，其转变为液态，沥青生产过程中搅拌发育温度一般为17 0 18 0 左右，不同品种沥青加工温度不同，但都高于增强剂熔点，此时仅需搅拌等工艺即可均匀分散在改性沥青中，有效降低沥青的黏度，利于稳定剂等材料分散，从而缩短改性沥青发育时间。而在低温时，因为蜡类物质分子量较小，冷却时容易析出，树脂成分存在能够有效提升改性沥青的黏度与软化点，在温度下降时，蜡类成分会同树脂材料析出结晶，嵌锁沥青中的轻质组分，降低沥青的温度敏感性。降低温度敏感性的原因在于沥青在随温度软化流动时，高熔点结晶膜层模量较高，不发生流动，对于沥青的流动性产生一定的阻碍作用，一定程度上提升改性沥青动态剪切模量，从而一定程度上提升改性沥青抗车辙性能。但也因此使得沥青“变脆”，因此沥青的低温柔性呈现一定程度损伤。4结论以I-D改性沥青为基质沥青，使用自研ZLP增强剂对改性沥青的基础性能和流变指标进行评估，得出以下结论：（1）ZL P增强剂可有效提升改性沥青的高温抗车辙性能。随着掺量的增加，对沥青的软化点、6 0 动力黏度有大幅度提高，同时降低了改性沥青的温度敏感性及延度，说明改性沥青高温性能会随着ZLP增强剂掺量增加大幅增强，但会降低温度敏感性和沥青的低温柔性，可后续结合混合料性能对此进行评估。（2）ZL P增强剂可一定程度上降低改性沥青的老化程度，但其对改性沥青的低温延度指标有所损伤。在掺量达到3.0%时，已不满足I-D改性沥青的15cm要求，因此应用于沥青改性中，掺量不要超过2.5%，可同时拥有较好的高低温特性。（3）ZL P增强剂可较好地提升改性沥青车辙因子，降低改性沥青的低温蠕变速率提升变劲42度，在3%掺量时，改性沥青地PG高温等级PG88，但低温等级已不满足PG2 2，因此，为同时满足高低温交通重载需求，ZLP增强剂掺量建议为1.5%2.5%之间。参考文献1郝运哲，董夫强，孙鹏程.HPD温拌剂对高粘沥青Study on the Effect of ZLP Enhancer on the Properties of(SINOROAD Transportation Science and Technology Co.,Ltd.Nanjing 211800)Abstract:In order to study the influence of the ZLP enhancer on the performance of SBS modified as-phalt,the SBS modified asphalt was prepared with different amounts of ZLP enhancers,and the influence ofZLP enhancer on the modified asphalt was evaluated through the basic index experiment,aging test and PGclassification.The results showed that ZLP enhancer can effectively improve the softening point,60 C motionviscosity and needle penetration index of modified asphalt,improve the high temperature performance of as-phalt,reduce the high temperature sensitivity,but reduce the penetration and 5 d u c t i l i t y.T h e d y n a mi cshear rheological experiment showed that ZLP enhancer improves the shear resistance and deformation ability ofthe modified asphalt.Based on the comprehensive test results,it was recommended that the application dosageof ZLP reinforcing agent be between 1.5%and 2.5%.Keywords:fortifier;modified asphalt;high-temperature behavior;temperature sensitivity石油沥青性能影响研究J】合成材料老化与应用，2 0 2 2，51(1):27-30.2王恒恒，董昭表面活性类温拌剂对SBS改性沥青性能影响J】石油沥青，2 0 2 1，35（4）：4346.3张艳莉，蔺习雄，杨克红，等.PG70-28道路沥青制备J】石油沥青，2 0 2 2，36（5）：53-56.SBS Modified AsphaltPANG Yipeng,PAN Youqiang2023年第37 卷短讯山东高速集团年内确保4条高速通车9条高速开工2023年1月2 8 日，山东高速集团召开2 0 2 3年重点工程建设动员会，对2 0 2 3年高速公路建设工作进行总动员、总部署。今年，山东高速集团计划投入8 32 亿元用于交通基础设施建设，确保济南至潍坊高速公路等4个项目建成通车，济南至宁津高速公路等9个项目实质性开工。2022年，山东高速集团共推进高速公路建设项目34个，总里程2 56 9 km、总投资42 0 0 亿元，项目数量和里程再创历史新高。6 个项目全线通车，2 个项目部分路段通车，9个项目实质性开工，年内完成投资8 6 5.4亿元，通车里程554km，助力全省高速公路通车里程突破 8 0 0 0 km。2023年是“十四五”规划实施的关键之年，山东高速集团将确保济南绕城高速二环线西环段、济南至潍坊项目剩余路段，明村至董家口高速公路，临淄至临沂项目部分路段等4个项目年内建成通车；岚山港疏港高速、济南绕城高速二环线北环段、济南绕城改扩建小许家至遥墙机场段、长深高速东营至青州改扩建、济南绕城改扩建小许家至港沟段、济广改扩建济南至菏泽段、京台改扩建齐河至济南段、荣乌改扩建威海至烟海高速段、高青至商河公路、临沂至滕州公路、济南至微山高速济南至济宁新机场段、荣乌改扩建烟台枢纽至蓬莱枢纽段等12 个续建项目持续加快建设；沈海高速两城至汾水段改扩建、荣乌高速文登区至双岛湾科技城段、齐河至东阿高速公路、济南至宁津高速公路、齐河至临清高速公路、庆云至章丘高速公路、济南绕城改扩建港沟至殷家林段、董梁高速沈海高速至新泰段、栖霞至莱州高速公路等9个项目实质性开工建设；同时确保坪岚铁路扩能改造等地方铁路工程年内建成通车。（转自中国公路网）