摘要: 为研究SBS高粘改性沥青在高温存储条件下的离析情况，文章制备7%SBS掺量的高粘改性沥青，通过针入度、软化点、延度和动态剪切流变试验，测试改性沥青的常规指标及流变学特性。结果表明：SBS高粘改性沥青经过热存储后，上、下部沥青样品在第2天时离析基本完成，离析软化点差为30.4℃，在第4天时达到最大，为34.6℃，后逐渐趋于稳定；对改性沥青流变学特性而言，在热存储2天时，G*和δ减小，G*/sinδ增加，但变化幅度不明显；沥青下部G*和G*/sinδ降低，δ增加，随后保持稳定。
Abstract:
In order to study the segregation of SBS high viscosity modified asphalt under high temperature storage, in this paper, high viscosity modified asphalt with 7% SBS content is prepared. Through penetration, softening point, ductility and dynamic shear rheological tests, the conventional indexes and rheological properties of modified asphalt are tested. The results show that after heat storage, the segregation of upper and lower asphalt samples is basically completed on the second day, and the segregation softening point difference is 30.4˚C, reaching the maximum at 34.6˚C on the fourth day, and then gradually tends to be stable; For the rheological properties of modified asphalt, G* and δ decrease, G*/sinδ increase, but the change range is not obvious; Lower part of asphalt G* and G*/sin δ lower, δ increased and then remained stable.
1. 引言
苯乙烯–丁二烯–苯乙烯嵌段共聚物(Styrene Butadiene-Styrene Block Copolymer, SBS)改性沥青具有优越的高低温性能和抗疲劳性能，在高等级公路上面层和桥面铺装等工程中广泛应用 [1] [2] [3]。但SBS改性剂与沥青属于热力学不相容体系，在高温存储条件下易发生离析，使材料性能损失严重，尤其是高掺量的SBS高粘改性沥青 [4] [5]。
影响SBS高粘改性沥青热存储稳定性的因素有很多。孙大权等 [6] 通过荧光显微镜分析改性沥青中的SBS含量，认为即使离析软化点差小于2.5℃，SBS改性沥青的性能依然有较大损失；周昆等 [7] 采用离析软化点差、70℃的复数模量和相位角分析改性沥青的热存储稳定性情况，认为随着热存储温度的升高，SBS改性沥青的离析程度也随之增加；王立志等 [8] 借助红外光谱、凝胶渗透色谱和原子力显微镜试验，通过灰关联法建立了基质沥青微观特性与SBS改性沥青存储稳定性之间的关联性，并发现基质沥青微观特性与SBS改性沥青存储稳定性之间具有较好的关联性；李祖仲等 [9] 等发现SBS改性剂在沥青中分散出不同的形态，认为影响SBS改性沥青存储稳定的因素有多种，如基质沥青种类、改性剂种类和试验温度。陈璟等 [10] 通过凝胶渗透色谱、X-ray衍射等分析方法对不同基质沥青进行分析，探究基质沥青共振峰强度和峰位置对改性沥青热存储稳定性的影响。
为探究SBS高粘改性沥青在热存储条件下的离析及性能衰减情况，文章制备了7%的SBS高粘改性沥青，并进行8天的热存储，对其热存储后上下部的沥青样品分别进行针入度试验、软化点试验、延度试验以及动态剪切流变试验，分析不同热存储天数下沥青样品上下部的针入度、软化点、延度及流变学指标变化，进而对高掺量SBS高粘改性沥青的存储稳定性进行评价。
2. 试验原材料
本研究以70#道路石油沥青作为基质沥青，SBS (791-H)为改性剂，交联剂选用硫磺类稳定剂，基质沥青的技术指标满足我国现行JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》要求 [11]。高掺量SBS高粘改性沥青研制流程：称取一定质量的基质沥青，放入165℃的烘箱中加热至流动状态，加入一定剂量的SBS，放置剪切机下剪切1 h至无明显颗粒，剪切机转速为3700 r/min，后加入一定剂量稳定剂，放置搅拌机下搅拌1 h，转速设置为700 r/min，制得SBS高粘改性沥青。试验所用基质沥青、SBS高粘改性沥青关键技术指标见表1、表2，满足JTG F40—2004相关技术要求。
Table 1. Technical indexes of 70# road petroleum asphalt
表1. 70#道路石油沥青技术指标
Table 2. Technical indexes of SBS high viscosity modified asphalt
表2. SBS高粘改性沥青技术指标
3. 试验结果与分析
SBS高粘改性沥青存储稳定性试验遵照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011)》T0661，测试离析管上、下部沥青样品针入度、软化点、延度和流变学指标。
3.1. 长期存储对改性沥青常规性能的影响
本次试验分别对SBS高粘改性沥青进行2天、4天、6天和8天的热存储，并将热存储后的上、下部样品进行性能测试，分析SBS高粘改性沥青存储稳定性衰变规律。SBS高粘改性沥青不同存储时间的上下部软化点如图1所示。
分析图1可知，SBS高粘改性沥青进行2天、4天、6天和8天的热存储，沥青上部的针入度较原样沥青减小，软化点和延度增加，下部的针入度较原样沥青增加，软化点和延度减小。其主要原因是，SBS改性沥青属于热力学不相容体系，在高温存储下，因密度差，SBS改性剂上浮，导致沥青上部SBS含量升高，下部SBS减少，导致SBS改性沥青上部的针入度、软化点减小，延度增加，下部的针入度增加，软化点和延度减小。
(a) Penetration 
(b) Softening point
(c) Ductility
Figure 1. Upper and lower softening points at different storage times
图1. 不同存储时间上下部软化点
3.2. 长期存储对改性沥青流变性能的影响
本小节所用试验仪器为动态剪切流变仪，通过温度扫描试验得到SBS高粘改性沥青离析上、下部的复数模量G*、相位角δ和车辙因子G*/sinδ，G*、δ和G*/sinδ随温度的变化趋势如图2~4所示。
分析图2和图3，SBS高粘改性沥青经过热存储，上部的G*下降，其原因可能是SBS改性剂在上部聚集，弹性分量增加，改性沥青更接近高聚合物特性；沥青下部G*同样呈下降趋势，但降幅较小，说明改性沥青下部SBS减小，粘性分量增加。分析图3可知，SBS改性沥青经过热存储后，上部δ减小，下部δ增大，说明SBS上浮于沥青上部，弹性分量增加，粘性分量减小，下部弹性分量减小，粘性分量增加。由图4可知，在热存储2天时，改性沥青上部的G*/sinδ在低温段小于原样沥青，在高温段高于原样沥青，在热存储2~8天时内，G*/sinδ略有减小，但变化规律不明显，说明SBS改性沥青在热存储2天时，沥青相和SBS相分离过程已几乎完成，且趋于稳定。
(a) Top 
(b) Down
Figure 2. G* variation at different heat storage times
图2. 不同热存储时间G*变化
(a) Top 
(b) Down
Figure 3. Different heat storage time δ change
图3. 不同热存储时间δ变化
(a) Top 
(b) Down
Figure 4. Different thermal storage time G*/sinδ change
图4. 不同热存储时间G*/sinδ变化
4. 结论
本章对SBS高粘改性沥青分别进行2、4、6、8天的热存储，对其上、下部样品的针入度、软化点、延度和流变学指标的变化情况进行了分析。主要结论如下：
1) SBS高粘改性沥青经过热存储后，上、下部沥青样品在第2天时离析基本完成，离析软化点差为30.4℃，在第4天时达到最大，为34.6℃，后逐渐趋于稳定。
2) 在热存储2天时，SBS改性剂在沥青上部聚集，弹性分量增加，G*和δ减小，G*/sinδ增加，但变化幅度不明显；沥青下部SBS含量减少，G*和G*/sinδ降低，δ增加，随后保持稳定，说明SBS高粘改性沥青在热存储2天时，离析程度达到最大，最后保持稳定。