齊邦峰， 金吉海

(中海油煉油化工科學研究院，北京 102209)

綏中36-1瀝青是中國海洋石油總公司煉化產業(yè)的重要產品之一，其基質瀝青蠟含量低，延伸性好，在國內瀝青路面的鋪裝中得到廣泛應用。但在瀝青改性過程中，由于基質瀝青膠體體系較穩(wěn)定，目前與綏中36-1瀝青配伍性較好的改性劑較少，因此亟需篩選與綏中瀝青的配伍性較好的改性劑，在降低改性瀝青生產成本的同時擴大改性劑的選擇種類，為工業(yè)生產提供數據儲備[1-2]。根據改性瀝青性能以及改性劑與綏中瀝青的相容性篩選滿足I-D改性瀝青指標要求的改性劑，為綏中改性瀝青工業(yè)生產降成本、降能耗。本實驗采用A、B、LG501S、YH791為改性劑，1#、2#、3#為穩(wěn)定劑，考察不同改性劑與綏中36-1 70#瀝青的配伍性，對改性瀝青的膠體微觀結構進行研究，并考察改性瀝青高溫流變性及熱儲存穩(wěn)定性。

1 實驗部分

1.1 原材料

綏中36-1 70#基質瀝青，主要性能指標見表1。改性劑A、B、LG501S、YH791，主要性能指標見表2，其中S為苯乙烯(Styrene)的縮寫；B為丁二烯(Butadiene)的縮寫；穩(wěn)定劑1#、2#、3#，山東潤豐博越有限公司生產；相容劑，綏中減三糠醛抽出油，中海油青島公司生產，組分：飽和分35.16%，芳香分46.49%，膠質和瀝青質18.35%(均指質量分數)。

表1 綏中36-1 70#基質瀝青性能指標Table 1 Performance index of Suizhong 36-1 70# matrix asphalt

表2 SBS改性劑性能指標Table 2 Performance index of SBS modifier

1.2 改性瀝青制備

將基質瀝青用電熱套加熱到170 ℃后加入占基質瀝青質量3.8%的改性劑，在170 ℃下剪切溶脹0.5 h，攪拌升溫至175 ℃，在175 ℃下攪拌發(fā)育1.5 h，加入穩(wěn)定劑后繼續(xù)攪拌發(fā)育1.5 h，制得改性瀝青樣品[3-5]。

1.3 實驗儀器及方法

本實驗瀝青指標所用的實驗方法如表3所示。

表3 瀝青指標實驗方法Table 3 Asphalt index test method

在奧地利Petrotest公司制造的DDA-3 型自動瀝青針入度測定儀及PRA-5型瀝青軟化點測定儀上，測定試樣的針入度和軟化點。在美國TA公司制造的AR 2000 EX型動態(tài)剪切流變儀上，測定試樣的流變性能。在上海昌吉地質儀器有限公司制造的SYD-0609型瀝青薄膜烘箱中，對試樣進行老化處理。

1.4 改性劑外觀對比

將改性劑A、B、LG501S、YH791進行外觀對比，結果見圖1。

圖1 不同種類改性劑外觀對比Fig.1 Appearance contrast of different kinds of modifiers

由圖1改性劑的外觀可以看出，改性劑A粒徑較大呈片狀，改性劑B粒徑較小呈團絮狀，改性劑LG501S粒徑較小且比較均勻，改性劑YH791粒徑呈線條狀。

2 結果與討論

2.1 穩(wěn)定劑種類對改性瀝青相容性的影響

穩(wěn)定劑的加入促進了改性劑之間以及改性劑與瀝青之間的交聯、接枝反應[6-8]，形成瀝青網絡結構，提高了改性劑與瀝青的相容性。不同種類的穩(wěn)定劑對改性瀝青具有不同的促進作用，在相同工藝條件下，以1#、2#、3#為穩(wěn)定劑考察4種改性劑與綏中36-1瀝青之間的相容性，結果如表4所示。

由表4可知，在不同種類穩(wěn)定劑的作用下，A改性劑與綏中36-1瀝青的相容性最好，B改性劑與綏中36-1瀝青的相容性最差，其他兩種改性劑次之；相對于其他兩種穩(wěn)定劑，以2#為穩(wěn)定劑時，4種改性劑與綏中36-1瀝青的相容性最好。

為進一步驗證穩(wěn)定劑種類對改性劑與綏中36-1 70#瀝青相容性的影響，以LG501S為改性劑通過熒光顯微鏡觀察在3種穩(wěn)定劑下LG501S在瀝青中的分散狀態(tài)，如圖2所示。

表4 穩(wěn)定劑種類對改性瀝青相容性的影響Table 4 The influence of the types of stabilizers on the compatibility of modified asphalts

圖2 穩(wěn)定劑種類對LG501S分散狀態(tài)的影響(×200倍)

Fig.2TheinfluenceofthetypeofstabilizersonthedistributedstateofLG501S(×200times)

由圖2可知，對于不同種類的穩(wěn)定劑，LG501S在綏中36-1瀝青中分散狀態(tài)不同；以2#為穩(wěn)定劑時， LG501S在改性瀝青中的粒徑要小于其他2種改性瀝青，與瀝青有更好的相容性，這與表4的實驗數據相一致。因此，選擇2#穩(wěn)定劑為綏中36-1 70#瀝青生產I-D改性瀝青的穩(wěn)定劑。

2.2 改性劑種類對改性瀝青性能的影響

以綏中36-1 70#瀝青為基質瀝青、2#為穩(wěn)定劑，分別以4種SBS改性劑制備試樣，考察改性劑對改性瀝青性能的影響，結果如表5所示。

表5 改性劑種類對改性瀝青性能的影響Table 5 The effects of modifier types on the properties of modified asphalt

由表5可知，改性瀝青高溫性能：改性劑A制備的改性瀝青軟化點要高于改性劑B、LG501S、YH791;改性瀝青低溫性能：改性劑A、B制備的改性瀝青5 ℃延度以及老化后延度要優(yōu)于LG501S、YH791；改性劑與綏中瀝青的相容性優(yōu)劣順序為：A、LG501S、YH791、B。

2.3 發(fā)育時間對改性瀝青軟化點的影響

為了考察4種改性瀝青軟化點隨發(fā)育時間的變化，對不同發(fā)育時間下改性瀝青的軟化點進行分析，結果如表6所示。

由表6可知，不同發(fā)育時間下的改性瀝青，以A為改性劑制備的改性瀝青軟化點要高于其它3種改性瀝青；相對于其他3種改性劑，改性劑A在加穩(wěn)定劑后，改性瀝青軟化點有明顯的提高。

2.4 改性劑種類對改性瀝青高溫流變性能的影響

采用動態(tài)剪切流變儀(DSR)來測量瀝青的高溫流變性能，在不同溫度下對薄膜烘箱老化實驗前及老化實驗后的改性瀝青的DSR性能指標進行了測試，G*/sinδ為車轍因子，其值越大即高溫流動變形越小，抗車轍能力越強[9-10]。不同改性劑及穩(wěn)定劑下改性瀝青的車轍因子如表7所示。

表6 發(fā)育時間對改性瀝青軟化點的影響Table 6 The influence of development time on the softening point of modified asphalts

由表7可知，以B、LG501S、YH791為改性劑制備的改性瀝青高溫等級為70 ℃，A為改性劑，高溫等級為76 ℃；對同一種改性瀝青，隨著溫度等級的升高，原樣及老化瀝青G*/sinδ逐漸降低；在相同溫度下，分別以YH791、LG501S、B、A為改性劑，改性瀝青的車轍因子G*/sinδ逐漸增大，高溫性能增強。

2.5 改性劑種類對SBS分散狀態(tài)的影響

SBS在改性瀝青剪切過程中的穩(wěn)定分散可以分為溶脹和分散兩個步驟。在溶脹分散過程中，SBS被破碎成微粒，并與瀝青混合。兩種物質間的擴散將通過微粒邊界進行，邊界處的組成先發(fā)生變化，逐漸擴展至微粒內部，最終達到穩(wěn)定混合。在熒光顯微鏡的觀測下，瀝青相與SBS相的形態(tài)特征如圖3所示。

由圖3可知，對于同一種改性劑，隨著發(fā)育時間的延長，SBS在瀝青中的粒徑降低、分布率變大；對于不同種類的改性劑，在相同的發(fā)育時間下，與其他3種改性劑相比改性劑A的粒徑較小及分布率較優(yōu)，與瀝青的相容性較好；與其他3種改性劑相比，改性劑B的粒徑及分布率較差，這與表5改性瀝青的軟化點差相吻合。

圖3 改性劑種類對SBS分散狀態(tài)的影響(×200倍)

Fig.3EffectofmodifiertypesonSBSdispersion(×200times)

這是由于隨著SBS平均相對分子質量增加, 其分子間相互作用力增大, 體系的黏度增大, 不利于其在瀝青中的分散, 而且即使分散了也容易聚并, 容易和瀝青發(fā)生相分離。

2.6 改性瀝青熱儲存穩(wěn)定性

為進一步考察改性瀝青的高溫儲存后的使用性能，對4種改性瀝青進行熱儲存實驗，熱儲存條件為163 ℃靜置48 h，取樣前均勻攪拌進行性能測試，實驗結果如表8所示。

表8 改性瀝青熱儲存穩(wěn)定性Table 8 The heat storage stability of modified asphalts

4種改性瀝青熱儲48 h后除A改性瀝青樣品均勻外，其余3種改性瀝青均發(fā)生離析，瀝青表面有結皮。由表8可知，熱儲48 h后4種改性瀝青的高低溫性能均有不同程度的降低，以B為改性劑制備的改性瀝青軟化點由63.9 ℃下降到51.0 ℃，降幅最為明顯。通過熒光顯微鏡觀察熱儲前后改性劑在瀝青中的分散狀態(tài)，結果見圖4。

由圖4可知，熱儲后不同種類的改性劑在瀝青中粒徑和分布率均有明顯的降低，尤其改性劑B由團絮狀變?yōu)榧氼w粒狀。這是由于除改性劑在熱儲過程中部分熱解外[11-13]，主要是熱儲后改性瀝青離析嚴重，改性劑從瀝青析出導致瀝青中改性劑量降低，并最終導致改性瀝青各項性能均有不同程度的降低。以2#為穩(wěn)定劑時，通過4種改性劑制備改性瀝青的常規(guī)性能、高溫剪切流變性、熱儲存性能以及改性劑在瀝青中形態(tài)特征的考察，選擇A為改性劑作為綏中36-1 70#瀝青生產I-D改性瀝青的原材料。

圖4 熱儲存前后改性劑在瀝青中的分散狀態(tài)(×200倍)

Fig.4Dispersionofmodifiersinasphalt(×200times)

3 結論

(1)在不同種類穩(wěn)定劑的作用下，改性劑與綏中36-1 70#瀝青的相容性不同，以2#為穩(wěn)定劑4種改性劑與綏中36-1 70#瀝青的相容性最好。

(2)以2#為穩(wěn)定劑，A為改性劑制備的改性瀝青軟化點差小于其他3種改性劑；同等溫度等級下，以YH791、LG501S、B、A為改性劑制備的改性瀝青，其車轍因子G*/sinδ逐漸增大，高溫性能增強。

(3)通過對改性劑及穩(wěn)定劑的篩選，選擇A為改性劑，2#為穩(wěn)定劑作為綏中36-1 70#瀝青生產I-D改性瀝青的原材料，制備的改性瀝青熱儲存穩(wěn)定性較好。

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