937-用系列粘度数据分析SBS改性沥青的结构特点与在线粘度计(黏度-道路工程-改性机理)

第２４卷第２期长安大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ２４Ｎｏ２２００４年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｍａｒ．２００４文章编号：１６７ｌ＿８８７９（２００４／０２０００７０７

用系列粘度数据分析ＳＢＳ改性沥青的结构特点

原健安。，祝志刚２

（Ｌ长安大学理学院＇陕西西安７１００６４；２．深圳清华路安特新材料研发中心，广东揉圳５１８０５３）

摘要：采用Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ旋转粘度计，对几种改性沥青高温下的粘度进行了研究，发现不同的改性

剂在同一沥青中以及同一政性剂在不同沥青中粘度差异较大。这一结果表明不同改性沥青微观结

构是不同的．这种微观结构的差异直接影响着改性沥青的性质。

关键词：道路Ｉ程；改性沥青｛结构；改性机理；粘度

中图分类号：Ｕ４１４，７５文献标识码：Ａ

ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＳＢＳｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｂａｓｅｄｏｎｖｉｓｃｏｓｉｔｙｄａｔａ

ＹＵＡＮＧＪｉａｎａｎｌ．ＺＨＵＺｈｉｇａｎ９２

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅ．Ｃｈａｎｇ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｘｉ’ａｎ７１００６４．Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈｅｎｚｈｅｎＴｓｉｎｇｈｕａ

ＮｏｖｏｐｈａｌｔＮｅｗＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒ．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０５３，Ｃｈｉｎａ）

　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｆｓｅｖｅｒａｌｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｓａｔｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｂｙ

Ｂｍｏｋｆｉｅｌｄｒｏｔａｔｉｏｎａｌｖｉｓｃｏｒｎｔｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｈｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｆｓａｍｅａｓｐｈａｉｔｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒ

ｅｎｔｍｏｄｉｆｉｅｒｓｉｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｖｉｓｃｏｓｉｔｙｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｓｐｈａｌｔｓｗｉｔｈｓａｍｅｍｏｄｉｆｉｅｒ．

Ｔｈｏｓｅｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｓｈａｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｉｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ。ｗｈｉｃｈｄｉｒｅｃｔｌｖｉｎｆｌｕｅｎｃｅ

ｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏａｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｏｄｉｆｉｅｄｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ

０引言能产生很大的影响。本文对几种ＳＢＳ改性沥青系

列的粘度数据进行了测定和分析，对ＳＢＳ改性沥青

在聚合物改性沥青中，ＳＢＳ改性沥青由于可以的亚微观结构进行了讨论。

明显提高混合料的高低温性能，增强抗老化及耐疲

劳性能，因此已成为道路改性沥青的主要品种”“。ｌ实验方法

通常在实际工程中采用机械分散的方法，将ＳＢＳ以本研究中所用改性沥青是通过机械分散方法进微米级粒子均匀的分散于沥青中。但由于ＳＢＳ与行加工制备的。各样品加工方式相同，前、后处理过沥青之间物理性质（如分子量、密度、内聚力等）差异程均相同。ＳＢＳ采用星型ＳＢＳ和线形ＳＢＳ。基质较大，ＳＢＳ不能以分子分散状态溶于沥青中形成均沥青为两种，分别称Ａ和Ｂ，基本性质列于表１和相体系。因此在这种多相体系中，沥青的性质、ＳＢＳ表２。的性质、ＳＢＳ与沥青相互作用的性质，以及ＳＢＳ微粘度采用Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ旋转粘度计测定。

粒之间的相互作用性质都将会对改性沥青的物理性

收稿日期：２００３０２１８

作者简介：原健安（１９５６），舅．陕西西安人，长安大学副教授

万　方数据

８长安大学学报（自然科学版）２００４生

衰１两种基质沥青的性健数据

Ａ沥青Ｂ沥青

技术指标

（９０＃）（００＃）

针＾度（２５℃１００９５ｓ）／０１…

软化点／℃４５．５

蜓ｇ／＂（１５℃５ｃｍ／ｍｉｎ）／ｅｍ＞１００＞１００

牯度（１３５℃）／（Ｐａ ｓ）

旋转薄膜残留物（１６３℃，８５ｒａｉｎ）ＲＴＦ（１Ｔ

质鲢损失／蹦０１６０．６９

针＾度比／“５８５８

延度（１５℃５ｃｍ／ｍｉｎ）／ｃｍ＞１００＞１００

裹２两种基质骄青的四组分结果

沥青各组分含量／％

预青种类

饱和分芳香分腔质沥青质

沥青Ａ１９．９０５２．６２８．０８

沥青Ｂ３８．１６３２．８２１９３０５．９９

２结果与讨论

从基质沥青的物理数据来看两者相差不大，但

　四组分结果相差较为明显。二者的胶质、沥青质总

量没有多大的区别，油分的含量也相近，但油分中芳

香分含量差异较大，Ａ沥青中芳香烃含量达５０％以

上，Ｂ沥青中含量仅为３２％。用不同的ＳＢＳ分别与

两种基质沥青进行改性，改性沥青的系列粘度见表

３～袭６。

裹３Ａ沥青＋墨型￥ＢＳ（５％】鼓性两青襄刊粘度／ＣＰａ ｓ

转速／温度／℃

（ｒ ｍｉｎｌ：１１５１２５１５５１６５１７５１８５

５１５．２００８．３００３５０００．９４００．５６００．３１２乱２０００．１５２

１０１２．５００５．６５０２．７５００．８３０Ｏ５６０Ｏ．３１２Ｏ．２０００．１５２

２０３６００２．４２５０．７９８０．５６０仉３１２０．２０００．１５２

７．７００２９１７２．１５００．７５５０．５６０仉３１２Ｏ．２００

５０６．２４０２７３０２．１２００Ｓ６０Ｏ．３１２Ｏ．ＺＯＯ０．１５２

１００５．１２０２３７５０．７０００．５６０乱３１２０．２００仉１５０

囊４Ａ沥青十馥型ＳＢＳ（Ｓ％】改性游■系列粘度／ＣＰａ ｓ

转速／温度／℃

（ｒ ｍｉｎｌ：１１５１４５１５５１６５１７５１８５

５７．４００２．６００１．４００Ｏ８５５０．３５２Ｏ．２５７０．】７０

１０６５００２．６００Ｏ８５００．５１５０３５２０．２ｓ７０．１７０

２０１．３３７０．８５００．５１５０．３５２０．２５７０．１７０

２．４３３１．３０８０．８４８０．３５２０２５７札１７０

４．２８０２．３８０Ｌ３０００．８３９０．５１５仉３５２Ｏ．２５７

１００４１７０２．３３５１．３０００．８４５Ｏ．５１５０．３５２０．２５７Ｏ．１７０

万　方数据裹５Ｂ沥青＋星型ＳＢＳＣ５％）改性沥青系列牯度／（Ｐａ－ｓ转速／温度／℃（ｒ ｍｉｎｌ：１１５１２５１３５１４Ｓ１５５１２０００２４０００．４５００１２５０．０９３１０７．０００４．２００１．９０００．４４５０．２７５仉１７４０．１２５６．６００２．９５０１．８７５０．４２５１．８０００．ｄ１００２７５０１７４Ｏ１２５０．０９３５．２００２．２８０１．６１００．４０００．２７５０．１７４乱１２Ｓ４．８５０２．０２０１．０７０乱３８Ｚ０．０９３裹６Ｂ沥青＋线型ＳＢ￥（５％）改性沥青系列粘度／（Ｐａ ｓ转速，温度／℃（ｒ ｍｉｎｌ、１１５１２５１３５１７５１８５５４．８００２．００００．８５００３２００２０２０１４４０．１０３１００．８２５０．５０００．２０２０１４４２００．８０００．４９８０３０８０．２０２０．１４４３．６３３１．９０００．７７８０．４９８０２０２Ｏ１４４０．１０３３．２６０１．８６０Ｏ．７５８仉４９４Ｏ１４４０．１０３１００３．０００１．８０００．７４００．ｄ８１０３０２０２０２Ｏ１４４０．１３０２．１ＳＢＳ改性沥青粘度特点观察表３～表６的实验结果可以看出：用两种不同的ＳＢＳ分别对两种不同的基质沥青进行改性后，改性沥青的粘度虽然有较大的差异，但均有一个共同的特点，即粘度随转速的增加呈下降趋势。４种改性沥青虽然粘度随转速增大下降的程度不同，但其规律是相同的。而两种基质沥青在相同条件下测定粘度，结果显示粘度与转速无关，所有转速下粘度均为相同的，基质沥青的牯度结果见表７。表７两种基质沥青的牯度数据牯度／（Ｐａ ｓ）温度／℃ＡＢ７２．４００２５．０００８５８１２０９５４．０３０３．４００１０５１．８８０ｌ＿６】０１１５Ｏ．７９０１２５Ｏ．０９００．４３２Ｏ．３２５０２５９Ｏ２０５１５５０１３５０．１０９００９８０．０７５１７５０．０６９１８５

第２期原健安，等：用系列粘度数据分析ＳＢＳ改性沥青的结构特点９

可见改性沥青呈现的粘度特点是由于改性剂加

入沥青后使沥青胶体结构发生改变造成的，为了更

深入对改性沥青微观结构进行研究，本文采用纳米

粉状材料加入沥青后，对粘度进行测定，结果列于

表８。

裹８Ａ沥青掺入纳米糟的１３５＂Ｃ牯度裹／（Ｐａ ｓ

转速／纳米粉的含量／“

（ｒ ｒ试Ⅳ１）５７１５

５Ｏ．４２５０．４５００．５５０

１００．４】５０５４０

２０Ｏ．４３５０５３５

Ｏ．３９００．４３３０５３０

Ｓ００．４１５０４３】０５９９

１０００．４１５０４３２０．５２８

表８中的结果显示，纳米粉状材料剂量增至

１５％，虽然粘度随着剂量增加也在增大，但粘度的大

小与转速无关。说明纳米粉状材料与ＳＢＳ在沥青

　中的作用机理有本质的区别。纳米粉状材料仅仅是

表面吸附作用，对沥青的组成结构改变不大，因此剂

量增加，粘度虽然也增大，但增加的幅度有限，分散

的微粒之间距离相对较大，设有形成有效的联系。

而ＳＢＳ分散于沥青中则有所不同，不仅粘度增加显

著，而且枯度随着转速的变化而有所不同。这说明

改性沥青中，ＳＢＳ不是一个简单的分散过程，而是发

生了一系列复杂作用的过程。不仅ＳＢＳ相体积在

不同条件下发生不同变化，而且在ＳＢＳ相体积改变

的同时，基质沥青的组分结构也在同时相应发生改

变，因为ＳＢＳ在沥青中体积增加是选择性吸收了沥

青中的组分，这样一来，沥青相的组分结构发生改变

（通常油分减少即增塑剂量相对下降）造成了连续的

沥青相粘度相对上升；另一方面ＳＢＳ相体积增大，

又加强了分散相ＳＢＳ之间的联系，分散相体积增大

的程度又造成分散相相互之间作用力大小有所差

异，使不同的ＳＢＳ改性沥青的粘度不仅增加较大，

同时也呈现出不同的特点。从表３～表６粘度与转

速的数据变化来看，随着转速的增大，粘度呈下降趋

势。如果将表中粘度与转速的数据转化为应力与应

变的关系，可以看出在测定温度范围内，相对温度较

低的条件下，改性沥青具有明显的非牛顿流特征，表

明ＳＢＳ在沥青中相互问或ＳＢＳ与沥青之间形成了

一定的结构。这种非牛顿流特征表明ＳＢＳ在沥青

万　方数据中相互间或ＳＢＳ与沥青之间形成了一定的结构。这种非牛顿性在本文中暂称为结构性。结构性的强弱与改性剂的类型以及沥青的不同有较大差异，表３样品表现出非常强的结构性。而表６样品的结构性相对弱一些。ＳＢＳ改性沥青具有结构性至少可以说明两个问题：其一，ＳＢＳ改性剂在沥青中的分布不是均相的分散体系，而是以一定的尺寸的微粒分散于沥青中，各微粒基本是独立的，但各微粒之间通过一定的作用力相互联系，这种作用力可以通过ＳＢＳ微粒外层分子之间物理或化学作用形成的接触点．也可以是微粒外层分子之间通过沥青分子作为桥梁建立相互联系；其二，在５％ＳＢＳ剂量下，沥青仍是连续相，ＳＢＳ只能是分散质点（如果完全互溶则相对粘度非常大．远高于本文表中数据，笔者另文报道），尽管质点之间有一定的相互联系，但质点基本独立。质点吸收沥青油分后，相体积增长倍数在很大的程度上影响着相互之间的联系进而影响结构性的强弱。当改性过程完成后，分散的ＳＢＳ在沥青中即形成一定的空间结构，当结构形成后，由于微粒内部的结构和性质与微粒之间的结构和性质存在差异，因此在外力的作用下，微粒自身沿外力作用的方向变形取向，形成层流，并且随着转速（剪切速率）的提高，这种趋势得到加强，粘度逐渐下降。另外分散的ＳＢＳ微粒之间形成的相互作用力（物理或化学缠结点）在转速（剪切速率）提高后会遭到破坏，当ＳＢＳ微粒之间形成的物理或化学缠结点解开速率大于重建速率时，导致缠结点的数量随剪变速率提高而下降，因此粘度也在下降。无论是星型ＳＢＳ或线型ＳＢＳ改性沥青均具有结构性，这是由改性沥青的微粒分散性所决定的，它的形成也影响着改性沥青的其他性质。２．２改性剂性质差异对粘一速美系的影响由表中的数据可以看出两种改性剂对同一种沥青进行改性时，粘一速关系是不同的。星型结构的ＳＢＳ改性沥青结构性比线型ＳＢＳ的结构性更强，而且在转速比较低的范围内随着剪变率的增加，粘度迅速下降，即牯度受剪变率的影响较大。比较两组数据，可以看出星型ＳＢＳ改性沥青中形成的结构对外力的敏感性更强。这也说明在星型ＳＢＳ改性沥青中，分散的ＳＢＳ微粒内部结构和性质与微粒和微粒之闻的结构性质差异比线形ＳＢＳ分散在沥青中微粒内郡结构性质与微粒之间结构性质差异更大。微粒在力的方向上的变形与取向没有线形ＳＢＳ微粒容易，因此微粒之间的相互联系更容易在外力作

长安大学学报（自然科学版）２００４正

用下破坏（线形与星型除分于结构外，也与分子量有

很大关系）。另外也说明被分散的星型结构ＳＢＳ微

粒由于化学结构特殊的原因，致使被分散的微粒内

部缠接紧密，形变的能力差。在受到外力作用时，微

粒与微粒之间的薄弱环节发生相对移动或破坏的机

会较大。星型ＳＢＳ微粒的性质与线形ＳＢＳ微粒性

质差异随着剪变速率的变化继续增大。至高转速时

星型ＳＢＳ改性沥青的粘度与线型ＳＢＳ改性沥青的

粘度在同温度下相差已经比较小，而在低转速时差

异则更人一些。这就间接的提示我们，在高温Ｆ星

到ＳＢＳ由于形变能力相对线型ＳＢＳ微粒较差，因此

微粒之间则是相对比较薄弱的环节．也是应力消散

的主要位置。正是由于星型ＳＢＳ与线型的ＳＢＳ性

质的差异，因此在改性沥青中表现出的力学性质有

比较大的差别。特别是改性沥青中ＳＢＳ微粒形变

能力的差异，在低温下同样存在，也会影响到低温下

的许多性质。

２．３基质沥青的差异的影响

从表３～表６的数据可以看出，星型ＳＢＳ对不

同的基质沥青进行改性后，改性沥青不仅同条件下

　的粘度有较太差别，而且粘度与转速的关系也有很

大差异。线型ＳＢＳ对两种不同基质沥青改性，也表

现出同样的差异。而表７中两种基质沥青的牯度相

差不大，为什么改性后表现出如此大的差别？答案

只能是ＳＢＳ与不同基质沥青相互作用性能有差别，

ＳＢＳ分散后所形成的微观结构有比较大的差别，以

致于表现出宏观性质的较大差别，即ＳＲＳ分散后所

形成的微观结构不同。由表ｌ中数据可知，两种沥

青Ａ与Ｂ基本物理性质相近，而实体工程也表明两

种沥青的路用性能也都十分优秀，表２中的数据则

表明这两种基质沥青在组分上的区别仅在于油分中

的芳烃比例不同。正是因为两种基质沥青在这一点

上的差异，导致改性沥青性质上有较大的差异。因

为在ＳＢＳ改性沥青过程中，机械分散力和热（温度）

是促使ＳＢＳ分散的必要条件，而油分渗入被分散的

ＳＢＳ微粒中，使微粒得到充分的溶胀，才是改性沥青

性能得到明显提高的充分条件。沥青中的芳香分含

量高对ＳＢＳ中的硬段的增塑作用是比较明显的，硬

段分子问可以容纳较多的油分，同时硬段的被增塑

又进一步促进了软段的松驰，并可以容纳更多的轻

组分，这样一来，基质沥青中较多的油分进入改性剂

网络。改性剂溶胀程度比较大，相体积较大，微粒之

间距离较近．相互间联系比较紧密。另外溶胀程度

越大，连续的＿沥青相中油分就越少，流动性则下降。

万　方数据两方面的因素共同作用，不仅粘度增加，且结构性增强。比较表３～表６中的数据发现，Ａ沥青无论用星型ＳＢＳ还是线型ＳＢＳ改性，其粘度及粘度转速曲线所显示的结构性，均明显强于Ｂ沥青用相应ＳＢＳ进行改性后的改性沥青所表现出的性质。这反映出ＳＢＳ在Ａ沥青中溶胀性能好，而且微粒之间的相互作用能力强，同时对粘度的提高比较明显。而在Ｂ沥青中ＳＢＳ溶胀性能较差，微粒之问相互作用能力也相对较差，因此沥青的性质以及与ＳＢＳ的相互作用性能是影响改性沥青结构性的主要因素。ＳＢＳ改性沥青所表现出的结构性是它不同于其他材料改性的重要特征。如果没有结构性，则改性剂的加人无异于填料，正是由于它所能形成结构性才赋予改性沥青一系列的性质和特征。如稳定性，ＳＢＳ在沥青中形成结构性的强弱是影响改性沥青稳定性的主要因素，结构性强意味着被分散的ＳＢＳ之间相互联系较为紧密，相互之问的牵连作用使离析的倾向大大降低，即使不采取其他措施也能稳定。而相反，如果改性沥青结构性差，被分散的微粒之间距离远，即使采取稳定措施，可能也难以稳定。当结构性比较强时，由于微粒之间距离近且联系紧密，在使用过程中受到力的作用时，力的传递很大程度ｔ通过微粒之间来进行，应力很大程度ｊ二被ＳＢＳ所承担或消散，高分子的优良力学性能被充分利用。反之，如果结构性差，力的传递是通过高分子沥青一高分子来进行应力的消散和承担。比较多的由沥青相来进行。而ＳＢＳ由于溶胀性能差，形变能力也受到了很大影响。总之，结构性的形成使高分子的性能在改性沥青中得以充分的发挥。２．４温度对ＳＢＳ改性沥青粘度的影响从表３～表６中牯度与温度的关系可以看出，随着温度的升高，一方面牯度随着温度的升高而下降；另一方面改性沥青的结构性也随着温度的升高而减弱，达到一定的温度时，所有的转速下的牯度均为一定值，即是牛顿流。当温度继续升高时，粘度下降，但两组改性沥青中线型ＳＢＳ改性沥青高温下的粘度值均大于星型ＳＢＳ改性沥青，而在相对较低温度时．则是星型ＳＢＳ改性沥青粘度大与线性ＳＢＳ改性沥青。随温度下降，改性沥青牯度增长非常迅速，且低转速下的牯度更是如此，表现出结构性的增加非常显著。星型ＳＢＳ改性沥青的粘度比线型ＳＢＳ改性沥青的粘度更易受到温度的影响。本文对此进行了如下的分析：当逐渐升高温度时，无论是ＳＢＳ

第２期原键安，等：用系列粘度数据分析ＳＢＳ改性沥青的结构特点１１还是沥青，其分子运动速度均会加快，同时分子间相

互作用力下降，内摩擦阻力减小，因此粘度随着温度

升高而下降。但是改性沥青的牯度随着温度升高而

下降的速率远大于表７中基质沥青粘度随温度升高

而下降的速率，这裘明改性沥青粘度对温度的敏感

性更人一些。为什么会出现这种情况？本文认为：

当ＳＢＳ用于改性沥青时，在沥青中ＳＢＳ不能以分子

级分布于沥青中，而只能以微粒状分散于沥青中，且

微粒吸附了沥青组分而溶胀．虽然增加了ＳＢＳ的变

形性，但吸油后体积增大，对沥青分子移动产生的阻

滞作用也相应增大。冉者改性沥青中连续相是沥

青，连续相中的油分的减少，胶质、沥青质比例相对

增大，粘度不仅增大．而且对温度的敏感性也发生了

变化。更重要的是ＳＢＳ在沥青中所形成的结构，结

构不仪易受外力作用而发生变化，而且易受温度改

变的影响。众多原因使改性沥青的粘度曲线斜率比

基质沥青更大一些。表３～表６中数据还表明采用

Ａ沥青进行改性的改性沥青其粘温曲线斜率更大一

些，不仅说明改性沥青中所形成的这种结构更易受

温度的影响。而且况明景型ＳＢＳ改性沥青的结构性

　更强，受温度的影响更大一些。表中数据还显示线

捌ＳＢＳ改性沥青的粘度（如１８５℃）大于星型ＳＢＳ

的牯度（如１８５℃）。本文认为主要原因是ＳＢＳ的

分子结构的差异，星型ＳＢＳ分子结构中具有化学交

联点，分子质量较大，分子问力较大；而线型ＳＢＳ分

子间力相对小一些．分子链更为松散，更有利于油分

进入ＳＢＳ网络。在相同的制备和测试条件下，线型

ＳＢＳ吸油率更高一些．沥青中的组成结构中胶质与

沥青质相对更多，因此牯度也更高一些。但是当基

质沥青芳香度更高一些，并且溶胀时间更充分时，情

况也会发生变化，如表９、表１０中的情况。表３～表

６中的数据显示出几种改性沥青在粘度测定温度范

围内的低温区，当温度下降时牯度增加迅速，特别是

低转速下的粘度增加更加迅速，４种改性沥青虽然

这种变化程度不同，但规律是一致的。这一现象不

仅表明改性沥青的结构性随温度的下降而增强，更

重要的是提示我们当温度若继续下降时，改性沥青

的这种结构性将赋予改性沥青在使用温度范围内的

高温区具有更好的粘弹性，明显提高改性沥青的抗

高温流淌性及抗变形能力，这是相应的基质沥青所

不具备的。在这种变化的过程中，星型结构ＳＢＳ表

现的尤为明显。正是由于星型ＳＢＳ在沥青中形成

的结构性更强一些，因此星型的ＳＢＳ改性沥青抗高

温流淌性、抗车辙能力均优于线型的ＳＢＳ改性沥

万　方数据青，特别是在芳香分较高的沥青中进行改性更是如此。本文认为：主要原因在于温度下降后，ＳＢＳ微粒的变形能力相对下降，而油分在ＳＢＳ网络中虽然有增塑作用也不能阻止这种趋势；另一方面是沥青的流动性也随温度的下降而下降，重要的是裹复在结构中的沥青由于ＳＢＳ形变能力变差而流动更加困难，同时吸附在微粒表面的沥青层的流动性也变得很差，即相当于ＳＢＳ微粒的实际体积大于理论体积，吸附沥青层的流动性呈现出ＳＢＳ表面至沥青相的流动速度梯度，这更促使了结构性的增强，并且温度下降后，这一现象更为加强。这是结构性随温度下降而加强的重要原因之一。结构性增强后以至于在较低的转速下，粘度则表现的非常犬。改性沥青粘度与温度的关系规律正是作为粘结料所必要的。高温施工时牯度很小而温度下降时形成结构，保证使用时的高温性能。２．５热储存对粘度的影响Ａ、Ｂ两种基质沥青分别用星型和线型ＳＢＳ进行改性后，改性沥青经热储存后的粘度数据列于表９、表１０。表９５％星型ＳＢＳ＋Ａ沥青的改性渐青热储存后粘度／ｆＰ…转速／温度／℃（ｆ ｎ＿Ｉｉｎ＂１：１１５１２５１４５１５５１８５５１９．４００７．８００３．４５０１４５０Ｏ．９２００．４３８ｏ．３ｌ８１６．１００３０５０１４５０仉９２００．４３８Ｏ．３１８２０１３．７００６６５０１．４３８０，９２００３１８３０６４００２５８３１．４３３０４３８０．３１８５０１２５８０６．２６０２５００１．４３５０．９２００３１８１１ｔ４６０５．８００２．４６０１．蚰５０９０００．６３５衰１０５％线型ＳＢＳ＋Ａ沥青的改性沥青热储存后粘度／ｆＰ…转速／温度／℃（ｆ ｗｉｎｌ。１２５１３５１４５１７５１８５８８００３８５０】．８０００．４２５０２２０３７００１．７７５０９６００．２２０７３５０３．４２５１．７３７０．６１８０４２５０．３０５６８００ｌ７】７０．６１８０２２０１．８８５０－９４４０．６１８０４２５０．２２０１００６．３７５０９３８０６１８０．４２５

１２长安大学学报（自然科学版）２００４丘

表９～表１２中数据是将ＳＢＳ改性沥青经

１６０℃热储存ｌｄ后测定的粘度数据。数据给出如

下信息：

（１）改性沥青经过热储存后，体系内的各种过程

接近该温度下的平衡。

（２）改性沥青形成的结构性下降，但仍然存在。

（３）用Ａ沥青制备的两种改性沥青经热储存

后，同温度同转速下的粘度增大（特别是高转速下的

粘度更加显著）．而Ｂ沥青制备的两种改性沥青则

相反，经热储存后粘度反而下降（表现最明显的是在

１５５℃以上的温度范围），这表明在热储存后改性剂

微粒自身的性质、微粒之间及微粒与沥青之间的性

质均发生了改变。

裹１１５％墨型ＳＢＳ改性Ｂ沥青的改性沥青热储存后粘度／（Ｐａ ｓ

转速／温度℃

（ｒ ｒａｉｎｌ、１３５１４５１５５１７５１８５

５２．００００８０００５４００．３５７０．２４７吼１２５

４１５０１．８０００．７６５０Ｓ３５０．３５５仉２４５０．１７２０．１２５

３５００１．６０００．７４５０Ｓ２８０．３５３０２４３０．１７Ｚ０１２５

１．５１７０５０３０．３５００．２４０Ｏ１７２

２．８６０ｌ４２０Ｏ．７２６０４９８０３４８０．２３９０．１７２

２．７９０１．３６５Ｏ．７２００４９５０３４６０．２３７Ｏ１２７Ｏ．１２５

衰１２ｓ％线型ｓ璐鼓性Ｂ面青的改性沥青热储存后粘度／（Ｐａ ｓ

转速／牯度／℃

（ｒ ｍｉｎｌ：１１５１２５１４５１５５１６５１８５

３８００】．３１００７８５０５３４０．３４６０．２４５

１０３．０５０１．３００Ｏ５３４Ｏ．３４６０２４５０．１１５

２０２．８０００．７８５０．５３４０．３４５０２４５Ｏ．１７７０．１１５

２．５８３】３０００．７８５０５３４０．３４６０２４５０ｌ７７０．１１５

１３０００．７８５Ｏ５３４Ｏ．３４６０．２４５０．１７７０．１１５

１．３０００．７８５０．５３４０３４６０．２４５Ｏ１７７Ｏ．ｉ１５

本文对此做如下的分析：改性沥青的加工过程

相对于改性剂的溶解溶胀过程来讲，是一个比较短

暂的过程（通常实验室加工不超过３０ｍｉｎ，而工业

上采用大型胶体磨加工的时间更为短暂），在如此短

暂的时间内改性剂在沥青中不可避免的由于被撕

扯、切割及揉搓而形成不规则的外型并带有应力的

痕迹。因此在热储存过程，不仅沥青中油分进入

万　方数据ＳＢＳ相的过程仍在进行，即溶胀过程还在继续，而且在热储存中，被分散的ＳＢＳ微粒由于大分子的热运动，不但剪切过程中微粒积累的应力释放，而且由于ＳＢＳ不规则外型具有较大的表面积导致表面能较高的现象也在这一过程中重新得到调整。所以在热储存的过程中体系内是一个各种平衡重新建立的过程。改性沥青的各项指标也有着不同程度的改变（一些指标向好的方向发展，另一些向差的方向发展）。最后观察比较表３～表６以及表９～表１２中的数据，采用Ａ沥青及Ｂ沥青分别改性的几种改性沥青热储存前后的数据显示：采用Ａ沥青进行改性的两种改性沥青热储存前相应的ｒ／均太于采用Ｂ沥青进行改性的两种改性沥青对应的数据。在热储存后用Ａ沥青改性的两种改性沥青的相同条件下的日均大于（除少量个别点以外）热储存前的”（相同条件）。而Ｂ沥青则有所不同，热储存后除高温区（１６５℃～１８５℃）ｒ／增大外（增大有限不排除老化的原因存在），其余均小于热储存前的日。另外数据还表明Ｂ沥青改性的两种改性沥青热储存后，结构性下降程度远大于Ａ沥青对应的改性沥青。Ａ与Ｂ两种沥青改性后粘度的差异前已述及，在热储存后，两者呈不同的两种情况，Ａ改性沥青１总的来看呈增加，Ｂ改性沥青≈总的来看呈下降趋势，这主要是由两种基质沥青与ＳＢＳ的相容性的差异造成的。热储存过程中，ＳＢＳ在Ａ沥青中溶胀过程继续进行，且程度比较大（溶胀的速度比较快），当在此过程中进入ＳＢＳ相的油分比较多时，沥青相的油分下降较多导致日增大，另外ＳＢＳ中由于较多的油分进入增塑，不仅相体积增大较多，而且微粒的形变能力增加较多，这些效应不仅导致改性沥青的结构性下降（ＳＢＳ的形变能力对流动性产生的作用成分增加，更多的应力被微粒的形变所承担，因此粘度对转速的敏感性下降．表现为结构性下降，同时还有前述的因素导致结构性下降）。线型ＳＢＳ与星型ＳＢＳ相比对转速的敏感性是降低的，但不及星型ＳＢＳ那么明显。反观Ｂ沥青的改性沥青，热储存前口不及Ａ沥青，说明ＳＢＳ在Ｂ沥青中不仅溶胀速度慢，而且溶胀程度差，二者相容性差。Ｂ沥青进行改性的两种改性沥青，热储存后，目反而低于热储存前的改性沥青，这说明在热储存过程中虽然继续溶胀的可能仍然存在，但程度不大，且由于相容性差，已分散的ＳＢＳ重新聚集的可能性（离析）也存在。加之分散过程中，应力消散及微粒

第２期原健安．等：用系列粘度数据分析ＳＢＳ改性’沥青的蛄构特点１３外形等诸多因素的影响，微粒之间的相互联系不但

没有得到加强，反而被削弱。本身粒子的距离就远，

加之上述原因的影响，导致ＳＢＳ之间相互联系的减

少，不仅目减小，而且结构性下降。但热储存过程

中，也有老化因素存在，如温度较高时（１６５℃～１８５

ｃ）ｗ比热储存前略有增加，但幅度有限。事实上Ｂ

沥青改性的两种沥青其他指标在改性后均有所

下降。

２．６ＳＢＳ改性机理分析

（１）通过对ＳＢＳ在沥青中的粘度进行测定以及

计算的增比粘度仉（１，一丝塑堕—』！堕盟），可以看叫《ｍⅨ■

出：ＳＢＳ在沥青中绝不是溶解过程，而是有选择的吸

收（或吸附）－些极性相近，相互作用性较强的组分

而溶胀”一。，形成一定尺寸的分散微粒。微粒分散

予沥青中，其尺寸大小取决于机械作用时间，溶胀速

度以及溶胀程度。

（２）芳香烃含量较高的基质沥青中微粒溶胀程

度较大，琅比较大，而在芳烃含量较低时，尽管油分

总含量较大，但仉较小，溶胀程度较小。

　（３）微粒之间的相互作用力远小于微粒内分子

间的相互作用力（否则改性沥青的粘度将会非常

大），这种相互作用力可以是微粒间少量的交联或分

子间的缠绕，但以沥青作为中介形成联系的成分较

大（随温度升高，这种联系很快下降）。正是由于

ＳＢＳ不形成连续相，而沥青为连续相，这就使改性沥

青高温下７与沥青的＿较为接近，７增加的倍数

不大。

（４）分散的ＳＢＳ微粒在沥青中通过一定的相互

作用力形成一定的结构（非牛顿性），结构性的强弱

取决于ＳＢＳ的性质、沥青的性质、ＳＢＳ微粒的大小、

相互之间的距离、溶胀程度、相互作用力的大小。正

是由于这种结构性赋予了改性沥青高温施工口较小

而低温具有牯弹性的特点。当这种结构性较强时，

改性沥青在受到外力作用时，更多的应力被ＳＢＳ吸

收和消散，充分发挥了ＳＢＳ高分子的特性，改性沥

青性质比较明显且较多的表现出高分子的一些特

点，如粘弹性有明显的提高或改善，而结构性较差时

则相反。结构性强的则稳定性也好，结构性较差，稳

定性差，易离析。

（５）储存中粘度的变化特点说明机械分散只是

制备改性沥青的一种手段，ＳＢＳ改性沥青在热储存

过程中，逐渐趋于一个稳定的状态。体系中各种平

万　方数据衡逐渐形成和建立或者重新形成。经过短期热储存（储存时间太长有老化的因素存在）后的数据，才能相对准确地反映改性沥青的实际性能。３结语（１）通过对改性沥青粘度现象的研究，可以提供反映改性沥青微观现象和结构特点的信息，分析和认识这些信息，对于进一步研究改性沥青性质和发展改性沥青有很大的帮助。粘度法研究改性沥青是一种简单而准确的手段。（２）在同一基质沥青中采用不同ＳＢＳ改性或同一种改性剂ＳＢＳ对不同基质沥青进行改性，其改性沥青微观结构有很大差异。（３）在沥青中ＳＢＳ呈分散的两相结构，微粒通过一定的联系，形成空间的结构。星型ＳＢＳ由于结构的特殊性，微粒形变在改性沥青中相对较小，因此改性沥青结构性较强，对外力较为敏感，线型ＳＢＳ改性沥青的结构性相对较弱。当改性沥青结构性较强时，应力的消散与传递较多的由ＳＢＳ来承担，但此时界面是薄弱环节。（４）改性沥青经热储存后，性能有明显的变化，不同的改性沥青有明显的差异。参考文献：［１］张争奇．聚合物改性沥青机理和路用性能研究［Ｄｊ．西安：西安公路交通大学．１９９７．［２］赵可，聚合物改性沥青及混合料路用性能研究［Ｄ］．西安：西安公路交通大学．１９９８．［３］ＣｏｌｌｉｎｓＪＨ．ＢｏｕｌｄｉｎＭＧ．ＧｄｉｅｓＲ．ｅｔａ１．Ｉｍｐｒｏｖｅｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｐａｖｉｎｇａｓｐｈａｌｔｂｙｐｏｌｙｍｅｒｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡＡＰＴ．１９９ｌ，６０：４３—７９．［４］山本勇．西欧改性沥青及改性剂的现状［Ｊ］．改质Ｔ天７了，，ｐｈ．１９９４．（２）：１７．［５］Ｎａｂａｓ．Ｐｏｌｇｍｅｒｍｏｄｉｆｉｅｄａｓｐｈａｌｔｓｆｏｒｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍ一８ｒｉＣｅｈｏｔｍｉｘｐａｖｅｍｅｎｔｂｌｅｎｄｓ［Ｊ］．ＡＡＰＴ，１９９０，５９：５０９—５２２．［６］Ｂｒｕｌｅ．Ｐａｖｉｎｇａｓｐｈａｋｐｏｌｙｍｅｒｂｌｅｎｄｓｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅ—ｔｗｅｅｎｅｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．ＡＡＰＴ１９８８，５７：“一６４．［７］ＡｄｅｄｅｉｉＡ．ＣｒｕｎｆｅｌｄｅｒＴｔＢａｔｅｓＦＳ。ｅｔａ１．ＡｓｐｈａｌｔｍｏｄｉｆｉｅｄｂｙＳＢＳｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：ｓｔｒｕｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．ＰｏｌｙｍｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＳｃｉｅｎｃｅ．１９９６．３６（１２）｛１７０７—１７２２．［责任编辑孙守增］

用系列粘度数据分析SBS改性沥青的结构特点

作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷(期)：

被引用次数：原健安， 祝志刚原健安(长安大学,理学院,陕西,西安,710064)， 祝志刚(深圳清华路安特新材料研发中心,广东,深圳,518053)长安大学学报(自然科学版)JOURNAL OF CHANG'AN UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION)2004,24(2)10次

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引用本文格式：原健安.祝志刚 用系列粘度数据分析SBS改性沥青的结构特点[期刊论文]-长安大学学报(自然科学版) 2004(2)

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