【研究】不同型号SBS对改性沥青性能的影响

【研究】不同型号SBS对改性沥青性能的影响弹性体SBS改性沥青防水卷材由于其优异的延伸性能、弥合裂缝能力、容易保证质量、施工方便、价格适中等优点，而逐渐成为主要的建筑防水材料。SBS是聚苯乙烯（PS）与聚丁二烯（PB）的嵌段共聚物，其独特的结构能够显著降低沥青的渗透性，同时有效提高沥青的高低温性能、拉伸强度及延展性，成为目前使用最广泛和综合性能最好的沥青改性剂。在我国常用的SBS改性剂主要是星型和线型两种。SBS与基质沥青存在配伍性，不同的基质沥青组成会严重影响SBS改性沥青的性能，国内为对此研究较多，并得出芳香分含量高的沥青与SBS的相容性好的结论。但对于不同类型的SBS与基质沥青混合后制备改性沥青性能的研究较少，而要选择一种对改性沥青性能最好的SBS也是至关重要。因此选着不同型号的SBS深入研究对改性沥青性能的影响有着积极的意义。本文针对SBS改性沥青，分别从SBS改性机理，SBS加剂量，SBS型号的影响进行深入研究分析。1.1基质沥青实验采用基质沥青秦皇岛AH-90号，其技术指标测定结果见表1表1基质沥青主要指标测定1.2SBS改性剂实验采用星型SBS：北京燕山石化生产的SBS4402，天津乐金渤天化工有限责任公司生产的LG-412S；线型SBS：天津乐金渤天化工有限责任公司生产的LG-501S。技术指标见表2表2SBS性能指标1.3主要的仪器设备电脑数控沥青软化点测定仪，北京航天科宇测试仪器有限公司；低温柔性测试仪，QSX-23，天津华银建工仪器科技有限公司。微机控制电子万能拉力机，CMT6104，美特斯工业系统（中国）有限公司。1.４改性沥青的制备取定量基质沥青和减三线油加热至180℃，加入SBS,在2000r/min下剪切2h~3h，充分溶胀，加入老化剂和填充料搅拌0.5h，整个过程控温在180~188℃。大约需要3h~4h。1.５性能测试软化点测试（环球法）：在5℃甘油中，以5℃/min的速率升温，取样品环上的钢珠下落至下层底板接触时，立即读取温度，即为软化点。低温柔性测试：将试件放置在冷冻液中的机械弯曲装置上（360±40）mm/min的速度弯曲180°后，检查试件涂盖层存在的裂纹。卷材与卷材的剥离强度：在23±2℃条件下，制备试件150*50mm，要求改性沥青涂盖料厚度2mm，在150℃烘箱内放置2h，取出将上表面与上表面粘结，粘结面积为50*75mm，用质量为2kg宽度为50-60mm压辊反复压3次，在23±2℃条件下养护24h，以最大拉力值计算卷材与卷材的剥离强度。2.1SBS改性沥青机理SBS是由聚苯乙烯链段（PS）与聚丁二烯链段（PB）组成的嵌段聚合物，PS段提供自补性能，强度高，能够改善沥青抵抗高温永久变形，PB段提供柔韧性能，耐低温，能够改善沥青低温柔性。在SBS分子中，硬段PS聚集成结晶相，均匀分布在软段PB连续相中，形成物理交联的网状结构，但是PS段与PB段互不相溶，微观上呈两相分离体系，由于SBS这种微观上的物理交联网状结构和两相分离体系，才使SBS呈现热塑性能。在SBS改性沥青过程初期，SBS分子中的PS段出现软化并呈现流动性，而PB段则会吸收沥青中的轻质组分（饱和分、芳香分等小分子组分），打破沥青的动态平衡，同时轻质组分进入SBS网络使SBS分子链间距增大，从而使SBS自身体积膨胀至原来的7~10倍[6]。此时，吸收分散相SBS与连续相沥青形成共混复相结构体系，在两相界面上浸润溶胀的SBS仍将吸附部分组分相似的沥青而逐渐形成一定厚度的表面吸附膜，使SBS与基质沥青之间产生良好的过渡结合，从而使SBS与基质沥青具有相容性。在SBS与基质沥青互溶体系中，由于SBS的玻璃化温度远低于基质沥青，当外界温度降低至沥青的玻璃化温度以下时，基质沥青中的分子运动将被冻结，而SBS分子仍具有良好的柔韧性，能够有效吸收温度应力，从而使改性沥青具有优异的低温柔性[9,10]；同时由于SBS在基质沥青中形成三维网状结构，其与沥青分子之间产生协同作用，从而使SBS改性沥青具有优异的延伸率、拉伸强度和耐疲劳性。2.2不同型号SBS掺量对改性沥青高温性能的影响改性沥青的软化点随SBS加剂量的增加而增大，但不同种类的SBS改善效果不同。实验结果如图1：图1不同型号SBS掺量对改性沥青高温性能的影响由图可以得出：随着SBS加剂量的增大，改性沥青耐热性越好，它们对耐热性的提升幅度依次为4402LG501SLG412S。可以看出嵌段比同为4/6的星型SBS对改性沥青的耐热性影响受是否充油影响较大，充油后的LG412S对改性沥青的耐热性提升效果明显小于非充油SBS4402；将同为非充油的线型LG501S与星型SBS4402进行比较，线性LG501S对耐热性的提升明显小于星型SBS4402。2.3不同型号SBS掺量对改性沥青低温柔性的影响改性沥青随着SBS加剂量的增加，改性沥青低温柔性越好。但不同种类的SBS改善效果不同。实验结果如图2：图2不同型号SBS掺量对改性沥青低温柔性的影响由图可以得出：随着SBS加剂量的增大，改性沥青低温柔性越好。它们对低温柔性的提升幅度依次为LG501S4402LG412S。可以看出线性LG501S对改性沥青低温柔性的提升效果明显高于星型4402与LG412S；对于嵌段比同为4/6的星型SBS4402与LG412S对改性沥青低温柔性的提升效果受SBS是否充油的影响。充油的LG412S比非充油SBS4402提升改性沥青低温柔性效果差。2.4不同型号SBS掺量对改性沥青剥离性能的影响改性沥青的卷材与卷材的剥离强度随着添加量的增大而增大，但不同种类的SBS改善效果不同。实验结果如图3：图3不同型号SBS掺量对改性沥青剥离性能的影响由图可以得出：随着SBS加剂量的增大，改性沥青的卷材与卷材的剥离强度越大。它们对卷材与卷材剥离强度的提升幅度依次为LG501S4402LG412S。可以看出线性LG501S对改性沥青卷材与卷材剥离强度的提升效果明显大于星型4402与LG412S；对于嵌段比同为4/6的星型SBS4402与LG412S对改性沥青卷材与卷材剥离强度的提升效果受SBS是否充油的影响较大。充油的LG412S明显小于非充油SBS4402对提升改性沥青卷材与卷材剥离强度效果。（1）随着SBS加剂量的增大，改性沥青耐热性越好，它们对耐热性的提升幅度依次为4402LG501SLG412S。（2）随着SBS加剂量的增大，改性沥青低温柔性越好。它们对低温柔性的提升幅度依次为LG501S4402LG412S。（3）随着SBS加剂量的增大，改性沥青的卷材与卷材的剥离强度越大。它们对卷材与卷材剥离强度的提升幅度依次为LG501S4402LG412S。