SBS/纳米碳酸钙复合改性沥青热稳定性研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.08.007

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (8): 45-54.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.08.007

SBS/纳米碳酸钙复合改性沥青热稳定性研究

杨喜英¹^,²(), 陈梦³, 张文才⁴^,⁵, 裴强⁵

^1.山西工程科技职业大学交通工程学院，山西晋中 030619
^2.山西省交通工程低碳新材料研究中心，太原 030006
^3.山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司），太原 030006
^4.太原理工大学化学化工学院，太原 030024
^5.山西省交通科技研发有限公司，太原 030031

收稿日期:2023-05-22 出版日期:2023-08-26 发布日期:2023-08-21
作者简介:杨喜英（1979—），女，正高级工程师，从事道路材料研发及仪器分析技术研究，403099529@qq.com
基金资助:
山西省应用基础研究计划(201901D211552);山西交通控股集团有限公司科技项目(2022?JKKJ?33)

Study on thermal stability of asphalt modified with styrene butadiene styrene/nano calcium carbonate composite

YANG Xiying¹^,²(), CHEN Meng³, ZHANG Wencai⁴^,⁵, PEI Qiang⁵

^1.College of Transportation Engineering，Shanxi Vocational University of Engineering Science and Technology，Jinzhong 030619，China
^2.Provincial Technical Innovation Center for Low Carbon Materials in Transportation，Taiyuan 030006，China
^3.Shanxi Transportation Construction Engineering Quality Detection Center （Co，Ltd），Taiyuan 030006，China
^4.College of Chemistry and Chemical Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China
^5.Shanxi Transportation Technology Research & Development Co，Ltd，Taiyuan 030006，China

Received:2023-05-22 Online:2023-08-26 Published:2023-08-21

摘要/Abstract

摘要：

为研究苯乙烯⁃丁二烯⁃苯乙烯嵌段共聚物（SBS）/纳米碳酸钙复合改性沥青的热稳定性，通过红外光谱和荧光显微镜技术及材料表界面化学理论，分析了稳定机理及定性判断方法；通过软化点关联法和红外光谱技术关联法分别拟合了软化点、SBS特征峰面积与改性剂含量的回归方程；建立了软化点与SBS特征峰面积的数据模型。结果表明，纳米碳酸钙通过物理作用提高SBS改性沥青的热稳定性；当软化点差（ΔT）≤2.5 ℃时，SBS含量差值（Δw_SBS）≤0.34 %，CaCO₃含量差值（Δw_CaCO3）≤0.15 %，体系稳定性良好；红外光谱关联法揭示了体系稳定性内因，当966 cm^-1处特征峰面积差值（ΔS $966 c m - 1$ ）≤0.24时ΔT≤2.5 ℃，体系稳定；回归结果显示，建立的软化点与SBS特征峰面积的数据模型具有统计学意义，可为SBS/纳米材料复合改性沥青热稳定性的研究构建新的评价体系。

关键词: 苯乙烯?丁二烯?苯乙烯嵌段共聚物改性剂, 纳米碳酸钙, 改性沥青, 热稳定性

Abstract:

To determine the thermal stability of styrene⁃butadiene⁃styrene block copolymer （SBS）/nano⁃calcium carbonate composite⁃modified asphalt， the stability mechanism and qualitative judgment method were studied by using infrared spectroscopy， fluorescence microscopy， and material surface interface chemistry theory. Through using a softening point correlation method and an infrared spectroscopy technology correlation method， the regression models of softening point， SBS characteristic peak area， and modifier content were fitted， and a data model for softening point and SBS characteristic peak area was established. The results indicated that nano⁃calcium carbonate improved the thermal stability of SBS⁃modified asphalt through a physical action. The stability of the system was good a softening point difference ≤ 2.5 ℃， a SBS content difference ≤ 0.34 %， and a CaCO₃content difference ≤ 0.15 %. The infrared spectral correlation method revealed the internal factors of the system stability. The system was stable when the difference of characteristic peak area at 966 cm^-1 was less than 0.24 and the softening point difference was less than 2.5 °C. The regression results indicated that the data model of softening point and SBS characteristic peak area established by this study was statistically significant， which could construct a new evaluation system for the study of the thermal stability of SBS/nanomaterials composite⁃modified asphalt.

Key words: styrene?butadiene?styrene block copolymer modifier, nano calcium carbonate, modified asphalt, thermal stability

中图分类号:

TQ316.6

杨喜英, 陈梦, 张文才, 裴强. SBS/纳米碳酸钙复合改性沥青热稳定性研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 45-54.

YANG Xiying, CHEN Meng, ZHANG Wencai, PEI Qiang. Study on thermal stability of asphalt modified with styrene butadiene styrene/nano calcium carbonate composite[J]. China Plastics, 2023, 37(8): 45-54.

图/表 14

项目	技术要求	试验结果	试验方法
针入度（25 ℃，5 s，100 g）/0.1 mm	60~80	70.2	T 0604沥青针入度试验
软化点（环球法）/℃	>46	47.5	T 0606 沥青软化点试验（环球法）
延度（15℃）/ cm	≥100	>100	T 0605 沥青延度试验
闪点/℃	≥260	273	T 0611 沥青闪点与燃点试验（克利夫兰开口杯法）
密度/ g·cm^-3	—	1.025	T 0603 沥青密度与相对密度试验

表1 壳牌70#基质沥青技术指标

Tab.1 Technical indicators of shell 70# matrix asphalt

样品	针入度/0.1 mm	软化点/℃	延度/cm	老化后		弹性恢复/%	布氏黏度（135 ℃）/Pa·s	48 h软化点差/℃
样品	针入度/0.1 mm	软化点/℃	延度/cm	针入度比/%	延度/cm	弹性恢复/%	布氏黏度（135 ℃）/Pa·s	48 h软化点差/℃
B	45	69.6	33	86.8	21	99	2.14	2.4
G	42	88.9	29	90.5	18	95	2.68	0.8

表2 改性沥青的性能指标

Tab.2 Performance indicators of the modified asphalt

图1 样品A、B、G的FTIR谱图

Fig.1 FTIR spectra of sample A， B and G

图2 SBS改性沥青热稳定性过程示意图

Fig.2 Schematic diagram of thermal stability process of SBS modified asphalt

图3 标准偏差FTIR谱图

Fig.3 Standard deviation FTIR spectra

图4 样品的荧光显微镜照片

Fig.4 Fluorescence microscope images of the samples

图5 软化点⁃ SBS含量线性拟合图

Fig.5 Linear fitting diagram of softening point and SBS content

图6 复合改性沥青的标准FTIR谱图

Fig.6 Standard FTIR spectra of the composite modified asphalt

样品	SBS特征峰（966 cm^-1）			基质沥青特征峰（1 377 cm^-1）			S
样品	积分面积起点	积分面积终点	S $966 c m - 1$	积分面积起点	积分面积终点	S $1 377 c m - 1$	S
C	989.303	925.664	0.159	1 400.353	1 328.571	6.428	0.025
D	989.661	927.950	0.756	1 400.067	1 332.740	6.376	0.119
E	985.447	927.593	1.063	1 401.995	1 336.857	6.329	0.168
F	985.447	925.664	1.221	1 400.067	1 338.714	6.314	0.193
G	989.160	925.667	1.347	1 396.210	1 338.857	6.302	0.214
H	983.160	927.768	1.777	1 396.210	1 339.126	6.315	0.281

样品	SBS特征峰（966 cm^-1）			基质沥青特征峰（1 377 cm^-1）			S
样品	积分面积起点	积分面积终点	S $966 c m - 1$	积分面积起点	积分面积终点	S $1 377 c m - 1$	S
C	989.303	925.664	0.159	1 400.353	1 328.571	6.428	0.025
D	989.661	927.950	0.756	1 400.067	1 332.740	6.376	0.119
E	985.447	927.593	1.063	1 401.995	1 336.857	6.329	0.168
F	985.447	925.664	1.221	1 400.067	1 338.714	6.314	0.193
G	989.160	925.667	1.347	1 396.210	1 338.857	6.302	0.214
H	983.160	927.768	1.777	1 396.210	1 339.126	6.315	0.281

表3 复合改性沥青特征峰面积

Tab.3 Characteristic peak area of the composite modified asphalt

表3 复合改性沥青特征峰面积

Tab.3 Characteristic peak area of the composite modified asphalt

图7 S⁃SBS含量拟合图

Fig.7 Fitting diagram of S and SBS content

项目	数值
复相关系数	0.998 6
决定系数	0.997 2
校正的决定系数	0.994 5
标准误差	0.117 6
观测值	5

表4 回归模型优劣评价

Tab.4 Advantages and disadvantages evaluation of the regression model

项目

自由度（df）

误差平方和

（SS）

均方差

（MS）

检验值

（F）

F_α临界值

（Sig.F）

表5 整体回归效应检验

Tab.5 Test of global regression effect

项目

偏回归

系数

标准

误差

表6 偏回归系数检验

Tab.6 Test of partial regression coefficient

图8 SBS含量模型诊断图

Fig.8 Diagnosis diagram of SBS content model

参考文献 26

1	刘大梁，姚洪波，包双雁. 纳米碳酸钙和SBS复合改性沥青的性能［J］. 中南大学学报（自然科学版）， 2007， 38（3）： 579⁃582.
	LIU D L， YAO H B， BAO S Y. Performance of nano⁃calcium carbonate and SBS compound modified asphalt［J］. Journal of Central South University（Science and Technology）， 2007， 38（3）： 579⁃582.
2	李颖，张德宝，杜腾飞. 纳米CaCO₃⁃SBR复合改性沥青路用性能研究［J］. 山东理工大学学报（自然科学版），2021，35（3）：75⁃80.
	LI Y， ZHANG D B， DU T F. Pavement performance of nano⁃CaCO₃ and SBR composite modified asphalt［J］. Journal of Shandong University of Technology（ Natural Science Edition）， 2021，35（3）：75⁃80.
3	常越凡，张慧捷，王珊珊，等. 不同粒度纳米碳酸钙的可控制备［J］. 无机盐工业，2020，52（12）：29⁃33.
	CHANG Y F， ZHANG H J， WANG S S， et al. Controllable preparation of nano⁃calcium carbonate with different particle sizes［J］. Inorganic Chemicals Industry， 2020，52（12）：29⁃33.
4	刘艳军. PP/POE/纳米CaCO₃复合材料的制备及性能研究［J］. 山东化工，2019，48（8）：10⁃11，15.
	LIU Y J. Study on preparation and properties of PP/POE/nano CaCO₃ composites［J］. Shandong Chemical Industry， 2019，48（8）：10⁃11，15.
5	王荣庆. 纳米ZnO/SBS改性沥青热储存稳定性能及其机理分析［J］. 居舍，2017，35：28.
6	王志成，杨胜文，曾明，等. 水性环氧树脂与纳米SiO₂复合改性乳化沥青防水涂料性能研究［J］. 新型建筑材料，2022，49（4）：145⁃147.
	WANG Z C， YANG S W， ZENG M， et al. Study on properties of emulsified asphalt waterproof coating modified by waterborne epoxy resin and nano SiO₂ composite［J］. New Building Materials， 2022，49（4）：145⁃147.
7	马峰，李思琪，傅珍，等.苯乙烯⁃丁二烯嵌段共聚物与废橡胶粉复合改性高黏沥青及混合料性能研究［J］.化工新型材料，2021，49（2）：254⁃258.
	MA F， LI S Q， FU Z， et al. Study on property of SBS and waste rubber powder modified high⁃viscosity asphalt and its mixture［J］. New Chemical Materials， 2021，49（2）：254⁃258.
8	彭博，凌天清，葛豪.纳米粒子改性橡胶沥青抗老化性能研究［J］.材料导报，2022，36（20）：265⁃272.
	PENG B， LING T Q， GEI H. Study on anti⁃aging properties of nanoparticle modified rubber asphalt［J］. Materials Reports， 2022，36（20）：265⁃272.
9	张晓华.纳米碳酸钙改性沥青及其混合料的性能研究［D］.长沙：长沙理工大学，2017.
10	程培峰，李世为，张展铭，等.纳米CaCO₃/SBS复合改性沥青及混合料性能研究［J］.森林工程，2022，38（6）：137⁃145.
	CHEN P F， LI S W， ZHANG Z M， et al. Study on the property of nano CaCO₃/SBS composite modified asphalt and mixture［J］. Forest Engineering， 2022，38（6）：137⁃145.
11	BINTI J I， GIUSTOZZI F. Oscillatory shear rheometry of hybrid polymer⁃modified bitumen using multiple stress creep and recovery and linear amplitude sweep tests［J］. Construction and Building Materials， 2022， 315： 125791.
12	钟明强，俞延丰.聚丙烯/弹性体POE/纳米碳酸钙共混复合材料研究［J］.新型建筑材料，2003，5：40⁃42.
13	崔平.纳米碳酸钙/二氧化钛与SBS复合改性沥青流变性能研究［J］.中外公路，2021，41（5）：292⁃295.
	CUI P. Study on rheological properties of composite asphalt modified with CaCO₃/nano⁃TiO₂/SBS［J］. Journal of China & Foreign Highway， 2021，41（5）：292⁃295.
14	郭诗惠，刘炳.纳米材料复配对SBS改性沥青流变及抗老化性能的影响［J］.中外公路，2019，39（3）：241⁃246.
	GUO S H， LIU B. Effect of nanomaterial combinations on rheological and anti⁃aging performance of SBS modified asphalt［J］. Journal of China & Foreign Highway， 2019，39（3）：241⁃246.
15	李祖仲，李斌，张亚云，等.纳米硫SBS复合改性沥青的流变性质与微表构造［J］.材料科学与工程学报，2020，38（3）：425⁃430.
	LI Z Z， LI B， ZHANG Y Y， et al. Rheological property and surface structure of SBS compound modified asphalt with nano sulfur［J］. Journal of Materials Science & Engineering， 2020，38（3）：425⁃430.
16	孙大权，吕伟民.SBS改性沥青热储存稳定性研究［J］.建筑材料学报，2006，9（6）：671⁃674.
	SUN D Q， LV W M. Study on hot storage stability of SBS modified asphalt［J］. Journal of Building Materials， 2006，9（6）：671⁃674.
17	Sun D Q， Lv W M ．Investigation and improvement of storage stability of SBS modified asphalt ［J］．Petroleum Science and Technology，2003，21（5/6）：901⁃911．
18	陈尔凡，鲁云华.纳米碳酸钙的制备及表征［J］.硅酸盐学报，2003，31（12）：1 192⁃1 196.
	CHEN E F， LU Y H. Preparation and characterization of nanometer calcium carbonate［J］. Journal of The Chinese Ceramic Society， 2003，31（12）：1 192⁃1 196.
19	王鹏飞，李文霞，孙吉书. 纳米碳酸钙/苯乙烯⁃丁二烯⁃苯乙烯嵌段共聚物复合改性沥青的制备及性能［J］. 合成橡胶工业，2022，45（4）：320⁃325.
	WANG P F， LI W X， SUN J S. Preparation and properties of nano⁃calcium carbonate/styrene⁃butadiene⁃styrene block copolymer composite modified asphalt［J］. China Synthetic Rubber Industry， 2022，45（4）：320⁃325.
20	胡振水，刘鲁梅，隋凝，等.材料表界面化学［M］.北京：化学工业出版社，2022：47⁃56.
21	杨喜英. SBS聚合物改性沥青改性剂含量快速检测方法研究［J］.北方交通，2020，2：61⁃64.
	YANG X Y. Research on rapid detection method for modifier content of SBS polymer modified asphalt［J］. Northern Communications， 2020，2：61⁃64.
22	张文才，郝晓刚，李萍，等.聚乙烯接枝马来酸酐含量对废旧聚乙烯改性沥青性能的影响［J］.中国塑料，2022，36（6）：24⁃31.
	ZHANG W C， HAO X G， LI P， et al. Effect of maleic⁃anhydride⁃grafted polyethylene content on performance of recycled polyethylene⁃modified asphalt［J］. China Plastics， 2022，36（6）：24⁃31.
23	安清. SBS/Honeywell TitanTM聚合物复合改性沥青改性工艺研究［D］.西安：长安大学，2012.
24	杨喜英.沥青质量快速检测技术方法及应用研究［J］.公路工程，2020，45（3）：197⁃209.
	YANG X Y. Rapid detection technology and application of asphalt quality［J］. Highway Engineering， 2020，45（3）：197⁃209.
25	刘金平，徐明.浅析媒体宣传在应对血液紧缺事件中的作用［J］.实验与检验医学，2021，39（5）：1 305⁃1 309.
26	任亚男.我省药品短缺风险指标体系的构建以及预警模型的建立［D］. 西安：空军军医大学，2020.

[1]	张书诚, 唐文斌, 于天娇, 徐珍珍, 邢剑. 不同含量配比制备聚氨酯泡沫及其性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 104-109.
[2]	谢玉, 王立梅, 齐斌. 交联壳聚糖/蒙脱土复合膜的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 58-63.
[3]	陈海英, 张晨清, 张豪, 陈程, 金光远, 卫灵君. 聚（甲基）硅氧烷/聚羟基丁酸酯/聚己内酯复合膜的制备及性能表征[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 50-56.
[4]	龚绍峰, 滕霞, 唐武飞. 磷铝分子筛对膨胀阻燃聚丙烯复合材料阻燃与热稳定性能影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 65-70.
[5]	李宁利, 王猛, 王瑞, 朱壮壮. 橡塑合金改性沥青制备工艺关键参数研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(12): 78-85.
[6]	孙正艋, 张明旭, 张馨宁, 梁策, 张海亮, 李云辉, 马玉芹. 纳米玻璃粉掺杂双酚A型环氧树脂基复合材料的热稳定性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 15-20.
[7]	吕强. 无卤阻燃永久抗静电玻璃纤维增强聚酰胺6材料的研制[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 58-62.
[8]	叶晋纶, 杨丽庭, 李彦涛, 曾聪, 李臻, 黄文杰, 关嘉伟. 改性勃姆石对聚丙烯性能影响研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(3): 16-22.
[9]	赵金钢, 柳召刚, 郝伟, 李梅, 胡艳宏, 吴锦绣, 冯福山, 李帅. 对甲基苯甲酸铈对PVC热稳定性能的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(2): 14-21.
[10]	谷琳, 朱钰婷, 何家隆, 朱惠豪, 马玉录, 谢林生. 基于微纳层叠共挤的PLA/PCL可降解微层薄膜的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(11): 7-14.
[11]	谢熙威, 翁云宣, 张彩丽, 宋鑫宇. 铝酸酯增容改性竹粉对PBAT/BF复合材料性能的影响[J]. 中国塑料, 2020, 34(4): 78-83.
[12]	张浩梁帅张志彬杨凤敏曹春雷. 利用α-甲基苯乙烯增强PMMA树脂的耐热性研究[J]. 中国塑料, 2019, 33(8): 12-17.
[13]	徐伏王莉曹云丽. 埃洛石增强聚乳酸复合材料的力学性能及热稳定性能研究[J]. 中国塑料, 2019, 33(7): 44-49.
[14]	高明王雨欣岳丽娜. 含氟磷酸盐型离子液体对软质聚氨酯的协效阻燃研究[J]. 中国塑料, 2019, 33(4): 33-38.
[15]	唐刚彭中朝宋强彭建文李端生黄若森. 聚乳酸/苯基次膦酸镧复合材料的制备及阻燃性能研究[J]. 中国塑料, 2019, 33(3): 1-5.

SBS/纳米碳酸钙复合改性沥青热稳定性研究

Study on thermal stability of asphalt modified with styrene butadiene styrene/nano calcium carbonate composite

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 14

参考文献 26

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价