胶粉/SBS复合改性沥青抗老化性能与机理研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.05.007

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (5): 43-49.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.05.007

胶粉/SBS复合改性沥青抗老化性能与机理研究

陈梦¹(), 李文良¹, 张涛², 张文才³, 杨喜英³

^1.山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司），太原 030032
^2.山西交科公路勘察设计院有限公司，太原 030032
^3.山西工程科技职业大学，山西晋中 030619

收稿日期:2024-09-04 出版日期:2025-05-26 发布日期:2025-05-22
作者简介:陈梦（1990—），女，高级工程师，从事道路材料研发及性能分析技术研究，2085474268@qq.com
基金资助:
山西交通控股集团有限公司科技项目(2021?JKKJ?03);山西省应用基础研究计划(201901D211552)

Anti⁃aging performance and mechanism of asphalts modified with rubber powder/SBS composites

CHEN Meng¹(), LI Wenliang¹, ZHANG Tao², ZHANG Wencai³, YANG Xiying³

^1.Shanxi Transportation Construction Engineering Quality Detection Center （Co，Ltd），Taiyuan 030032，China
^2.Shanxi Jiaoke Highway Survey and Design Institute Co Ltd，Taiyuan 030032，China
^3.Shanxi Vocational University of Engineering Science and Technology，Jinzhong 030619，China.

Received:2024-09-04 Online:2025-05-26 Published:2025-05-22

摘要/Abstract

摘要：

为研究胶粉/苯乙烯⁃丁二烯⁃苯乙烯嵌段共聚（SBS）复合改性沥青的抗老化性能与机理，制备了SBS掺量为沥青质量2 %、胶粉掺量分别为20 %、25 %、30 %、35 %（质量分数，下同）的复合改性沥青，进行短期老化和不同程度压力老化容器（PAV）老化后，对其抗老化性能进行评价。研究结果表明：老化后，复合改性沥青的高温抗车辙性能提升，针入度、延度、弹性恢复性能、疲劳性能和低温抗变形能力等均发生衰减，衰减幅度随胶粉掺量增加而减小。通过红外光谱技术分析了抗老化性能提升的机理，随着胶粉掺量增加，老化沥青羰基指数、亚砜基指数和红外老化指数（I）的变化幅度变小，红外老化指数方程的斜率也从0.010 39下降至0.005 19，胶粉增强了沥青的抗老化性能。建立的红外老化指数预测模型，可综合评价胶粉掺量和老化时间两项因素对I值的影响；关联微观指标I与宏观指标低温蠕变比值（k）建立的k值预测模型准确、有效，可对复合改性沥青的低温抗老化性能进行快速对比分析。

关键词: 胶粉, 改性沥青, 抗老化机理, 红外老化指数, 低温抗老化性能, 预测模型

Abstract:

To explore the anti⁃aging performance and mechanism of asphalt modified with rubber powder/SBS composites， a series of modified asphalts were prepared by incorporating 2 wt% SBS and 20， 25， 30， and 35 wt% rubber powders. The anti⁃aging performance of the modified asphalts after short⁃term aging and pressure aged vessel aging at different degrees was evaluated. The results indicated that the high⁃temperature rutting resistance of the modified asphalts was improved， and their penetration， ductility， elastic recovery， fatigue performance， and low temperature deformation resistance were deteriorated after aging. The deterioration degree decreased as the rubber powder content increased. The enhancement mechanism of anti⁃aging performance was analyzed by infrared spectroscopy. The variation ranges of carbonyl index， sulfoxide index， and infrared aging index of the aged asphalts became smaller with an increase in content of rubber powders， and the slope of infrared aging index equation decreased from 0.010 39 to 0.005 19. Rubber powders enhanced the anti⁃aging performance of the modified asphalts. The influence of the rubber powder content and aging time on the infrared aging index could be comprehensively evaluated by an infrared aging index prediction model. The k prediction model of low⁃temperature creep ratio （k） established by correlating the infrared aging index as a microscopic index with the k value as a macroscopic index was accurate and effective， and it could be used for rapid comparative analysis on the low⁃temperature anti⁃aging performance of the modified asphalts.

Key words: rubber powder, modified asphalt, anti?aging mechanism, infrared aging index, low temperature anti?aging performance, prediction model

中图分类号:

TQ317

陈梦, 李文良, 张涛, 张文才, 杨喜英. 胶粉/SBS复合改性沥青抗老化性能与机理研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(5): 43-49.

CHEN Meng, LI Wenliang, ZHANG Tao, ZHANG Wencai, YANG Xiying. Anti⁃aging performance and mechanism of asphalts modified with rubber powder/SBS composites[J]. China Plastics, 2025, 39(5): 43-49.

图/表 17

项目	软化点/℃	针入度（25 ℃）/0.1 mm	延度（15 ℃）/cm	135 ℃旋转黏度/Pa·s	密度/g·cm^-3
技术要求	≥45	80~100	≥100	—	—
试验结果	48.7	89.6	>100	0.583	1.022

表1 道路石油沥青技术指标

Tab.1 Technical indicators of the pavement petroleum asphalt

项目	筛余物/%	相对密度	含水率/%	铁含量/%	纤维含量/%	灰分/%	丙酮抽出物/%	炭黑含量/%	橡胶烃含量/%	溶解度/%
技术要求	<10	1.10~1.30	<1	<0.03	<1	≤8	≤16	≥28	≥48	≥16
试验结果	0.6	1.18	0.45	0.01	0.09	6.89	8.27	32.68	53.04	18.5

表2 胶粉技术指标

Tab.2 Technical indicators of the rubber powder

图1 老化前后沥青的针入度、延度变化

Fig.1 Change of penetration and ductility of the asphalt before and after aging

图2 老化前后沥青的弹性恢复性能变化

Fig.2 Change of elastic recovery property of the asphalt before and after aging

图3 老化前后沥青的车辙因子变化

Fig.3 Change of rutting factor of the asphalt before and after aging

图4 老化前后沥青的疲劳因子变化

Fig.4 Change of fatigue factor of the asphalt before and after aging

图5 不同温度下沥青的蠕变劲度和蠕变速率

Fig.5 Creep stiffness and rate of the asphalt at different temperature

图6 老化前后沥青k值变化

Fig.6 Change of k of the asphalt before and after aging

图7 样品的FTIR谱图

Fig.7 FTIR spectra of the samples

图8 老化前后沥青的FTIR谱图

Fig.8 FTIR spectra of the asphalt before and after aging

样品	老化时间	羰基指数	亚砜基指数	红外老化指数
20 %复合改性沥青	未老化	0.112 2	0.298 1	0.410 3
	短期老化5 h	0.116 3	0.319 2	0.435 5
	PAV老化10 h	0.160 0	0.349 6	0.509 6
	PAV老化20 h	0.229 3	0.374 0	0.603 3
	PAV老化30 h	0.315 6	0.409 6	0.725 2
25 %复合改性沥青	未老化	0.107 1	0.283 4	0.390 5
	短期老化5 h	0.110 3	0.299 5	0.409 8
	PAV老化10 h	0.132 7	0.324 8	0.457 5
	PAV老化20 h	0.167 5	0.354 9	0.522 4
	PAV老化30 h	0.226 0	0.383 0	0.609 0
30 %复合改性沥青	未老化	0.076 3	0.296 7	0.373 0
	短期老化5 h	0.078 8	0.310 5	0.389 3
	PAV老化10 h	0.096 1	0.333 4	0.429 5
	PAV老化20 h	0.125 1	0.364 3	0.489 4
	PAV老化30 h	0.160 4	0.383 0	0.543 4
35 %复合改性沥青	未老化	0.065 5	0.291 0	0.356 5
	短期老化5 h	0.067 5	0.302 9	0.370 4
	PAV老化10 h	0.083 2	0.320 4	0.403 6
	PAV老化20 h	0.105 0	0.346 2	0.451 2
	PAV老化30 h	0.141 3	0.372 3	0.513 6
SBS改性沥青	未老化	0.129 1	0.296 7	0.425 8
	短期老化5 h	0.141 4	0.331 3	0.472 7
	PAV老化10 h	0.205 9	0.425 7	0.631 6
	PAV老化20 h	0.279 3	0.536 1	0.815 4
	PAV老化30 h	0.367 4	0.628 8	0.996 2

表3 老化前后沥青指数变化

Tab.3 Change of indexs of the asphalt before and after aging

样品	方程式	R²	公式编号
20 %复合改性沥青	$I = 0.010 39 t + 0.406 3$	0.994 9	（4）
25 %复合改性沥青	$I = 0.007 20 t + 0.386 8$	0.992 9	（5）
30 %复合改性沥青	$I = 0.005 71 t + 0.373 2$	0.999 5	（6）
35 %复合改性沥青	$I = 0.005 19 t + 0.353 4$	0.994 9	（7）
SBS改性沥青	$I = 0.018 95 t + 0.433 0$	0.998 6	（8）

样品	方程式	R²	公式编号
20 %复合改性沥青	$I = 0.010 39 t + 0.406 3$	0.994 9	（4）
25 %复合改性沥青	$I = 0.007 20 t + 0.386 8$	0.992 9	（5）
30 %复合改性沥青	$I = 0.005 71 t + 0.373 2$	0.999 5	（6）
35 %复合改性沥青	$I = 0.005 19 t + 0.353 4$	0.994 9	（7）
SBS改性沥青	$I = 0.018 95 t + 0.433 0$	0.998 6	（8）

表4 沥青红外老化指数方程式

Tab.4 Infrared aging index equation of the asphalt

表4 沥青红外老化指数方程式

Tab.4 Infrared aging index equation of the asphalt

图9 沥青红外老化指数拟合曲线

Fig.9 Infrared aging index fitting curves of the asphalt

图10 沥青红外老化指数预测模型

Fig.10 Infrared aging index prediction model of the asphalt

温度/℃	方程式	R²	公式编号
-12	$k = - 1 092.1 + 2 603.5 x + 3 742.8 I - 2 219.7 x 2 - 2 151.9 I 2 - 3 388.4 x I$	0.990 3	（10）
-18	$k = - 1 044.7 + 2 841.6 x + 4 336.2 I - 2 624.2 x 2 - 2 237.1 I 2 - 4 251.4 x I$	0.992 3	（11）
-24	$k = - 264.7 - 762.1 x + 6 173.0 I + 3 050.9 x 2 - 2 935.0 I 2 - 6 862.5 x I$	0.993 3	（12）

温度/℃	方程式	R²	公式编号
-12	$k = - 1 092.1 + 2 603.5 x + 3 742.8 I - 2 219.7 x 2 - 2 151.9 I 2 - 3 388.4 x I$	0.990 3	（10）
-18	$k = - 1 044.7 + 2 841.6 x + 4 336.2 I - 2 624.2 x 2 - 2 237.1 I 2 - 4 251.4 x I$	0.992 3	（11）
-24	$k = - 264.7 - 762.1 x + 6 173.0 I + 3 050.9 x 2 - 2 935.0 I 2 - 6 862.5 x I$	0.993 3	（12）

表5 沥青k值方程式

Tab.5 k equation of the asphalt

表5 沥青k值方程式

Tab.5 k equation of the asphalt

图11 沥青k值预测模型

Fig.11 k prediction model of the asphalt

图12 k值预测模型诊断图

Fig.12 k prediction model diagnosis diagram

参考文献 18

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