SBS⁃秸秆生物炭复合改性沥青性能评价

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.013

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (7): 80-86.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.013

SBS⁃秸秆生物炭复合改性沥青性能评价

赵丹¹, 索书武¹, 沈继勇², 王鹏³, 李海滨⁴^,⁵(), 李志刚⁴^,⁵

^1.商洛市公路局，陕西商洛 726000
^2.商洛公路管理局养路机械修理厂，陕西商洛，726000
^3.商洛公路管理局勘察设计室，陕西商洛，726000
^4.西安科技大学建筑与土木工程学院，西安 710054
^5.西安科技大学道路工程研究中心，西安 710054

收稿日期:2024-08-08 出版日期:2025-07-26 发布日期:2025-07-22
通讯作者: 李海滨（1980-），男，教授，研究方向为废旧材料在道路沥青的循环再利用，lihaibin1212@126.com
E-mail:lihaibin1212@126.com
基金资助:
国家自然科学基金(52308466);陕西省交通运输科研项目(24?20K)

Performance evaluation of SBS⁃straw carbon composite modified asphalt

ZHAO Dan¹, SUO Shuwu¹, SHEN Jiyong², WANG Peng³, LI Haibin⁴^,⁵(), LI Zhigang⁴^,⁵

^1.Shangluo Highway Bureau，Shangluo 726000，China
^2.Shangluo Highway Bureau Road Maintenance Machinery Repair Factory，Shangluo 726000，China
^3.Survey and Design Office of Shangluo Highway Bureau，Shangluo 726000，China
^4.School of Architecture and Civil Engineering，Xi′an University of Science and Technology，Xi′an 710054，China
^5.Road Engineering Research Center，Xi′an University of Science and Technology，Xi′an 710054，China

Received:2024-08-08 Online:2025-07-26 Published:2025-07-22
Contact: LI Haibin E-mail:lihaibin1212@126.com

摘要/Abstract

摘要：

秸秆生物炭（SC）是一种由秸秆废弃物制备的炭，将其应用于道路沥青路面，是农林废弃物在道路沥青领域的资源化利用新途径，为秸秆废弃物在道路沥青的应用提供了新思路。本文采用SC及苯乙烯⁃丁二烯⁃苯乙烯（SBS）对基质沥青进行复合改性，通过基本性能试验、高低温性能试验及抗老化性能试验，综合研究并分析了SC对SBS⁃SC复合改性沥青（SBS⁃SCMA）的性能影响。结果表明，SC较大的比表面积增加了与沥青的接触面积，多孔结构易吸收沥青轻质组分。在SBS掺量为4 %时，SC的最佳掺量为12 %，此时SBS⁃SCMA的针入度、软化点、黏度、复数剪切模量、相位角均出现明显变化，复合改性沥青的高温性能相对最佳；SC能够减小复合改性沥青在老化后的高温性能损失，表现出优异的高温抗老化性；但其5 ℃延度下降，蠕变劲度模量S上升，蠕变速率m下降，说明SBS⁃SCMA低温性能受到SC的影响，该复合改性沥青更适用于温暖地区的沥青路面。

关键词: 苯乙烯?丁二烯?苯乙烯改性沥青, 秸秆生物炭, 苯乙烯?丁二烯?苯乙烯?生物炭复合改性沥青, 流变性能, 抗老化性能

Abstract:

Straw carbon （SC）， as a sustainable material derived from agricultural waste， offers a novel approach for resource utilization in asphalt pavement applications. This study investigated the composite modification of base asphalt using SC and styrene⁃butadiene⁃styrene （SBS） through comprehensive performance evaluation， including fundamental property tests， high/low⁃temperature rheological assessments， and aging resistance analysis. Results demonstrated that SC's large specific surface area and porous structure enhanced asphalt interaction by increasing contact area and absorbing light components. At optimal concentrations （4 wt% SBS and 12 wt% SC）， the SBS⁃SC modified asphalt （SBS⁃SCMA） exhibited significant improvements in penetration， softening point， viscosity， complex shear modulus， and phase angle， achieving superior high⁃temperature performance. Notably， SC enhanced aging resistance by mitigating high⁃temperature performance degradation in SBS⁃modified asphalt. However， reduced 5 ℃ ductility， increased creep stiffness （S）， and decreased creep rate （m） indicate compromised low⁃temperature performance， suggesting this composite is particularly suitable for asphalt pavements in warmer climates. These findings provide valuable insights for sustainable asphalt modification using agricultural waste materials.

Key words: styrene?butadiene?styrene modified asphalt, straw carbon, SBS composite modified asphalt, rheological properties, aging resistance

中图分类号:

TQ334.3

赵丹, 索书武, 沈继勇, 王鹏, 李海滨, 李志刚. SBS⁃秸秆生物炭复合改性沥青性能评价[J]. 中国塑料, 2025, 39(7): 80-86.

ZHAO Dan, SUO Shuwu, SHEN Jiyong, WANG Peng, LI Haibin, LI Zhigang. Performance evaluation of SBS⁃straw carbon composite modified asphalt[J]. China Plastics, 2025, 39(7): 80-86.

图/表 10

技术指标	单位	检测结果	技术要求	试验方法
25 ℃针入度	0.1 mm	69	60~80	T0604
软化点	℃	52	≥46	T0606
15 ℃延度	cm	≥100	≥100	T0605
60 ℃动力黏度	Pa·s	187	≥180	T0620

表1 SK 90#基质沥青基本技术指标

Tab.1 Basic technical indexes of SK 90# matrix asphalt

牌号	YH⁃791
S/B比	30/70
300 %定伸应力（≥MPa）	2.0
拉伸强度（≥MPa）	15.0
断裂伸长率（≥%）	700
断裂永久变形（≤%）	40

表2 SBS1301E（YH⁃791）改性剂基本理化指标

Tab.2 Basic physical and chemical indexes of SBS1301E （YH⁃791） modifier

图1 秸秆生物炭外观形貌图

Fig.1 Appearance and morphology of straw biochar

	SBS改性沥青	SBS⁃SC复合改性沥青
	SBS改性沥青	4 %~6 %	4 %~8 %	4 %~10 %	4 %~12 %	4 %~14 %	4 %~16 %
简写定义	SBS4	SC6	SC8	SC10	SC12	SC14	SC16
25 ℃针入度/0.1 mm	63.1	48.3	45.2	41.8	39.6	37.2	35.9
软化点/℃	73.8	74.8	76.2	77.8	79.5	77.3	75.2
5 ℃延度/cm	42.2	39.1	37.2	36.5	35.9	33.3	31.8
135 ℃布氏黏度/Pa·s	2.24	2.97	3.36	4.02	4.86	5.13	5.46

表3 SBSMA及各组SBS⁃SCMA基本性能测试结果

Tab.3 Basic performance test results of SBSMA and each group of SBS⁃SCMA

图2 SBSMA及不同SC掺量SBS⁃SCMA高温流变性能试验结果

Fig.2 Experimental results of high⁃temperature rheological properties of SBSMA and SBS⁃SCMA with different SC doping amounts

图3 SBSMA及不同SC掺量SBS⁃SCMA车辙因子（G*/sinδ）

Fig.3 Rutting factors （G*/sinδ） of SBSMA and SBS⁃SCMA with Different SC Content

图4 SBSMA及不同SC掺量SBS⁃SCMA低温蠕变性能试验结果

Fig.4 Results of low⁃temperature creep properties of SBSMA and SBS⁃SCMA with different SC doping amounts

图5 SBSMA及不同SC掺量的SBS⁃SCMA老化试验结果

Fig.5 Aging test results of SBSMA and SBS⁃SCMA with different SC doping levels

图6 SBS改性剂及SC颗粒SEM照片

Fig.6 SEM of SBS modifier and SC particles

图7 三种沥青的荧光显微图像

Fig.7 Fluorescence microscopy images of three asphalts

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SBS⁃秸秆生物炭复合改性沥青性能评价

Performance evaluation of SBS⁃straw carbon composite modified asphalt

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