Performance evaluation of SBS⁃straw carbon composite modified asphalt

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.013

Abstract

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

CLC Number:

TQ334.3

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.

Figures/Tables 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

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

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

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

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

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

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

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

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

Fig.6. SEM of SBS modifier and SC particles

Fig.7. Fluorescence microscopy images of three asphalts

References 30

[1]	周艺，李泉，童瑶，等. 再生剂对SBS改性沥青宏观性能与微观结构的影响［J］. 公路， 2022， 67（6）： 302⁃309.
[2]	崔亚楠，郭立典，陈东升. SBS改性沥青的复合老化机理［J］. 建筑材料学报， 2020， 23（5）： 1 183⁃1 191.
[3]	LI H， ZHANG Y， ZHOU L， et al. Effect of rubber powder desulfurization on the compatibility between rubber and bitumen： combination and insight of experiments and molecular dynamics simulation ［J］. Construction and Building Materials， 2024， 414： 134966.
[4]	HAIBIN L， LICHANG Z， JIANMEI S， et al. Analysis of the Influence of production method， plastic content on the basic performance of waste plastic modified asphalt［J］. Polymers， 2022， 14（20）： 4 350.
[5]	宋亮，王朝辉，舒诚，等. SBS/胶粉复合改性沥青研究进展与性能评价［J］. 中国公路学报， 2021， 34（10）： 17⁃33.
[6]	钱锦华，董福营，陈晓慧，等. 聚合物改性沥青的高温流变性能研究进展［J］. 材料导报， 2023， 37（S2）： 609⁃613.
[7]	ZHANG R， JI Z. Study on the high⁃temperature and aging properties of agricultural waste⁃modified asphalt based on rheology ［J］. Plos One， 2023， 18（6）： e0287732.
[8]	张伟明，修立群，吴迪，等. 生物炭的结构及其理化特性研究回顾与展望［J］. 作物学报， 2021， 47（1）： 1⁃18.
[9]	曹雪娟，刘誉贵，曹芯芯，等. 生物质重油与生物沥青制备及性能［J］. 长安大学学报（自然科学版）， 2019， 39（3）： 27⁃35.
[10]	谭康豪，邹亚，吴维，等. 生物炭的理化特性及在建筑材料领域的研究进展［J］. 建筑科学， 2021， 37（2）： 154⁃164.
[11]	王申宛，郑晓燕，校导，等. 生物炭的制备、改性及其在环境修复中应用的研究进展［J］. 化工进展， 2020， 39（S2）： 352⁃361.
[12]	许云翔，何莉莉，陈金媛，等. 生物炭对农田土壤氨挥发的影响机制研究进展［J］. 应用生态学报， 2020， 31（12）： 4 312⁃4 320.
[13]	王欣，尹带霞，张凤，等. 生物炭对土壤肥力与环境质量的影响机制与风险解析［J］. 农业工程学报， 2015， 31（4）： 248⁃257.
[14]	王鑫宇，张曦，孟海波，等. 温度对生物炭吸附重金属特性的影响研究［J］. 中国农业科技导报， 2021， 23（2）： 150⁃158.
[15]	丁秀婷，张映雪，欧书君，等. 生物炭改性沥青热氧老化性能研究［J］. 化工新型材料， 2023， 51（S2）： 596⁃601+4.
[16]	WANG P， DONG Z J， TAN Y Q， et al. Anti⁃ageing properties of styrene⁃butadiene⁃styrene copolymer⁃modified asphalt combined with multi⁃walled carbon nanotubes ［J］. Road Materials and Pavement Design， 2017， 18（3）： 533⁃549.
[17]	BO L， XIAOLIANG L， SHENG L. Pavement performance analysis of carbon nanotube/SBS composite modified asphalt ［J］. Carbon Letters， 2023， 34（1）： 343⁃350.
[18]	吴智恒，黄伊琳，毕雁冰，等. 石墨烯及其衍生物改性沥青的研究进展［J］. 材料导报， 2024， 38（1）： 61⁃69.
[19]	CHEN Y， HUANG J， MUHAMMAD Y， et al. Study on the performance and mechanism of carbon nanomaterials incorporated SBS composite modified asphalt ［J］. Construction and Building Materials， 2023， 389： 131795.
[20]	TANG Y， FU Z， MA F， et al. Carbon nanotubes for improving rheological and chemical properties of styrene⁃butadiene⁃styrene modified asphalt binder ［J］. International Journal of Pavement Engineering， 2023， 24（1）： 2211212.
[21]	WANG R， YUE M， XIONG Y， et al. Experimental study on mechanism， aging， rheology and fatigue performance of carbon nanomaterial/SBS⁃modified asphalt binders ［J］. Construction and Building Materials， 2021， 268： 121189.
[22]	刘志航，姜蔚，汪林，等. 石墨烯对SBS改性沥青流变性能的影响研究［J］. 公路， 2022， 67（4）： 76⁃82.
[23]	CHEBIL S， CHAALA A， ROY C. Use of softwood bark charcoal as a modifier for road bitumen ［J］. Fuel， 2000， 79（6）： 671⁃683.
[24]	吉淳，赵双，彭超，等. 基于流变参数的咖啡渣炭改性沥青抗老化性能分析［J］. 森林工程， 2020， 36（5）： 106⁃111+18.
[25]	傅珍，林萌蕾，代佳胜，等. 生物炭改性沥青的路用性能［J］. 广西大学学报（自然科学版）， 2017， 42（4）： 1 496⁃1 504.
[26]	YOUQIU Y， YIFAN C， SHUO S， et al. Study on properties and micro⁃mechanism of RHB⁃SBS composite⁃modified asphalt ［J］. Polymers， 2023， 15（7）.
[27]	李祖仲，熊乔扬，刘卫东，等. 植物茎秆纤维结构及其沥青胶浆流变特性［J］. 材料科学与工程学报， 2024， 42（1）： 35⁃41+51.
[28]	范世平，朱洪洲，钟伟明. 基于DSR试验的生物重油再生沥青流变性能评价［J］. 建筑材料学报， 2022， 25（3）： 320⁃326.
[29]	王朝辉，邵捷，宋亮，等. SBS/胶粉复合改性新疆沥青制备及性能评价［J］. 长安大学学报（自然科学版）， 2023， 43（2）： 1⁃15.请补充对应的英文
[30]	杨同伟. 氧化石墨烯对SBS改性沥青流变及抗老化性能的影响研究［J］. 合成材料老化与应用， 2024， 53（1）： 63⁃65+77.