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SBS改性沥青热储存稳定性快速检测及简化模型的探讨

文档作者：陈明杰文档来源：厦门华特公路沥青技术有限公司		更新日期： 2026年08月07日	点击数：
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2025年4月
·标准与检测·
石油沥青PETROLEUM ASPHALT 第39卷第2期
SBS改性沥青热储存稳定性快速检测及
简化模型的探讨
陈明杰
（厦门华特公路沥青技术有限公司，厦门361100）
摘要：通过对比不同SBS改性沥青热储存稳定性评价方法，发现荧光显微镜法是一种操
作快速、简便的方法。基于java 的公共图像处理软件ImageJ，可以用于分析和统计荧光显
微图像中的SBS相的颗粒粒径，方法操作简便快速。提出SBS改性沥青热储存动力学稳定
性的简化模型，利用斯托克斯定律描述SBS颗粒在沥青中的微观运动情况，可以用于模拟计
算在163℃下不同SBS颗粒粒径在沥青中的迁移速度和热储存48h后样品上下含量差。通
过将前人研究的实验观察结果经过溶胀修正后，再与简化模型中模拟的数据进行对比发现，
SBS相溶胀后的粒径大小刚好与简化模型中模拟的48 h离析结果大致相符。简化模型若要
应用于SBS改性沥青热储存稳定性的实际评价，仍需要考虑SBS在沥青中分散时可能发生
的复杂的物理变化和化学变化，同时需要结合大量的SBS粒径与离析结果的研究工作。
关键词：SBS改性沥青离析热储存稳定性显微图像分析简化模型分析
SBS改性沥青热储存稳定性是指在热储存过
程中不发生离析的性能，是影响 SBS 改性沥青
品质的重要因素。受到原材料、加工工艺、运输
条件、储存条件等因素的影响，特别是原材料的
影响，SBS和沥青的相容性越好，SBS改性沥青
也越稳定。因此，要获得稳定合格的改性沥青，
不仅要考虑动力学，更要考虑热力学。为了改善
SBS改性沥青热储存稳定性，众多学者开展了许
多研究[]。
1热储存稳定性评价方法
现行规范的热储存稳定性评价方法为《公路
工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTGE20一
2011)聚合物改性沥青离析试验T 0611—2011,
样品在163℃的烘箱中竖立静置48h后，用顶
部和底部样品的软化点差值来评价离析程度[2]
荧光显微镜技术在2003年欧洲标准EN13632：
2003中首次被规范化应用，对于改性沥青样品
荧光镜片的制备流程、结果表达和特征图像进行
了详细描述[3]。陈成勇[4]等采用动态剪切流变
仪、红外光谱仪、荧光显微镜等设备，进行SBS
改性沥青储存稳定性试验方法的对比与分析，发
现荧光显微法与离析试验的相关性较好，且快速
简便。彭煜等[5]采用动态剪切流变仪快速检测
SBS改性沥青的热储存稳定性，建立了黏弹性系
数（V。）函数模型，定义了评价指标稳定因子
（R），检测时间可以缩短至2 h以内。王海战
等[6]采用基于红外光谱法的特征峰面积离散系
数值来表征SBS改性剂分布的均匀情况，从而
快速预判改性沥青稳定性。孔彦合[7]借助MATLAB
软件对改性沥青荧光图像进行图像变化、
图像增强和复原、图像分割等手段转化为细节清
晰的二值图像，通过颗粒含量表征、形貌表征和
分散性表征三个角度从改性沥青二值图像中提取
七个图像参数用以评价SBS改性沥青的相容性。
程志豪等[8]采用絮凝滴定法试验进行了高黏改
性沥青的絮凝过程观测，直接从材料胶体体系的
胶溶能力和相容性参数出发量化分析改性沥青材
料胶体结构相容稳定性。孙宝新等[9]利用电化
收稿日期：2024-11 -01
作者简介：陈明杰（1988一），男，硕士，工程师，毕业于
厦门大学材料学院材料加工工程专业，主要研究方向：SBS
改性沥青。E-mail：chenmj@xmhuate.com。
64
学检测技术检测改性沥青中SBS含量，基于SBS
含量电化学检测技术评价改性沥青储存稳定性。
Zhang等[10]分别从软化点、储存稳定性指数
（I.）、DSR、FTIR等角度评价生物质油改性沥青
的热储存稳定性。熊萍等[1I参考美国国家公路
合作研究计划的LAST法，通过检测SBS改性沥
青的动态剪切流变性能，提出离析率（R）用于
评价改性沥青的储存稳定性。
表1中列出了改性沥青不同储存稳定性评价
方法所用仪器、的样品处理方式、评价方式及试
验耗时。从表1可以看出热储存稳定性评价方法
的研究方向主要有三个：（1）热储存稳定性的
过程模拟；（2）热储存稳定性的量化评价；（3）
热储存稳定性评价时间的缩短。在SBS改性沥
评价方法
离析试验(JTG
E20—2011.T0661 48h±1h后，冷柜中竖立放置不
2011) 少于4h，全部固化后均分为3截
动态剪切流变163℃±5℃的烘箱中竖立静置
法(DSR) 48h±1h后，冷柜中竖立放置不
少于4h，全部固化后均分为3截
红外图谱法163℃±5℃的烘箱中竖立静置
(IR) 48h±1h后，冷柜中竖立放置不
少于4h，全部固化后均分为3截
电化学检测法163℃±5℃的烘箱中竖立静置
48h±1h后,冷柜中竖立放置不
少于4h，全部固化后均分为3截
布氏黏度检测163℃±5℃的烘箱中竖立静置
法48 h±1h后,冷柜中竖立放置不
少于4h，全部固化后均分为3截
荧光图谱法样品加热后下滴于载玻片后立
即加盖盖玻片，冷却至室温
动态剪切流变样品加热后下滴于试验模具中，
法(DSR) 冷却至室温
絮凝滴定法试验样品制备时将0.4、0.6、
0.8g等3种不同质量的沥青样品
分别放入2mL色谱纯甲苯中,放
置至少24h以充分溶解，试验前用
滤网过滤出杂质颗粒，以免杂质颗
粒堵塞管道，对样品晶体池产生损
伤
LAST法在LAST法储存稳定性试验仪器
中放置72h后，分别从盛样筒的底
部和距顶部1/3处取样
石油沥青
青的生产和应用过程中，采用离析试验、LAST
法、絮凝滴定法等方式对样品进行处理后再评
价，耗时2～4d不等，具有严重的滞后性，不
利于生产质量控制和应用的质量监督。耗时较短
的热储存稳定性评价方法有荧光显微镜法和动态
剪切流变法。荧光显微镜法操作简单快速，但需
要对荧光图像进行定性和定量分析，如借助
MATLAB软件，对人员的软件操作能力有一定要
求。动态剪切流变法所使用的仪器价格昂贵，大
部分的加工工厂或拌和站难以推广。加工工厂或
拌和站仍采用离析试验进行评价。
因此，操作快速、分析准确又简单的荧光显
微镜法对SBS改性沥青的生产和应用具有重大
的实用意义。
表1热储存稳定性不同样品处理方式和评价方法
样品处理
163℃±5℃的烘箱中竖立静置
2025年第39卷
评价方式主要仪器预计耗时
对顶部和底部的沥青试样同时进行软化点沥青软化约3d
试验，计算其差值点仪
对顶部和底部的沥青试样进行动态剪切试动态剪切约3d
验,采用应变控制，复数模量G*、相位角8， 流变仪
计算离析率
分别测定未离析的、离析后顶部和底部的
沥青样品的红外光谱图吸收峰面积S966和
S1377,计算其面积离散系数
对顶部和底部的沥青试样进行电化学检测
SBS含量，计算含量差
对顶部和底部的沥青试样进行黏度检测，
计算储存稳定性指数Is
采用荧光显微镜，在适当倍数下观测分布
形态，进行滤波降噪、均匀化、二值化及连通
域标记算法等步骤，计算荧光显微相态SBS
相粒径
试验温度为（64、67、70、73、76、79、82、
85）℃条件下，进行动态剪切试验，获取各试
验温度下的复数模量G*、相位角8,建立黏
弹性系数V。函数模型,计算稳定因子Rr
试验时由滴定泵以0.25mL/min的低速率
泵送异辛烷滴定剂对样品溶液进行滴定；同
时由循环泵以2.5mL/min高速率泵送样品
溶液经过橡胶管路流动至光度计中的流动晶
体池，以观察波长740nm处溶液透光率随着
滴定过程的变化，完成透光率检测，计算胶溶
状态指数P
对顶部和底部的沥青试样进行动态剪切试
验，计算离析率
红外光谱约3d
仪
电位滴定约3d
仪
布氏黏度约3d
仪
荧光显微约1h
镜
动态剪切约2h
流变仪
自动絮凝约2d
滴定试验仪
LAST法储约4d
存稳定性试
验仪器
第2期
2荧光显微图像快速分析方法
2.1荧光显微图像的定性分析
陈成勇等展示了荧光显微图像的定性分析方
法[4]。不同状态下的SBS改性沥青荧光显微图
像显现不同的微观结构，热储存稳定性也不相
同：（1）稳定状态：颗粒细密，分布均匀，具
有良好的热储存稳定性；（2）亚稳定状态：颗
粒明显，相对稳定，不同样品的热储存稳定性可
能好，也可能不好；（3）不稳定状态：颗粒形
态不稳定，热储存稳定性不好。利用该方法，若
荧光显微图像为稳定状态或不稳定状态，可以快
速的判定SBS改性沥青的热储存稳定性。唯一
的不确定性在于，没有明确的方法判断亚稳定状
态的SBS改性沥青的热储存稳定性。
2.2荧光显微图像的定量分析
不少学者利用MATLAB软件或自主研发的
图像识别处理软件对荧光显微图像进行定量分
析[7]。这些软件对人员的软件操作能力有一定
要求，个别软件未对外公开或需要收费，不利于
荧光显微镜法的推广。
现介绍一款基于java的公共的图像处理软
件Image J，可以用于分析和统计亚稳定状态的
荧光显微图像中的荧光颗粒粒径。
（1）打开想要处理的图像，File－Open，或
者将图片直接拖动到菜单栏；
(2）设置标尺，Analyze-Set Scale;
（3）将图像转为8－bit，灰度处理，Image
-Type－8-bit，如图1和图2所示；（4）调整
阈值，二值化处理，选中颗粒，Image－Adjust-
Threshold;
（5）打断颗粒的重叠部分，Process－Binary
-Watershed，如图3所示;
（6）自动分析、统计颗粒，Analyze－Analyze
Particles，如图4所示;
(7）保存结果，Results-File-Save As。
通过以上步骤使用ImageJ软件可以快速统
计荧光显微图像的粒径信息。统计出的粒径信息
是否能真实反映样品的微观形态，与拍摄的荧光
显微图像的颗粒边缘清晰度有关。从图2和图3
可以看出，颗粒边缘越清晰，二值化处理后的颗
粒越容易识别；颗粒边缘模糊，二值化处理后的
颗粒可能会消失。为了得到准确的 SBS改性沥
陈明杰.SBS改性沥青热储存稳定性快速检测及简化模型的探讨
3动力学稳定性的简化模型
为了深人了解SBS改性沥青的动力学稳定
性，提出以下简化模型的思路：（1）从动力学
稳定性的单一角度考虑，暂不考虑其他影响因素
和化学变化，沥青视同为均一的分散介质；（2)
65
青的粒径分布图，拍摄荧光显微图像时需要十分
注意。
20um
图1SBS改性沥青的荧光显微图像
图2灰度处理后的荧光显微图像
图3二值化处理及自动识别重叠部分
图4自动统计颗粒的荧光显微图像
66
SBS为分散相，颗粒形态视同为大小一致的标准
球体，且不考虑发生聚合、溶胀、互溶等复杂情
况，分散在沥青中的SBS颗粒较小，处于稳定
或亚稳定状态；（3）基于SBS改性沥青热储存
稳定的众多评价方法仍与离析试验法进行对比分
析和研究其关联性，借鉴离析试验法的评价方
法，分析在163℃热储存48h后上部1/3的样
品和下部1/3的样品的SBS含量变化。在上述模
型中，沥青中SBS颗粒的分散情况被简化为小
颗粒在黏性液体中的分散情况，可以利用斯托克
斯定律[12]描述SBS颗粒在沥青中的微观运动情
况。当达到重力、阻力和浮力平衡时，SBS颗粒
在沥青中则匀速上升，迁移速度如公式（1）所
示。
2r (p2 -pi) g V= 9
式中，u为SBS颗粒的迁移速度，r为SBS
颗粒的半径，PI为SBS颗粒的密度、P2为沥青
的密度，㎡为沥青的黏度，g为重力加速度。
因此，通过沥青的密度、沥青的黏度、SBS
的密度和线膨胀系数等物料性质（见表2），计
算模拟在163℃的储存温度下不同黏度沥青中
SBS颗粒不同粒径的迁移速度。如图5所示，随
着SBS颗粒粒径（d）的增大，u大幅上升；
越小，也越大。借鉴离析试验法的评价方法，
如公式（2）所示，在163℃热储存48h后可以
通过SBS颗粒计算模拟上部1/3和下部1/3样
品的SBS含量差（△β）。如图6所示，随着SBS
颗粒d的增大，SBS改性沥青样品上部和下部的
SBS△β大幅变大；㎡越小，△β也越大。
4p=w, - W2 I _ TTp,utd, Wo
式中，wo为样品离析前的SBS质量分数，
W,为离析后上部1/3样品的SBS质量分数，W2
为离析后下部1/3样品的SBS质量分数，P2为
沥青的密度，t为热储存时间，d,为铝管直径，
m²为沥青样品的质量。
4简化模型的应用与分析
杨喜英[13]通过红外光谱法分析了离析试验
中的5%SBS改性沥青样品上部和下部的SBS含
量差△w=|wi-wzl，发现△w≤0.2%，基本未
发生离析。Aw按公式（2）可以转换为Aβ，当
石油沥青
△w≤0.2%，则△p≤4%。从上述动力学稳定性
的分析中，沥青在163℃的黏度越小，迁移速度
越大，SBS改性沥青离析的可能性越高。因此,
沥青在163℃的黏度取下限0.08Pa·s进行SBS
颗粒d的测算，发现当d≤5.5μm时，样品上
下含量差Ap≤4%，SBS改性沥青基本未发生离
析。如图7所示，在163℃热储存下样品上下含
量差△β达到4%的时间t随着SBS粒径d的减
少大幅增大，由此可见，SBS粒径只要足够小，
SBS 改性沥青可以在一定时间内达到一定程度的
动力学稳定。
表2物料的性质和设定值
项目70#重交沥青
密度/(g：cm3) 1. 035(15 ℃)
(1) 163 ℃黏度/ (Pa : s)
体积校正方法
a.热塑性弹性体的线热膨胀系数，一般在5×10-5~7×
10-5英寸/英寸·F[15]，取中值进行模拟计算。
0.016
(s . um)/取
黏度/(Pa·s)
0.012·0.08 ·0.09·0.100.11
0.008
0.004
0
0 123456 78910
粒径/um
图5 163℃下不同黏度沥青中SBS粒径d与
迁移速度的关系
14
12黏度/(Pa·s)
?0.08·0.09·0.10 ·0.11 0.12
10
(2) 38 6m2
4
2
0
0
图6在163℃热储存48h后样品上下含量差与
SBS 粒径的关系
Jiqing Zhu等[16]通过建立一种具有黏弹性效
应的聚合物改性沥青的相场模型，模拟聚合物改
性沥青的富 SBS 相和富沥青相的相态变化，发
现在180℃下富SBS相的溶胀率（富SBS相的
2025年第39卷
SBS
0. 93(20 ℃ )
0. 08 ~ 0. 12
ASTM D4311-04[14]线热膨胀系数
456578910
粒径/um
·0.12
第2期
面积百分比与初始值的比值）在7～10范围之
间。陈成勇等[4]通过荧光显微镜法观察分析300
组 SBS在沥青中的分散样本，发现若粒径小于
1.6μm，未发生离析；若粒径介于1.6~1.9μm，
可能发生离析；若粒径大于1.9μm，发生离析。
考虑到SBS改性沥青在热储存过程中SBS相会
发生一定的溶胀，若溶胀率在7～10范围之间，
则粒径为1.6μm的SBS相溶胀后的粒径可能为
4.2~5.1μm，粒径为1.9μm的SBS相溶胀后
的粒径可能为5.0~6.0 μm。通过将前人研究的
实验观察结果经过溶胀修正后，再与简化模型中
模拟的数据进行对比发现，SBS相溶胀后的粒径
大小刚好与简化模型中模拟的48h离析结果
（图7）的区间范围大致相符。
500m 黏度/(Pa·s)
400F ·0.08 ·0.09·0.10
300
200F
100F
oL
1 23 45.6 78910
粒径/μm
图7在163℃热储存下样品上下含量差Ag达到
4%的时间与SBS粒径的关系
简化模型成立的设定条件过于理想，未考虑
SBS在沥青中分散时可能发生溶胀、互溶、聚
合、交联等复杂变化。因此，简化模型若要应用
于SBS改性沥青热储存稳定性的实际评价，仍
需要考虑SBS在沥青中分散时可能发生的复杂
的物理变化和化学变化，同时需要结合大量的
SBS粒径与离析结果的研究工作。
5结论
a）通过对比不同的SBS改性沥青热储存稳
定性评价方法，发现荧光显微镜法是一种操作快
速又简便的方法。
b）基于java的图像处理软件ImageJ，可以
用于分析和统计荧光显微图像中的SBS相的颗
粒粒径，方法操作简便又快速。
c）提出SBS改性沥青热储存动力学稳定性
的简化模型，利用斯托克斯定律描述SBS颗粒
在沥青中的微观运动情况，可以用于模拟计算在
163℃下不同SBS颗粒粒径在沥青中的迁移速度
陈明杰.SBS改性沥青热储存稳定性快速检测及简化模型的探讨
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·0.11 ·0.12
67
和热储存48h后样品上下含量差。
d）通过将前人研究的实验观察结果经过溶
胀修正后，再与简化模型中模拟的数据进行对比
发现，SBS相溶胀后的粒径大小刚好与简化模型
中模拟的48h离析结果大致相符。
e）简化模型若要应用于SBS改性沥青热储
存稳定性的实际评价，仍需要考虑SBS在沥青
中分散时可能发生的复杂的物理变化和化学变
化，同时需要结合大量的SBS粒径与离析结果
的研究工作。
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for the Thermal Storage Stability of SBS Modified Asphalt
(Xiamen Huate Highway Asphalt Technology Co. , Ltd. , Xiamen 361100)
Abstract : By comparing different evaluation methods for the thermal storage stability of SBS modified asphalt,
it is found that the fluorescence microscopy method is a rapid and simple operation method. The public
image processing software ImageJ based on Java can be used to analyze and count the particle size of SBS
phase in fluorescence microscopic images. This method is simple and fast to operate, which is conducive to the
promotion of fluorescence microscopy. This paper proposes a simplified model for the thermal storage kinetic
stability of SBS modified asphalt. Stokes'law is used to describe the microscopic movement of SBS particles in
asphalt, which can be used to simulate and calculate the migration speed of different SBS particle sizes in asphalt
at 163℃ and the content difference between the upper and lower parts of the sample after 48 hours of
thermal storage. By comparing the experimentally observed results of previous studies after swelling correction
with the simulated data in the simplified model, it is found that the particle size of the SBS phase after swelling
is roughly consistent with the 48 - hour segregation results simulated in the simplified model. If the simplified
model is to be applied to the actual evaluation of the thermal storage stability of SBS modified asphalt, it is still
necessary to consider the complex physical and chemical changes that may occur when SBS disperses in asphalt,
and at the same time, it needs to be combined with a large number of research works on SBS particle
size and segregation results.
Keywords: SBS modified asphalt, segregation, thermal storage stability, microscopic image analysis,
simplified model analysis
·短讯·
一种具有修复功能的改性沥青防水卷材及其制备方法
本发明公开了一种具有修复功能的改性沥青防水卷材，该改性沥青防水卷材依次包括：上表面隔离层、修复层、
防水层、胎基层、黏结层和下表面隔离层。本发明防水卷材产品具有修复层，由于修复层的黏度低，温敏性强；当基
层防水层在施工完毕后受到外界破坏或随着冻融循环产生漏点时，本发明的产品结构通过环境温度暴晒或者辅助烘烤
熔融方式，使修复层产生向变，对防水层进行自修复，便宜耐用；能够避免防水层由于轻微缺陷出现漏水时，则需要
对整个防水层进行翻修而产生的浪费，可以根据渗漏位置，区域性进行自修复，避免漏点不宜查询而产生不必要的工
作，节约能源、节约材料，提高顶层居住人群幸福感。（青岛东方雨虹建筑材料有限公司）／CN116145436B，2024
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石油沥青
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CHEN Mingjie
2025年第39卷

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