改性乳化沥青分析

陈先华东南大学交通学院

摘要：本文分析了我国聚合物改性沥青的应用现状，总结了我国十多年来的聚合物改性沥青的研究成果与应用的经验，并对我国改性沥青的研究工作了进行较深入的探讨，提出了较为客观实际的建议。

关键词：聚合物改性沥青应用现状分析

Analysis on Current Application of Polymer Modified Asphalt

Xianhua Chen Transportation Institute,Southeast University China

Abstract

This paper analyzed current application of polymer modified asphalt of China

and summarized relative research and experiences of application. The paper also

discussed what the country’s modified asphalt research work should do next and

put forward some proposal.

【Key Words】Polymer Modified Asphalt Current Applications Analysis 1、我国改性沥青概述

根据《公路改性沥青路面施工技术规范》（JTJ036-98），所谓的改性沥青是指通过往沥青中掺加”橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂（改性剂）”或采取“对沥青轻度氧化加工”等措施，“使沥青或沥青混合料的性能得到改善”而制成的沥青结合料。改性剂则指的是“在沥青或沥青混合料中加入的天然或人工的有机或无机材料”，它应“可熔融、分散在沥青中”、能够“改善或提高沥青路面材料性能”、“与沥青发生反应或裹复在集料表面上”。从上面的叙述可以看出，沥青改性可以分为物理改性与化学改性两大类。本文仅涉及狭义的改性沥青，即化学改性沥青中的聚合物改性沥青。

我国对沥青及沥青混合料改性的技术研究已有近二十年的历史，范围基本上涉及到路面使用性能改善的每一方面，并且在许多方面取得了有较大实用价值的成果，主要表现为：

(1) 广泛应用于工程实际的SBR橡胶改性产品，如重庆交通科研所研制的湿法SBR；

(2) SBS等热塑性弹性体改性技术及PE等树脂类复合改性技术，如国创一号、二号；

(3) 作为“八五”攻关项目的土工格栅、土工布等改善沥青路面结构力学性能的物理改性技术；

(4) SMA（Stone Mastic Asphalt）及相应桥面铺装的研究；

(5) 成套沥青改性设备开发研制，如北京国创改性沥青有限责任公司的LG-8型炼磨式设备等；

总结我国改性沥青的研究与应用情况，主要呈现这几个特点：我国关于改性沥青的研究工作起步较早，基本上是与国际同步的；我国的改性沥青研究工作主要停留在实验室与试验路上，而且各研究工作几乎是由各高等院校、科研院所独立完

成的，缺乏象美国SHRP那样的大型系统工程；我国改性沥青的应用规模很小，或者说根本谈不上应用规模，相应的沥青改性设备与成套生产-施工-管理工艺的研究工作显得滞后。也正是由于此，改性沥青的成本与国外相应改性沥青的成本而言，无多少竞争优势。

2、国内改性沥青的技术水平

2.1沥青改性的关键技术

沥青作为一种复杂的高分子碳氢化合物，在一定温度与荷载作用下表现为典型的弹-粘-塑性，并且在高温与紫外线照射下会产生老化现象。因此加入改性剂的主要目的就是要改善沥青混合料在高温下的路用性能，提高其抗车辙、抗疲劳、抗老化及抵抗低温开裂等方面的性能。沥青改性效果的关键在于解决改性剂与沥青的相容性问题[1]。所谓相容性，在热力学上的含义是指明两种或两种以上物质按任意比例形成均相体系（或物质）的能力。但实际生活中能够完全互溶的物质几乎是不存在的，因此道路工程上所指的相容性是指“聚合物改性剂以微细的颗粒与基质沥青发生反应或均匀、稳定地分散在基质沥青中，而不发生分层、凝聚或离析等现象”。改性剂与基质沥青的相容性主要取决于两者之间的界面作用、基质沥青的组分以及集合物的极性、颗粒大小、分子结构等因素。一般地，聚合物的极性愈强，分子结构与沥青愈接近，则它与基质沥青的相容性越好，相应地改性效果也较好。国内的研究还表明聚烯烃类改性剂与高饱和分的沥青相容性较好，而SBR、SBS等则与高芳香分的基质沥青相容性较好[2]。比利时FINA公司（国内有其分部）在对SBS改性剂进行大量研究后发现，基质沥青中沥青质含量对SBS改性效果的影响极大，基质沥青中沥青质的含量越高，相容性越好。美国化学家Brule甚至还给出了相容性较好的基质沥青的组分比例：饱和分：（芳香分+树脂）：沥青质=（8-12%）：（85-89%）：（1-5%）。从这些研究中，我们可以看出改性剂与沥青的相容性与基质沥青的组分密切相关，但目前国内国际上对此尚无统一的看法，这里不再赘述。

2.2沥青的改性性能与改性机理

改性沥青的主要功用之一是提高沥青混合料在高温下的抵抗变形能力，而在其他温度下对沥青或沥青混合料的特性无不利作用。纵观国内聚合物改性沥青的研究与应用情况，改性沥青通常具有如下几个特点：

(1) 优良的高温稳定性；

(2) 较好的低温抗裂和抗反射裂缝的能力；

(3) 粘结力及抗水损害能力增强；

(4) 具有较长的使用寿命。

不同种类的改性剂对沥青性能的改善作用是不一样的，一般地，树脂类材料改性后沥青的针入度下降、软化点上升，而延度变小。橡胶类材料改性后，沥青的针入度会有所降低，而延度与软化点都会上升；热塑性弹性体材料则具有良好的双向改性功能。对于沥青的改性机理，目前尚无定论，总结所搜集到的资料与观点：(1) 聚合物与沥青的共混体的最佳状态：聚合物以离散相状态均匀分布在呈连续相的沥青介质中，这种结构类似于用级配理论中的骨架密实结构；

(2) 聚合物在沥青中会产生溶胀现象；

(3) 聚合物在沥青中的掺量存在一个临界值（即美国科学家Collins所称的临界掺量），达到临界掺量时，聚合物形成一种稳定而富有弹性的网络结构；当超过此值时，改性体系发生相变，聚合物由非连续相转化为连续相，沥青由连续相转化为非连续；在另一方面过高的掺量会大大增加改性成本而显得不经济）[3]。