排水性高粘度改性沥青的研究

不同而有所不同。在临界掺量前后改性沥青会出现很大的不同，在达到临界掺量后，SBS
会在沥青中形成网络结构，从而大大改善沥青的各种性能，尤其在粘度方面明显增大很
多。
b)在沥青性质方面，SBS改性沥青的优越性:低温性能好;在常温下粘度很大，粘附
性能好，能抵抗车辙，而在高温时则粘度迅速降低，具有良好的施工和易性;这些性质
都正是人们理想中的沥青所应具有的性能。
2、 SBR
SBR对沥青软化点的改善与基质沥青的性能密切相关。基质沥青的软化点越低，软
化点随SBR的增长率越小，基质沥青软化点越高，软化点随SBR的增长率越大。
SBR可明显改善沥青的低温柔性，SBR对沥青柔性的改善也与基质沥青的性能有关。
基质沥青的针入度越高，改性沥青的低温柔性越好。
高粘度改性沥青的研究
3.1 高粘度改性沥青的特点
排水性沥青混合料是典型的开级配沥青混合料，粗集料的用量占70%以上，在形成
粗集料骨架的同时缺乏细集料填充，因此，如使用普通沥青，则难以对粗集料骨架产生
足够的限制约束作用，混合料的力学性能难以满足要求，因此应采用高粘度改性沥青来
提高混合料的力学性能;此外，排水性沥青混合料的孔隙率大，沥青与空气的接触面积
改性沥青有很多种类，目前，改性沥青在大多数的情况下，指的是高聚物改性沥青。 按照《公路改性沥青施工技术标准》(JTJ036-98)的解释，高聚物改性沥青是指在沥青中 加入橡胶、树脂等高聚物，改进沥青的基本使用性能，而得到的新的共混体系。根据加 入改性剂的不同，高聚物改性沥青可以分为以下三类:
1、塑性橡胶类改性沥青，主要改性剂有SBS等; 2、橡胶类改性沥青，主要改性剂有SBR等; 3、树脂类改性沥青，主要改性剂有PE、APP等。 3.2.2 改性剂的选择 由于用于透水路面的高粘度改性沥青对粘度、软化点等指标要求很高单一改性剂 难以满足要求，因此采用聚合物复合改性方法，以达到指标要求。 1、 SBS SBS(苯乙烯一丁二烯一苯乙烯嵌段共聚物)是国外应用最为广泛的一种改性剂。 SBS之所以能被广泛地用于改性沥青是与它独特的结构有关:在SBS的嵌段共聚物中，由 于聚苯乙烯与聚丁二烯在常温时的不相容性，而共聚物中分子链之间的聚苯乙烯内聚能 密度较大，故其两端首先分别与另外的聚苯乙烯聚集在一起，形成许多约束成分的物理 交联区域，但又因其嵌段是柔性的聚丁二烯链段，这样就形成了网状结构。在低温下， 虽然聚苯乙烯交联点有交联作用，但因聚丁二烯的玻璃化温度较低，此时仍有较好的变 形能力，所以在很低温度下，SBS仍具有硫化胶的性能，故SBS有较好的稳定性。当温
PE能够提高高温性能;PE对低温的影响一般认为是有负面影响。但有研究者却认为
PE能够改善低温性能。HESP教授还从断裂力学的角度分析了聚乙烯对沥青低温性能的
改善。他通过实验证实了加入聚乙烯后，能提高材料的断裂韧性KIC，由此认为低温性 能得到改善。
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本次研究中使用的PE改性剂在增加低温粘度的同时，能够显著降低高温时的粘度，
很好的改善了高粘度改性沥青的施工和易性。
在本研究中，对比研究了SBS＋SBR改性沥青在掺加PE改性剂前后的性能指标，如
表3.4所示。
表3.4 SBS＋SBR改性沥青掺加PE改性剂前后的性能指标
试验项目 针入度（25℃）/0.1mm
软化点（℃） 延度(15℃)/cm 韧度（25℃）/N·m
SBS(10%)＋SBR(2%) 45
≥80 ≥50 ≥20000
163℃旋转 质量变化（％） ＋0.108 薄膜老化 5h 残留针入度（％） 63
＋0.15 67.7
-0.14 77.5
≤0.6 ≥65
从表3.6可以看出，通过SBS和SBR粉末、PE复合改性配制出的高粘度改性沥青在各
项指标上都有很大提高，特别是软化点和针入度指数，这表明高粘度改性沥青不仅在粘
102.2 86.1 18.9
SBS(10%)＋SBR(2%)＋PE(2%) 42
104.5 >100 25.5
26
表 3.4 SBS＋SBR 改性沥青掺加 PE 改性剂前后的性能指标（续）
试验项目
SBS(10%)＋SBR(2%)
SBS(10%)＋SBR(2%)＋PE(2%)
粘韧度（25℃）/N·m
十九世纪六十年年代以来，从法国开始，热塑性弹性体改性沥青开始应用于建筑防 水。八十年代以来，道路行业大量采用热塑性弹性体改性沥青。从1987年～1993年间， 美国公路战略研究计划(Strategic Highway Research Program)的完成，使得改性沥青在道 路上的应用有了更快地发展、研究工作有了更明显的认识。1994年～1996年ASTM新纳 入的用于道路改性沥青和用于建筑沥青有好几个标准。SHRP计划在我国也有较大的影 响，比如1999年实施的《公路改性沥青施工技术规范》中的条文就有不少参照了ASTM 的标准[46]。
表3.1 日本高粘度改性沥青的特性指标
试验项目
特性标准
针入度（25℃）/0.1mm 软化点(℃)
延度(15℃)/cm 薄膜加热质量变化率(%) 薄膜加热针入度残留率(%)
韧度（25℃）/N·m 粘韧度（25℃）/ N·m
60℃粘度(Pa·s) 闪点(℃)
≥40 ≥80 ≥50 ≤0.6 ≥65 ≥15 ≥20 ≥20000 ≥260
大，因此需要在沥青中加入抗氧化的成分，以提高混合料的耐久性能;排水性沥青混合
料的空隙率大使沥青的温感性十分重要，这样才能在温度发生较大变化时对粗集料骨架
结构产生足够的约束和限制。
所谓的高粘度改性沥青，是指60℃的绝对粘度在20000Pa·s以上的沥青，目前日本使
用的高粘度改性沥青的特性指标如表3.1所示。
网络。由聚合物引起的油流动，可造成沥青胶体体系的不平衡，即能使沥青中的芳香烃
和胶质与沥青质不相容，因而导致部分或全部沥青质絮凝。道路沥青中SBS含量一般低
于6%，沥青中部分油分即可将聚合物溶胀，而沥青质由其他油分溶胀。 本研究按照《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》（JTJ 052－1993）[45]的试验方
28.5
31
60℃粘度(Pa·s)
26500
35356
薄膜加热质量变化率(%)
－0.03
-0.14
薄膜加热针入度残留率(%)
75.6
77.5
由以上实验结果可以看出：添加PE改性剂生产出的SBS＋SBR＋PE改性沥青进一步 提高了SBS＋SBR改性沥青的高温稳定性和延展性能。
3.3 高粘度改性沥青的制备
24
度上升至超过聚苯乙烯的玻璃化温度时，则聚苯乙烯的链段软化，失去交联作用，可以
产生流动，所以SBS在施工温度时，易于施工。
聚合物SBS改性沥青的感温性和粘度的机理是:聚合物在沥青中形成弹性网络结构，
这种网络具有理想的弹性、塑性和延伸性。这种苯乙烯一丁二烯一苯乙烯弹性体在制备
和施工温度下不会使粘度增加。但只有当沥青的油分使聚合物充分溶胀才能形成连续的
3.3.1 试验原材料和制备工艺
基质沥青:沥青采用新加坡埃索AH－70重交道路沥青，根据规范对其技术指标进行
测试，结果见表3.5。
表3.5 新加坡埃索AH－70重交道路沥青的技术指标
测试项目 针入度（25℃）/0.1mm
软化点（℃） 延度(15℃)/cm
试验结果 67 47.1
>100
规范要求 60～80 ≥46 >100
3.2 高粘度改性沥青的改性方案比较
3.2.1 改性沥青发展概况
23
第三章 高粘度改性沥青的研究
改性沥青起初以加入单质S来提高沥青的软化点，从而扩大其使用的温度区间。如 果，以加入高聚物为改性沥青的开端的话，则应该追溯到上个世纪的上半叶。从1937年， 英国铺筑的以掺有橡胶碾压沥青为表面的公路开始，法国、德国、美国等国家也大量地 使用改性沥青应用于柔性路面和建筑防水。
SBS(10%) 49 87
>100 18.6 24 24627 ＋0.14 68.6
SBS(10%)＋SBR(2%) 45
102.2 86.1 18.9 28.5 26500 －0.03 75.6
由以上实验结果可以看出：添加SBR胶粉改性剂生产出的SBS＋SBR改性沥青在保
持较好的低温性能的基础上，提高了SBS改性沥青的高温稳定性，改善了SBS改性沥青
技术指标
针入度(25℃,100g，5s) 针入度指数 软化点(℃)
延度(15℃) /cm 60℃粘度(Pa·s)
基质 沥青 67 －0.275 47.1 >100
199
检测结果
普通 SBS
高粘度
改性沥青(5%)
改性沥青
55.7
41.3
0.403
1.56
81.5
>90
>100
>100
227
35356
技术 要求 ≥40
6％ 50.1 82.4 >100 5369 ＋0.13 76.4
8％ 50.8 86 >100 18209 －0.18 89.9
综合以上结果归纳起来可得出以下两个结论：
10％ 49 87
>100 24627 ＋0.14 68.6
12％ 46 95
>100 43930 －0.05 73.7
a)SBS的掺量有一临界值C，一般认为临界掺量在6%左右，当然随原样沥青的性质
SBS:选用湖南岳阳石化YH－791－H线型SBS改性剂；
SBR:采用粉末状SBR改性剂；
PE:采用沙索彼得PE改性剂。
具体步骤是将沥青加热掺入所需剂量的SBS、PE和SBR粉末改性剂，在试验所需的
温度下人工搅拌15分钟，接着开动剪切机，保持该温度高速剪切30分钟，转速4000～5000
转/分，然后在120℃左右放置15～20分钟，使其充分溶胀，即制成所需的高粘度改性沥
基于以上分析，并参考国外推荐指标，本研究对高粘度改性沥青的指标主要采用以
下三方面控制:
1、沥青粘度，60℃粘度不应小于20000Pa.s;
2、沥青的抗老化性能，薄膜加热试验(TFOT)质量损失应不大于0.3% ;
3、沥青的温度敏感性，不仅仅要提高沥青的软化点，还要提高反映沥青温度敏感
性的指标针入度指数PI。
在本研究中，对比研究了SBS改性沥青在掺加SBR改性剂前后的性能指标，如表3.3
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第三章 高粘度改性沥青的研究
所示。
表3.3 SBS改性沥青掺加SBR改性剂前后的性能指标
试验项目 针入度（25℃）/0.1mm
软化点（℃） 延度(15℃)/cm 韧度（25℃）/N·m 粘韧度（25℃）/N·m 60℃粘度(Pa·s) 薄膜加热质量变化率(%) 薄膜加热针入度残留率(%)
法，对比分析了各种不同SBS掺量下改性沥青的性能指标，如表3.2所示。
表3.2 不同SBS掺量改性沥青的性能指标
试验项目 针入度（25℃）/0.1mm
软化点（℃） 延度(15℃)/cm 60℃粘度(Pa·s) 薄膜加热质量变化率(%) 薄膜加热针入度残留率(%)
5％ 55.7 81.5 >100 227 ＋0.15 67.7
的耐老化性能。
3、 PE
聚乙烯常用于改性沥青的是低密度聚乙烯和线型低密度聚乙烯。低密度聚乙烯
(LDPE)树脂是密度为0.910～0.925的白色蜡状物。分子中由于含有多种长短不同的支
链，分子结构不够规整，因而结晶度(55%～65%)低，结晶熔点(108～126℃)也较低， 熔体指数范围(M1=0.2～30)较宽[9]。
青试样。
高粘度改性沥青的生产工艺见图 3.1。
沥青加热脱水
加入 SBS、PE 和 SBR 粉末溶胀
胶体磨高速剪切
检验
图 3.1 高粘度改性沥青的生产工艺
3.3.2 高粘度改性沥青性能分析
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第三章 高粘度改性沥青的研究
表3.6是高粘度改性沥青与基质沥青、普通SBS改性沥青的性能对比。
表 3.6 高粘度改性沥青与基质沥青、普通SBS改性沥青的性能对比
度上较基质沥青有很大提高，而且在温度敏感性上有很大提高，针入度指数达到1.56。
各项性能指标均达到日本的高粘度改性沥青特征指标要求，说明本文通过SBS和SBR粉
末、PE复合改性配制出的高粘度改性沥青具有很好的路用性能，能够满足排水性沥青路
面的使用要求。
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