沥青改性剂

在沥青中加入材料提高性能的物质

沥青改性剂是指在沥青或沥青混合料中加入的天然或人工合成的有机或无机材料，可熔融或分散在沥青中以改善或提高沥青的路用性能的物质。如为了提高沥青的机械性能（强度和韧性等），就加入聚合物、树脂、塑料、炭黑、无机盐等增加强度和韧性的材料。

沥青简介

沥青是一种分子量相对较小的、由众多小分子物质组成的非高分子材料共混物，沥青具有较差的弹性和耐老化性的特点。季节的变化对沥青的路用性能影响很大，温度高时，沥青易熔化且易流淌。相反，温度低时，沥青更容易变脆，从而导致沥青丧失流动性。这种性质往往使沥青路面在夏天时出现车辙现象，在冬天时沥青路面温缩开裂，易造成人身和财产的损失。沥青也是一种由天然形成的或者由人力加工的工程材料，主要应用于道路建设中。

随着中国经济的飞速发展，道路交通量的增加，传统的沥青铺成的路面已经无法满足发展的需求，因此，对沥青进行改性，改善和提高其路用性能，以满足不同恶劣环境下的使用需求和对高质量道路沥青日益增长的需求。而沥青改性剂的选择对改性沥青的路用和使用性能起着决定性因素。

改性剂简介

改性沥青是在基质沥青中掺加改性剂，如橡胶、高分子聚合物，或其他填料等外掺剂，或采取对沥青轻度氧化等方法，制成性能得到提高的沥青结合料。改性剂对沥青的改性其机理有两种，一种使沥青化学组成改变的化学改性，另一种则是使改性剂均匀熔入沥青中并且形成具有一定空间网络结构的物理改性。沥青改性剂是指在沥青加入天然的或人工合成的有机或无机材料，可熔融、均匀的分散在沥青中，使沥青路面性能得到提高。

沥青改性剂大体上可分为聚合沥青改性剂和非聚合沥青改性剂两类。聚合沥青改性剂可分为热塑性弹性体沥青改性剂、塑料与合成树脂沥青改性剂、橡胶沥青改性剂和共混型高分子聚合物沥青改性剂四类。而非聚合沥青改性剂是由矿物质和添加剂改性剂两类构成的。

改性沥青目的

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，减少高温时的永久形变，提高其抗车辙、抗疲劳、抗老化，以及抵抗低温开裂或增加低温时抗疲劳能力等方面的性能，使其满足设计使用期间交通条件的要求。此外，还可以改善沥青与矿料的粘附性和结合料的抗氧化能力。改性沥青的主要功用之一是增强沥青混合料在高温下的抵抗永久变形并减小温度敏感性的能力，而在其他温度下对沥青或沥青混合料的特性无不利作用。从国内聚合物改性沥青的研究与应用情况可见,一种聚合物能否作为改性剂通常具有如下条件：

(1)良好的抗高温变形能力；(2)增强抵抗抗低温开裂和抗反射裂缝的能力；(3)改性沥青与集料有较好的粘附性和抗水损害能力；(4)具有抗长期老化能力和较长的使用寿命;(5)与基质沥青具有良好配伍性;(6)在沥青混合料拌和温度下能够抵抗分解;(7)改性沥青容易加工并能批量生产;(8)在使用过程中能够始终保持原有的优良性能;(9)经济上合理，不显著增加工程造价。

聚合改性剂

热塑性弹性体沥青改性剂

热塑性弹性体主要是由苯乙烯嵌段共聚物组成的，如 SBS，SEBS，SIS 等嵌段共聚物。SBS 是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，常见的有直线型和星型结构。学术界普遍认为，SBS 星型结构对沥青的改性效果要明显优于线性结构。SBS 改性剂对沥青具有提高刚度和改善韧性、抵抗疲劳能力、抗水损害能力、抗老化性能和抗剥离能力的特点。并且 SBS 改性剂还具有使沥青的软化点，延展度提高的能力。

对 SBS 改性剂对沥青改性机理进行研究发现 SBS 对沥青的改性通过物理共混和化学改性两方面完成的。他们发现物理改性过程是沥青中的油组分使 SBS 改性剂发生溶胀作用并均匀的分散在基质沥青中，SBS 和基质沥青之间并没有发生化学作用，只是一种物理共混过程，SBS 和基质沥青之间也只是一种分子之间的作用力。而化学改性过程是在基质沥青和 SBS 之间加入添加剂，通过发生化学反应，形成较强的共价键或离子键，使沥青的化学结构得到改变，进而使沥青的化学性质得到改善。

橡胶沥青改性剂

橡胶沥青改性剂是指天然橡胶、丁苯橡胶及其他橡胶类作为沥青改性的外掺剂。其中丁苯橡胶作为沥青改性剂被最为广泛的应用在沥青改性中，胶乳形式是它应用的最主要方式。氯丁橡胶作为沥青改性剂也广泛的应用在沥青的改性中。

塑料与合成树脂沥青改性剂

塑料与合成树脂沥青改性剂主要包括聚乙烯沥青改性剂、呋喃树脂沥青改性剂、聚丙烯沥青改性剂、聚酰胺沥青改性剂、环氧树脂沥青改性剂等。

共混型高分子聚合物沥青改性剂

共混型高分子聚合物沥青改性剂指在沥青中掺入 2 种或 2 种以上的高分子聚合物作为改性剂并对沥青进行改性。掺入的高分子聚合物可以是单独的高分子聚合物也可以是事先经过共混高分子合金。

非聚合改性剂

矿物质沥青改性剂

矿物质改性剂包括硅藻土、胡沥青、天然沥青、硫磺、不溶性硫磺、石棉、岩沥青等。自从 1980 年以后，国外的研究人员就已经开始研究硅藻土对沥青的改性。进入新世纪，我国大量科研人员也开始了对硅藻土作为改性剂对沥青的改性研究。硅藻土作为沥青改性剂可以有效的提高沥青的黏度、强度等性能。

添加剂沥青改性剂

从现有的文献报道，不管是我国还是国外，研究人员对添加剂改性沥青的研究较少。有学者采用季胺盐类：烷基苯磺酸盐约为 5：1 的阴阳离子表面活性剂作为改性剂，制备 O/W 乳化改性沥青，实验结果表明，该沥青具有热稳定性好等优点。

沥青改性技术

沥青改性效果的关键在于解决改性剂与基质沥青的相容性问题。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的能力。但实际能够完全互溶的两种物质非常少，因此在道路工程上所说的相容性是指：聚合物改性剂微细的颗粒与基质沥青组分发生反应，或稳定、均匀地分散在基质沥青中，不产生分层、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基质沥青的配伍性。因此受沥青的组分影响较大，芳香分越高，改性加工越容易，效果越好。大量的研究已经表明，改性剂在沥青中并没有发生明显的化学反应，只是均匀地分散、吸附在沥青中，仅是物理意义上的共存共融。改性剂与沥青的相容性也就是，如何降低基质沥青与改性剂之间的分子力，使其均匀分散是决定改性效果和改性沥青制作工艺的关键因素。一般，聚合物的极性愈强，分子结构与沥青愈接近，它与基质沥青的相容性越好，相应地改性效果也就越好。对于聚合物来说，并不是所有的沥青都可以采用同样的聚合物改性剂和改性工艺达到相同的改性效果的，聚合物有许多品牌，它的改性效果不仅与剂量有关，还受改性剂品种与基质沥青品种配伍性的影响。对于辽河沥青而言，能否加工出效果良好的改性沥青，主要取决于改性剂品种的选择及配伍性的研究。

改性剂的选择

改性剂的选择对保证路面优良性能是十分必要的，许多实践经验表明，如果改性剂选择不当，可能使路面产生早期病害，造成不必要的损失，为此，合理选择改性剂是相当重要的。

改性沥青改性剂的选择应注意以下几点：依据不同的气候条件和当地路面主要病害特点选择。在现行的改性沥青路面施工规范中，对改性沥青的技术指标提出了严格的要求，其不同的指标要求实际上是根据我国“八五”攻关课题成果得到的沥青路面气候分区而建立的，因而不同的改性剂在不同地区使用时的适用性是不同的。

在南方，采用SBS、PE、EVA等改性剂效果较好；而对低温高寒地区，则选用SBR、SBS改性剂较好，但SBR耐老化性较差；在中部内陆地区、华北、中南、西北地区等地，高、低温性能要求均较高，则宜于选择SBS改性剂为妥。

根据不同的荷载作用特性选择。在重载、超载作用严重地区，宜于采用抗车辙性能好的SBS、PE和EVA等改性剂；对行车舒适性要求较高的地区，则选择抗裂性好、弹性作用强的SBS、SBR为好。根据现场加工条件选择。不同改性剂的改性工艺是不尽相同的，依据工地现有加工条件，选择合适的改性剂。进行经济技术比较后确定合适的改性剂。根据改性剂成本、加工费用、改性设备和配套设施增加费用等，计算每吨改性沥青增加的额外费用，在满足路用性能需要的基础上，选择性能价格比优良的改性剂。

剂量的确定

剂量是影响沥青改性效果的主要因素。但聚合物含量较低时，沥青中的芳香酚可将聚合物几乎完全溶解，使沥青与改性剂形成为几乎单一体，沥青的性能变化不大；但聚合物剂量增加，则会出现沥青与改性剂间的相的分离，表现为改性剂被沥青中的轻组酚所溶胀，使得沥青的路用性能得以改善，形成为聚合物的分散体系；改性剂量再增大，尤其是SBS等改性剂，则会形成相互连贯的网络结构，形成两相连续体系，在此剂量下沥青路用性能变化幅度最大，由此得出改善性能最佳的改性剂量；当剂量再继续增大时，沥青相成为非连续相，聚合物则成为连续相，此时改性剂量变化对沥青路用性能影响幅度很小，增加剂量对沥青性能改善不经济。

实际上，在确定合适改性剂量时，也并非必须采用最佳剂量，一般可以得到以下剂量：依据规范或本地区改性沥青所应达到的路用性能要求，由此技术性能指标和得到的性能指标与改性沥青剂量间的关系曲线，得到满足规范要求和本工程需要的改性剂量。根据性能-剂量关系曲线，得到对性能改善效果最明显的临界剂量，或称之为性能改善最佳剂量。考虑改性剂量与改性沥青存储性能关系，在是否添加稳定剂、相容剂的情况下，选择满足工程需要的性能稳定的改性沥青剂量。

综合改性沥青初期费用增加和改性沥青路面服务水平提高、运营费用降低、使用寿命延长、养护维修费用大幅减少等路面使用过程中全过程投资与效益分析情况，得到一个全过程费用分析费用与改性剂量间的相互关系，得到一个合适的经济剂量。

综合以上几种剂量，最后平衡路用性能、改性效果、经济效益等情况，最后得出合适的沥青添加剂量。

我国发展方向

（1）新型沥青改性剂的研究，研究新型节能环保的沥青改性剂，提高沥青的性能指标，提高在恶劣环境下沥青的路用性能，从而提高社会效益和经济效益。（2）对现有的 SBS，环氧树脂等仍然存在一些问题的主流改性剂继续进行研究，并解决这些问题。（3）对向不溶性硫磺，添加剂沥青改性剂等这种研究稀少的沥青改性剂做重点研究，通过大量实验和各种分析手段研究其改性机理，分析改性剂对沥青常规性能和使用性能的影响。

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