改性沥青研究

公总第１１２期　．Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　路　与　汽　运　８７　改性沥青研究　郑剑锋，方精思　（佛山市交通发展总公司，广东佛山　５２８０００）　摘　要：概述了改性沥青的发展吏，阐速了国内外改性沥青的研究状况．说明了改性沥青的目　的与作用，介绍了基质沥青和改性的试验结果，并对两种基质沥青和加入改性荆后的性能进行了　对比分析。　关键词：公路ｆ改性荆ｆ改性沥青ｆ聚合物　中图分类号：Ｕ４１４．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１－－２６６８（２００６）０１一ＯＯ８７—０３　１国内外研究状况　对聚合物改性沥青稳定性的理论研究是在近些　相容性较好：饱和８　～ｌ２　，芳香和树脂８５　～　８９　，沥青质ｌ　～５　。　美国的Ｂａｈｉａ教授在聚合物改性沥青热储存稳　定性评价指标方面做了颇多的探索。他模拟工程实　际中改性沥青的储存状况和离析凝聚过程，针对聚　年来才兴起的。１９８９年，美国战略公路研究计划　（ＳＨＲＰ）沥青项目Ａ—ＯＯ４把改性剂与沥青作为至　关重要的合同研究内容，由休斯顿西南试验室负责，　合物改性沥青分别在经历短期老化和不经过短期老　化这２种情况，提出了评价储存稳定性的方法：　ＬＡＳＴ法、ＰＡＴ法和ＭＲＴＦＯ法。　目的是通过该研究从根本上解决聚合物与沥青之间　的稳定性问题，为工业化生产改性沥青作指导。　１９９０年，美国政府报告ＡＤ—Ａ２４２１０４改性沥　１９９９年，瑞典皇家技术学院的ＸｉａｏＨｕ　Ｌｕ教授　青专辑中提出了沥青各组分与改性荆间的相互作用　及体系的聚集态研究成果，通过将沥青分解成５组　分（Ａ、Ｎ、Ａ　、Ａ　、Ｐ），分析掺加改性剂后各组分与改　性剂之间的吸收、溶胀作用，从而改变自由沥青的组　分比例和结构，使改性沥青这一多相体系的物理、力　学性质发生了变化，并提出用组分比Ｎ／Ｐ作为评价　改性沥青匀质性的指标。　１９９２年，美国政府报告ＰＢ一９２—１３１５６４中提　采用热储存试验来测试相分离，并通过多种方法加　以评价，对传统的软化点差指标提出质疑，提出了动　态力学分析（ＤＭＡ）、傅立叶变换红外线分析（ＦＴ—　ＩＲ）等。并且在ＤＭＡ和ＦＴＩＲ试验结果的基础上，　探讨了基质沥青品种与ＳＢＳ改性剂的性能、剂量对　离析的影响。　美国国家公路研究合作计划（ＮＣＨＲＰ）第９～　ｌＯ项目（２０００年）中采纳Ｂａｈｉａ教授提出的ＬＡＳＴ　出了相容性和储存稳定性的概念，指出向改性沥青　中添加化学稳定剂可改善其相容性，并用傅立叶变　换红外线分析法（ＦＴＩＲ）测试改性剂的剂量及在沥　（稳定性实验室试验法）来评价沥青混合料的储存稳　定性，采用顶部和底部沥青试样动态剪切模量Ｇ　的　比值和相位角　的比值来评价改性沥青的稳定性。　以上研究的目的是彻底解决聚合物改性沥青的　青介质中的分散情况。此外，研究人员发现经过长　期热储存后的改性沥青的粘性会严重衰减。　１９９５年，瑞典的Ｉｓａｃｓｓｏｎ教授提出了要想获得　相分离，为生产优质沥青打下基础。提出了多种评　价沥青稳定性的试验方法和指标，并努力寻找提高　聚合物改性沥青稳定性的措施。　在国内，近几年才兴起聚合物改性沥青体系的　稳定性理论研究。赵可等人通过组分分析、溶解参　数测定、ＤＳＣ分析等探讨聚合物改性沥青机理；同　济大学黄卫东、孙立军等人探讨了ＳＢＳ改性沥青的　混合原理及过程；上海交通大学通过研究化学反应　优质的改性沥青，必须首先解决改性沥青储存稳定　性的问题。他认为用软化点差难以真实评价聚合物　改性沥青的稳定性。　１９９６年，法国的Ｂｒｕｌｅ教授提出通过机械方式　混合形成的改性沥青由于沥青与聚合物相的化学不　相容性，从而导致聚合物改性沥青相分离，如何从根　本上解决这一问题，须从聚合物改性沥青体系稳定　性方面人手。并提出沥青的组分比例在一定范围时　改性，得到热力学相容的均相聚合物改性沥青。此　外，东南大学、哈尔滨建筑大学、四川Ｉ大学、重庆公路　维普资讯 http://www.cqvip.com

公　路　与　汽　运　Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　第１期　８８　科研所、江苏交通科研所和一些石油化工研究所等　都对聚合物改性沥青机理进行了研究，为我国改性　沥青的发展推广创造了良好的环境。　２改性沥青概述　２．１改性沥青概念　改性沥青是指掺加橡胶、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　料的性能得以改善而制成的沥青结合料。　目前常用的改性沥青主要是高分子聚合物改性　剂改性的沥青，常用的聚合物改性剂有３类：①热　塑性橡胶类，即热塑性弹性体，代表性品种有ＳＢＳ。　它们具有良好的弹性（变形的自恢复性及裂缝的自　愈性），同时兼有高温稳定性和低温抗裂性，已成为　目前最为普遍使用的道路改性剂。②橡胶类，代表　性品种有丁苯橡胶（ＳＢＲ）及其乳液。具有低温敏感　性小、低温抗裂性能好等特点，主要用于改善低温性　能，目前也有较广泛的应用。③热塑性树脂类，代　表性品种有乙烯一醋酸乙烯共聚物（ＥＶＡ）、低密度　聚乙烯（ＬＤＰＥ）、聚烯烃等。主要用来增加动稳定　度和劲度模量，提高抵抗永久变形的能力，在高温地　区应用广泛。　２．２沥青路面的功能　沥青路面应能保证道路全天候行车、不受气候　影响，保证行车高速、舒适、安全、经济。沥青路面的　使用性能包括：①高温抗车辙性能，即抵抗流动变　形的能力。②低温抗裂性能，即抵抗低温收缩裂缝　的能力。③水稳定性，即抵抗沥青混合料受水的侵　蚀逐渐产生沥青膜剥离、掉粒、松散、坑槽而破坏的　能力。④耐疲劳性能，即抵抗沥青混合料受气候影　响发脆逐渐丧失粘结力等的能力。⑤表面服务功　能，包括低噪声及潮湿情况下的抗滑性能、防止雨天　溅水及在车后产生水雾等性能，这些性能直接影响　交通安全及环境保护。⑥行车舒适性能，主要是指　平整度不良产生的行车颠簸，还包括横向平整度。　⑦施工性能，即施工的难易程度。　２．３提高沥青路面使用性能的途径　一般情况下，普通沥青难以完全满足以上路用　性能，要求采用其它技术途径解决目前沥青路面工　程建设中的问题。一般有两条途径可提高沥青路面　使用性能：①改善沥青混合料矿料级配，提高其高　温稳定性能。②改善沥青结合料，采用改性沥青，　２００６年２月　全面提高路面性能。　采用改性沥青的目的：①改善沥青结合料的感　温性（高温稳定性、低温抗裂性）。②改善沥青混合　料的耐久性。③提高沥青路面的抗水损坏能力。　④提高沥青混合料的抗变形能力。　３改性沥青试验结果　３．１沥青材料　对少洛（少林寺一洛阳）高速公路公司所提供的　中海ＡＨ一７Ｏ基质沥青和加德士ＡＨ一７Ｏ基质沥　青进行试验。改性剂有两种：ＬＧ改性剂和岳阳石　化改性剂，添加量分别为４　９，６和５　９，６。　３．２基质沥青和改性沥青试验　试验严格按照规范的要求和方法进行，取得了　大量试验成果。　３．２．１基质沥青试验　１）中海ＡＨ一７Ｏ沥青的试验结果如表ｌ所示。　衰１　中海ＡＨ一７Ｏ沥青试验结果　试验项目　检测结果　针入度（２５℃，１ｏｏ　ｇ，５　ｓ）／Ｏ．１　ｍｍ　延度（１５℃，５　ｃｍ／ｍｌｎ）／ｃｍ　软化点（环与球法）／℃　密度（１５℃）／ｇ・ｃｍ　ＲＴＦＯＴ　质量损失／　（１６３℃．　针入度比／　７５　ｍｉｎ）延度（１５℃，５　ｃｍ／ｍｉｎ）／ｃｍ　６Ｏ℃　粘度／ｐａ・ｓ　叭１３５℃　　加一印０　＂　８　的　撇　∞　㈣　１７５℃　２）加德士ＡＨ一７Ｏ沥青的试验结果见表２。　衰２加德士ＡＨ一７Ｏ沥青试验结果　试验项目　检测结果　针入度（２５℃．１ｏｏ　ｇ，５　ｓ）／Ｏ．１　ｍｍ　延度（１５℃，５　ｃｍ／ｍｉｎ）／ｅｍ　软化点（环与球法）／℃　密度（１５℃）／ｇ・ｃｍ　ＲＴＦＯＴ　质量损失／　（１６３℃，　针入度比／％　７５　ｍｉｎ）延度（１５℃，５　ｃｍ／ｍｉｎ）／ｃｍ　６Ｏ℃　粘度／ｐａ・ｓ　１３５℃　１７５℃　３．２．２改性沥青试验　不同掺加剂下各改性沥青的性能试验结果见表３。　０维普资讯 http://www.cqvip.com

公　路　与　汽　运　总第ｌｌ２期　Ｈｉｇｈｗａｙｓ＆Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　８９　５　５　５　Ｏ　Ｏ　３　Ｏ　４　ＬＧ４　中海ＡＨ－－７０　ＬＧ４　加德士　ＡＨ一７０　９　５　３　６　５　８　９　５　４　４　岳阳石化４　中海ＡＨ一７０　由　。ｌ　ｑｕ　ｌ　８　Ｏ　９　５　５　ｓｓ．ｓ　．　３　ｓ　．。．　ｓｓ．　ｓ¨　ｓ。　８０　ｓ　１０．２　ｓｓ　１　５２０　ｏ．ｓｓｓ¨ｓｓ　Ｏ　ＬＧ５　中海ＡＨ－－７０　４９．４　５　５　ｌ　８　５　　７０．０　２１９．８　＞４４．４　９６．０　－０．０８２　８　．　　９１．６３３　０．３３６　Ｌ　誓　士５０．２５　ｅ¨　ｓ．ｓ　ｓ　ｓ　０．０８９　。　ｚ¨　ｓ　１．０３７　０．２０１　蓦霪　ｓ．。　ｚ．ｓ　ｚｚ．　。。．ｚ　ｓ　－－０．ｉ０１　ｓｚ　…¨ｚｓ　ｏ．ｚｓｓ　４　Ｏ　Ｏ　８　Ｏ　３　４　７　Ｏ　力　。　Ｏ　　—●　１　Ｏ　．　●■　ｓ　Ｏ　—　．　ｌ　５　ｚ　ｓ　ｓｓ　。。　。　ｓ　。　ｓ　０．２０５　ｌ３　４　改性沥青试验结果分析　９　Ｏ　７　８　７　青的离析软化点差较大，容易分层，说明其储存时在　没有稳定剂的情况下离析较严重，稳定性差。　８　１）随着ＳＢＳ剂量的增加，改性效果也随之加　强，具体表现在：针入度减小、软化点升高、５℃延度　３　３）从试验结果可以看出，掺入岳阳石化生产的　＆　Ｈ　２　１　ＹＨ一８０２改性剂５　的加德士重交通道路石油沥　青的低温延度相对较大，综合考虑沥青路面的高温　稳定性、低温疲劳性能，在重交通和温度相对比较低　的地区，推荐掺入岳阳石化生产的ＹＨ一８０２改性　剂和５　９／６的加德士重交通道路石油沥青。　４）大量的Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ旋转粘度试验表明，改性　沥青的粘度相对基质沥青有较大的增加，改性沥青　增大（如有反常，是由改性剂未剪细、分散不均所　致）、弹性恢复变强。软化点的增大可以有效地提高　３　６　５　６　ｌ　９　４　５　６　沥青路面的高温稳定性及抗车辙能力，能有效地提　高沥青混合料的车辙试验动稳定度；５℃延度增大，　７２Ｏ　　　Ｏ　９　ｌ　Ｏ　９　９　低温性能有较大的提高。　Ｏ　ｌ　８　８　７　　．２）离析软化点差是改性沥青配合性的重要指　Ｏ　ｌ　Ｏ　　ｌ标。大量的研究已经表明，改性剂与沥青并没有发　６　３　９　ｌ　９　７　结合料与集料粘结力增强，提高了路面的耐久性。　但由于粘度增大，因此其拌和、运输、摊铺、压实温度　要求也较高。欧洲的研究表明，ＳＢＳ剂量在３　以　上的改性效果显著；在４　～６　范围内，抗车辙能　生明显的化学变化，而是均匀地分散、吸附在沥青　中，仅仅是物理意义上的共存共融。相容性是指改　性剂以微细的颗粒均匀、稳定地分布在沥青介质中，　不发生分层、凝聚或者分离的现象。它取决于改性　剂和沥青两种不同相的界面上的相互作用。相容性　好的改性沥青，改性剂分散均匀，或者成为均匀连续　的网状结构，形成均匀体系。相容性差，则聚合物容　易离析、凝聚、成为非均匀质体。相容性好，则改性　性能和热贮存稳定性好（这是ＳＢＳ改性沥青在储　力有较大提高｝增加到６　时，效果变化不明显。因　而美国的ＳＢＳ改性剂量一般控制在３　～５　。　参考文献：　［１３张继磊，等．外掺剂在沥青路面中的应用ＥＪ－Ｉ．公路与　汽运．２００４（５）．　存、运输过程不发生离析的重要指标）。规范要求离　析软化点差＜２．５℃。表３中试验结果表明，掺入　岳阳石化４％改性剂的中海沥青、掺入ＬＧ　５　９／６改性　剂的中海沥青、掺入岳阳石化５　改性剂的中海沥　Ｅ２３　闵丽娟．ＳＢＳ改性沥青混合料的技术应用ＥＪ－Ｉ．公路与　汽运，２００５（３）　收稿日期ｌ２００５—１２—２１