瀝青改性

隨著國民經濟的發展，車流量越來越大，車荷載越來越重，氣溫逐漸變暖，重交通道路瀝青已不能滿足高等級公路和特殊路段的使用要求，為了提高路面的抗永久變形、抗車轍、抗擁包、抗推移、抗疲勞、抗低溫開裂、抗老化、抗水侵害等病害能力，瀝青材料的研究部門和應用部門提出了對道路瀝青進行改性，以此來提高瀝青材料的綜合性能。

所謂改性瀝青就是在基質瀝青中添加適當和適量的改性劑（一種或多種），以提高或改善瀝青的某些性能，達到路用要求的過程或手段。

瀝青改性劑的種類

1. 樹脂類

2. 熱塑性塑料：聚乙烯PE、EVA等；

3. 熱固性塑料：酚醛樹脂、環氧樹脂等；

4. 橡膠類：天然橡膠NR、SBR、CR、BR、IIR等；

5. 熱塑性彈性體：SBS、SIS、SEBS等；

6. 天然瀝青：湖瀝青、岩瀝青等。

熱塑性彈性體SBS與瀝青具有較好的相溶性和儲存穩定性，兼有較好的高溫性能和低溫性能；目前在國內外，SBS是應用量最多、最廣泛的瀝青改性劑。

SBS是一種熱塑性彈性體，是以丁二烯和苯乙烯為單體，環己烷為溶劑，正丁基鋰為引發劑，四氫呋喃為活化劑，採用陰離子聚合得到的線型或星型嵌段共聚物。SBS高分子鏈具有串聯結構的不同嵌段，即塑性段和橡膠段，形成類似合金的組織結構。由於這種獨特的結構，使其既具有塑料的剛性和塑性，又具有橡膠的柔性和彈性。

SBS即苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(Styrene-Butadiene-Styrene block copolymer, 簡稱SBS)

SBS結構有線型與星型，苯乙烯和丁二烯的比例在生產時可以控制，其分子量從5萬到30萬。所以，在生產改性瀝青時，要根據基質瀝青的性質來篩選SBS，以達到比較理想的改性效果。

改性劑的選擇原則：氣候，交通狀況，路面破壞形式，改性設備，改性目的，經濟效益。。

改性劑的選擇原則

1. 氣候條件：《公路改性瀝青路面施工技術規範》規定不同改性瀝青的登記要求根據氣候區進行選擇；男方夏季炎熱，高溫穩定性要求較高，SBS/PE/EVA等改性效果較好；低溫寒冷區，抗裂性能要求較高，SBS/SBR的改性效果較好；

2. 交通荷載條件：載重小，抗裂要求是重點，SBS/SBR；載重大，抗車轍等永久變形是重點， SBS/PE/EVA。

3. 改性設備，目的，經濟性：成本，改性劑單價和重量等等因素。

SBS的性能不同於其它橡膠，它在常溫下不需要硫化就可以具有良好的彈性，當溫度升到180℃ 以上時，它可以變軟、熔化，易於加工。

SBS物理改性瀝青就是將SBS與瀝青按一定的比例，在180℃ 左右攪拌溶漲，通過膠體磨研磨，使SBS顆粒達到10微米以下，與瀝青混合的過程。所形成的瀝青體系是非穩定體系，產品需要不停攪拌，停止攪拌SBS就凝聚成大膠粒從瀝青中析出。在物理改性的基礎上，引入化學穩定劑，使SBS與瀝青發生交聯反應，形成相對穩定的膠體體系，使SBS既不發生離析又不發生SBS降解，以實現產品長期儲存、長距離運輸。離析和降解是物理-化學改性瀝青的技術核心。

離析：聚合物析出、分層；降解：聚合物降解性能衰減。

穩定劑組成:

引發劑(A)+活化劑(B)+交聯劑(C)

穩定劑反應機理：

在一定的溫度下,將SBS粉碎到一定細度吸取瀝青中的飽和烴、芳烴，體積溶脹，形成網狀結構，在引發劑和活化劑的存在下,交聯劑參與反應,SBS與瀝青中的烯鍵、官能團發生交聯，形成穩定的膠體體系，使瀝青與SBS膠體體系既不發生離析又避免了SBS降解，從而達到SBS改性瀝青體系穩定和長期熱儲存的目的。

SBS優化與篩選：改性劑與基質瀝青有較好相溶性只是改性瀝青生產的前提，要想生產出優質的產品，必須對SBS進行優化篩選，由於SBS有線型和星型，分子量從5萬到30萬，十多個品種，對於一種基質瀝青而言，可與之配伍的改性劑有一定的局限性。目前多數採用中分子量的線型。

SBS改性瀝青的生產與質量控制：改性劑與基質瀝青有較好相溶性只是改性瀝青生產的前提，要想生產出理想的產品，必須對SBS進行優化篩選，由於SBS有線型和星型，分子量從5萬到30萬，十多個品種，對於一種基質瀝青而言，可與之配伍的改性劑有一定的局限性。改性瀝青產品有八個指標（針入度、軟化點、延度、粘度、彈性恢復 、針入度指數、延度，彈性恢復）與基質瀝青和改性劑的選擇有關，這八個指標既相互聯繫又相互矛盾。

改性劑與基質瀝青的相溶性主要取決於兩者之間的界面作用、基質瀝青的組分以及聚合物的極性、顆粒大小、分子結構等因素。一般地，聚合物的極性強，分子結構與瀝青愈接近，則它與瀝青的相容性愈好、相應地改性效果也較好。

國內研究：表明聚稀烴類改性劑與高飽和分的瀝青相容性較好，而SBR、SBS等與高芳香分的基質瀝青相容性較好。

國外研究：比利時FINA公司在對大量的SBS改性劑研究後發現，基質瀝青中瀝青質的含量越高，相容性愈好，瀝青質對改性效果影響極大。美國化學家布爾（Brule）甚至給出了相容性較好的基質瀝青的組分比例：

飽和分 ：（芳香分+膠質）：瀝青質=（8-12%） ：（85-89%） ：（3-7%）

聚合物SBS對改性瀝青的影響

線型的SBS與瀝青相容性較好，易加工，產品的綜合性能較好，一般選擇分子量為11—14萬的SBS產品；星型的SBS與瀝青相容性一般，加工較難，如選擇適當，產品的綜合性能比線型的好，一般選擇分子量為17—25萬的SBS產品；結構相同的SBS，分子量越小，越易與瀝青相容，加工容易，產品的軟化點低，低溫延度小，彈性恢復差，只有提高SBS的加入量，增加成本，來提高產品的綜合性能。分子量越大，與瀝青相容越難，但產品的綜合性能好，生產技術條件相對苛刻。

改性瀝青的發展趨勢

1. 高性能，針對性強：不同的病害採用不同的改性材料和改性技術；

2. 高性價比：同樣的效果採用價格低低廉的改性材料，降低工程造價；

3. 綠色環保：廢舊材料的循環利用，廢舊混合料再生技術的研發與推廣應用；

4. 節能低碳：溫拌、冷拌技術的發展，乳化瀝青的應用-微表處、稀漿封層、冷再生技術的研發與推廣應用。

近年研究的幾種特種瀝青：

1. 應力吸收改性瀝青

2. 高粘改性瀝青

3. 高模量改性瀝青

4. 穩定型橡膠改性瀝青

5. 廢瀝青混合料熱再生添加劑
6. 廢瀝青混合料冷再生添加劑—乳化瀝青

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