改性沥青现状的研究进展及展望

孟 盈，金燚翥

（哈尔滨电碳厂，哈尔滨 150025）

1 引言

沥青是由成分复杂的碳氢化合物及氧、硫、氮的衍生物组成的混合物。欧洲国家对改性沥青的分析研究始于 20 世纪 40 年代，中国对改性沥青的研究落后于欧洲国家且研究较多的为聚合物改性沥青。改性沥青是指通过在基质沥青中加入橡胶、树脂等高聚物或者一些填料等添加剂，或通过对沥青轻微氧化加工等方法，从而可以把沥青或沥青混合料的性能提高而制备的沥青结合料[1]。 目前，有很多种类的改性剂应用于沥青的改性设计，但通常把改性剂分为三类：热塑型橡胶类，橡胶类和树脂类。广泛应用于沥青中的改性剂有苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）、苯乙烯-丁二烯-橡胶（SBR）和橡胶粉等聚合物。本文将对它们研究现状一一概述。

2 现阶段改性沥青的研究现状

2.1 SBS改性沥青的研究现状

热塑型橡胶类：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（SIS）、苯乙烯-聚乙烯/丁基-聚乙烯（SE/BS）等嵌段共聚物，其中改性剂为SBS最具有代表性。

黄卫东[2-3]研究了 SBS 改性沥青的显微结构，分析描述了 SBS 在沥青中的混合流程，沥青中的SBS 分散与溶胀是一动态平衡过程。并指出SBS 改性沥青在储存过程中软化点可能会出现不同幅度的降低，改性沥青会有离析情况的发生。孙大权[4]等分析了 SBS 改性沥青热储存稳定性，离析指标满足规范规定，实验表明反应性SBS 改性沥青的热储存稳定性显著改善，同时其他性能也得到改善。王涛[5]等研究发现 SBS 微粒易吸收沥青组分中的饱和分，SBS 微粒与沥青并不是完全相容的，饱和分对 SBS的吸附与溶胀是一动态平衡过程。李双福[6]等论述了 SBS改性沥青的机理，指出SBS 与沥青间不存在化学反应，仅仅是简单的分子之间的相互作用。

嵌段共聚物 SBS 可改善柔性，增强抵抗永久变形的能力并减小温度敏感性。它可大幅度改善沥青的耐高温和耐低温能力且所有指标较均衡。由于SBS与沥青并无发生显著的化学反应，只是物理意义上的共融互混。因此SBS 改性沥青形成的是一个不断变化的体系，沥青中均匀散布的 SBS 会在停止搅拌时有从沥青中析出的趋势，从而产生分层的现象。

2.2 SBR改性沥青研究现状

橡胶类：丁苯橡胶（SBR）、氯丁橡胶（CR）、丁二烯橡胶（BR）等，其中 SBR 应用较为广泛，尤其是它以胶乳的形式应用越来越广泛。

SBR改性沥青与 SBS 改性沥青类似，丁苯橡胶以胶粒形式分散在沥青中，胶粒会对沥青的组分进行有选择性的吸收，会在胶粒外表面出现一吸附层，通过胶粒之间的协同作用，使共混物在外力作用下不被破坏。 SBR 改性沥青能够让橡胶沥青的分子量变大，可改善改性沥青的耐高温能力；沥青分子以溶剂的形式出现在橡胶网络中，能够让沥青中的油分降低，温度高时滑动性变缓，能改善其耐高温能力。同时SBR 改性沥青拥有良好的变形能力，使沥青的黏韧性和韧性都可以得到提高。另外，SBR 改性沥青的粘度随温度的升高会出现降低的现象，随掺量的增加会出现增大的现象，当达到某一高温条件时粘度几乎不变。

2.3 环氧改性沥青现状

树脂类：包括热塑性和热固性树脂，常见的树脂有乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺及环氧树脂（EP）等。其中有代表性的为环氧沥青。

环氧沥青属于热固性聚合物材料，由 A 组分和B 组分构成，其中 A 组分为环氧树脂，B 组分为含有固化剂的环氧沥青。A、B 组分在特定条件下便开始发生固化反应，通常表现为环氧沥青的粘度随温度的升高而变大[7]。环氧树脂的热固性使环氧沥青拥有良好的物理性能和力学性能，如强度较高、抗车辙能力强、耐久性及抗疲劳能力优异[8]。张增平[9]等研究发现环氧沥青的特性是有针对性地改善其性能。环氧沥青具有优异的性能，主要是因为环氧树脂存在于环氧沥青中，而环氧基、羟基、醚键等活性与极性基团又存在于环氧树脂中。

但环氧沥青目前仍存在一些缺陷，沥青和环氧树脂在物质构成上有较大差别，主要体现在两者官能团差别较大。因此，制备环氧沥青的关键技术就是充分改善二者的分散性，提高相容性。而目前，我国应用的环氧沥青材料大部分是进口的，国产环氧沥青发展速度较为缓慢。

2.4 聚氨酯改性沥青的探索研究

聚氨酯（Polyurethane, PU）是一种高分子化合物，主链由柔性链段与刚性链段构成，柔性链段多为多元醇，刚性链段多为氨基甲酸酯基和苯环等刚性结构[10]。PU的结构中含有类似酰胺基团和酯基团的结构，所以聚氨酯的化学和物理性质介于聚酰胺与聚酯中间。广义上来说，聚氨酯属于异氰酸酯的加聚物产物。

刘颖[11]等研究了聚氨酯改性沥青胶结料的性能并探讨了聚氨酯改性沥青的机理，结果表明聚氨酯改性沥青具有优异的性能且改性沥青属于反应型聚合物改性沥青。而化学改性沥青可在聚合物体系中加入外加剂，聚合物与沥青之间会发生接枝、交联等反应，此改性技术能很好的解决热储存稳定性不好而产生的离析问题。聚氨酯改性沥青即为化学改性沥青，但国内外对聚氨酯改性沥青的研究报道较少，相关技术研究还不成熟。因此，聚氨酯改性沥青的研究具有重要意义。

3 展望

从研究现状可以看出，改性沥青技术及其应用近年来正逐步走向成熟并应用于各个领域。新型的改性沥青技术有较大的应用研究空间，是目前科研的热点。鉴于此，针对目前存在的问题有必要研发新的材料。综上，大多数改性沥青是通过物理方法对沥青改性，没有从根本上改变沥青的性质，如果对沥青进行改性的过程中引入一定的化学反应，从而在更大程度上改善沥青的性能。PU 是一种正蓬勃兴起的高分子材料，具有塑料和橡胶的双重优点，PU 因良好的性能被广泛应用于国民经济的各个部门，学者把它称为“第五大塑料”。因此以 PU 预聚体、基质沥青和不同的添加剂为原料，制备出一种聚氨酯改性沥青，并对聚氨酯改性沥青的性能评价具有很强的研究意义。