沥青改性剂发展综述

顾绍兴 马骏 安会勇

摘 要：介绍了沥青及沥青改性剂的概念，通过把沥青改性剂分成聚合物沥青改性剂和非聚合物沥青改性剂两类进行讨论。讨论近些年来一些高校和研究人员对各种沥青改性剂研究的概况，研究在不同工艺和环境条件下，选用不同种类的沥青改性剂对沥青进行改性，并讨论了不同改性剂对沥青的改性效果。最后，还提出了沥青改性剂的发展方向。

关 键 词：沥青;改性剂;改性沥青

中图分类号：TE 624 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）06-1344-04

Development of the Asphalt Modifier

GU Shao-xing，MA Jun，AN Hui-yong

（Liaoning Shihua University， Liaoning Fushun 113001，China）

Abstract： The concepts of asphalt and asphalt modifier were introduced. The asphalt modifier is usually divided into polymer type and non-polymer type. The research progress in various asphalt modifiers in recent years was introduced， and the modifying effect of various asphalt modifiers under different processes and conditions was researched. Finally， developing tendency of the asphalt modifier was put forward.

Key words： Asphalt; Modifying agent ; Modified asphalt

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。

1 沥青改性剂

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[1]。 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[1]。

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。

1.1 聚合沥青改性剂

1.1.1 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[2]，SEBS[3，4]，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[5]。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[6]。并且SBS改性剂还具有使沥青的软化点，延展度提高的能力。李双瑞等[7]对SBS改性剂对沥青改性机理进行了研究，他们研究发现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。王涛才等[8]人也对SBS改性剂对沥青改性机理进行了研究，他们通过对SBS改性沥青的红外谱图，其组成分布和示差扫描量热法谱图进行分析，并研究了SBS改性剂的改性机理。他们认为SBS和基质沥青之间发生的只是物理改性，SBS改性剂并没有改变沥青的分子结构。Li XIANG等[9]对SBS改性剂对沥青改性的老化性能进行了研究，实验结果表明随着老化时间的增加，5℃延展度下降，而软化点升高。Yonghong Ruan等[10]采用SBS、SBR改性剂对沥青改性，并研究了其对沥青抗氧化、老化和物理性能的影響。实验结果表明，这两种改性剂可以明显有效的使沥青的老化、氧化速率和改性料硬度的降低，进而使沥青的路用性能得到提高。林杰[11]采用韩国SK90沥青作为实验原料，采用巴陵石化公司的SBS1301-1和SBS4303-2两种类型的SBS作为沥青的改性剂，并通过大量的实验研究了不同类型的SBS改性剂及其不同的掺入量对沥青改性的影响。

1.1.2 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。

刘杉[12]采用二氧化硅/丁苯橡胶作为沥青改性剂并制备了一种纳米二氧化硅/丁苯橡胶改性乳化沥青，研究分析了复合改性剂对沥青改性的机理，考察了蒸发残留物质的相关性能。通过实验结果发现，0.025%的纳米二氧化硅+1%丁苯橡胶和0.05%的纳米二氧化硅+0.5%丁苯橡胶的复合改性剂能使改性沥青的延展度大于150;加入纳米二氧化硅对沥青改性后，其软化点提高的同时针入度下降。作者还通过旋转薄膜烘箱实验对改性沥青的抗老化性能进行了考察，得出纳米二氧化硅/丁苯橡胶改性剂有效的提高改性沥青的抗老化能力。

国内外学者利用废胶粉作为改性剂改性沥青已有很多年的历史[13]。郭朝阳等[14]通过利用红外光谱等分析方法，研究了废胶粉作为改性剂对沥青改性的机理。研究发现，温度高时，沥青的轻组分被胶粉吸收，使胶粉溶胀，并使胶粉降解和脱硫，进而使改性沥青的抗老化性能得到改善;常温或温度低时，未溶解在沥青中的废胶粉能使沥青的弹性性能得到改善，使其抗裂性能得到提高。王延国[15]通过大量实验发现随着胶粉改性剂加入量的提高，改性沥青的低温延展性明显增加，软化点得到提高，使改性沥青的针入度呈正态分布。刘红瑛[16]考察了不同粒度的胶粉改性剂对沥青改性的影响。经过实验表明，改性后沥青的软化点、135℃黏度和针入度指数得到提高，低温延展性和抗老化性能都得到改善。细粉的延展度和抗裂性要优于粗粉，而粗粉的软化点和抗车辙能力要好于细粉。

1.1.3 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。

李骏宇[17]用废旧聚乙烯对沥青进行改性，研究了在废旧聚乙烯加入量不同的情况下，对改性沥青的常规指标以及动力学性能影响，并对废旧废旧聚乙烯作为改性剂的改性效果进行了评价。李玉环[18]使用废旧塑料对沥青进行改性，研究了其改性的工艺条件，并对沥青的改性效果进行了研究。作者还提高了其储存稳定性。王涛[19]对比了用聚乙烯和聚丙烯作为改性剂对沥青改性的效果。

环氧树脂作为沥青改性剂被国内外学者研究的最多。上世纪60年代，国外的研究人员就已经开始研究了环氧树脂作为改性剂对石油沥青进行改性[20]。近些年来，我国也开始进行了大量的环氧树脂作为沥青改性剂的研究。张艳银等[21]介绍了环氧树脂改性剂对沥青改性的机理，环氧树脂对基质沥青的改性是化学改性。柯鑫[22]采用环氧树脂作为沥青改性剂，制备了两种不同类型的改性沥青（热混型和溶剂型），考察了它们的性能，结构以及固化反应。通过大量实验结果表明，环氧树脂和传统沥青之间的相容性可以通过使用增溶剂得到显著改善，改性沥青的力学性能也能够被环氧树脂改性剂改善。罗斌等[23]通过对环氧树脂改性沥青红外谱图的分析，得出了环氧树脂改性剂起抑制沥青老化的作用。

呋喃树脂作为改性剂，主要对煤沥青进行改性。杨琴等[24]人把呋喃树脂作为改性剂对煤沥青进行改性，研究了其改性机理。作者通过分析红外谱图以及利用电镜技术观察呋喃树脂改性煤沥青的微观表面结构，对其改性机理进行了研究。研究发现呋喃树脂对煤沥青的改性并不是化学改性，呋喃树脂具有增塑的效果。作者还通过对煤沥青改性前后的TG-DSC分析得出，呋喃树脂对煤沥青改性使其耐热性得到提高。

1.1.4 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。

牛海港[25]把废旧橡胶粉和SBS共混形成复合改性剂对基质沥青进行改性。作者通过实验，研究了共混改性剂的掺入量，确定了实验使用基质沥青以及废旧橡胶粉和SBS共混改性剂的种类。姚同和等[26]把SBS和聚异丁烯共混形成复合改性剂对煤沥青进行改性，研究了改性剂对改性沥青的结构和流变性影响。通过使用电镜技术和流体性能测试得出，共混改性剂提高了煤沥青的弹性和低温黏度，并确定了共混改性沥青的最优掺入量。宋家楠等[27]把胶粉和SBS共混形成复合改性剂对沥青进行改性。通过对比SBS、胶粉、胶粉和SBS共混复合改性沥青的针入度、延展度、软化点等指标上的不同，得出复合改性剂对沥青改性效果最好，且具有经济效益好、节能等优点。

1.2 非聚合沥青改性剂

1.2.1 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。杨松[28]选用硅粉对沥青进行改性，通过对比与基质沥青针入度指数等常规性能指标的差异，研究了硅粉作为改性剂对基质沥青感温性能和温度性能的影响。作者还通过马歇尔配比设计等实验确定了硅粉最佳掺入量的范围。王羽等[29]对硅藻土对沥青改性的机理进行了研究，研究发现硅藻土对沥青的改性可以有效的提高抗车辙能力和高温稳定性。

硫磺也是一种常用的沥青改性剂被大量研究人员所研究，用硫磺改性沥青可以使提高沥青的抗车辙性能、抗疲劳能力和高低温温度性等路用性能。杨锡武等[30]利用红外谱图分析了硫磺对沥青改性的部分变化，研究了硫磺作為改性剂对沥青改性的机理。硫磺对沥青的改性属于化学改性，在一定温度、时间搅拌条件下，适当的掺入量，使两者之间加强了化学作用，硫在沥青中形成H键和硫-氢键，形成了硫醇等结构，使沥青的结构变成三维网状的结构，有效的改善了沥青耐高温变形能力和耐疲劳能力。张小英等[31]发现了在高温条件下，硫磺对基质沥青发生化学改性，提高沥青的软化点，硫磺作为改性剂与沥青的反应速率随温度的升高而加快。王柳英[32]选用熔融法制备的不溶性硫磺（IS）作为改性剂对沥青进行改性。研究了不同不溶性硫磺加入量对沥青软化点的影响。研究表明，随不溶性硫磺掺入量的增加沥青软化点逐步提高，不溶性硫磺作为沥青的改性剂，改性效果优于普通硫磺对沥青的改性。

1.2.2 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。樊芷芸等[33]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。

2 我国沥青改性剂的发展方向

（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现在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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