SBS改性沥青复合改性研究进展

郭　欣 王有国

(新疆大学建筑工程学院)

SBS改性沥青复合改性研究进展

郭欣 王有国

(新疆大学建筑工程学院)

国内关于SBS改性沥青中加入各种改性剂进行复合改性的研究已有很多，然而对SBS复合改性沥青却缺乏系统的分类。文章介绍了SBS改性沥青复合改性研究进展，将SBS复合改性的改性研究添加剂划分为七类，并总结归纳不同类型改性剂对SBS改性沥青性能的影响。

SBS改性沥青；复合改性；分类；性能

1　引言

苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）改性沥青具有全面改善沥青高低温、疲劳和老化性能被广泛应用于道路建设中[1]。随着复合改性技术的发展应用，对SBS改性沥青二次复合改性已成为研究热点，复合改性技术可以改善SBS改性沥青的不足，进一步提高它的各项使用性能，研究人员通过实验研究了不同改性剂下SBS改性沥青复合改性的性能并取得多项成果。在已有研究成果上可以根据不同地区不同使用要求，使用不同改性剂对SBS改性沥青复合改性提高SBS改性沥青的性能，使之满足环境使用要求，扩大SBS改性沥青的使用范围。本文在已有相关研究基础上对SBS改性沥青复合改性添加剂分类，归纳总结不同类型SBS复合改性沥青的性能。

2　改性沥青

现在道路改性沥青一般是指聚合物改性沥青，在沥青或沥青混合料中加入天然的或人工的有机或无机材料，可熔融、分散在沥青中，改善或提高沥青路面性能，使沥青或沥青混合料的性能得以改善[2]。按照改性沥青改性剂的不同一般可分为3类[1]:①热塑性橡胶类,即热塑性弹性体；②橡胶类；③树脂类。其中热塑性弹性体SBS可以全面改善沥青高低温、疲劳和老化的性能，成为目前应用最为广泛的改性剂。据国外资料表明，SBS改性沥青占改性沥青使用总量的60%[3]，在我国SBS改性沥青使用比例更高。

然而单一改性剂的改性沥青普遍存在问题，为了改善和提高SBS改性沥青的使用性能，国内外研究人员对SBS改性沥青进行了大量复合改性研究。复合改性技术使各改性剂之间互补，充分发挥各自的优势，改善普通改性沥青的性能。复合改性技术的应用也将改性沥青技术的发展推向了新的高度，相信未来更多的SBS复合改性沥青混合料会广泛应用于道路建设。

3　 SBS复合改性沥青添加剂的分类

国内对于SBS复合改性的研究很多,其中杨丽[4]对SBS复合改性添加剂进行了分类，她从改善SBS改性沥青存储稳定性角度将复合改性添加剂分为4类：①含硫化合物；②聚烯烃类；③无机酸及无机金属氧化物；④无机黏土类。本文在归纳总结SBS复合改性沥青研究的基础上对复合改性添加剂进行了重新分类。

SBS复合改性沥青添加剂共分为七类：①树脂类，包括EVA、PE、SBR和PS；②橡胶类包括橡胶粉；③无机酸及无机金属氧化物类，包括多聚磷酸、CaCO3、ZnO；④聚烯烃类，包括聚低密度聚乙烯、聚丙乙烯；⑤无机黏土类，包括蒙脱土、有机蒙脱土、纳米蒙脱土；⑥新型改性剂，包括LDHS、Superflex、TPS（tafpack-super）；⑦其他类包括炭黑、特尼达湖沥青（其他类是复合改性中不能划归类别的独立一类）。

接枝改性是通过化学键结合SBS适当的支链或功能性侧基形成的接枝共聚物。有效提高了改性沥青软化点、粘度、针入度，改善了SBS改性沥青的热贮存稳定性和相容性[5]。接枝改性是在SBS中加入将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、马来酸酐等接枝后再加入到沥青中制备成SBS改性沥青。因SBS复合改性沥青接枝改性不属于改性剂改性，本文没有将接枝改性划分到SBS复合改性沥青添加剂类别中。

4　不同添加剂与SBS改性沥青复合改性性能

4.1树脂类/SBS复合改性沥青性能

董允、王铁宝等人[6-8]研究发现EVA复配SBS改性沥青可以明显改善沥青的高温性能,并且SBS和EVA的含量不同对改性沥青的各项性能指标影响较大，EVA比例越大高温性能改善越明显,但低温性能有所降低。在SBS复配EVA基础上加入稳定剂，可以改善沥青的高温储存性能，提高改性沥青的感温性能、弹性恢复性能、粘弹转变温度和低温性能。于祥、张宝昌[9-10]对EVA复配SBS改性沥青动态硫化，研究发现SBS/EVA复合改性沥青不仅提高了物理机械性能、高温弹性、热稳定性能和高温动态力学性能，也降低了沥青试样的温度敏感性。随着硫磺用量的增大，高温弹性和抗车辙变形能力增强,温敏性下降。

杨朋,郑雷[11-12]研究发现PE和SBS改性沥青复合改性后，沥青混合料的高温性能、力学性能和抗水损害能力有较大提高，而低温性能和抗疲劳性能有所降低,而随着SBS和PE掺加量的增加对混合料路用性能的影响逐渐减弱。

李祝龙[13]研究发现SBR和SBS改性沥青复合改性后可明显提高沥青的高、低温性能和温度敏感性。

张鹏[14]研究发现PS和SBS改性沥青复合改性后其高温性能得到明显改善，扛车辙能力增强。

4.2橡胶类/SBS复合改性沥青性能

胡苗、杨平文等人[15-16]研究发现加入SBS可以显著改善橡胶沥青的感温性，高、低温性能，从黏度指标看，复合改性橡胶沥青黏度值偏低。涂娟研究发现[17]加入胶粉可以提高沥青的耐热老化性能，抗紫外线老化性能得到很大程度的提高。杨光、宋家楠[18-19]研究表明橡胶粉/SBS复合改性沥青具有良好的热稳定性；橡胶粉/SBS复合改性沥青混合料比SBS改性沥青混合料具有更优的高温稳定性能、低温抗塑性变形能力和疲劳性能，适用于在季冻地区路面工程应用。

4.3无机酸无机金属氧化物类/SBS复合改性沥青性能

马爱群、康爱红等人[20-22]研究发现纳米ZnO/SBS复合改性沥青的温度敏感性、高温性能和抗老化性等性能均优于SBS改性沥青，表现出较佳的低温韧性与延展性。在一定程度上改善了SBS改性沥青热储存稳定性,但是效果甚微。

游金梅、毛三鹏[23-24]研究发现多聚磷酸/SBS复合改性沥青可以改善沥青的高温性能、高温稳定性和抗老化性能，但会降低SBS改性沥青的低温性能。而随着多聚磷酸掺量的增加，复合改性沥青混合料的高温抗车辙能力增强，水稳定性变差，疲劳性能增强。

刘大梁、常海洲[25-26]研究发现纳米CaCO3/SBS复合改性沥青的高温稳定性能、动态力学性能和低温抗裂性能得到显著提高。

4.4聚烯烃类/SBS复合改性沥青性能

高光涛、牛冬瑜[27-28]研究发现低密度聚乙烯LDPE/SBS共混物的加入提高了原始沥青的高温性能，并且随着共混物用量的增加，沥青的高温性能也随之提高，温度敏感性显著减弱。LDPE/SBS复合改性沥青混合料的高温性能、低温性能与抗水损坏能力都有所提高，因其具有良好的力学性能，可以提高路面使用寿命。

蒋元海[29]研究发现聚丙乙烯APP/SBS复合改性沥青具有较好的相容性能，且复合改性沥青性能稳定,具有较好的耐老化性能。

4.5无机黏土类/SBS复合改性沥青性能

于祥、刘东明等人[30-31]研究发现蒙脱土MMT/SBS复合改性沥青复合改性有效地提高SBS改性沥青的高温弹性、高温抗车辙变形能力、耐热氧老化能力以及贮存稳定性，但降低了其温度敏感性,对其低温性能不利。唐新德[32]研究发现纳米蒙脱土Na-MMT/SBS复合材料加入沥青中,形成稳定、均匀的网络结构,使沥青在韧性、强度与热稳定性方面具有明显改善。纪轶来、余剑英等人[33-34]研究发现有机蒙脱土OMMT/SBS复合改性明显改善了SBS改性沥青耐热氧老化性能、高温稳定性能、低温性能，同时储存稳定性能也有一定的改善。有机蒙脱土的加入对SBS改性沥青流变性能有显著影响，在长期使用过程中有较好的抗疲劳开裂性能。

4.6新型改性剂/SBS复合改性沥青性能

水滑石类化合物(LDHs)是一类具有层状结构的新型无机功能材料,付建红[35]将新型改性剂水滑石LDHs加入SBS改性沥青中，研究发现LDHs的加入提高了沥青的弹性成分，减小了沥青的粘性成分。微观结构分析表明，LDHs基本均匀地分散在沥青中，没有形成插层或改变分子结构等化学变化，不会损害沥青分子结构。

Superflex（福莱斯）是一种高分子聚合物改性沥青，具有抗高温、抗水损、耐疲劳、制作简单等优点。曾理[36]比较了Superflex改性沥青混合料、SBS改性沥青混合料以及Superflex/SBS复合改性沥青混合料性能，结果表明Superflex/SBS复合改性沥青混合料有良好的高温性能、水稳定性以及抗滑性能，但其低温性能较SBS改性沥青差。而良好的高温稳定性和水稳定性对于南方高温多雨地区来说是不错的选择。

TPS(全称TAFPACK-Super)是日本一种专为排水性沥青路面OGFC而生产开发的沥青改良添加剂。它以热塑性橡胶为主要成分，再配以粘结性树脂和增塑剂等其他成分,用机械搅拌混合方式使普通沥青改良成为排水性沥青路面用的高粘度粘结剂[37]。郭铄[38]研究发现SBS/TPS复合改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能都有很大提高（尤其是抗疲劳性能），水稳定性略有增加。因此，该种复合改性沥青可用于交通量较大的高温重载路段，也可用于钢桥面等特殊路段。

4.7其他类/SBS复合改性沥青性能

严家伋、王仕峰等人[39-40]研究发现炭黑CB加入SBS复合改性沥青中不仅可改变其力学性质,而且可提高沥青的耐久性。随着炭黑用量的增加，高温稳定性提高，改性沥青趋于高温贮存稳定，但炭黑用量太多反而低温性能下降，改性沥青也不稳定。

特立尼达湖沥青（TLA）可以作为一种沥青改性剂添加到石油沥青中。熊刚[41]研究表明TLA掺量对SBS复合改性沥青的性能有很大影响，随TLA掺量的增加，复合改性沥青高温性能和疲劳性能提高，高温稳定性上升，其抵抗永久变形的能力也得到增强，低温性能稍有下降。TLA/SBS复合改性沥青的疲劳寿命随着TLA掺量的增加先增大后减小。王伟[42]研究发现TLA的加入能提高SBS沥青抵抗热老化和紫外老化的能力，TLA/SBS复合改性沥青具有更强的抗老化性能。陈一帆、蔡春华[43-44]研究表明SBS/TLA复合改性沥青混合料在实际应用的过程中表现出非常好的高温稳定性、低温性能、耐久性能和水稳定性等路用性能。适用于重交通和特重交通下的沥青路面。

5　结论与展望

SBS改性沥青复合改性可以有效改善SBS改性沥青的各项性能：①树脂类添加剂可以有效改善SBS改性沥青的高温性能和物理性能，比较适用于南方高温地带使用；②橡胶类添加剂可以有效改善SBS改性沥青的高、低温性能和疲劳性能，适用于在季冻地区路面工程应用；③无机酸无机金属氧化物类添加剂有较强的高温稳定性和抗老化能力，其中ZnO/SBS复合改性沥青表现出较佳的低温韧性与延展性，可以在北方寒冷地区试用；④聚烯烃类添加剂低密度聚乙烯LDPE与SBS改性沥青复合具有良好的力学性能，可以提高路面使用寿命；⑤无机黏土类添加剂表现出较好的高温存储稳定性、流变性和抗疲劳开裂性，可用于南方高温重载路段；⑥新型改性剂Superflex+SBS复合改性沥青混合料有良好的高温性能，水稳定性以及抗滑性能，但其低温性能较SBS改性沥青差，对于南方高温多雨地区来说是不错的选择；⑦TPS/SBS复合改性沥青高温稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性能都有很大提高，可用于交通量较大的高温重载路段，也可用于钢桥面等特殊路段。其他类添加剂中炭黑CB可以提高SBS改性沥青力学性质和耐久性；特立尼达湖沥青（TLA）可以提高SBS改性沥青各项性能，具有更强的抗老化性能。

面对我国高速发展的交通行业，改性沥青已成为道路沥青的不二选择，而SBS改性沥青优异的路用性能也必将成为我国改性道路沥青的首要选择。复合改性技术为SBS改性沥青的研究发展推波助澜，打破了地域环境对SBS改性沥青的限制。深入理解诠释SBS改性沥青复合改性的作用机理对于复合改性研究具有重大的意义，现在意义上的SBS复合改性都仅仅只是两种改性剂对沥青改性，如果能借此揭示复合改性的机理，对多种改性剂复合改性具有十分重要的指导作用，为SBS复合改性的研究应用打开更广阔的前景，未来也会出现多种改性剂复合改性的改性沥青，甚至生产出适用于各种环境地区使用的优质复合改性沥青用于道路建设中。因此对于SBS改性沥青复合改性的研究需要更加深入透彻，揭示复合改性的结构组成、作用机理对改性沥青的研究发展非常重要。●

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