排水沥青路面高粘改性剂的研究综述★

刘永伟 张楠楠 刘 钦 彭仕军 刘 华

(1.知行良知实业股份有限公司，四川 成都 610000; 2.成都知行新材料技术研究有限公司，四川 成都 610097)

1 概述

在城市化加速过程中，城市内涝和水资源短缺问题日益严重，建设海绵城市迫在眉睫。“排水沥青路面”采用高渗透性的沥青混凝土混合料，改变原来的路面密闭结构，迅速将地表水下渗，结合地下排水管道，将水集中排出收集起来，从而使路面无积水。由于排水路面特别的空隙状结构，还具有降低噪声、减轻眩光、提高行车舒适度、抗滑、减少扬尘、缓解热岛效应等优点，成为城市道路的建设热点。

本文将综述不同聚合物制备的高粘改性剂的研究情况，并分析总结各自的优劣势及发展趋势。

2 热塑性弹性体类

热塑性弹性体(TPE/TPR)，又称合成橡胶或人造橡胶。其特殊的物理交联结构使其具有随温度变化的可逆性的特点，物理、机械性能与硫化橡胶相近，加工性能堪比热塑性塑料。热塑性弹性体因其高弹性、耐油性和耐老化等优势性能，和简单的加工处理工艺过程，满足世界标准的环保要求，已逐步替代传统橡胶成为满足市场需求的新产品。

热塑性弹性体按需求可归纳为通用TPE和工程TPE两个主要类型。聚氨酯类TPE和苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段聚合物TPE的发现为20世纪70年代美欧日等国家批量生产烯烃类TPE奠定了基础，打开了市场需求，催生出诸多TPE品种，逐步形成庞大而完整的TPE体系，为橡胶工业和塑料工业的融合奠定了基础。

其中，主要成分为热塑性橡胶的高粘度沥青为日本的TPS(TAFPACK-Super)。张锐等[2]在研究了TPS对沥青胶结料和沥青混凝土性能的影响后认为，添加TPS的主要作用是增强沥青混合料的高温稳定性和低温性能，同时弹性恢复性能、水稳定性和抗疲劳性能均有提升。

近年来，随着科技进步与投入，沥青添加剂的种类逐步增加，更多新型的热塑性弹性体材料品种不断问世，初步形成了产业化规模。

3 橡胶类

橡胶类高粘改性剂即聚合物弹性体，由合成橡胶、再生橡胶和天然橡胶三种主要成分构成。在道路建设中大多数利用合成橡胶进行沥青改性，合成橡胶具有高度的伸缩性和极好的弹性，同时还具有优良的耐温性能。目前国内使用较多的是SBR,CR,SIR,EPOM,ABR等[3]。

SBR(即丁二烯—苯乙烯聚合物)，目前，30%苯乙烯含量的丁苯橡胶被普遍应用于道路沥青改性中。在沥青改性中，橡胶胶乳形态，SBR胶乳颗粒非常小而且规整，在水中易于分散，当它和沥青混合的时候，很快均匀的分散在沥青中并形成坚固的网状结构[4]。研究表明，SBR胶乳可改善路面开裂问题，增加沥青混合料的延度、弹性[5,6]。

由于SBR价格低廉，在我国得到了广泛的推广应用，特别是在东北等对沥青的低温抗开裂性要求较高的寒冷地区。即便如此，SBR胶乳也逐渐被SBS取代，因为SBS具有更高的抗拉强度和应变力，与沥青相容性也更好[7-9]。此外，许多学者建议用废旧胶粉作为沥青的改性材料[10-14]，此方法可以有效解决废旧轮胎的循环利用问题，节约能源。

4 纤维类

排水性路面空隙率较大，对沥青胶结料的粘度和黏附性要求较高，且沥青膜的厚度和强度要足够大。研究表明，纤维类的改性剂可改善矿粉的分散性，具有增韧和加筋作用[15,16]。在实际应用中，矿物纤维、木质素纤维及聚合物纤维等为最常用的纤维。其中，木质素纤维的应用最为广泛[17]。

Alfonso等[18]研究了木质素纤维对排水性路面多项性能的影响，他认为木质素纤维的加入增加了沥青膜的厚度和沥青对集料的附着性，提高了沥青混合料的耐久性和抗永久变形能力，但劲度模量变化不大。Wu等[19]研究了聚酯纤维及木质素纤维对排水性路面性能的影响。试验结果证明，纤维的参与不仅增加了排水性路面的高温稳定性和机械强度，同时木质素纤维在排水性路面中的路用性能优于聚酯纤维。

综上，纤维能有效提升沥青混合料的多项路用性能。但在实际使用过程中，木质素纤维在沥青混凝土中容易呈棉絮状，易汇聚成团，堵塞空隙，影响应用效果，亟需解决纤维在沥青混凝土中的分散性问题[20]。

5 树脂类

树脂改性沥青(Resin Modified Asphalt)，是树脂和沥青的混合物。在沥青改性中一般采用热塑性树脂，加热后软化、冷却时固化变硬的特点使其可以改进沥青的耐寒性、耐热性、黏结性和不透气性。

常用于改性沥青的树脂有古马隆树脂、无规聚丙烯APP、聚乙烯、酚醛树脂和天然松香等。无规聚丙烯APP改性沥青具有较好的耐高温性，能够克服单纯沥青冷脆热流缺点，特别适用于炎热地区。

6 纳米材料类

纳米技术因其优异性能，使纳米改性沥青不同于其他改性沥青[21]，可以从微观结构上改变沥青性能。正因如此，纳米材料在沥青改性方面开始受到重视，而沥青改性剂是从纳米尺度对沥青的结构和性能进行改性，这是其他沥青改性剂所不能比拟的。

Eidt[22-24]等认为蒙脱土纳米改性沥青(Montmoril-Lonite，MMT)是一种天然粘土，属于层状纳米硅酸盐。他们发现蒙脱土在与聚合物进行复合时，蒙脱土的片层出现插层(intercalation)或剥离(exfoliation)，而获得了插层型(in-tercalated)或剥离型(exfoliated)的聚合物基纳米复合材料。该技术和思路可以应用到改性沥青当中，有望研制出高强度、高韧性、耐高温性、抗老化、耐水的路用改性沥青材料。

虽然聚合物层状硅酸盐纳米复合材料在改性沥青中具有很好的应用前景，然而此类研究在全世界范围目前还不广泛，在改性沥青中应用纳米复合技术仍然面临诸多困难。未来的研究工作重点将围绕硅酸盐在沥青中的完全剥离和纳米分散、提高道路用改性沥青材料的综合性能等展开。

7 其他改性剂

除此之外，想要改善沥青混凝土的某些性能，也可在排水性沥青混合料中加入一些填料类改性剂以及功能性改性剂。水泥或消石灰此类填料性改性剂的加入可明显提升排水性沥青混合料的水稳定性、高温稳定性和马歇尔稳定性。氯化钙可作为主要冰点下降剂使用，将其复合形成冻结延时剂、冰稳定剂和高效环保型融雪剂，与排水性沥青路面相结合，可以研制出性能优良的排水降噪融雪沥青混合料。经试验证明，融雪排水降噪沥青混合料不仅具有良好的高温稳定性和水稳定性，同时具有较好的融雪和除冰性能[25]。

8 结语

1)排水性路面空隙率较大，加大了水、空气和阳光对路面的侵蚀，大大降低了路面使用寿命。所以，排水性路面高黏改性剂不仅要提高混合料的抗水性、高温稳定性、低温抗裂性，还要改善抗氧化性和耐久性。一般来说，通常需要多种聚合物(或改性剂)对其进行复合改性才能使沥青混合料满足排水性路面的全部性能要求，这是单一改性剂无法做到的。研发反应性高黏改性剂是新的研究方向，主要思路为引入反应基团，与沥青发生化学反应，形成比物理结合力更加牢固的化学键，增加排水性路面的稳定性和耐久性。

2)为满足排水性路面的使用要求和增强使用功能，开发具有尾气阻燃、融雪、降解等特殊功能的高黏改性剂成为必然的市场需求。同时，从节能减排的环保角度出发，可使用废胶粉等再利用资源，既提高了路面性能，又降低成本，一定程度上缓解了环保压力。

3)目前，由于国内技术缺乏，高性能的高黏改性剂仍需从国外引进，由此造成的高昂的价格限制了排水性路面在国内的广泛推广和应用。因此，针对目前我国在“海绵城市”建设方面的迫切需求及排水路面高粘改性剂使用实情，在保证路面性能的前提下降低改性剂成本，是今后排水性路面高黏改性剂发展的必然趋势。