改性瀝青現(xiàn)狀的研究進展及展望

孟 盈，金燚翥

（哈爾濱電碳廠，哈爾濱 150025）

1 引言

瀝青是由成分復(fù)雜的碳氫化合物及氧、硫、氮的衍生物組成的混合物。歐洲國家對改性瀝青的分析研究始于 20 世紀 40 年代，中國對改性瀝青的研究落后于歐洲國家且研究較多的為聚合物改性瀝青。改性瀝青是指通過在基質(zhì)瀝青中加入橡膠、樹脂等高聚物或者一些填料等添加劑，或通過對瀝青輕微氧化加工等方法，從而可以把瀝青或瀝青混合料的性能提高而制備的瀝青結(jié)合料[1]。 目前，有很多種類的改性劑應(yīng)用于瀝青的改性設(shè)計，但通常把改性劑分為三類：熱塑型橡膠類，橡膠類和樹脂類。廣泛應(yīng)用于瀝青中的改性劑有苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）、苯乙烯-丁二烯-橡膠（SBR）和橡膠粉等聚合物。本文將對它們研究現(xiàn)狀一一概述。

2 現(xiàn)階段改性瀝青的研究現(xiàn)狀

2.1 SBS改性瀝青的研究現(xiàn)狀

熱塑型橡膠類：苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯（SIS）、苯乙烯-聚乙烯/丁基-聚乙烯（SE/BS）等嵌段共聚物，其中改性劑為SBS最具有代表性。

黃衛(wèi)東[2-3]研究了 SBS 改性瀝青的顯微結(jié)構(gòu)，分析描述了 SBS 在瀝青中的混合流程，瀝青中的SBS 分散與溶脹是一動態(tài)平衡過程。并指出SBS 改性瀝青在儲存過程中軟化點可能會出現(xiàn)不同幅度的降低，改性瀝青會有離析情況的發(fā)生。孫大權(quán)[4]等分析了 SBS 改性瀝青熱儲存穩(wěn)定性，離析指標(biāo)滿足規(guī)范規(guī)定，實驗表明反應(yīng)性SBS 改性瀝青的熱儲存穩(wěn)定性顯著改善，同時其他性能也得到改善。王濤[5]等研究發(fā)現(xiàn) SBS 微粒易吸收瀝青組分中的飽和分，SBS 微粒與瀝青并不是完全相容的，飽和分對 SBS的吸附與溶脹是一動態(tài)平衡過程。李雙福[6]等論述了 SBS改性瀝青的機理，指出SBS 與瀝青間不存在化學(xué)反應(yīng)，僅僅是簡單的分子之間的相互作用。

嵌段共聚物 SBS 可改善柔性，增強抵抗永久變形的能力并減小溫度敏感性。它可大幅度改善瀝青的耐高溫和耐低溫能力且所有指標(biāo)較均衡。由于SBS與瀝青并無發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)，只是物理意義上的共融互混。因此SBS 改性瀝青形成的是一個不斷變化的體系，瀝青中均勻散布的 SBS 會在停止攪拌時有從瀝青中析出的趨勢，從而產(chǎn)生分層的現(xiàn)象。

2.2 SBR改性瀝青研究現(xiàn)狀

橡膠類：丁苯橡膠（SBR）、氯丁橡膠（CR）、丁二烯橡膠（BR）等，其中 SBR 應(yīng)用較為廣泛，尤其是它以膠乳的形式應(yīng)用越來越廣泛。

SBR改性瀝青與 SBS 改性瀝青類似，丁苯橡膠以膠粒形式分散在瀝青中，膠粒會對瀝青的組分進行有選擇性的吸收，會在膠粒外表面出現(xiàn)一吸附層，通過膠粒之間的協(xié)同作用，使共混物在外力作用下不被破壞。 SBR 改性瀝青能夠讓橡膠瀝青的分子量變大，可改善改性瀝青的耐高溫能力；瀝青分子以溶劑的形式出現(xiàn)在橡膠網(wǎng)絡(luò)中，能夠讓瀝青中的油分降低，溫度高時滑動性變緩，能改善其耐高溫能力。同時SBR 改性瀝青擁有良好的變形能力，使瀝青的黏韌性和韌性都可以得到提高。另外，SBR 改性瀝青的粘度隨溫度的升高會出現(xiàn)降低的現(xiàn)象，隨摻量的增加會出現(xiàn)增大的現(xiàn)象，當(dāng)達到某一高溫條件時粘度幾乎不變。

2.3 環(huán)氧改性瀝青現(xiàn)狀

樹脂類：包括熱塑性和熱固性樹脂，常見的樹脂有乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚酰胺及環(huán)氧樹脂（EP）等。其中有代表性的為環(huán)氧瀝青。

環(huán)氧瀝青屬于熱固性聚合物材料，由 A 組分和B 組分構(gòu)成，其中 A 組分為環(huán)氧樹脂，B 組分為含有固化劑的環(huán)氧瀝青。A、B 組分在特定條件下便開始發(fā)生固化反應(yīng)，通常表現(xiàn)為環(huán)氧瀝青的粘度隨溫度的升高而變大[7]。環(huán)氧樹脂的熱固性使環(huán)氧瀝青擁有良好的物理性能和力學(xué)性能，如強度較高、抗車轍能力強、耐久性及抗疲勞能力優(yōu)異[8]。張增平[9]等研究發(fā)現(xiàn)環(huán)氧瀝青的特性是有針對性地改善其性能。環(huán)氧瀝青具有優(yōu)異的性能，主要是因為環(huán)氧樹脂存在于環(huán)氧瀝青中，而環(huán)氧基、羥基、醚鍵等活性與極性基團又存在于環(huán)氧樹脂中。

但環(huán)氧瀝青目前仍存在一些缺陷，瀝青和環(huán)氧樹脂在物質(zhì)構(gòu)成上有較大差別，主要體現(xiàn)在兩者官能團差別較大。因此，制備環(huán)氧瀝青的關(guān)鍵技術(shù)就是充分改善二者的分散性，提高相容性。而目前，我國應(yīng)用的環(huán)氧瀝青材料大部分是進口的，國產(chǎn)環(huán)氧瀝青發(fā)展速度較為緩慢。

2.4 聚氨酯改性瀝青的探索研究

聚氨酯（Polyurethane, PU）是一種高分子化合物，主鏈由柔性鏈段與剛性鏈段構(gòu)成，柔性鏈段多為多元醇，剛性鏈段多為氨基甲酸酯基和苯環(huán)等剛性結(jié)構(gòu)[10]。PU的結(jié)構(gòu)中含有類似酰胺基團和酯基團的結(jié)構(gòu)，所以聚氨酯的化學(xué)和物理性質(zhì)介于聚酰胺與聚酯中間。廣義上來說，聚氨酯屬于異氰酸酯的加聚物產(chǎn)物。

劉穎[11]等研究了聚氨酯改性瀝青膠結(jié)料的性能并探討了聚氨酯改性瀝青的機理，結(jié)果表明聚氨酯改性瀝青具有優(yōu)異的性能且改性瀝青屬于反應(yīng)型聚合物改性瀝青。而化學(xué)改性瀝青可在聚合物體系中加入外加劑，聚合物與瀝青之間會發(fā)生接枝、交聯(lián)等反應(yīng)，此改性技術(shù)能很好的解決熱儲存穩(wěn)定性不好而產(chǎn)生的離析問題。聚氨酯改性瀝青即為化學(xué)改性瀝青，但國內(nèi)外對聚氨酯改性瀝青的研究報道較少，相關(guān)技術(shù)研究還不成熟。因此，聚氨酯改性瀝青的研究具有重要意義。

3 展望

從研究現(xiàn)狀可以看出，改性瀝青技術(shù)及其應(yīng)用近年來正逐步走向成熟并應(yīng)用于各個領(lǐng)域。新型的改性瀝青技術(shù)有較大的應(yīng)用研究空間，是目前科研的熱點。鑒于此，針對目前存在的問題有必要研發(fā)新的材料。綜上，大多數(shù)改性瀝青是通過物理方法對瀝青改性，沒有從根本上改變?yōu)r青的性質(zhì)，如果對瀝青進行改性的過程中引入一定的化學(xué)反應(yīng)，從而在更大程度上改善瀝青的性能。PU 是一種正蓬勃興起的高分子材料，具有塑料和橡膠的雙重優(yōu)點，PU 因良好的性能被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個部門，學(xué)者把它稱為“第五大塑料”。因此以 PU 預(yù)聚體、基質(zhì)瀝青和不同的添加劑為原料，制備出一種聚氨酯改性瀝青，并對聚氨酯改性瀝青的性能評價具有很強的研究意義。