学文网【摘 要】 聚合物改性沥青能够弥补沥青材料本身的不足，是改善沥青路用性能的有效途径和方向。本文概述了聚合物改性沥青的研究进展及其性能评价，包括聚合物改性剂的种类、聚合物改性沥青的制备方法及其性能评价。
【关键词】 聚合物 制备 改性沥青 性能评价
1 概述
沥青是一种胶体结构，由于沥青结合料复杂的化学组成和结构导致了其复杂的物理性状和流变特性，如感温性能差，高温时易软化流淌，低温时易脆裂，黏弹性和耐老化性能差，所以普通道路沥青难以满足高等级公路的路用性能要求，另外，随着国民经济和交通运输业的快速发展，车辆大型化、交通大流量、重载超载及渠化交通等，使沥青路面面临更为严峻的考验，沥青路面破坏的情况经常发生。因此，必须对沥青改性以改善沥青的路用性能。
聚合物改性沥青不仅是提高路面质量和性能的需要，同时也是环境保护及道路养护的需要[1]。因此，为满足现代化交通建设对沥青的需求，性能良好的、新型的、环保型的聚合物改性沥青，必将被国内外道路界广泛深入开发研究并应用。
2 聚合物改性剂的种类
目前，作为沥青改性剂的聚合物种类很多，根据所起的作用不同，大致可分为三类聚合物改性剂[2，3]：
（1）橡胶类改性剂：如氯丁橡胶（CR）、丁苯橡胶（SBR）、乙丙橡胶（EPDM）、废旧橡胶粉等。这类聚合物改性剂具有其他材料所没有的高弹性，该类聚合物改性剂的特征是分子量巨大，一般都在数十万，甚至达到几百万，分子大小不等，且具有多分散性。在沥青中加入橡胶，所得的橡胶类改性沥青具有良好的低温抗裂性能和较好的粘韧性能。
（2）树脂类改性剂：包括无规则聚丙烯（APP）、聚苯乙烯（PS）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚乙烯（PE）等。这类聚合物改性剂主要特点是加热后软化，冷却时固化变硬，能使沥青结合料在常温下粘度增大，高温稳定性增加，而沥青混合料的弹性并无明显改善。在沥青中加入树脂类改性剂后，所得树脂类改性沥青具有良好的抗车辙能力和高温稳定性，对沥青路面的低温抗裂性能影响并不大。
（3）热塑性弹性类改性剂：这类改性剂具有橡胶和树脂的特性，主要有聚醚-聚酯共聚物、聚氨酯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物以及聚烯烃四大类，其中苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物已被证实具有最大的潜力作为道路沥青的改性剂。它们的代表性产品是SBS、SEBS和SIS改性沥青。热塑性弹性类改性沥青具有良好的高温稳定性，明显提高沥青结合料的高低温性能，降低温度敏感性，增强耐老化和抗疲劳性能。
3 聚合物改性沥青的制备方法
要制得性能优良的聚合物改性沥青，关键在于解决聚合物改性剂与沥青的相容性问题。事实上，大部分聚合物改性剂与沥青的相容性较差，聚合物加入到基质沥青中，有的甚至发生离析现象，进而影响聚合物的改性效果。除小数聚合物改性剂可用直接投入法制备成改性沥青之外，大多数必须采用特殊的加工工艺，才能得到性能优良的聚合物改性沥青[4]。
国内外在沥青改性研究方面有两种基本方法：一种是物理共混的方法，另一种是化学反应的方法[5，6]。物理共混的方法是传统意义上的物理共混过程。它主要通过高速搅拌、剪切等物理方法将聚合物均匀地分散于沥青中，聚合物与沥青之间仅是物理意义上的共混、熔融，而没有明显的化学反应。虽然能改善沥青的路用效果，但是在实际应用中容易出现一些问题（如改性沥青成本偏高、热储存稳定性较差、容易产生离析、施工成本高等），不利于推广应用。化学反应的方法是在聚合物中加入了引发剂，使得聚合物与沥青之间发生一系列的化学反应，采用化学反应的方法能够解决改性沥青因储存稳定性较差而产生的离析现象。
当前我国主要采用现场制作的方法制备改性沥青，采用专用的改性沥青制造设备（胶体磨和高剪切）在现场加工制作改性沥青，然后直接投入到拌和机使用，不等离析或凝聚，便与混合料拌和，所以改性效果较好。一般情况下，这种现场制作、现场使用的方式，不需要考虑改性剂在使用过程中的离析问题，适用于各种难加工及与沥青相容性较差的改性剂（如SBS、PE等），改性效果显著[7]。
目前正在兴起的沥青改性方式是在特定的工厂内，将聚合物改性剂均匀分散、溶解在基质沥青中，生产均相、储存稳定性好的成品改性沥青，供应施工现场[8]。成品改性沥青使用十分方便，易于规模化。
4 聚合物改性沥青的性能评价
4.1 聚合物改性沥青的感温性能
沥青是典型的感温性材料，其稠度和路用性能随温度变化而不断变化，因此，能够准确、快速地评价道路沥青的感温性是十分重要的。总体来说，沥青的物理性能很大程度上依赖于加载速率和温度。沥青在高温或者低加载速率下作为一种低黏性液体存在以及在低温或者高加载速率下作为一种易碎的坚硬固体存在[9]。
沥青材料的温度敏感性（简称感温性）是决定沥青的工作性以及服务性的重要指标。即沥青路面高温稳定性、抗滑性、抗车辙、抗低温开裂能力和耐久性等主要性能均与沥青的感温性有密切联系。
目前，国内外用来评价普通沥青和改性沥青感温性能的指标有多种表达方式，现在普遍采用的指标有黏温指数（VTS）、针入度指数（PI）及针入度黏度指数（PVN）等[10]。无论哪种指标，都要以两个或多个不同温度的沥青指标的变化幅度来衡量的。
4.2 聚合物改性沥青的高温性能
高温稳定性始终是评价沥青路用性能最基本的标准。我国大部分地区的夏季气温偏高（40℃以上），而在沥青路面上的温度达60-65℃以上，沥青在这样的环境下，在重交通荷载的重复作用下，劲度模量和抗变形能力将大幅度下降，导致凹槽、车辙、推移等病害的发生，所有这些变化都与沥青的高温稳定性密不可分[11]。
目前。在改性沥青的标准中，软化点和60℃黏度是反应沥青高温使用条件下性能的两个指标。改性沥青的软化实质上反应了沥青的黏度，它是特定试验条件下以温度来表示的一种黏度。软化点越高，表明沥青的高温稳定性就越好。但是通常情况下沥青的软化点虽高，但高温稳定性不一定好。这是由于含蜡量较高的沥青，其中的蜡影响了软化点的测定，其测试结果通常会出现偏差。
4.3 聚合物改性沥青的低温性能
与高温稳定性不同，路面低温收缩开裂往往是各种病害的开始。影响沥青路面低温收缩开裂的原因除了沥青的低温性能外，还与沥青混合料的温度收缩性能、交通量及气候等因素有关[12]。由于沥青使用过程中的老化、变脆，路面面层劲度模量的增加，沥青路面抗变形能力的减少，导致沥青路面开裂破坏，故测定蠕变速率和蠕变劲度作为低温抗裂性能最主要的指标。
国内外还提出了一些表征沥青结合料低温抗裂性能的指标，如测力延度、直接拉伸试验（DTT）、低温延度、弯曲梁流变试验（BBR）等[13]。
5 结语
目前，国内外聚合物改性沥青在试验研究、评价方法及实际应用方面都取得了不少成果，但是依然存在诸多不足之处。总之，有必要以沥青使用性能指标为依据，探索理想的改性剂，改进制备工艺，探索新的试验方法和评价方法，使得改性沥青施工简单，成本低廉，环境友好，路用性能良好。
参考文献：
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