2.3.4 聚合物改性沥青新技术

　　(1)复合改性沥青

　　由于单一改性剂改性沥青普遍存在问题，为此采用了一种复合改性沥青的技术，针对某项不足添加可以改善这项性能的改性剂进行复合改性，以取长补短。

　　一般认为，在聚合物改性剂中，橡胶类材料改善沥青低温性质效果较明显，而塑料类材料对改善沥青高温性质比较有利，例如利用EVA和SBR进行复合改性，低温延度比单独改性有所提高，并且软化点随改性剂掺量的增加而上升。目前，SBS/SBR、SBR/PE的复合改性应用也较多。

　　复合改性不仅可以在聚合物之间进行，也可以在无机物与高分子材料之间进行。Zhang Baochang等研究发现，SBR/MMT复合改性可以很好地提高改性沥青的软化点、粘弹性质，并有效降低针入度；改性沥青具有较高的复数弹性模数和较低的阻尼系数。董允等通过对白炭黑/SBS复配改性沥青基本性能进行测试，分析了白炭黑的不同用量对SBS改性沥青性能的影响，加入3%的白炭黑后SBS改性沥青的延度略有下降，当量脆点值下降，表明SBS改性沥青的高温性能及感温性提高，但对低温性能的影响尚待观察。

　　(2)废旧材料改性沥青

　　国内外改性沥青的工程实践SBS、SBR占据了绝大部分，尤其以SBS最多，但聚合物改性剂的高成本阻碍了改性沥青在道路建设上的应用，国内外开始研究废胶粉改性沥青并尝试用废旧塑料作改性剂制备改性沥青。废橡胶粉和废塑料中的有效成分可以提高道路沥青的软化点，改善道路沥青的低温柔韧性，降低针入度，提高延度，使沥青产生可逆的弹性变形。将废胶粉和废塑料作为道路沥青性能改良材料，既为解决我国日益严重的塑料和废橡胶污染问题提供一条新的途径，又达到废物处理的同时进行废物再利用的目的，既体现了“循环经济”的思想又符合我国“可持续性发展”的国策。

　　来源于废旧汽车轮胎的废旧橡胶、废弃的农用地膜、食品和商品包装、废弃的生活品等都可以用来作改性剂。废旧橡胶是硫化胶，分子呈三维空间网络结构，有粘性和塑性且具有弹性。橡胶粉在热沥青中，沥青起软化剂作用，橡胶粉吸收油分而膨胀，并在热作用下脱硫再生。石洪波等研究发现，在混合温度170-180℃、剪切速率7000r/min、混合时间30min条件下，废胶粉改性沥青合成配方(质量份):基质沥青100，活化胶粉10～20目，糠醛抽出油适量，可以改善沥青的高温稳定性、低温抗疲劳性能、抗裂性能和低温脆性。

　　(3)纳米改性沥青

　　由于纳米材料神奇的小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等优异性能使纳米材料可以从微观结构上改变沥青性能。Eidt等对聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料进行研究，发现它可以提高对聚合物的增强、增韧作用，提高材料的耐热性能(高的热变形温度和分解温度)、阻燃、耐烧蚀性能、阻隔性能和尺寸稳定性。

　　3 沥青的改性机理及影响因素

　　改性沥青的性能是聚合物改性剂、沥青性质及它们相互作用的综合结果。从改性效果来讲，改性剂和沥青均具有选择性，即改性剂与沥青存在相容性问题(配伍性)，改性沥青的相容性好是指改性剂以微细的颗粒均匀、稳定地分布于沥青中，不发生分层、凝聚或者互相分离的现象。提高沥青改性效果的关键是解决改性剂与沥青的相容性问题。

　　改性剂加入到沥青中后，一般并不发生化学反应，但是在沥青中轻质组分的作用下，改性剂体积胀大，即发生溶胀。改性剂溶胀后表现出区别于聚合物又不同于沥青的界面性质。溶胀是改性沥青稳定的保障。由于改性剂与沥青之间的界面作用，致使二者不会发生相分离，改性剂粒子均匀地分布于沥青中。改性剂吸收沥青中的油分，体积胀大到原体积的5-10倍。在改性剂含量较高的情况下，聚合物在沥青中的溶胀程度降低，但可形成网状结构，使沥青性质发生显著的改善。

　　改性沥青的相容性和稳定性都需要通过基质沥青和聚合物间配伍性研究及加入适宜的助剂来实现。而通常意义的稳定性则指改性沥青的储存稳定性。实际上，影响存储稳定性的因素是很复杂的。壳牌公司研究所的研究认为，除了改性剂的剂量及储存期的温度外，储存稳定性还受沥青质的分子量和含量、沥青的芳香度、聚合物改性剂的分子量和结构等因素的影响。曹祖光等通过对SBS改性沥青储存稳定性影响因素的分析，发现沥青与聚合物之间的相容性、SBS在沥青中的分散性、沥青组分、界面层、粘度与剪切速率、SBS剂量、加工工艺等均会对沥青性能产生影响。

　　4 改性沥青的性能评价

　　沥青是石油产品中沸点最高、组成与结构最为复杂的产品。加入改性剂后，不仅增加了沥青体系的复杂性，而且很大程度地改变了沥青的流变性能。传统的试验方法(如针入度、软化点和延度等)等依然可以使用，但是难以准确地分析评价改性沥青的性能。为了适应改性沥青的应用需要一些新的改性沥青的评价方法，如动态流变剪切、弯曲流变仪和直接拉伸试验等，同时一些化学分析方法如荧光显微镜分析、凝胶渗透色谱、差示扫描量热和红外光谱等也应用于改性沥青的研究中。

　　5 我国改性沥青的发展方向

　　(1)发展新型的改性剂

　　聚合物基纳米复合材料由于其独特的力学、热学、阻隔光、电、磁等性能已经吸引了各个领域的兴趣。将纳米复合材料中的纳米复合技术和研发思路应用于改性沥青，将有望研发出高强、高韧性、耐高温性、抗老化的道路用改性沥青材料。

　　在改性剂的研究方面，新的功能性改性剂，如纳米材料改性剂、粉末SI3S改性剂、聚乙烯弹性体改性剂、有机硅改性剂以及硅藻土改性剂等均已出现。废旧橡胶粉、废塑料、无机材料等的使用具有明显的环境效益及经济、社会效益，对公路建设有着重要的意义。

　　(2)使用助剂并改进生产工艺

　　应用助剂来提高沥青的高低温稳定性和储存稳定性，在改性沥青过程中使用添加剂、偶联剂、分散剂及引发剂等，使加工过程中产生不可能的化学键来改善沥青性能。提高搅拌设备的加工效能，并使用相应的催化剂等加速沥青混合料的反应。

　　(3)完善改性沥青的实验评价体系

　　参照国外改性沥青标准及方法有针对性地开发一些改性沥青的试验方法和改性指标，形成新的改性沥青规范。

　　(4)研究新型路面结构

　　研究适合于改性沥青混合料的新型路面结构形式，获得最佳的整体效果。现在的路面形式主要有SMA、OGFC、SUPER等，SMA结构形式已在工程应用中得到广泛应用，也取得了良好的效果。

　　6 结语

　　目前越来越多的材料被用作改性剂来制备性能更优良的改性沥青，大部分生产工艺已趋于成熟。在废塑料及废高分子材料的污染日益严重而回收利用率却很低的环境现实问题面前，如果能将其利用于改性沥青的生产，不仅可为废材料寻找好的出路，也降低了改性沥青的成本，具有很好的环境和社会效益。国内外对废胶粉改性沥青研究报道较多并已实现大规模生产。用作改性剂的废旧塑料如聚乙烯、聚丙烯、ABS及聚氯乙烯，由于相容性和生产的改性沥青带有种种缺陷而没有得到大范围推广使用。笔者在研究中发现，针对这些废旧塑料尝试用溶剂法和高速剪切搅拌法相结合可以实现塑料和沥青两相很好的相容，但很难以同时满足优良的高低温性能，用SBS与废旧塑料复合改性可以改善这种情况，但增加了溶剂的投入和回收成本且相比SBS改性沥青还稍有差距。在工程实践中应该根据不同的需要选择不同的改性沥青，多方面、多角度地深入研究。