SBS复合改性沥青的改性机理及路用性能研究(1).pdf

1、 分类号： U41;U2 10710-20108139 工程硕士学位论文 SBS 复合改性沥青的改性机理 及路用性能研究 李 渊 导师姓名职称 张宜洛副教授 申请学位级别 工程 硕士 专业学位类别 及领域名称 交通运输工程 论文提交日期 2013 年 5 月 27 日 论文答辩日期 2013 年 6 月 9 日 学位授予单位 长安大学 2 Study on modification mechanism and Pavement Performance of SBS Compound Modified Asphalt A Dissertation Submitted for the Degree

2、 of Master Candidate： Li Yuan Supervisor： Prof. Zhang Yiluo Changan University, Xian, ChinaI 摘 要 目前，车辙己经成为高等级沥青路面早期破坏的主要形式之一，这严重地影响了路面的使用功能和寿命。因此，深入探讨分析车辙产生的原因，并提出有效地防治措施是当今沥青混合料路 面应用研究的重要课题之一。采用高温性能优越的沥青结合料预防和改善车辙病害的产生，是一种较为可行的方法。基于此，论文开展 SBS 复合改性沥青的相关研究，以期为改善沥青路面的车辙病害提供一种可行的方法。 分别对 SBS 及粒化物单掺情况下对沥

3、青的改性机理进行了初步地分析探讨；利用银纹原理对 SBS 复合改性沥青的改性机理进行了深入的论述；利用荧光显微镜技术对 SBS及粒化物在复合改性沥青中的工程相溶性从微观结构进行了研究，为论文成功制备 SBS/粒化物复合改性沥青奠定了理论基础。 通过试验深入研究了 SBS 及粒化物掺量对改性沥 青针入度、软化点、当量软化点、5延度、当量脆点及粘度指标的影响 规律进行研究，为成功制备 SBS 复合改性沥青提供了试验支持。 对提高聚合物改性沥青稳定性的方法及离析原理进行了分析，接着重点研究讨论了稳定剂及改性剂掺量对复合改性沥青针入度、延度、软化点及粘度等指标的影响规律，为复合改性沥青的最佳 SBS

4、及粒化物掺量的选择提供了理论及数据支撑。 对论文研究所采用的沥青混合料配合比 SMA-16 进行合理的设计，在此基础上对比分析了 SBS 复合改性沥青混合料 SMA-16、 SBS 改性沥青混合料 SMA-16 及基质沥青混合料 SMA-16 的高温、低温及水稳定性能。最后对 SBS 复合改性沥青施工中应该重点注意的问题进行了相关阐述。 关键词 ： 高温性能 ， SBS 复合改性沥青 ，粒化物，沥青稳定性，粘度 III Abstract Currently, rutting has become the Asphalt Pavement early undermine one of the m

5、ain form, which seriously affect the function and life of the road. Depth analysis rut causes of, and propose effective control measures is one of the important papers of todays asphalt mixture pavement applied research. The superior performance of high-temperature asphalt binding material to preven

6、t and improve the generation of Rut is a more feasible method. Based on this, the paper carried out the research of SBS compound modified asphalt to provide a feasible method to improve the asphalt pavement Rut. On SBS and granulate doped case a preliminary analysis to explore the mechanism of modif

7、ied asphalt;-depth discussion of the principle of the use of silver streaks on the SBS compound modified asphalt modification mechanism; fluorescence microscopy and SBS engineering compatibility of the granulate in the composite modified asphalt from the microscopic structure of the research, the su

8、ccessful preparation of SBS / granulate compound modified asphalt laid a theoretical foundation for the thesis. Depth study of the test, SBS and granulate content on modified asphalt penetration, softening point, equivalent softening point, 5 C ductility, equivalent brittle point and viscosity index

9、 were investigated for the successful preparation of SBS composite modified asphalt test. Analysis method to improve the stability of the polymer modified asphalt and segregation principle, then focus on the stabilizer and modifier content on composite modified asphalt penetration, ductility, soften

10、ing point and viscosity index were studied, composite modified asphalt the best SBS and granulate dosage choice theory and data support. Analysis method to improve the stability of the polymer modified asphalt and segregation principle, then focus on the stabilizer and modifier content on composite

11、modified asphalt penetration, ductility, softening point and viscosity index were studied, composite modified asphalt the best SBS and granulate dosage choice theory and data support. Institute of papers used asphalt mixture with reasonable design than the SMA-16, based on comparative analysis of co

12、mposite SBS modified asphalt mixture SMA-16, SBS modified asphalt mixture SMA-16 asphalt mixing materials SMA-16 high temperature, low IV temperature and water stability. Finally, SBS the composite modified bitumen construction should focus attention to the exposition. Key words： Temperature perform

13、ance, SBS compound modified asphalt, granulate, asphalt stability, viscosity V 目 录 第一章 绪论 1 1.1 研究背景及意义 . 1 1.2 国内外研究现状 . 2 1.3 主要研究内容 . 5 第二章 原材料技术性质及试验 方法 7 2.1 基质沥青的技术性质 7 2.2 改性剂 8 2.2.1 改性剂的分类 8 2.2.2 改性剂的选择 9 2.2.3 SBS 及粒化物结构特点 . 10 2.3 稳定剂 11 2.4 矿料技术性质 11 2.5 纤维的技术性质 13 2.6 消石灰、水泥以及抗剥落剂的技术性质

14、 13 2.7 试验方法 . 14 2.7.1 沥青结合料试验方法 14 2.7.2 沥青混合料试验方法 15 第三章 SBS 复合沥青改性机理研究 22 3.1 沥青、 SBS 及粒化物的共混形态 . 22 3.2 SBS 与粒化物在沥青中的工程相容性 . 22 3.3 SBS/粒化物对沥青的改性机理 . 23 3.3.1 SBS 对沥青改性机理 . 23 3.3.2 粒化物对沥青的改性机理 . 24 3.3.3 SBS/粒化物复合改性沥青机理 . 25 3.4 本章小结 26 第四章 SBS 及粒化物掺量对沥青性能影响 27 4.1 SBS 复合改性沥青制备方法 . 27 4.2 SBS/

15、粒化物掺量对改性沥青性能指标的影响 . 28 4.2.1 对针入度的影响 . 29 4.2.2 对针入度指数 PI 的影响 30 4.2.3 对软化点和 T800的影响 . 31 4.2.4 对延度和 T1.2 的影响 32 VI 4.2.5 对粘度的影响 . 32 4.3 本章小结 33 第五章 SBS 复合沥青的储存稳定性研究 35 5.1 提高改性沥青储存稳定性的方法 . 35 5.2 聚合物改性沥青的离析原理 . 35 5.3 稳定剂掺量对改性沥青指标的影响 . 36 5.3.1 对针入度的影响 . 37 5.3.2 对延度的影响 . 37 5.3.3 对软化点的影响 . 38 5.3

16、.4 对粘度的影响 . 38 5.3.5 稳定剂与改性沥青的作用机理 . 39 5.4 改性剂掺量对改性沥青稳定性的影响 . 40 5.5 与 SBS 改性沥青性能对比研究 . 40 5.6 本章小结 41 第六章 SBS 复合沥青混合料 SMA-16 路用性能研究 43 6.1 SMA-16 混合料设计 43 6.1.1 初试级配的确定 . 43 6.1.2 初试沥青用量计算 44 6.1.3 混合料级配的确定 45 6.1.4 最佳油石比确定及目标配合比设计检验 45 6.2 复合改性沥青混合料的水稳定性能 47 6.2.1 试验结果 . 47 6.2.2 试验结果分析 . 48 6.3

17、复合改性沥青混合料的高温稳定性能 48 6.4 复合改性沥青混合料的低温抗裂性能 49 6.4.1 沥青混合料低温开裂机理 . 49 6.4.2 低温抗裂性能试验结果及其分析 . 51 6.5 复合改性沥青混合料应用中需注意的问题 52 6.5.1 施工工艺中注意事项 . 52 6.5.2 重点注意问题 . 53 6.6 本章小结 54 结论及进一步研究建议 55 参考文献 57 致谢 错误 !未定义书签。 长安大学硕士 学位论文 1 第一章 绪论 1.1 研究背景及意义 近年来，随着我国经济的不断发展及改革开放的逐渐深入，我国高等级公路建设以前所未有的速度发展，取得了令人瞩目的成就。“十五”

18、期间我国共建成高速公路 2.47万公里，是“八五”和“九五”建成高速公路总和的 1.5 倍。到 2005 年底，高速公路总里程达到 4.1 万公里，继续稳居世界第二，仅次于美国。 2006 年末，中国高速公路里程达 4.5 万公里， 2007 年底达 5.36 万公里，创造了世界高速公路发展的奇迹。由于沥青路面以其良好的连续性，行驶平稳舒适，抗震性好，维修方便等优点，其中绝大部分为沥青路面。 但随着经济的发展，现代公路交通量的日渐增长，轴载增加、车辆大型化、超载严重以及车辆渠道化等问题日益突出，使得很多沥青路面在投入运营后不久均出现一定的损坏，如开裂、泛油、剥落、车辙等。其中，车辙己经成为高等

19、级沥青路面早期破坏的主要形式之一，这严重地影响了路面的使用功能和寿命。因此深入探讨分析车辙产生的原因，并提出有效地 防治措施是当今沥青混合料路面应用研究的重要论文之一 1-5。 超限超载车辆的通行是造成沥青路面产生车辙破坏的主要原因之一，但是外因是通过内因起作用的，我们应在努力治理超载车辆的同时加强路面设计、施工以及养护等多方面的管理工作。 目前解决车辙破坏问题，可以从两方面着手 6-15: 第一，限制车辆轴载超限，以减小超载车辆对车辙产生的加速作用，这显然是减少或缓解这种破坏的重要途径； 第二，通过合适的方法提高沥青混合料的高温稳定性，改善沥青混合料抗车辙性能，以降低沥青路面对车辆荷载变化的

20、敏感性。哦哦 / 如何 铺筑承载能力高、抗车辙能力强、抗裂性能好的路面己经成为急待解决的问题。本研究从改善沥青混合料胶结料高温性能的角度出发，利用复合改性技术以提高沥青混合料的抗车辙能力，从而降低沥青路面对重交通以及超重交通情况下发生高温失稳的敏感性。 长安大学硕士 学位论文 2 1.2 国内外研究现状 20 世纪 60 年代以前，对车辙问题少有正式研究，美国当时的路面设计都采用经验法来估量路面的抗剪切性能，通过在特定 CBR 值的材料上加铺足够厚的沥青层保证设计年限内路面的车辙量大概在一个可以容许的范围内。 1962 年美国 AASHTO 试验路研究发现：永久变形主要是由于 各结构层厚度的减

21、少，多发生在路面结构层 (面层 32%、基层 14%、底基层 45%，土基仅占 9%)，车辙问题开始受到广泛关注。壳牌石油公司在第一届国际沥青路面结构设计会议上提出了第一套同时兼顾疲劳。和车辙的沥青路面结构设计方法，该方法通过限制路基顶面的垂直压应变来控制车辙。 国际上在 1976 年，由 TRB 发起的关于沥青路面车辙讨论年会上，特别强调车辙深度预测和用于定义沥青混合料特性的试验方法。 1977 年第四届国际沥青路面结构设计会议上提出了一些新的考虑车辙的设计方法， Finn 对普通和全厚式路面中的应力、表面弯沉重 复荷载作用下的永久变形进行了回归分析，得出了统计型的车辙预估模型； 1987年

22、， Eisenm 报告指出，车辙的初期阶段主要是沥青混合料的压密变形造成的，而在此之后，压密完成，车辙是由混合料的流动产生的。 1999 年， ShieldS 建立了沥青路面的非线性粘弹性低温应力松弛模型， 2003 年，美国 AASHTO 和 TRB 提出了几种新建和改建沥青路面的车辙预估模型，在路面设计中考虑了车辙的因素，以车辙深度作为控制车辙的指标。 2006 年第十届国际沥清路面设计会议上， Nguyen 等采用三维粘弹塑性本构关系建立车辙预估模 型，并结合蠕变试验确定了模型的参数。 Monisith 用简单剪切试验 (RSST)评价沥清混合料抗剪性能，并建立车辙预估方程。 saint

23、 等根据 MMLS 加速加载试验的结果，基于分层迭代法得出了简单的车辙预估 16-24。 国内沥青路面的广泛应用比国外晚，车辙问题出现的时间也较晚，所以对路面结构的车辙问题研究起步较晚。早期，沥青路面的高温稳定性是采用高温抗压强度 RT 以及常温和高温条件下抗压强度的比值 KT 来衡量的。然而，实际路面的受力与单轴抗压试验条件下沥青混凝土的受力状况有很大差别。 20 世纪 70 年代引入了马歇尔法 评价沥青混合料的高温稳定性，该法在我国得到了广泛应用，但用马歇尔稳定度衡量沥青混合料高温稳定性有一定的局限性，马歇尔试验并不能很好的评价路面抵抗永久变形能力。 80 年代以后，我国道路工作者对车辙问

24、题有了更进一步的研究。朱永灵、林绣贤应用线性粘弹性理论研究沥青路面的永久变形。林绣贤对沥青面层永久变形计算中有关参长安大学硕士 学位论文 3 数的确定方法进行了研究。同济大学许志鸿教授以弹性层状体系理论解为基础，结合蠕变实验和现场测量结果，采用 L 即 lace 变换，并用粘弹算子代替弹性常数，后做 Laplace反变换，总结出沥青路面车辙的理论计算方 法。徐世法、朱照宏在分析沥青路面永久变形时，应用了粘弹性理论，采用了“四单元五参数”的模型，提出了一个较为合理的车辙预估方法，该模型直接考虑了运动的轮载，用时间依赖的特性去定义应力应变状态，考虑了材料的侧向塑性流动，由单轴蠕变实验确定参数，并在

25、车辙预估模型中考虑了侧向隆起，提出了以粘性劲度模量作为评价沥青路面车辙的标准。俞建荣、李一鸣利用沥青混合料横向流动动力参数 K 积分和累积荷载时间概念，通过车辙实验建立了车辙预估模型，使用动稳定度作为评价抗车辙能力的标准。黄晓明、张晓冰和邓学钧对沥青路面车辙进行了环道实验 研究，提出了不同保证率 h 的车辙预估模型 25-37。 另外，据日本，美国等工业发达国家的资料显示，由于车辙引起的路面破坏所占的比例有越来越大的趋势。 20 世纪 70 年代由美国 AASHTO 发起的，在各州作进行的路面损坏调查表明，在州际公路和干线公路上，由车辙所致的路面损坏比例约为 30%。 20世纪 80 年代，日

26、本由车辙所引起的路面损坏比例高达 80%。在我国的高等级公路和城市道路中路面的车辙也日趋严重。据不完全统计，在高等级公路维修原因中，车辙病害发生比率高达 80%以上，可见问题的严重性。 由于车辙严重影响道 路的使用性能，同时也是各国普遍存在的道路损坏形式。所以各国在车辙方面都做了大量的科研工作，但均没有彻底解决这一问题。 沥青路面车辙是由多方面原因引起的，往往是由多种因素的综合作用而产生的。因此在防治车辙的对策上，也并非采取某种措施就能解决问题，只有综合采取措施才能收到好的效果。国内外提高沥青混合料抗车辙能力的方法很多，着眼点主要集中在矿料级配的改善、沥青胶结料性能的提高以及在混合料中掺加外加

27、剂的方式等 38-41。 （ 1）矿料级配的改善 有研究认为，沥青混合料的性能，矿料的因素占 60%，而沥青仅占 40%。 就矿料因素方面，矿料的级配又有重大的影响。现在在大多数场合下，都是采用的连续级配，开级配或间断级配道路的沥青面层都采用粗粒式沥青混凝土作为承重层。 尤其是近年推广应用的沥青马蹄脂碎石 (Stone Mastic AsPhalt，简称 SMA)是一种热拌热铺的间断级配骨架密实型沥青混合料，具有与其他混合料不同的结构性能特点。在材料结构组成上，主要特点是三多一少，即粗集料多，矿料多，沥青用量多，细集料含量少，并掺有纤维稳定剂以防止沥青析漏，对混合料组成材料质量性能要求很高。粗

28、集料长安大学硕士 学位论文 4 含量高能形成相互嵌挤的骨架，而由细集 料、矿料和纤维稳定剂形成的沥青玛蹄脂含量充分足以填充粗集料的剩余孔隙，使之形成一种骨架一密实型结构。由于 SMA 混合料特殊的材料结构特点，该混合料具有优良的路用性能。因为 SMA 粗集料多形成骨架，又有良好的沥青混合料 (一般需要采用改性沥青 )作保障，所以高温稳定性优越；较多的矿料和沥青采用纤维稳定性，形成的沥青玛蹄脂具有良好的粘结作用，其突出的柔性和韧性使 SMA 混合料低温变形能力强，尤其采用改性沥青后，低温性能进一步加强；在较低的空隙率和粘结性能优越的玛蹄脂作用下，耐水害和耐老化等性能均有显著改善。 （ 2）采用改

29、 性沥青 优质改性沥青可以从多方面改善沥青混合料路用性能，因为其稠度较高，软化点高，温度稳定性好，在高温下仍能保持足够的粘滞性，使混合料具有一定的强度和劲度，而且不致出现过大的变形。能够有效的防止和延缓路面损坏的发生，从而大大延长路面的使用寿命。 目前，改性沥青在各国有着不同的分类方式，按改性手段分主要有工艺改性，结构改性和改性剂改性。国际上作为改性剂的聚合物较多的是橡胶类 (如 SBR、 CR)、橡胶塑料类 (如 SBS)、树脂类 (如 PE、 EVA)和 SBR 胶乳等；常用的改性方法有： SBS， SBR，天然沥青，抗剥落剂， 抗老化剂，抗氧化剂等。但是， SBS 改性沥青是目前国内外应

30、用最广泛的一种沥青改性方式。 根据 2005 年 AMAP 对美国沥青和改性沥青的应用调查，美国 2004 年沥青用量约为 2566.8025 万吨，其中改性沥青 584 万吨，约占 23%，在调查的 33 个州中 67%采用的是 SBS 改性沥青。可见，在美国的改性沥青中 SBS 改性沥青占大多数。根据壳牌公司的调查，在欧洲改性沥青市场中 SBS 改性沥青占到 44%，也占主导地位。我国由于北京燕山和湖南岳阳等石化公司相继开发研制的 SBS 生产技术日趋成熟，目前 SBS 改性沥青的应用较为普遍，并 成为流行趋势。但近年来使用 SBS 改性沥青也存在一定的问题。例如 SBS 改性沥青存储稳定

31、性就是一个棘手的难题，由于 SBS 与沥青组分间的相容性的差异，导致改性剂与沥青分离，影响到 SBS 改性沥青性能的发挥。另外 SBS 改性沥青存储过程中，其性能会发生衰变，即使不停搅拌，衰变现象仍旧无法避免，同样影响了 SBS 改性沥青的使用效果。 （ 3）掺入抗车辙剂 类似水泥混凝土外加剂的应用，沥青混合料也能通过掺入外加剂的方式改善混合料的路用性能，抗车辙剂就是改善沥青路面车辙问题的一种外加剂。 长安大学硕士 学位论文 5 欧洲许多国家很重视采用抗车辙剂技术来提高 沥青路面抵抗永久变形的问题，各种等级的公路已广泛使用抗车辙剂，甚至包括许多重要的桥梁和隧道的铺装也采用掺加抗车辙剂沥青混合料

32、。近年来，我国开始对掺加抗车辙剂沥青混合料路用性能进行研究。 抗车辙剂可以显著提高沥青混合料的高温稳定性，不会对混合料的最佳沥青用量以及马歇尔稳定度结果产生明显的影响，也不会降低沥青混合料的水稳定性和低温性能。但由于抗车辙剂出现时间较短，其研究不如 SBS 改性沥青充分，抗车辙剂改性沥青混合料常规路用性能的试验研究范围较窄，缺乏系统性。因此，仍需加强掺加抗车辙剂沥青混合料更加全面系统的路用 性能研究和机理分析。 1.3 主要研究内容 复合改性技术就是利用不同改性剂对沥青高、低温性能的不同改性效果进行复合，充分发挥各自的优势，使各改性剂之间相互促进和补充，同时改善普通沥青的高、低温性能。论文应用

33、复合改性技术，采用 SBS 及粒化物两种改性剂对基质沥青进行改性，旨在利用粒化物对提高混合料高温性能方面独有优势的同时，掺入适量 SBS 以保证混合料具备良好的低温性能。 通过改变粒化物和 SBS 掺配比例的方法，考察相应改性沥青的各项主要性能指标，最终优选出一种改性剂的合理添加剂量，使得 SBS/粒化物复合改性沥青在兼 顾低温性能的同时具有优良的抗高温性能，且其储存稳定性相对较好，施工工艺难度也较普通改性沥青混合料不会有太大提高。论文主要研究内容如下： （ 1） SBS/粒化物复合改性沥青（后文简称“ SBS 复合改性沥青”）机理研究 首先讨论沥青、 SBS 及粒化物的共混形态，接着利用荧光

34、显微镜技术对 SBS 及粒化物在复合改性沥青中的工程相溶性从微观结构进行研究，最后利用相关原理深入分析探讨 SBS 复合改性沥青的改性机理，为成功制备 SBS 复合改性沥青提供理论支持。 （ 2） SBS 及粒化物掺量对复合改性沥青性能的影响 首先介绍 SBS 复合改性 沥青的室内制备方法，其次对 SBS 及粒化物不同混掺比例下改性沥青的针入度、针入度指数、软化点、当量软化点、延度、当量脆点及粘度的影响规律进行研究，为成功制备 SBS 复合改性沥青提供试验支持。 （ 3）储存稳定性研究 首先对提高聚合物改性沥青稳定性的方法及离析原理进行分析阐述，接着重点研究讨论稳定剂及改性剂掺量对复合改性沥青

35、针入度、延度、软化点及粘度等指标的影响规长安大学硕士 学位论文 6 律，为复合改性沥青的最佳 SBS 及粒化物掺量的确定提供理论及数据支撑。 （ 4） SBS 复合沥青混合料 SMA-16 路用性能研究 首先对论文研究所采用的沥青混合料 配合比 SMA-16 进行合理的设计，在此基础上对比分析 SBS 复合改性沥青混合料 SMA-16、 SBS 改性沥青混合料 SMA-16 及基质沥青混合料 SMA-16 的高温、低温及水稳定性能。最后对 SBS 复合改性沥青施工中应该重点注意的问题进行相关阐述。 长安大学硕士 学位论文 7 第二章 原材料技术性质及试验方法 2.1 基质沥青的技术性质 SBS

36、 复合改性沥青是在基质沥青中掺加一定量的改性剂 SBS 及粒化物，通过采取一定的工艺制备而成。因此， SBS 复合改性沥青的性质与基质沥青的性质密切相关，在生产各项性能优越的 SBS 复合改性沥青时，必须充分考虑所选择基质沥青的如下三个方面。 （ 1）基质沥青要符合 A 级沥青的技术标准要求 目前有两种主要的路用沥青 普通道路沥青以及 A 级道路沥青。相对于普通道路沥青而言， A 级道路沥青更强调了含蜡量与 15延度的要求。 SBS 复合改性沥青对沥青的延度有一定的提高作用，因此，对基质沥青 15延度要求相对较高。与此同时，基质沥青中含蜡量的多少直接影响到 SBS 复合改性沥青的感温性能，含蜡

37、量高，则 SBS 复合改性沥青的感温性差。 （ 2）需要充分考虑基质沥青与 SBS 及粒化物的配伍性 加工 SBS 复合改性沥青时 ，三者之间存在配伍性的问题。沥青成分极其复杂，有学者认为其化学组分包括：饱和分、芳香分、胶质、沥青质，而沥青各个组分之间的比例关系直接影响到与改性剂 SBS 及粒化物的配伍性问题。从改善沥青组分与改性剂 SBS及粒化物相容性的要求出发，要尽量选用胶质含量较高、芳香分含量和沥青质含量较低的基质沥青。在改性沥青生产实践中必须对基质沥青首先取样进行加工改性，考察工艺条件及改性品种的改性效果，最终确定合适的改性工艺及配伍。 （ 3）应选用合适的基质沥青标号 按照 25针入

38、度来区分改性沥青等级，然后根据改性沥青等级选择合适 的基质沥青标号。 综合考虑以上基质沥青选择的三因素，本论文采用 A 级 90#埃索沥青作为基质沥青，其技术性质见表 2.1。 长安大学硕士 学位论文 8 表 2.1 基质沥青技术性能指标 试验项目 试验结果 规范值 针入度指数 PI -1.28 -1.5-+1.0 25针入度 (0.1mm) 89.3 80-100 10延度（ cm） 100 20 软化点（） 47.5 45 闪点（） 320 245 溶解度（ %） 99.5 99.5 密度 (g/ cm3) 1.035 质量损失 (%) 0.10 0.8 残留延度 (10 )/cm 16.

39、0 8 残留针入度比 (25 )/% 59.0 57 2.2 改性剂 改性剂是指在沥青结合料或者沥青中加入天然或者人工的无机或有机材料，可熔融并且分散在沥青中，以改善或提高沥青路用性能（覆盖在集料表面上或者与沥青发生反应）的材料。 2.2.1 改性剂的分类 改性剂种类较多，不同改性剂有其各自的特点，经过多年的研究应用，改性剂的使用种类与数量不断的增多。如欧洲使用的 EVI 已逐渐被 SBS 替代，尤其是美国从 EVI、PE 等其他类型的改性剂转向使用 SBS；北美从以前基本上使用的 PE 至今也基本换成了SBS。道路用改性剂聚合物一般可以分为以下三类 42-43： （ 1）橡胶类：即聚合物弹性

40、体，分为再生橡胶、天然橡胶、合成橡胶三种。在路面工程中应用于改性沥青的以合成橡胶为主，主要有乙丙橡胶（ EPOM）、丁苯橡胶（ SBR）、氯丁橡胶（ CR）、丙烯酸丁二烯共聚物（ ABR）、聚苯乙烯 异戊二烯（ SIR）等。 （ 2）树脂类：又能够分为热固性树脂和热塑性树脂。热塑性树脂主要有乙烯 醋酸乙烯共聚物（ EVA）、聚苯乙烯、聚乙烯（ PE）等。在路面工程中应用于改性沥青的主要是 PE 和 EVA，而热固性树脂应用 不多。 长安大学硕士 学位论文 9 （ 3）热塑性橡胶类：又称热塑性弹性体，种类主要包括苯乙烯 异戊二烯 苯乙烯嵌段共聚物（ SIS）、苯乙烯 丁二烯 苯乙烯嵌段共聚物（

41、SBS）等。在路面工程中应用于改性沥青的以 SBS 最为普遍。 2.2.2 改性剂的选择 粒化物是我国自主研发的改善沥青混合料抗车辙性能的添加剂，它是一种经改良的抗车辙剂，表面呈黑色柱状固体颗粒，其主要成分为 PE，可在常温下保存，根据切割技术差异，规格约为 4mm 左右。对沥青及混合料的高温性能有很好的提高，并对混合料的抗老化能力有一定的改善作用。具体形状如图 2.1 所示： 图 2.1 粒化物外观 PE+SBS 复合改性沥青作为一种新型复合改性沥青胶结材料，在广州华南快速干线二期沥青路面施工中已得到成功的应用。如果该复合改性沥青的改性剂 PE 与 SBS 的掺配比例能搭配得当，可使其软化点

42、升高、高温粘度及弹性明显增强、针入度明显减小，且路面的使用性能如水稳性、耐久性、抗剪性及高温稳定性比其他热拌沥青混合料路面也有明显提高的特点，同时可以提高路面的承载能力，减少路面剪切及车辙破坏现象的发生，具有很好的发展前景。 大量研究表明， SBS 改性剂可以同时提高沥青混合料的低温和高温性能，而粒化物对沥青 混合料的高温性能及耐久性能均有很好的改善效果，如把二者按照一定掺配比例复合对沥青进行改性，就可以在重点提高混合料高温性能的同时兼顾到低温性能的改善，从而达到优势互补的效果，同时沥青与集料的粘结力也改善了，尤其针对抗高温性能有要求较高的路段二者复合改性有绝对的优势。 粘度和粘附性是两种不同

43、的概念，一种好的粘合剂需要二者同时兼顾。论文 SBS/粒化物复合改性沥青的研究思路正是在力求不过多损害粘结剂低温性能的前提下，通过添加粒化物和 SBS 两种改性剂对沥青进行复合改性，以期所得改性沥青同时具有优良的长安大学硕士 学位论文 10 抗高温、抗低温及粘 结裹附性能。基于此论文考虑采用 SBS 和粒化物对沥青进行改性，以满足沥青混合料对胶结料的使用要求。 2.2.3 SBS 及粒化物结构特点 (1) SBS 结构特点 SBS 是以 1,3-丁二烯和苯乙烯为单体，四氢呋喃作为活化剂，正丁基锂为引发剂在环己烷溶剂中采用阴离子聚合法得到的星型或线型嵌段共聚物。每个丁二烯链段末端均连接着一个苯乙

44、烯链段，若干丁二烯链段偶联则形成星型或线型结构。因此 SBS 改性剂有星型和线型两种结构，其结构式及结构示意图如下： SBS 结构式： 星型结构： CH3-CH（ C6H5） n- CH2-CH=CH-CH2 n 线型结构： CH2-CH(C6H5)n-CH2-CH=CH-CH2a-CH(C6H5)-CH2n SBS 结构 示意如图 2.2 所示： 图 2.2 SBS 分子结构示意图 Lu.X 研究认为随着 SBS 含量的增加改性沥青的稳定性会降低，星型 SBS 复合改性沥青的稳定性要高于线型 SBS 复合改性沥青。当基质沥青中沥青质含量减小，芳香分含量增大，改性沥青的离析现象会有所缓解，星型

45、 SBS 复合改性沥青的高温稳定性也优于线型 SBS 复合改性沥青，这是因为不同结构的 SBS 在沥青中的分散情况不同，通过荧光显微镜照片显示出星型 SBS 在沥青中的分散均匀性比线型的好。 (2)粒化物结构 粒化物的主要成分是 PE，属于改良的 PE。它 具有良好的伸长率、柔顺性和耐冲击性能，分子量高达 30 万，属于典型的线性长链分子结构，且在长链上带有较多的甲基支链和烷基侧链，形成一种多分枝的树枝状结构。由于这种不规整分子结构的存在和多分枝支链的排列使得改性沥青的粘度大大提高，改性沥青与集料的粘附性也得以改善。 长安大学硕士 学位论文 11 SBS 选用湖南岳阳化工合成橡胶厂生产的 YH

46、791 线型 SBS(嵌段比 S/B 为 30/70)。技术性质见表 2.2 所示： 表 2.2 SBS 技术性能指标 技术指标 指标值 嵌段比（ S/B） 30/70 挥发分（ %） 0.50 300%定伸应力 2.5 拉伸强度（ MPa） 12 扯断伸长率（ %） 700 硬度（邵氏 A 值） 757 熔体流动速率（ g/10min） 0.5 5.0 粒化物是我国自发研制的，其技术性能指标见表 2.3 所示： 表 2.3 粒化物技术性能指标 外观（目测） 粒径（ 90%的该类产品）（ mm） 密度（ g/cm3 ） 熔点（ ） 亮黑色 /柱状颗粒 不大于 6 0.92 0.97 140 1

47、60 2.3 稳定剂 当 SBS 和粒化物被高速剪切粉碎并均匀分布于基质沥青体系后，由于 SBS 及粒化物与基质沥青中沥青质的特性不同、且分子量大小悬殊等原因，导致三者互不相容。且在热储存或者运输过程中，根据物质体系能量最小的原理， SBS 及粒化物为缩小表面积以降低表面能，有自动凝聚的倾向。凝聚后的 SBS 和粒化物微粒会克服阻力而上浮，造成离析分层，从而破坏了 SBS 复合改性沥青体系的稳定性。 从改善相容性的角度出发来保证 SBS 复合改性沥青体系的稳定性，需要在改性过程就中添加少量的稳定剂。有关研究表明，在加入稳定剂后， SBS 复合改 性沥青的微观结构可能会发生变化。从改性性质角度出

48、发来进行分析，添加稳定剂体现了从物理改性向化学改性的转变思路；从效果角度分析，添加稳定剂后不仅保证了 SBS 复合改性沥青的热储存稳定性，同时也提高了 SBS 复合改性沥青的路用性能。 2.4 矿料技术性质 论文中采用集料规格分别为 A（ 9.519mm）、 B（ 4.759.5mm）、 C（ 2.364.75mm）、机制砂（ 02.36mm）和矿粉，其中 机制砂和矿粉均为石灰岩材质。 按照公路工程集长安大学硕士 学位论文 12 料试验规程（ JTJ058-2000）的试验方法进行测试，其主要技术指标如表 2.42.6 所示。 表 2.4 粗集料物理及力学指标 技术指标 实测值 规范值 试验方

49、法 角闪片麻岩 石灰岩 压碎值（） 13.2 19.2 26 T0316 磨耗值（） 12.8 17.3 28 T0317 含泥量（） 0.6 1.2 3 T0314 与沥青粘附性 5 级 5 级 大于 4 级 T0616 表观 密度 （ g/cm3） 9.5 19mm 2.791 2.738 2.60 T0304 4.75 9.5 mm 2.814 2.736 毛体积 密度 （ g/cm3） 9.5 19mm 2.732 2.703 T0304 4.75 9.5 mm 2.736 2.676 针片状 含量 （） 大于 9.5(mm) 4.0 10.5 15.0 T0312 小于 9.5(mm) 6.8 10 20.0 吸水率 （） 9.5 19 mm 0.34 0.47 2.0 T0304 4.75 9.5 mm 0.45 0.53 表 2.5 细集料物理及力学指标 技术指标 实测值 规范值 试验方法 角闪片麻岩 石灰岩 表观 密度 （ g/cm3） 2.364.75mm 2.73