（材料学专业论文）复配改性沥青性能的研究.pdf

辽宁二 程技术大学硕士学位论文 于茼要 沥青作为一种粘弹性材料，成为路面工程的普选材料。但由于沥青低温下 易变脆，高温下易变软，使用温度范围窄等缺点，致使沥青路面的早期破坏现 象时有发生，因此对沥青材料的改性研究势在必行。大量的研究证明，聚合物 改性沥青是解决这一问题的有效途径，s b s 改性沥青以其优良的性能在现代交 通路面建设中发挥着重要作用，但其高温储存不稳定性却限制了其应用范围。 本课题在国内外研究的基础上，具体针对河北省沥青路面常见的早期破坏 现象，利用s b s 对沥青进行改性，研究了不同量的s b s 改性沥青常规性能和 储存稳定性变化的规律。并针对s b s 改性沥青储存稳定性差的特点，分别从降 低s b s 和沥青二者密度差、提高二者相容性的角度出发，在s b s 改性沥青中 分别加入白炭黑、金属皂制得复配改性沥青，希望在s b s 改性沥青原有优良性 能基本不受影响的前提下，得到高温储存稳定性好的s b s 改性沥青，并通过荧 光显微镜分析了其微观形态。 结果表明：s b s 改性沥青具有优良的高、低温性能和感温性，但储存稳定 性差；白炭黑和金属皂均不同程度的改善了s b s 改性沥青的储存稳定性，且金 属皂对其储存稳定性的改善效果明显优于白炭黑；适量白炭黑、金属皂均不同 程度的改善了s b s 改性沥青的高温性能和感温性，但对低温性能不利。 关键词：沥青；改性沥青；s b s ；白炭黑：金属皂；高温性能；低温性能；感 温性；储存稳定性 辽宁工程技术大学堡主堂焦笙茎 ! ! _ - - _ - _ _ _ - - _ _ - _ _ _ _ _ 一一一 a bs t r a c t a s p h a l ti s ag e n e r a le l e c t i o nm a t e r i a li nt h er o a ds u r f a c ep r o je c t ，a c t m g a sa v i s c o e l a s t i cm a t e r i a l h o w e v e r ，a si te a s i l yb e c o m e sb r i t t l ea tl o wt e m p e r a t u r ea n ds o f t a t h i g ht e m p e r a t u r e ，t h ea p p l i c a t i o nt e m p e r a t u r er a n g e i sn a r r o w , t h ep r e m a t u r e d e s t r u c t i o n a lp h e n o m e n o no nt h ea s p h a l tp a v e m e n tt a k e sp l a c ee v e ra n da g a i n ，s ot h e r e s e a r c ho nt h em o d i f i e da s p h a l tm a t e r i a li si m p e r a t i v eu n d e rt h es i t u a t i o n al o to f r e s e a r c hp r o v e dt h a tt h eu t i l i z a t i o no fp o l y m e rm o d i f i e da s p h a l ti sa ne f f i c i e n ta p p r o a c h t os o l v et h i sp r o b l e m s b sm o d i f i e da s p h a l th a sp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei nt h er a p i d d e v e l o p m e n to fh i g h w a y , w i t hi t se x c e l l e n tp r o p e r t i e s h o w e v e r ，s b sm o d i f i e da s p h a l t i s p r o n et ob e i n g u n s t a b l e d u r i n g h o ts t o r a g ew h i c hp r e s e n ta no b s t a c l et o i t s d e v e l o p m e n t t h i sa r t i c l eb a s e so nt h ei n t e r n a la n de x t r e r n a ls t u d i e s ，a i m i n ga tt h ep r e m a t u r e d e s t r u e t i o n a lp h e n o m e n o no fa s p h a l tp a v e m e n ti nh e b e ip r o v i n c e ，a s p h a l tw a sm o d i f i e d b yu t i l i z i n gs bs ，t h ec o n v e n t i o n a lp r o p e r t i e sa n ds t o r a g es t a b i l i t yv a r i a b l el a wo fs b s m o d i f i e da s p h a l t a n di na l l u s i o nt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fb a ds t o r a g es t a b i l i t yo fs b s m o d i f i e da s p h a l t ，i no r d e rt o d e c r e a s et h ed e n s i t yd i f f e r e n c e sa n di n c r e a s e t h e c o n s i s t e n c yb e t w e e ns b sa n da s p h a l t ，t h e b u i l tm o d i f i e da s p h a l tw e r eo b t a i n e db y a d d i n gt h es i l i c ah y d r a t e da n dm e t a l l i cs o a pi n t o s b sm o d i f i e da s p h a l t ，t h eo p t i m a l c o n t e n tc a nb ed e t e r m i n e da n dt h es b sm o d i f i e da s p h a l tw i t hh i g h t e m p e r a t u r es t o r a g e s t a b i l i t vc a nb eg a i n e d ，b u tt h ep r e c o n d i t i o ni st h a tt h eo r i g i n a lp e r f o r m a n c ei sh a r d l y e f i f e c t e d t h em i c r o s t r u c t u r eo fm o d i f i e da s p h a l tw a sa n a l y z e db y f l u o r e s c e n c e m i c r o s c o p e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es b sm o d i f i e da s p h a l t h a dt h e p r o p e r t i e s o f h i g h t e m p e r a t u r e b e h a v i o r ，l o w t e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c e ， a n ds e n s i t i v i t y f o r t e m p e r a t u r e ，b u t t h e s t o r a g e s t a b i l i t y w a sn o tw e l l ；t h e s t o r a g e s t a b i l i t y ， h i g h t e m p e r a t u r eb e h a v i o ra n ds e n s i t i v i t yf o rt e m p e r a t u r eo fs b s m o d i f i e da s p h a l tw e r e i m p r o v e db vs i l i c ah y d r a t e da n dm e t a l l i cs o a pi na d i f f e r e n td e g r e e ，t h ei m p r o v e de f f e c t o ni t ss t o r a g es t a b i l i t yb ym e t a l l i cs o a pw a sb e t t e rt h a nt h a tb ys i l i c ah y d r a t e d ，h o w e v e r ， t h e yh a d ab a de f f e c to nt h el o w t e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c e k e y w o r d s ：a s p h a l t ；m o d i f i e da s p h a l t ；s b s ；s i l i c ah y d r a t e d ；m e t a l l i cs o a p ； h i g h t e m p e r a t u r eb e h a v i o r ；l o w t e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c e ；s e n s i t i v i t y f o rt e m p e r a t u r e ； s t o r a g es t a b i l i t y 创新点声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的 研究工作及取得的研究成果： 本文为了解决s b s 改性沥青储存稳定性差的特点，首次提出 在s b s 改性沥青中复配加入白炭黑、金属皂，分别制得s b s 白炭 黑、s b s 金属皂复配改性沥青，研究了不同剂量的改性剂配方对 复配改性沥青常规性能及储存稳定性的影响，进而为延长s b s 改 性沥青在路面中的使用寿命做出贡献。 尽我所知，到目前国内外文献未见报道。 作者：腺箱t 日期：j 。一 2 5 辽宁工程技术大学硕士学位论文j 1绪论 沥青材料是一种典型的粘弹性性材料，沥青的胶体结构如图l ，l 所示 它由分子量为l o o 5 0 0 的矿物油：饱和分、芳香分，分子量为2 0 0 1 0 0 0 的 树脂一胶质，和分子量为2 0 0 0 5 0 0 0 的沥青质四组分组成。其中高分子量的 沥青质被胶质包裹，以胶束的形式分散于低分子量的油介质中，具有独特的 流动性并且具有典型的流变性能【2 ，3 1 。因其具有优良的粘结性、延性和防水防 腐性，被广泛应用于道路、房屋、水工、电器、减震、橡胶、涂料等建筑与 制造业中，在国民经济建设中发挥着重要作用【4 。1 。 沥| - r j 羹 胶 抽分 图1 i 沥青胶体结构示意图 f i g 1 1d i a g r a m m a t i cs k e t c ho fa s p h a l tc o m p o s i t i o n 路用沥青材料具有足够的力学强度、一定弹性和塑性变形能力，能很好 的承受荷载而不被破坏；沥青与轮胎的附着力好，保证行车安全；沥青有高 度的减震性，使汽车快速行驶，平稳而低噪声；不扬尘，易清扫和冲洗；维 修工作简单，可再生利用，所以沥青材料成为世界各国普遍选用的路面材料【s 1 。 据资料9 1 美国的高速公路9 3 为沥青路面，日本高速公路中沥青路面约占 9 4 ，在全世界约8 5 的沥青用于铺路。迄今为止，在我国已建成的高等级公 路中，沥青混凝土路面约占7 5 。 正是由于沥青材料是一种典型的粘弹性材料，这也决定了它本身具有许 多不可避免的缺点：一方面，其热塑性将会造成路面出现许多不可恢复的变 形，如车辙、推挤和拥包等；另一方面，沥青的耐久性和温度稳定性差，在 经历几个寒暑之后，沥青的各项性能指标均有不同程度的下降，现有的沥青 材料已经不能满足高等级沥青路面的要求，早期破坏现象时有发生。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 1 1沥青路面的早期破坏及危害 随着日益增长的交通量、车辆大型化及重载超载车的比例不断增加，交 通对路面的要求越来越高，尽管目前路面设计方法是建筑在路面层状弹性体 系理论基础上，依据车辆荷载的反复作用而发生结构层材料疲劳破坏这种原 理，决定路面的设计使用年限。但实际上，沥青路面仍然普遍存在着设计年 限内由于其它原因而发生的早期破坏m 】。这些早期破坏主要有车辙、裂缝、 水损害和泛油等。 1 1 1车辙及其危害 从沥青路面的破坏现象进行分析，车辙问题尤其严重。一般认为，车辙 产生是由于沥青混合料高温稳定性差，在高温条件下稳定性不足，抗塑性变 形能力低，在车轮的反复碾压作用下，路表变形过大，从而在轮迹带形成永 久变形；或者由于渠化交通，在重型车辆反复作用下，沥青路面各结构层产 生永久变形，由于永久变形的累积导致路面出现车辙。 高速公路沥青路面行车道车辙不仅降低了行车舒适性，还可能给行车带 来安全隐患。因车辙造成的路面横向和纵向不平整，容易导致夜间、雨天快 速行驶的小汽车在变换车道时失去方向控制，酿成交通事故。车辙致使路面 过量变形，影响了路面的平整度；轮迹处沥青层厚度减薄，削弱了面层结构 的平整度，从而易诱发其它病害；雨天路表排水不畅，降低路面的抗滑能力， 甚至会由于车辙内积水导致车辙漂滑，影响高速行车的安全；车辙在超载或 更换车道时方向失控，影响车辙操纵的稳定性，可见由于车辙的产生，严重 影响路面的使用寿命和服务水平。因此，提高路面的高温抗车辙性能是沥青 路面的重要课题 沥青路面的车辙主要有三种类型【1 ： ( 1 ) 结构性车辙：由于载荷作用超过路面各层的强度，发生在沥青面层以下 包括路基在内各结构层的永久性变形，称为结构性车辙。这种车辙的宽度大， 两侧无隆起现象，横断面呈v 字形。由于我国大多数高等级公路普遍采用半 刚性基层，结构层本身具有足够的强度、稳定性好、刚度大等特点，所以结 构性车辙在我国不是很常见。 ( 2 ) 磨损性车辙：由于冬季埋钉轮胎形成的磨损性车辙，这种车辙在我国几 辽宁工程技术大学硕士学位论文 乎是没有的，在北欧国家比较多。 ( 3 ) 流动性车辙：高温条件下，车轮碾压的反复作用，使得载荷应力超过沥 青混合料所能承载的稳定性应力极限，沥青铺面发生流动性变形，当变形不 断积累到一定程度后车辙损害现象就出现了。这种车辙一般都有两侧隆起现 象，对主要行驶双轮车的路段，车辙断面呈w 形；对主要行驶宽幅单轮车的 路段，车辙成非对称形状。它尤其发生在上坡路段、交叉口附近，即车速慢、 轮胎接地产生的横向应力大的地方这种车辙是我国比较多见的一种情况， 要解决这个问题，必须改变沥青混合料中的流变性能。 还有一种非正常性车辙，在我国常常发生而在国外较少发生的，其两侧 没有隆起，呈v 字状，我国施工单位片面追求平整度而使沥青面层本身的压 实度所造成的，已成为目前一个比较突出的问题，为此应该对沥青路面的压 实度作一定的调整。 1 1 1 2裂缝及其危害 沥青路面在使用期间开裂是世界各国普遍存在的问题。路面裂缝的危害 在于从裂缝中不断进入水分，使其基层甚至路基软化，造成路面使用性能恶 化。开始阶段，水分侵入沥青与集料的界面，以水膜或水气形式存在，影响 沥青与集料的粘附性；在大量快速行驶载荷反复作用下，产生较大的动水压 力使集料从沥青表面脱落下来，局部沥青混合料松散，从而导致路面承载力 下降。若进入路面的水透过面层，并滞留在半剐性基层顶面，在大量快速重 载车辆反复作用下，自由水产生很大的动水压力并冲刷基层混合料的细料， 形成唧浆、台阶、网裂，加速路面破坏。因此，提高路面的抗裂性能也是沥 青路面的重要课题。 沥青路面的裂缝主要有两种形式：荷载性裂缝和非荷载性裂缝 ( 1 ) 荷载性裂缝：由于路面设计不周或施工原因，结构层本身强度不足，不 适应日益增长的交通量及轴载作用而产生的开裂，最初一般表现为纵向开裂， 然后发展为网裂，这一类由荷载产生的裂缝在我国中低级道路及一些超载严 重的高等级公路车行道中常见。对我国大多数高等级公路来说，由于普遍采 用半刚性基层，有足够的强度，这一类荷载性裂缝并不是主要的，相反非荷 载性裂缝的普遍存在，却引起了极大的关注 辽宁工程技术大学硕士学位论文 4 ( 2 ) 非荷载性裂缝有三种形式：温度收缩开裂、温度疲劳开裂和反射性裂缝。 温度收缩开裂是由于温度一次性突降而造成沥青面层的温度收缩，在有约束 的沥青面层内产生温度应力，沥青混合料的应力松弛赶不上温度应力的增长， 沥青混合料的劲度急剧增大，超过混合料的极限强度或极限拉伸应交，进而 产生开裂；温度疲劳开裂是由于温度反复升降导致温度应力疲劳使沥青混合 科的极限拉伸应变( 或劲度模量) 变小，又加上沥青的老化使沥青劲度增高， 应力松弛性能降低，产生开裂；反射性裂缝是在交通荷载或温度作用下，由 水泥混凝土路面接缝、旧路面原有裂缝以及半刚性基层的收缩裂缝作为反射 源而产生的开裂。 1 1 3水损害及其危害 所谓沥青路面的水损害，是指沥青路面在存在水分的条件下，经受交通 荷载和温度胀缩的反复作用，一方面水分逐步侵入到沥青与集料的界面上， 同时由于水动力的作用，沥青膜渐渐地从集料表面剥离，并导致集料之间的 粘结力丧失而发生的路面破坏过程。其危害在于沥青路面上出现白色的唧浆， 面层出现局部的龟甲状的网状裂缝，进而影响行车的舒适性和沥青路面的使 用寿命。 上述沥青路面的早期破坏往往是在远未达到沥青路面的设计年限以前， 与现有沥青路面的设计理论按反复荷载产生的疲劳破坏并不相干，从而使路 面设计失去真正的价值。在我国，高速公路及一级公路沥青路面的设计寿命 为1 5 年【1 ”，美国原来的设计寿命是2 0 年，现在已经延长到2 0 年5 0 年【1 孔。 可实际上我国目前的高速公路、一级公路短的2 年3 年，长的6 年8 年， 就要大面积维修，这不能不说是很大问题。 1 2沥青路面早期破坏与沥青的关系及解决方向 1 2 1 高温车鞋与沥青的关系及解决方向 我国高速公路沥青路面普遍采用了劲度大的半刚性基层，路面结构昀车 辙变形主要集中在沥青面层内。沥青面层的车辙首先取决于矿料级配，尤其 是租集料的之间的相互嵌挤作用。矿料表现出很强的抗剪切变形能力，因为 荷载作用时，集料能够紧紧束缚在一起，产生较大的内摩擦阻力，增大了抗 剪切强度；其次取决于沥青结合科，沥青结合料起到阻碍沥青混合料发生剪 辽宁= = 程技术大学硕士学位论文 切变形的牵制作用。对于间断级配的沥青混合料来说，矿料级配在沥青混合 料抗车辙性能上贡献率占6 0 左右，沥青结合料则提供4 0 左右的抗车辙能 力；而对于密级配的沥青混合料，粗集料是呈悬浮型结构状态，相互嵌挤作 用相当有限，也就是说矿料级配的抗车辙能力的贡献很小，此时沥青结合料 的贡献则很大。所以为提高沥青路面的抗车辙能力，与其费力寻找“最佳”级配 曲线，不如在选择合适的沥青结合料类型上下功夫i 1 。 沥青结合料具有显著的秸弹性质，其抗剪切变形性状取决于载荷作用温 度和载荷施加速率。沥青具备时间一温度转换或叠加的性质，即在短时间高 温作用下的变化与较低温度较长时间作用下出现的变化是等值的。在夏季高 温条件或持续载荷作用下，沥青结合料表现出像粘性液体那样的性质。冬季 低温环境或快速施加载荷条件下，沥青表现出弹性体特征，受载荷变形，卸 载后变形迅速恢复。而在中等温度条件下，沥青则显示介于粘性液体和弹性 固体之间的特性。 沥青结合料对沥青路面的高温抗车辙性有很大的影响，使沥青材料在高 温时具有足够的劲度模量( 高粘度) ，则沥青粘结集料的能力强，抵抗沥青混 合料发生剪切流动变形能力强，高温车辙现象就不易发生。仅就减少沥青路 面的永久变形而言，提高沥青材料粘度的途径有：其一是选用粘度更大、更“硬” 的沥青，如日本的重交通沥青a c 1 0 0 ，英国的重交通道路沥青h d - 4 0 ；其二 是在沥青中掺加各种类型改性剂；其三是采用合适的加工工艺。 1 2 2 低温开裂与沥青的关系及解决方向 沥青路面的开裂问题与矿料级配和沥青混合料等因素有关。对于沥青路 面的温缩裂缝，沥青结合料的贡献率达9 0 左右，而矿料级配对抵抗收缩变 形导致的开裂无能为力，其贡献率充其量只有1 0 ；对于沥青路面的疲劳开 裂源于反复荷载的作用，但采用集料性质、矿料级配、沥青结合料的性质和 路面结构设计都起重要作用，一般认为，沥青结合料的作用占6 0 左右i i5 可见沥青路面的低温开裂与沥青结合料的性能是密不可分的。决定低温 开裂与否的最根本因素是沥青混合料的低温劲度，而混合料的低温劲度又取 决于沥青的劲度。因此使沥青本身具有较低的劲度( 较好的应力松弛) 的途 径：其一是选用低劲度的沥青；其二是在沥青中掺加各种类型改性剂；其三 辽宁工程技术大学硕士学往论文 6 是采髑合适黝加工工艺。 1 2 3永损害与沥青豹关系漫解决方向 沥青路磷的水损害朱源于沥街膜从集料表面的剥离，其条件是水分介入 鬟澎毒与集耱赛嚣主，泼薅改交了湃毒、集瓣毒承分静关系嚣逑成戆。那么 预防水损害关键通过两方面解决：( 1 ) 防止或减少水分进入到沥脊混合料内部， 不致侵入到沥学与集辩的界嚣中豢，其中沥费滢合辩鹣缀配是簸主要兹戮豢； ( 2 ) 掇高沥青与榘科鲍粘黼往，提离集辩的粘结力，多采用添勰各种类型的抗剃 落剩。 综上，溪豢臻瑟懿攀麓破嚣魏豢绘逶舔工程带来y 诸多不秘静影酶稳蔻 害，因此对沥脊材料的政性已成为关键性的问题。 王3改牲濒青摄述 1 3 1改性沥青的分类 所谓改性沥青，也包括改性沥青混合料，按照我国公路沥青路面撩工 蔽拳蠖蓖熬定义，霆撩“掺蕊橡胶、褥瑟、嵩分子聚合秘、蠹缨的橡获耪或 其玄填料等外掺剂( 改饿剂) 【l6 1 ，或采用轻度氧化加工等措施，使沥青域沥 青滋会辩戆镁麓磐戳改豢嚣裁成麴潺毒缝合辩。麸改襞裁类型泉着，有嚣聚 合物改性和聚合物改性。前者主鞭有填料、天然沥青、纤维、抗玻璃剂、抗 老化剂_ 和抗氧化剂等，麟者则主要有热塑性橡胶类，橡胶类和树脂类。 国于沥青零身懿诋软化点、离锋天度帮低温篪往昝蘧有缺焱，在利震它 作为铺路材料时，限制丁它的使用范围。磁沥青中添加高分子聚合物对其进 孬改馊楚理，弼鞋攫毒效懿改善熬上性爨，经箕裹懑魏魏、毵滋经簸秘黪漫 性均有明显摄商，满足现代高等级公路对使用高性能沥青的要求e 1 7 。 。聚合 物改性沥青具肖以下优虑蔚备受青隙：提商沥青豹软化温度以防庶高温流满， 降低脆化温廉潋疆少低滏鼋囊；降低酱逶沥脊榜辩酌滚度敏感谯，提赢凝弹 性；增加沥青的内聚力，提高石料与沥青的抗侵蚀性、抗剥离熊力；提搿耐 老纯瞧麓，菝疲劳 生能。 从狭义上讲，道路改性沥青的段性剂一般是指高分子聚合物，用于沥青 改饿鹣聚合物燕要有以下三类 2 0 + 2 t ) ： ( 1 ) 热塑性橡胶类：鄂热塑佳弹谯体，主要建苯乙烯类嵌段共袋物，如笨乙 辽宁工程技术大学硕士学位论文 7 烯一丁二烯一苯乙烯( s b s ) 、苯乙烯一异戊二烯一苯乙烯( s i s ) 、苯乙烯一聚乙 烯丁基一聚乙烯( s e b s ) 等嵌段共聚物，由于它兼具橡胶和树脂两类改性沥 青的结构与性质，故也称为橡胶树脂类。属于热塑性橡胶类的还有聚酯弹性 体、聚脲烷弹性体、聚乙烯丁基橡胶浆聚合物、聚烯烃弹性体等等。s b s 由 于具有良好的弹性( 变形的自恢复性及裂缝的自愈性) ，故已成为目前世界上最 为普遍使用的道路沥青改性剂。 ( 2 ) 橡胶类：如天然橡胶( n r ) 、丁苯橡胶( s b r ) 、氯丁橡胶( c r ) 、丁二烯橡 胶( b r ) 、异戊二烯( i r ) 、乙丙橡胶( e f d m ) 、丙烯腈丁二烯共聚物( a b r ) 、异丁 烯异戊二烯共聚物( i i r ) 、苯乙烯异戊二烯橡胶( s i r ) 等，还有硅橡胶( s r ) ，氟 橡胶( f r ) 等等。其中s b r 是世界上应用最广泛的改性剂之一，尤其是它胶乳 形式的使用越来越广泛。氯丁橡胶( c r ) 具有极性，常掺入煤沥青中使用，已 成为煤沥青的改性剂。 ( 3 ) 树脂类：热塑性树脂，如乙烯一乙酸乙烯酯共聚物( e v a ) 、聚乙烯( p e ) 、 无规聚丙烯( a p p ) 、聚氯乙烯( p v c ) 、聚苯乙烯( p s ) 、聚酰胺等，还包括乙烯乙 基丙烯酸共聚物( e e a ) 、聚丙烯( p p ) 、丙烯烃丁二烯苯乙烯共聚物( n b r ) 等； 热固性树脂也可作为改性剂使用，如环氧树脂( e p ) 等。e v a 由于其乙酸乙烯的 含量及熔融指数m i 的不同，分为许多牌号，不同品种的e v a 改性沥青的性 能有较大的差别。 用不同的聚合物改性剂，改性沥青的效果差异较大。沈金安2 2 1 、汤林新 等 2 3 1 比较了聚合物改性沥青的性能。p e 在高温性能方面比较突出，但逊于 s b s ；e v a 的高温性能不如p e ，但低温性能好于p e ：s b r 的低温性能最好。 就综合指标而言，s b s 改性沥青的高、低温性能和感温性能均优良，故s b s 成为用量最大的沥青改性剂。 1 3 2改性沥青的发展 1 3 2 1改性沥青的启蒙时期 改性沥青的发展历史可追溯到公元前3 8 0 0 年间到2 5 0 0 年闻，人类就开 始使用沥青1 2 4 。约在公元前6 0 0 年，在巴比伦铺筑了第一条沥青路面，但这 种技艺不久就失传了在1 8 2 3 年就有专利报道天然橡胶改性沥青2 5 1 1 8 7 3 年英国人s a m u e lw h i t i n g 就申请了橡胶改性沥青的专利r 2 6 1 ，但这一时期还未 辽宁工程技术大学硕士学位论文 8 有用其筑路的纪录。一直到1 9 世纪，人们才用沥青铺路，曾有人列举了1 9 4 3 年以前发表的论述聚合物改性沥青的专利和论文1 1 6 篇1 2 7 1 。1 9 0 2 年法国修筑 了掺有橡胶的沥青路面1 2 8 。将少量聚合物均匀地混入沥青中，可使沥青的使 用性能得到很大的提升，成为提高沥青性能的有效途径。在二次世界大战期 间，荷兰1 9 3 6 年铺筑了橡胶沥青路面，在经受繁重的军事运输后，成功地使 用了1 9 年，并完好保存下来，引起人们极大的兴趣29 1 。国外在3 0 年代开始 采用橡胶粉沥青铺筑干线公路和城市道路路面，在6 0 年代深入到树脂沥青的 研究和应用。以上可以看出，国外对改性沥青的研究应用已有百年历史【3 卜 1 。 我国聚合物改性道路沥青的研究起步较晚，北京化工学院、同济大学等 单位比较早地开展了聚合物改性沥青的工作，早在7 0 年代，北京化工学院就 向国内首先介绍了s b s 改性沥青在国外的发展情况，1 9 6 3 年北京化工学院与 天津橡胶研究所、北京橡胶七厂共同承担了国家十年科学规划废旧橡胶综合 利用课题，开发研究了再生胶改性沥青。1 9 8 0 年由上海同济大学和江西省上 饶公路局在铅山县铺筑第一条橡胶粉试验路后，随后在全国各地进行橡胶沥 青的研究和推广应用，并从橡胶粉沥青深入到热塑性橡胶沥青的研究和应用。 8 0 年代末，我国改性沥青在道路上的应用仍处于铺筑试验路阶段或小规模应 用阶段。自从9 0 年代交通部重庆公路科学研究所与友协单位研制成功第一台 橡胶沥青用科生产设备，使橡胶沥青真正成为商品，并在广东一级汽车专用 路成功地铺筑出第一条规模较大的橡胶沥青路面以后，才揭开了聚合物改性 沥青在我国高等级公路中应用的序幕1 3 5 1 1 3 2 2改性沥青的发展时期 ( 1 )国外改性沥青的发展状况 本世纪8 0 年代美国制定了s h r p ( 战略公路研究计划) ，投入大量的资金 来解决当时沥青路面所存在的问题，仅用于沥青及沥青混合料的研究经费就 高达5 ，0 0 0 万美元，国际上对沥青材料的研究开始得到了前所未有的重视。 这一项目的基本思路是将沥青的化学性质和物理性质分别与其路用性能的研 究联系起来，整个研究项目由实验设计、协调和材料控制等几个方面组织起 来，其基本发展方向是经济和技术的可行。这一项目一直研究至今尚未完全 完成。 辽宁工程技术丈学硬士学位论文 空 嚣本于1 9 5 2 年在衣京都祝嬲耩驸近，搿始雳天然橡胶耪教拄沥青镳筑试 验路，聚合物改性沥青的研究和威雳从此歼始在日本得蓟迅速发展。1 9 6 3 年 在名古屋一神户高速公路铺筑了丁苯橡胶改性沥青试验路后，1 9 6 8 年左右扩 丈掰誉本全蓬。7 0 年我嚣，蠢零瓣橡获改稳沥青魏磷宠多入了糖滗，1 9 8 3 年 开麓的改性i 型、i i 型和“筑波1 母”最具有代表性。9 0 年代后，臼本合成橡胶 公霹援继开发建变形丁苯胶乳等溺青教性热1 3 6 。强零对象合纺泼经活青农生 产及筑路施王等方面，从理论到嶷践做了一系列深入细致的工作。 欧洲在聚含物改饿沥青方面进行了大量的研究和开发应用。奥地利p f 集 霆静n o v o p h a l t 胶俸蘑赫互技术夜氆赛范嚣蠹都褥蚕艨雳。舅舞，一些公霭已 经拥有自己成熟的加工设备或改性剂f 37 1 ，s h e l l 公司的c a r i b i t 和c a r i p h a l t e 的 s b s 改挂溪毒产嘉，e s s o 公霹戳e v a 、p e 、s b s 舞童要改毪裁产箍。 ( 2 )国内改憔沥青的发袋状况 虽然我冒从7 0 年代来才开始聚合物改饿沥青的撵索工作，令入欣慰的是 我黼泼毪沥青瓣研究发麓较侠并联得显著残绩。重庆公路交逶磷究所9 0 零代 初研制的s b r 母体法改性沥青技术，虽然鹏手种种原因此技术雄本被市蛹淘 汰，毽它钱表我霆改缝灏专事鼗戆舞溃。出嚣交逶骚究嚣采瘸颡混法霸豢接 法获得性能良好的c r ( 氯丁橡胶) 胶乳改性沥青。齐鲁石化公司胜利炼油厂 从1 9 8 7 年开始研究s b r 胶乳改性沥青并镳筑试验路，赛鲁石化公司研制嬲丁 苯橡胶改性道路沥青予1 9 9 2 年5 旁透过串国石油亿王总公司技术鉴定，并在 京石高速公路对改性沥鬻以及混含料进行了实验，得到了比较好的改性i 掰青 越瓣转豁。1 9 9 5 零i l 秀了笨橡菠改瞧澎毒在憩象建区熬鼹震缝裁戮究镖蘧遥避 交通部技术鉴定 3 9 1 ，产龋质量得剿政府职就部门认可。以丁苯橡胶为代畿的 改蠛沥青在我麓得到快遴的接广秘成用。1 9 9 4 年8 月建成了高浓度s b r 胶乳 生产线，使箕甏适合子改性沥青。 受n o v o p h a l t 改性沥青技术的启发，国内许多部门尝试改性溺脊的各种加 工童戆。蔻索爨羯接来发震囊任露羧公司群发7 强力剪留瀑练羧经滚毒黧产 设备；陕西建设机械集髓公司与两安公路交通大学联含开发了蘩式改性沥青 生产设备。薪骧也开发出类议的设餐，箕核心也是胶体瘗技术。 练观国内外改佳沥费盼发展史，无舞乎从两反蕊入手。一方面是l ；l 改性 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 0 剂为核心的原材料的开发，开发与沥青相容性良好、易分散改性效果显著的 改性剂。另一方面是以工艺、技术设备为核心。 谚鳓 订箍鹜s 船 t 五) 差型翮s 船k 置矗毋 圈i 一2s b s 分子结构和聚集态结构图 f i g 1 2m o l e c u l e ra n da g g r e g a t i o ns t r u c t u r eo fs b s 1 3 2 3改性沥青的发展趋势 在