论文部分内容阅读
摘要：随着我国国民经济的发展，交通事业也在不断的发展，对路面的使用性能要求也越来越高。在很多情况下，传统的沥青不能满足越来越高的路面性能的要求。随着科技的发展，对聚合物的研究应用日趋完善，根据聚合物的特点，将聚合物应用于对沥青改性，使之具有更好的路用性能。本文从改性沥青的发展状况、加工工艺、路用性能、改性机理和工程应用的角度详细介绍了应用相对较多的SBS改性沥青。
关键词：聚合物 发展 SBS 工程应用
中图分类号：U414
1 聚合物应用于沥青混合料的四个发展阶段
随着国内外交通事业的发展，人们对沥青混合料的改性已经经历了半个世纪，改性沥青混合料的发展主要经历了四个阶段。初始阶段人们用废橡胶粉对沥青进行改性，只是为了消除公害和降低路面噪音，进一步的研究发现，它具有较大的柔性和耐疲劳特性，从而引起了人们的关注。随着研究范围的扩大，第二阶段出现了，许多研究人员用天然橡胶和合成橡胶对沥青进行改性，从而推动了改性沥青混合料的蓬勃发展。以橡胶为改性剂，主要用来提高沥青路面的弹性和增加低温柔性，欧美和日本等国制定了相应的橡胶沥青技术标准。随着交通量荷载的加大，出现了第三个阶段，对路面抗车辙变形能力提出了越来越高的要求，人们便采用各种各样的聚合物对沥青进行改性，其中使用较多的是SBS（40%）、PE和EVA（19%）SBR（14%）等共聚物，同时还加入了各种纤维、橡胶等聚合物对沥青进行复合改性，收到了满意的效果。
沥青改性剂种类很多，但是不同的改性剂都有其固有的特点，根据对沥青路用性能的不同要求，我们选择恰当的改性剂，就必须了解改性剂各自的特点以及可以对沥青那些方面进行改性，下面详细介绍下SBS改性剂的各项性能指标及工程应用。
2 SBS改性沥青
随着改性沥青的大规模采用，SBS改性沥青的应用倍受青睐。据有关资料表明，在美国，SBS改性沥青已经达到所有改性沥青用量的67%。由于北京燕山和湖南岳阳等石化公司开发研制的SBS生产技术日益成熟，使得SBS改性沥青成本大大降低，同时也受到国际改性沥青使用状况的影响，目前我国SBS改性沥青应用较为普遍，并成为流行趋势。
2.1 SBS改性沥青的生产工艺
SBS改性沥青主要由基质沥青和SBS改性剂组成，其性能优势取决于这两种主要原材料的性能、相互作用和改进工艺。SBS改性沥青的制备工艺有很多，本文介绍一种改性工艺为：将基质沥青加热到110—1200C脱水后缓慢加入SBS改性剂；将沥青和SBS改性剂在1200C下人工简单搅拌，使改性剂与基质沥青基本混合均匀后保持20分钟，让SBS改性剂与沥青充分溶胀；将沥青与SBS的混合物在160-1800C 下用较低档位启动剪切机，逐渐提高转速并稳定，在1200C下溶胀10h将沥青再次加热到160-1800C左右，在一定转速下剪切30分钟，制得SBS改性沥青。整个过程如下：
2.2 SBS改性沥青的性能
2.2.1 SBS改性剂对沥青针入度的影响
针入度是表示沥青粘度的物理量，粘度大，针入度小，反之，针入度大。随着改性剂用量的增加，混合物的粘度增大，针入度值下降。SBS是含有丁二烯的柔顺性链段的聚合物，而且与沥青的相容性也好，在试验温度下，混合料中SBS呈柔软的弹性状态，所以针入度值比较小。
2.2.2 SBS改性剂对沥青软化点的影响
软化点是衡量沥青塑性流动性的物理量。90号沥青的软化点在45OC很低，塑性流动大，所以用它来铺设的路面，在炎热季节易流动形成拥包，造成路面高低不平。当沥青中加入一定量的SBS后，改性沥青的软化点达100OC以上，因为SBS与沥青的热力学相容性好，SBS大分子链吸收沥青中的矿物油并产生溶胀，而后伸展开形成运动缓慢的大分子网络，从而阻碍沥青分子运动，所以提高了改性沥青塑性流动温度。
2.2.3 SBS改性剂对沥青延度的影响
延度是表示沥青抗张拉性的物理量，这个物理量相当于改性沥青的拉伸强度和扯断伸长率。延度指标一定程度上反映了温度材料粘结性和在外力作用下的变形能力。SBS改性剂对延度指标有很好的改性效果
2.2.4 SBS改性剂对沥青低温性能的影响
线型SBS能大幅地提高沥青的耐低温性能而且优于SBS。沥青中加入线型SBS可使沥青的脆裂温度下降到-35OC以下，直接影响了改性沥青的低温性能。
2.2.5 SBS改性剂对沥青弹性的影响
改性沥青是粘弹性材料，弹性良好的改性沥青在外力的作用下所产生的变形能够逐渐恢复，剩余的永久变形小。改性的沥青材料的弹性性质是以回弹率表示的。回弹率越大，表明沥青的弹性越好。可见SBS对增强沥青的弹性性质很有好处。
以上SBS改性剂对沥青的各方面的性質的影响体现到SBS改性沥青的路用性能上来有以下几点：（1）SBS改性后沥青混合料不仅具有较好的高温稳定性，而且具有较强的低温抗裂性能。（2）改性后，SBS改性沥青混合料的稳定度提高，流值变小，劲度增大15-26%。（3）改性沥青混合料的低温劲度模量值比基质沥青混合料降低57-70%。而直接拉伸断裂力两者相差不大。（3）改性后，沥青混合料的劈裂强度和基质沥青混合料相差不大，但竖向应变明显加大，且温度越低，差异越显著。
2.3 SBS改性沥青的改性机理
SBS是一种热塑性弹性体，以丁二烯和苯乙烯为单体，采用阴离子聚合值得的嵌段共聚物。这种热塑性体具有多项结构、每个丁二烯链段（B）的末端都连接一个苯乙烯嵌段（S）、两端的苯乙烯嵌段聚合在一起形成物理交联区域，成为分散相。而聚合在一起的丁二烯链段形成连续相。聚丁二烯链段镶嵌在末端的聚苯乙烯之间，连接成星形或者线形结构，成为嵌段共聚物。SBS通过聚苯乙烯的聚集形成一种三维结构，聚苯乙烯末端使沥青强度增加。中间的聚丁二烯嵌段位沥青呈现出高弹性的特点，在高温下不软化，低温下不发脆。当SBS分散到基质沥青中时，原来的胶体结构平衡被破坏，SBS吸附沥青中的芳烃和胶质，并发生溶胀现象，，建立新的胶体结构体系，在沥青中形成弹性的网络结构，这种网络结构具有理想的弹性、塑性和延伸性，使沥青的性能得到全面改善。当聚合物加入到沥青中时，通过溶胀与吸附使沥青的组分发生变化，并导致聚集态转化特点的变化，再加上大分子组分的相对增加，沥青经改性后，性能改善，具有良好的温度稳定性和高温粘度。
2.3 SBS改性沥青的工程应用
太长高速公路，作为山西省“大”字型公路主骨架的重要组成部分，是继大运高速公路之后，山西省连接晋东南最重要的一条经济大动脉，也是山西省实施“省会到各地（市）3小时高速通达”工程、构建3小时经济圈的决战性工程。因此，必将承载着重交通，根据该段沥青路面设计，上面层采用SBS改性沥青混合料。
参考文献：
[1]张争奇，张登良.改性沥青机理研究.2000.
[2]沈金安，李福晋.改性沥青混合料的研究及其在道路技术中的应用（第六次全国沥青技术交流会论文集.1997，9）
[3]C P Valkering and W C Vonk. Improved asphalt properties using SBS nodified bitumens.
关键词：聚合物 发展 SBS 工程应用
中图分类号：U414
1 聚合物应用于沥青混合料的四个发展阶段
随着国内外交通事业的发展，人们对沥青混合料的改性已经经历了半个世纪，改性沥青混合料的发展主要经历了四个阶段。初始阶段人们用废橡胶粉对沥青进行改性，只是为了消除公害和降低路面噪音，进一步的研究发现，它具有较大的柔性和耐疲劳特性，从而引起了人们的关注。随着研究范围的扩大，第二阶段出现了，许多研究人员用天然橡胶和合成橡胶对沥青进行改性，从而推动了改性沥青混合料的蓬勃发展。以橡胶为改性剂，主要用来提高沥青路面的弹性和增加低温柔性，欧美和日本等国制定了相应的橡胶沥青技术标准。随着交通量荷载的加大，出现了第三个阶段，对路面抗车辙变形能力提出了越来越高的要求，人们便采用各种各样的聚合物对沥青进行改性，其中使用较多的是SBS（40%）、PE和EVA（19%）SBR（14%）等共聚物，同时还加入了各种纤维、橡胶等聚合物对沥青进行复合改性，收到了满意的效果。
沥青改性剂种类很多，但是不同的改性剂都有其固有的特点，根据对沥青路用性能的不同要求，我们选择恰当的改性剂，就必须了解改性剂各自的特点以及可以对沥青那些方面进行改性，下面详细介绍下SBS改性剂的各项性能指标及工程应用。
2 SBS改性沥青
随着改性沥青的大规模采用，SBS改性沥青的应用倍受青睐。据有关资料表明，在美国，SBS改性沥青已经达到所有改性沥青用量的67%。由于北京燕山和湖南岳阳等石化公司开发研制的SBS生产技术日益成熟，使得SBS改性沥青成本大大降低，同时也受到国际改性沥青使用状况的影响，目前我国SBS改性沥青应用较为普遍，并成为流行趋势。
2.1 SBS改性沥青的生产工艺
SBS改性沥青主要由基质沥青和SBS改性剂组成，其性能优势取决于这两种主要原材料的性能、相互作用和改进工艺。SBS改性沥青的制备工艺有很多，本文介绍一种改性工艺为：将基质沥青加热到110—1200C脱水后缓慢加入SBS改性剂；将沥青和SBS改性剂在1200C下人工简单搅拌，使改性剂与基质沥青基本混合均匀后保持20分钟，让SBS改性剂与沥青充分溶胀；将沥青与SBS的混合物在160-1800C 下用较低档位启动剪切机，逐渐提高转速并稳定，在1200C下溶胀10h将沥青再次加热到160-1800C左右，在一定转速下剪切30分钟，制得SBS改性沥青。整个过程如下：
2.2 SBS改性沥青的性能
2.2.1 SBS改性剂对沥青针入度的影响
针入度是表示沥青粘度的物理量，粘度大，针入度小，反之，针入度大。随着改性剂用量的增加，混合物的粘度增大，针入度值下降。SBS是含有丁二烯的柔顺性链段的聚合物，而且与沥青的相容性也好，在试验温度下，混合料中SBS呈柔软的弹性状态，所以针入度值比较小。
2.2.2 SBS改性剂对沥青软化点的影响
软化点是衡量沥青塑性流动性的物理量。90号沥青的软化点在45OC很低，塑性流动大，所以用它来铺设的路面，在炎热季节易流动形成拥包，造成路面高低不平。当沥青中加入一定量的SBS后，改性沥青的软化点达100OC以上，因为SBS与沥青的热力学相容性好，SBS大分子链吸收沥青中的矿物油并产生溶胀，而后伸展开形成运动缓慢的大分子网络，从而阻碍沥青分子运动，所以提高了改性沥青塑性流动温度。
2.2.3 SBS改性剂对沥青延度的影响
延度是表示沥青抗张拉性的物理量，这个物理量相当于改性沥青的拉伸强度和扯断伸长率。延度指标一定程度上反映了温度材料粘结性和在外力作用下的变形能力。SBS改性剂对延度指标有很好的改性效果
2.2.4 SBS改性剂对沥青低温性能的影响
线型SBS能大幅地提高沥青的耐低温性能而且优于SBS。沥青中加入线型SBS可使沥青的脆裂温度下降到-35OC以下，直接影响了改性沥青的低温性能。
2.2.5 SBS改性剂对沥青弹性的影响
改性沥青是粘弹性材料，弹性良好的改性沥青在外力的作用下所产生的变形能够逐渐恢复，剩余的永久变形小。改性的沥青材料的弹性性质是以回弹率表示的。回弹率越大，表明沥青的弹性越好。可见SBS对增强沥青的弹性性质很有好处。
以上SBS改性剂对沥青的各方面的性質的影响体现到SBS改性沥青的路用性能上来有以下几点：（1）SBS改性后沥青混合料不仅具有较好的高温稳定性，而且具有较强的低温抗裂性能。（2）改性后，SBS改性沥青混合料的稳定度提高，流值变小，劲度增大15-26%。（3）改性沥青混合料的低温劲度模量值比基质沥青混合料降低57-70%。而直接拉伸断裂力两者相差不大。（3）改性后，沥青混合料的劈裂强度和基质沥青混合料相差不大，但竖向应变明显加大，且温度越低，差异越显著。
2.3 SBS改性沥青的改性机理
SBS是一种热塑性弹性体，以丁二烯和苯乙烯为单体，采用阴离子聚合值得的嵌段共聚物。这种热塑性体具有多项结构、每个丁二烯链段（B）的末端都连接一个苯乙烯嵌段（S）、两端的苯乙烯嵌段聚合在一起形成物理交联区域，成为分散相。而聚合在一起的丁二烯链段形成连续相。聚丁二烯链段镶嵌在末端的聚苯乙烯之间，连接成星形或者线形结构，成为嵌段共聚物。SBS通过聚苯乙烯的聚集形成一种三维结构，聚苯乙烯末端使沥青强度增加。中间的聚丁二烯嵌段位沥青呈现出高弹性的特点，在高温下不软化，低温下不发脆。当SBS分散到基质沥青中时，原来的胶体结构平衡被破坏，SBS吸附沥青中的芳烃和胶质，并发生溶胀现象，，建立新的胶体结构体系，在沥青中形成弹性的网络结构，这种网络结构具有理想的弹性、塑性和延伸性，使沥青的性能得到全面改善。当聚合物加入到沥青中时，通过溶胀与吸附使沥青的组分发生变化，并导致聚集态转化特点的变化，再加上大分子组分的相对增加，沥青经改性后，性能改善，具有良好的温度稳定性和高温粘度。
2.3 SBS改性沥青的工程应用
太长高速公路，作为山西省“大”字型公路主骨架的重要组成部分，是继大运高速公路之后，山西省连接晋东南最重要的一条经济大动脉，也是山西省实施“省会到各地（市）3小时高速通达”工程、构建3小时经济圈的决战性工程。因此，必将承载着重交通，根据该段沥青路面设计，上面层采用SBS改性沥青混合料。
参考文献：
[1]张争奇，张登良.改性沥青机理研究.2000.
[2]沈金安，李福晋.改性沥青混合料的研究及其在道路技术中的应用（第六次全国沥青技术交流会论文集.1997，9）
[3]C P Valkering and W C Vonk. Improved asphalt properties using SBS nodified bitumens.