在改性剂中，应用和研究得为广泛主要是高分子聚合物改性剂。国内的改性沥青通常指的是聚合物改性沥青。采用聚合物改性沥青和混合料的原因有：1）在低温时获得较软的混合料并减少开裂；2）在高温时获得更硬的混合料并减少车辙；3）降低施工时的粘度；4）增加混合料的强度和稳定性；5）提高混合料的抗磨耗性能。

    美国的50个州及加拿大5个省的公路部门问卷调查结果显示，在公路上常使用的聚合物改性剂是哪些时，其结果如表1。由于SBS有非常好的弹性和高低温性能，现已成为美国主要的改性剂品种。通过调查还了解到，公路部门使用改性剂主要目的是用来提高抗车辙的能力和抵抗低温开裂的能力。

  

                                                                           表1 北美公路部门常用的改性剂及改性效果

 

 

    在日本，由于沥青混凝土路面的车辙变形等非常严重，近年来采用改性沥青提高路用性能的研究和应用越来越多。

整体来说，SBS是上使用多的改性剂，并常用来改善高温性能。

    我国沥青及沥青混合料改性的技术研究已有近四十年的历史，主要研究集中在：

    1）广泛应用于工程实际的SBR橡胶改性产品；

    2）SBS等热塑性弹性体改性技术及PE等树脂类复合改性技术；

    3）作为“八五”攻关项目的土工格栅、土工布等改善沥青路面结构力学性能的物理改性技术；

    4）沥青玛蹄脂碎石混合料SMA的研究；

    5）成套沥青改性设备开发研制。

    目前，国内使用较多的主要有SBR、PE、EVA，SBS也因为其良好的双向改性性能（即同时改变基质沥青的高温与低温性能的能力）在近年来得到较广泛的应用。虽然我国关于改性沥青的研究工作较多，并且取得了不少成果，但实际应用于工程的比重远低于欧美国家，远没有达到规模应用的水平。我国的改性沥青的研究工作往往由各高等院校、科研院所独立完成，缺少象美国公路战略系统（SHRP）这样的大型系统工程，研究的随机性大，配套工作滞后。此外关于改性剂的选择也没有统一的标准。在我省的沥青路面施工中，中、上面层已越来越多地使用改性沥青。

    道路改性沥青一般是指聚合物改性沥青，简称PMA、PMB。我国一般将其分为三类。

    ①热塑性橡胶类：即热塑性弹性体，主要是苯乙烯类嵌段共聚物，如苯乙烯-丁二烯共聚物（SB），苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（SIS）、苯乙烯-聚乙烯/丁基聚乙烯（SE/BS）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能，故也称为橡胶树脂类。SBS由于具有良好的弹性（变形的自恢复性及裂缝的自愈性），已成为目前世界上为普通使用的道路沥青改性剂。

    ②橡胶类：如天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、氯丁橡胶（CR）、丁烯橡胶（BR）、异戊二烯（IR）、乙丙橡胶（EPDM）、丙烯腈丁二烯共聚物（ABR）、异丁烯异戊二烯共聚物（IIR）、苯乙烯异二烯橡胶（SIR）等。其中SBR是世界上应用广泛的改性剂之一，尤其是它胶乳形式的使用越来越广泛。氯丁橡胶（CR）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，在整个加工过程中不伴有化学反应，可反复受热软化（熔化）和冷却凝固的树脂，一般是线型高分子化合物。如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚乙烯（PE）、无规聚丙烯（APP）、聚氟乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚酰胺等。热固性树脂也可作为改性剂使用，如环氧树脂（EP）等。EVA由于其醋酸乙烯的含量及熔融指数MI的不同，分为许多牌号，不同品种的EVA改性沥青的性能有较大的差别。无规聚丙烯APP由于价格低廉，用于改性沥青油毡较多，其缺点是与石料的粘结力较小。

    在聚合物改性剂中，目前常用的弹性体主要有苯乙烯--丁二烯类嵌段共聚物（主要指SBS三嵌段共聚物和SB两嵌段共聚物）和丁苯橡胶SBR以及塑性体EVA树脂和PE（聚乙烯）。

    1．SBS

    SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)是国外应用为广泛的一种改性剂。SBS所以能被广泛地用于改性沥青是与客观存在*的结构有关：在SBS的嵌段共聚物中，聚苯乙烯与聚丁二烯在常温时的不相容性，共聚物中分子链之间的聚苯乙烯内聚能密度较大，聚苯乙烯能聚集在一起，形成许多约束成分的物理交联区域，因其嵌段是柔性的聚丁二烯链段，这就形成了网状结构。

    对于SBS 改性沥青的研究成果，归纳起来有以下几个结构得到基本的认同：

    a)SBS的掺量有一临界值，一般认为临界掺量在6%左右，当然随原样沥青的性质不同而有所不同。在临界掺量前后改性沥青会出现很大的不同。

    b)原样沥青中的沥青质含量对改性沥青的性质有较大的影响，有研究者采用参数Ic=（沥青质=饱和分）/（芳香族+树脂）来评价这种性质，一般认为Ic小，则沥青与SBS相容性好。

    c)SBS改性沥青的优越性为：脆点温度很低，低温性能好；在常温下粘度很大，能低抗车辙，而在高温时则粘度迅速降低，具有良好的施工和易性；这些性质都正是人们理想中的沥青所应具有的性能。

    d)混合料试验也证明了沥青胶结料的试验结果：

　·抗车辙能力大大提高；

　·低温开裂温度降低；

　·抗疲劳性能也得到提高；

    ·粘附性能也得到提高。

    正是因为SBS所拥有的这些优良性能，再加之SBS与沥青混掺比PE和SBR方便，因此它成为聚合物改性沥青中的*也就不足为怪了。

    2．聚乙烯（Polyethylene,PE）

    聚乙烯常用于改性沥青的是低密度聚乙烯（LDPE）和线型低密度聚乙烯（LLDPE）。

    低密度聚乙烯树脂是密度为0.910∽0.925的白色蜡状物，结晶度（55%∽65%）低，结晶熔点（108∽126 ）也较低，熔体指数范围（MI=0.2∽30）较宽。

    线型低密度聚乙烯的密度一般为0.920∽0.930，在结构、结晶度、密度等方面介于高密度聚乙烯和低密度聚乙烯两者之间，与HDPE比，短支链多，与LDPE比，长支链少，可以看成是线型结构。另外，LLKPE熔点比LDPE 高（10∽20），熔体粘度高，熔体弹性小，热变形温度高。

    研究表明：

    1）聚乙烯能显著改善沥青的高温性能，是由于聚乙烯均匀布于沥青胶体中，许多聚乙烯链相互褶叠，在沥青空间形成一张密密麻麻的大网，从而限制了沥青胶体体系的流动性，增加了抵抗外力的能力，所以使其高温时的强度和抗变形能力都得到了提高。

    2）当掺量超过5%时，由于PE相的粘度过大，混合物在高速搅拌过程中，PE 较难分散。随着PE 分子量的不同，在同样掺量下，粘度会随分子量增大而增大。

    3．EVA树脂

    EVA树脂是乙烯和醋乙烯脂单体共聚合而得，是一种热塑性聚合物。由于在乙烯支链上引入了极性的醋酸基团组成的短支链，打乱了原有的结晶状态，并增加了聚合物链之间的距离，导致共聚物EVA比聚乙烯PE更富有柔韧性和弹性。EVA借助于胶体磨的强外力的作用，使其断链形成细小的分散相，由于EVA有两种不同的基团，这就使选择吸附有着更大的范围，同时微粒粗糙表面提供了更大的吸附表面和空间，因此EVA与基质沥青的混溶性较好。

    研究表明，EVA能够改善高温性能。在改善沥青的高温稳定性方面，EVA的作用效果与PE相当，在改善低温柔韧性方面，EVA优于PE，在施工工艺难易方面，EVA明显优于PE，但基质沥青用EVA改性后，其延度反而有所下降。

    一种聚合物能否选作沥青改性剂，它应当满足如下几个条件：

   ·与沥青相容；

   ·与沥青相混合时的高温下能够抵抗分解；

   ·易与沥青混合和在混合料摊铺时易于施工；

   ·在与沥青混掺、储藏过程中及在路面的使用年限内均能保持其原有的优良性能；

   ·在经济上应该合算。

    实际工程上选择改性剂的品种和剂量是个技术性很强的工作，很难简单地说哪个品种的改性剂就一定好或不好，只能根据所在地区的气候条件、交通条件、经济实力、改性沥青设备条件，以及当地沥青路面的主要破坏形式、改性的真正目的综合确定。

    （1）根据不同的气候条件选择

    不同地区的气候条件有很大的差异。我国“八五”国家科技攻关专题《道路沥青及沥青混合料路用性能的研究》已经按照气温、雨量等指标，提出了我国沥青路面使用性能的气候分区，而且对不同的气候区提出了非改性沥青的技术要求。对改性沥青也是一样的，不同的改性剂在改性效果上有很大的差别。对南方夏季炎热地区，高温稳定性要求较高，SBS、PE、EVA等的改性效果较好；而对低温寒冷地区，抗裂性能的要求较高，SBS、SBR的改性效果较好。在我国许多内陆地区和华北、中南、西北地区，夏季炎热，冬季寒冷，高低温要求都很高，选择SBS能两方面都兼顾到，是*改性剂。

    （2）根据不同的荷载条件选择

    不同的道路所承受的汽车荷载亦不一样。对旅游道路等主要供轻型车行驶的道路，产生车辙的可能性较小，主要考虑进行车舒适和气候因素，对抗裂性能的要求是重点，可选择SBS、SBR等；而对以载重汽车为对象的高速公路、一级公路，尤其是重车比例大、超载车多的某些干线道路，如运煤干线，主要的目的是抵抗车辙、拥包等性变形，则可考虑采用SBS、PE、EVA等改性剂。

    （3）根据现有的加工能力

    改性沥青的加工是非常重要的。根据改性剂的种类，可以采用直接加入法，即将改性剂直接投入拌和机与混合料一起拌和。对于橡胶粉，由于其分子结构紧密，因此把它分散到沥青中很困难，必须在高温下与沥青混凝土拌和才能使橡胶颗粒溶胀，这种方法称为湿法，干法则把橡胶粉当作集料加入到沥青中去。大部分改性剂，包括SBR胶乳都可以采用预混法制作改性沥青 ，对许多改性剂，如SBS、PE、EVA等，必须采用高速剪切、胶体磨、混炼等特殊的加工方式，才能使改性剂达到分散均匀的目的。因此，都必须根据实际情况选择适宜的改性剂及其加工方式。

    （4）经过技术经济分析确定改性方案

    改性沥青的成本由以下几部分组成：

    ①改性剂的成本。包括改性剂的单价、用量，有的改性剂尽管价格较低，但剂量较高，应该特别注意。例如，EVA和PE的合理剂量宜为4%-6%，SBS和SBR的合理剂量宜为3%-6%。

    ②加工费。如改性沥青设备费、沥青加热用的柴油、电力费，有的还需要必要的管道、阀门、配件以及人工费等。

    ③采用改性沥青后因增加沥青用量而增加的费用。与普通的非改性沥青相比，沥青用量大体要增加0.3%-0.5%左右。

对任何一个工程，都必须从技术性能及经济成本两方面分析，选择成本低、性能好、效果好的改性剂和制作方式。

 

    改性沥青的性质与基质沥青密切相关。一种沥青不一定适用所有的改性剂，一种改性剂也不一定适用于所有的沥青。沥青种类的选择应从沥青的组分构成及原始物理性质出发，考虑沥青的组分构成主要针对沥青与改性剂的兼容性，而物理力学性质是针对聚合物对不同沥青改性效果不同。应根据不同地区的使用要求选择合适的沥青。因此，要生产符合规范要求的改性沥青，选择基质沥青时必须考虑到以下几方面：

   （1）基质沥青应符合重交沥青的技术标准要求

改性沥青的突出优点就是低温延伸性能的大幅提高，因而应强调15℃延度及含蜡量的要求。

   （2）必须充分考虑基质沥青与改性剂的配伍性

基质沥青与改性剂之间存在配伍性的问题，基质沥青通常所说的三大指标并不能*反映沥青的内在性质。沥青的各组分沥青质、胶质、芳香分、饱和分之间的比例关系直接影响到与改性剂的配伍问题。从改善沥青组分与改性剂相容性的要求出发，应尽量选用较低沥青质含量和较高芳香分、胶质含量的基质沥青。

   （3）必须选用合适的基质沥青标号

    一般来说，基质沥青通过通常手段改性后，其25℃针入度要下降20～25。如加工I－D级一般选用70号沥青，I－C级选用90号沥青，I－B级选用110号沥青。

    沥青改性效果的关键在于解决改性剂与沥青的相溶性问题。加入改性剂的主要目的就是要改善沥青混合料在高温下及低温下的路用性能，提高其抗车辙、抗疲劳、抗老化及抗低温开裂等方面的性能。改性剂与基质沥青的相溶性主要取决于两者之间的界面作用、基质沥青的组分以及集合物的极性、颗粒大小、分子结构等因素。研究发现，基质沥青中沥青质含量对SBS改性效果的影响较大，基质沥青中沥青质的含量越高，相溶性越好。

    除了少量可以采用直接投入法加入的改性剂如SBR胶乳外，大部分改性剂与道路沥青的相溶性很不好，所以必须采取特殊的加工方式，将改性剂*分散在沥青中，才能生产改性沥青。我国对PE和SBS等仅仅采用常规的机械搅拌方式，以致加工效果不明显，严重影响了改性沥青的发展。所以，改性沥青设备成了发展改性沥青的关键。

    改性沥青的加工制作及使用方式，可以分为预混法和直接投入法两大类。实际上，直接投入法是制作改性沥青混合料的工艺，只有预混法才是名副其实的制作改性沥青。预混法又可分成（1）现场法，利用改性设备现场加工改性沥青，（2）母体法，先加工成含高剂量聚合物的母体，再在现场调稀使用，工厂化直接生产成品的改性沥青，它也属于预混法的范畴。

    研究认为，聚合物能否有效地改善基质沥青的性能，除了它们之间的相溶性外，与改性剂在基质沥青中的分散状态有着密切的关系，影响分散状态的直接原因主要是混溶设备及工艺方法。因此，制造改性沥青的关键在于能将改性剂磨细，并使其均匀地分散于沥青胶体中。

    沥青改性设备一般包括七个子系统：沥青外掺剂供给系统、炼磨搅拌系统、加热保温系统、控制系统、称量称重系统、液压站及成品贮存罐。胶体磨是整个改性设备的核心，它应能在高温、高压环境下长时间高速旋转，同时还应能控制物料的均混粒度以及胶溶效果。

对于道路建设者，直接购买改性沥青成品，使用时可以与普通的沥青一样加热融化使用，使用方便简单。但是，由于在改性沥青制作时需要加入多种外掺剂，以防止改性剂的离析，所以总的价格要比现场制作昂贵，且*放置，改性效果必然有所影响，目前主要是一些国外公司在推销成品的改性沥青，如壳牌、科氏公司等。成品改性沥青一般都是桶装，这对于没有存贮和接收散装沥青条件的单位来讲，比较方便，但其成本无疑较高。因此，对我国大部分情况而言，它并不是适合。

    母体法同样需要加工后的防离析措施，否则在使用过程中照样要离析。母体再溶化加工也比较困难，使用受到限制。

    对目前工程上使用较多的SBS、SIS等热塑性橡胶类和EVA、PE热塑性树脂类改性剂，由于它与沥青相溶性较差，仅仅采用简单的机械搅拌势必需要太长的时间，且效果不好，所以我国*以来始终停留在试验路阶段。对这些改性剂，应通过胶体磨或高速剪切设备等*机械的研磨和剪切力强制将改性剂打碎，使改性剂充分散到基质沥青中。这种生产改性沥青的方式是目前上进的方法，除了可以在工厂生产*的改性沥青并运输到现场使用外，也可将改性沥青设备安装到现场，边制造边使用，从而给生产上带来了很大的方便。而且改性沥青的质量良好，因此是值得推广的方法。

    采用*的改性沥青制造设备在现场加工制作改性沥青，然后直接送入拌和机使用。其生产成本较低，改性剂分散后不等它离析或凝聚，便与混合料拌和，所以改性效果较好，应该说是我国改性沥青生产的发展方向。同时所加工的改性沥青也可以供应一定范围内的沥青混合料拌和厂，由沥青车调运使用，只需在现场设置可搅拌的贮存罐即可。

    现场使用的改性沥青设备有胶体磨式与高速剪切式两大类，这两类设备都是国外常用的*改性沥青制作设备。奥地利喜来利（Heraklith Gruppe）、美国HEATAC、R&D公司使用的是德国希佛尔（SIEFIR）公司或伯聂哈分（BENNINGHOVEN）公司的胶体磨，俄罗斯、壳牌公司则使用高速剪切式的设备。目前我国主要采用胶体磨法，但高速剪切式也有良好的前景。

    采用胶体磨法和高速剪切法加工改性沥青，一般都需要经过改性剂溶胀、分散磨细、继续发育三个阶段。每一阶段的工艺流程和时间随 改性剂及加工设备的不同而不同，而加工温度是个关键。改性剂经过溶胀阶段后，磨细分散才能做到又快又好，加工出来的改性沥青还需进入贮存缸中不停地搅拌，使之继续发育（对SBS一般需30min以上），才能喷入拌和锅中使用。

    为了保证改性效果，必须对改性剂的分布状态及细度进行检查，检查以荧光显微镜为佳。荧光显微镜的原理是利用了不同材料对荧光的反映特性不同，与其它检查方法相比，试样不需做过多处理，利用它既可观察改性剂粒子的大小，也可观察改性剂的分布状态，检查标准要求：改性剂从细小的形式均匀稳定地分散于沥青中，不结团或呈絮状，如要求塑料类改性剂，粒径<10μm，要求橡胶类改性剂呈均匀的微丝状或颗粒状（粒径<10μm）。

    制造改性沥青时，根据要求将基质沥青和改性材料加入立式搅拌罐，在通过高剪切均化器时，经过不断地循环、剪切，改性剂均匀地分布到沥青中，形成改性沥青。制作流程如图1所示。每次制作完成后，均先取样，在显微镜下观察不同改性剂在沥青中的存在形式和状态。其基质沥青加入温度约175℃，改性沥青在均质器中循环次数为4次，改性沥青生产温度为180℃-190℃。通过取样、显微镜观测，SBS能均匀分布在沥青中且形成网状结构。

    至于掺PE、EVA以及复合改性（掺PE和SBS按设定的掺和比例预先掺配）的改性沥青配制，由于该设备是专门生产SBS改性沥青的，为确保PE、EVA及复合改性的效果，适当增加了研磨时间和次数，同时增加了搅拌时间，通过显微镜观测，可以认为PE、EVA及PE和SBS都均匀分布于沥青中。

  

      基质沥青→搅拌加温→搅拌均化→储存、搅拌 

                       ↑　　　　　　　↓             

    　　　　　　　 改性材料      成品保温储存罐

 

                          图1 改性沥青生产流程

 

    在了解了改性沥青的一些基本要求之后，我们研究和使用了较多的SBS改性沥青，以及多采用的工厂化加工方式，提出以下意见供参考。

    1、基质沥青：满足规范要求的同结构层一样的沥青。基质沥青对改性沥青质量影响较大，尤其现行改性沥青施工技术规范要求的改性沥青标准一般的基质沥青改性后都能达到，但其使用效果截然不同，尤其是沥青混合料的性能差别（动稳定度）更大。

    2、现行改性沥青施工技术规范要求的改性沥青标准偏低，不利于发挥改性沥青的性能，应适当提高改性沥青的标准，针对不同的用途制定相应标准。

    3、应当参考沥青混合料的一些性能结果来选择合适的改性沥青供应商或改性剂。

    4、改性沥青的检验周期比较长，实际应用中不能相适应，现场主要以300倍以上显微镜观察改性沥青的均匀性和改性剂的细度满足要求（絮状分布，网状为临界点）。

    5、改性沥青的关键和对质量比较敏感的是改性剂的掺量，因此控制好改性剂的掺量至关重要。

    6、影响沥青路面性能的关键性指标控制：与之直接相关的有针入度、软化点、运动粘度、老化后的延度等指标。

    7、运输的影响：适当的温度（135~165度），快捷和迅速，尽量减少中间环节。

    8、使用方法的影响：运输、存储等不可避免的会引起改性沥青的离析，而均匀又是改性沥青的关键，那么使用前应将改性沥青充分搅拌均匀；为防止高温老化应准确控制加热温度和拌和温度，并尽量缩短混合料存储时间，快速使用。

    9、因为影响沥青路面性能的关键性指标与改性剂的掺量有着直接的关系，所以关于改性沥青质量的检验可以在确定供应商之后先做出全套技术检验，找出它们之间的相互关系，日常检验以控制重点来判断改性沥青是否合格，并定期或不定期做全套技术检验相结合的方法综合控制改性沥青的质量。

    10、施工的影响因素也较多，规范中也作了具体规定，重要的是拌和设备和碾压设备的组合。