土木工程材料新技术及其应用
改性石油沥青
俞开元 张超
土木工程材料新技术及其应用
改性石油沥青（Modified Asphalt）
1.何为改性沥青（what）
• 广义定义：是指掺橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细 的橡胶粉或其它填料等外加剂，或采取对沥青进行轻 度氧化等工艺措施，使沥青或沥青混合料性能得以改 善而制成的沥青结合料。（参照JTJ F40-2004）
（PE+SBS复合改性） • 1998年：我国交通部颁布了《公路改性沥青路面施工技术规范》
（JTJ 036－98）
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我国聚合物改性沥青使用量
我国高速公路发展预测
我国改性沥青使用量预测
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• 聚合物改性沥青的种类:
用于沥青改性的聚合物很多，主要有： 热塑性橡胶类：
规范
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聚合物改性沥青
• 80年代末：仍处于铺筑试验路阶段或小规模应用阶段 • 90年代 ： 重庆公路科学研究所——于广东成功地铺筑出第一条规模
较大的橡胶沥青路面 • 1995 年：齐鲁石化公司——丁苯橡胶改性沥青在北京地区的路用性
能研究课题通过交通部技术鉴定 • 1992年 ：首都机场高速公路使用了NOVOPHALT改性沥青技术
验、冲击板试验、离析试验等 用于混合料的指标：简支梁弯曲试验、动态
剪切试验、直接拉伸试验、压力老化试验、约 束温度应力试验等
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弹性恢复：
评价改性沥青在外力作用下产生变形的自动恢
复能力。弹性恢复好，路面在荷载作用下产生
的变形，能在荷载通过后迅速恢复，从而留下
的残余变形就小，或者说路面具有良好的自愈
3. 如何改性（How）
⑴ 改进生产工艺 氧化、半氧化沥青，泡沫沥青，乳化沥青
⑵ 掺加矿质填料——改善耐老化性 碳黑、硫磺、硅藻土、纤维等
⑶ 调和沥青——改善稳定性 掺加湖沥青、岩沥青、海底沥青等天然沥青
⑷ 掺加高分子聚合物——改善力学性能 热塑性丁苯橡胶(SBS)、丁苯橡胶(SBR)、乙烯-醋
酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯(PE)、废旧橡胶粉等
（2）气候条件：我国幅员辽阔，有些地方夏季酷暑、冬 季严寒；有些地方潮湿多雨，沥青路面经受严峻考验。
（3）建筑材料对沥青抗裂性能和粘附性能要求的提高。
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改性的目的
• 改善沥青的路用性质： 高温稳定性 低温抗裂性 耐疲劳性
• 改善沥青的粘附性 • 提高沥青的抗老化性
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我国工程中使用的道路石油沥青、建筑石 油沥青均为氧化沥青
土木ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ程材料新技术及其应用
• 矿物填充料改性沥青
在石油沥青中加入一定数量的矿物填充料 进行改性的沥青。掺入填充料可提高沥青 的粘结能力和耐热性，降低沥青的温度敏 感性。
常用的改性矿物填充料大多是粉状和纤维 状的，主要有滑石粉、石灰石粉、硅藻土、 水泥、生石灰粉和石棉等
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• 矿物填充料改性沥青的机理：
由于沥青对矿物填充料的湿润和吸附作 用，沥青成单分子状排列在矿物颗粒（或 纤维）表面，形成结合力牢固的沥青薄膜， 这部分沥青称为“结构沥青”，具有较高 的粘性和耐热性
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• 聚合物改性沥青 将某些同石油沥青具有较好的相容性聚合
• 狭义定义：指聚合物改性沥青
PMA——Polymer Modified Asphalt PMB ——Polymer Modified Bitumen
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2.为什么对沥青改性（Why）
（1）交通的发展：交通量剧增，重载超载现象严重，某 些路段超负荷运转，采用普通沥青不能满足要求。
物（包括橡胶和树脂），加入到沥青中而制 成的沥青。加入聚合物可赋予石油沥青优良 的性能，从而改善石油沥青的使用性能。
聚合物改性的机理较复杂，一般认为聚合 物改变了体系的胶体结构，当聚合物的掺量 达到一定的限度，便形成聚合物的网络结构， 将沥青胶团包裹。
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聚合物改性沥青
• 1873年 英国人Samuel Whiting申请了橡胶改性沥青的专利 • 1902年 法国修筑了掺有橡胶（NR）的沥青路面 • 1937年 英国修筑了掺有橡胶的碾压式沥青混凝土作表面磨损层 • 1947年 美国也开始将合成橡胶改性沥青用于道路铺装试验 • 1954年 日本将橡胶改性沥青试铺于北海道国道36号 • 1975年 日本开始研究改性沥青技术规范 • 1988年 日本中将改性沥青技术规范列入铺装纲要 • 1987年 日本率先采用多空隙改性沥青路面 • 1995年 美国AASHTO及ASTM提出改性沥青规范 • 1995年 美国SHRP提出 Performance-based Gradation 沥青技术
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)
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橡胶类：
天然橡胶（NR)、丁苯橡胶（SBR) 氯丁橡胶（CR）、异戊二烯橡胶（IR)等
树脂类： 热塑性树脂：
乙烯-乙酸乙烯共聚物（EVA)、聚乙烯（PE)、 无规聚丙烯（APP）、聚氯乙烯（PVC)等
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沥青改性剂（modifier）
• 在沥青或沥青混合料中加入的天然或人工 合成的有机或无机材料，可熔融或分散在 沥青中，以改善或提高沥青的性能。
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• 氧化改性沥青 氧化也称吹制，是在250～300℃高温下
向残留沥青或渣油吹入空气，通过氧化作用 和聚合作用，使沥青分子变大，提高沥青的 粘度和软化点，从而改善沥青的性能，得到 的沥青为氧化（改性）沥青
热固性树脂:
环氧树脂（EP)等
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• EVA改 性
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SBS改性
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聚合物改性沥青的特性： 粘度增加、高温稳定性增加 塑性增大、低温抗裂性提高 耐老化性能提高
聚合物改性沥青性能的评价: 常规指标：针入度、延度、软化点、粘度、
脆点、针入度比等 专用指标：弹性恢复、测力延度、粘韧性试
性。
原长
弹性 恢 10 -复 X10% 0 X