SBS/胶粉复合改性沥青特性的研究

　　经济和交通运输业的高速发展，促进了高等级公路网的建设，使得改性沥青需求量与日俱增。

　　在众多的聚合物改性剂中，SBS是目前国内外应用最为广泛和成熟的一种。SBS是苯乙烯与丁二烯嵌段共聚物，苯乙烯段物理交联可改善沥青的抗高温永久变形能力，而丁二烯段赋予沥青一定的柔韧性。这种特殊的结构，使得SBS改性沥青具有良好的高温性能，同时低温性能也得到改善。SBS改性沥青路面已经很大程度上改善了基质沥青的性能，但也不可避免的存在一些缺陷，如低温脆性大、延度小、抗老化和抗疲劳性能差等。国内外道路建设的发展需要对沥青路面提出了更高的要求，不但希望铺筑的沥青路面能够做到“夏季不变形，冬季不开裂”，而且希望铺筑的路面具有较强的吸收交通噪音的能力，以满足重交通流量、高等级公路和城市交通的不同需要。实践证明，把橡胶粉加入到沥青中，可以在一定程度上弥补以上缺陷。胶粉改性沥青不但能够提高沥青的软化点，尤其在改善沥青低温条件下流动性，提高延度（尤其是低温条件下的延度）方面有着无可比拟的优势，增强沥青回弹变形能力。

　　因此，在SBS改性沥青中加入胶粉，不但可以提高沥青的弹性，改善沥青的高、低温性能，还可以扩大沥青的使用温度范围，同时废胶粉资源丰富、价格低廉、加工工艺简单，又不污染环境，还能实现废弃轮胎的资源化。综上可以看出，复合改性沥青的研究具有重要的经济意义、环保意义和社会意义，符合可持续发展的原则。

　　一、SBS和胶粉的特性SBS是以1，3一丁二烯和苯乙烯为单体，四氢呋喃为活化剂，以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线型或星型嵌段共聚物。每个丁二烯链段的末端都连接着—个苯乙烯链段，若干个丁二烯段偶联则形成线型或星型结构。因此，SBS改性剂分线型和星型两种结构。

　　胶粉按其粒径的大小可分为粗胶粉：0.425mm以上（40目）；细胶粉：0.425～0.180mm（40～80目）；精细胶粉：0.180～0.075 mm（80～200目）。改性道路沥青主要用精细胶粉。

　　精细胶粉主要是由废旧鞋胶胎破碎而制得，成分主要为天然胶（NR）和丁苯胶（SBR）等，其橡胶烃含量在55 %左右。

　　二、改性机理研究在SBS改性沥青的制备过程中，SBS与沥青在热状态混合下，原来的胶体结构平衡被破坏，SBS的端基产生软化，并产生一定的流动，中基则吸收沥青中的油分并形成体积增大许多倍的海绵状材料，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。

　　目前认为，胶粉对沥青的改性机理可总结为以下几个方面：

　　（一）沥青胶体结构变化加入热沥青中的橡胶粉能吸附沥青中的轻组分，沥青中与改性剂结构相似的轻组分（主要是油蜡）经过渗透，扩散进入橡胶网络，使橡胶溶胀，从而有效地降低沥青中的游离蜡含量，组分的变化使得高蜡含量的沥青胶体结构向溶凝胶型结构发育。感温性显着下降，其他性能也得到改善，蜡含量的降低最终改善了沥青的感温性。

　　（二）胶粉颗粒体积溶胀橡胶颗粒吸收沥青中的油分而溶胀，部分恢复了生胶的性质，橡胶颗粒重新具有一定的粘性，并由原来的紧密结构变成相对疏松的絮状结构，制备后的溶胀橡胶颗粒能够较均匀地悬浮分散在沥青中，基质沥青也因部分油分被吸收而变得粘稠；这种混溶改性材料不仅保持了基质沥青材料的主要物理力学性质和恢复橡胶材料部分生胶的粘性和可塑性，而且两者的共同作用也改变了基质沥青材料的物理特征、粘结性、感温性和耐久性，产生了改性效果。

　　（三）胶粉颗粒降解与熔胀过程同时发育的还有橡胶颗粒的脱硫和橡胶分子的降解过程。在高温搅拌条件下，橡胶体型网状大分子结构适度氧化解聚，变成大量的小体型网状结构和少量链状物，从而获得部分塑性和粘性，但同时也失去部分原有橡胶的弹性。随着热沥青中胶粉颗粒的脱硫和降解，胶粉颗粒会与沥青发生物质交换，橡胶颗粒中的硫、炭黑、氧化硅、氧化铁等物质进入沥青胶体体系中，起到改善沥青温度敏感性、低温性能及耐老化性能的作用。

　　（四）胶粉颗粒增强作用橡胶粉颗粒加入沥青中可形成加劲结构：橡胶颗粒三维随机分布，构成连续相，橡胶颗粒间靠凝胶膜连接，节点粘结效力依赖于温度，溶胀后的橡胶粉之间没有强的化学链接，废胶粉改性沥青内部不形成整体性的网络加劲结构。废胶粉改性沥青中，常温及常温以下时，胶粉模量相对沥青模量较低，胶粉与沥青应变不同步，主裂纹前端应力场发生变化，易使主裂纹偏转。同时，加上本身存在大量表面毛刺、纤维，当基质沥青达到极限应变断裂时，断裂应力将瞬间集中在胶粉颗粒上，在颗粒表面产生应力集中，诱发大量银纹（银纹是指材料表面或内部的一些缺陷在受到应力集中作用时引发的细微纹痕和剪切带），银纹的产生和发展消耗大量的能量，因此可提高沥青的冲击强度和可塑性。而且，裂缝不会穿透胶粉颗粒发展，橡胶颗粒是银纹的中心，它跨越银纹的两端，银纹要发展就必须拉伸橡胶颗粒，橡胶颗粒因此消耗和吸收大量的能量，提高了橡胶颗粒沥青混合料的抗冲击能力。银纹的另一特点是在应力作用初期银纹体相当硬，当应力超过一定数值后，银纹体开始屈服，形变随时间的延长而发展，断裂伸长增加，卸载后应变逐渐恢复，应变随时间的延长而消失。胶粉颗粒的存在易使主裂纹偏转，裂纹偏转可降低裂尖的应力强度因子，从而增强胶粉改性沥青的抗裂能力。

　　三、复合改性沥青的性能在沥青中加入橡胶粉进行改性的橡胶沥青，其改性效果在某些方面优于单纯的SBS改性沥青，能够达到优良的技术性能。

　　（一）良好的稳定性。在沥青中加入橡胶进行改性后，其针入度减小，粘度增大，软化点提高，同时抗流动性提高，从而具有较高的抗车辙能力和抗推移拥包的能力。同时，在沥青中加入胶粉提高了沥青在低温下的延度，增加了沥青的柔韧性，改善了沥青的低温性能。由于加入胶粉后沥青的粘附性增加，石料表面粘附的橡胶沥青膜厚度增加，因而提高了沥青路面抗水损害性能，延长了公路的使用寿命。

　　（二）优良的耐久性和抗滑性能。橡胶沥青在低温条件下敏感性降低，有利于抵抗不利气候的循环作用，由于其柔韧性提高，橡胶沥青能够承受重复拉应力或拉应变的反复作用，疲劳寿命有了很大提高。抗滑性是反应行车安全性的关键指标之一，随着公路技术的不断成熟和公路设施的不断完善，人们对行车安全性的要求越来越高，橡胶沥青能够增加车辆轮胎与路面的附着性，增大摩擦系数，行车安全性将大为提高。

　　（三）减少反射裂缝。橡胶沥青具有较强的柔韧性和抗疲劳性能，由橡胶沥青胶结料、单粒径集料组成的应力吸收薄膜夹层对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果，可使裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，可明显地减弱缝尖端应力的奇异性，降低应力强度因子，从而达到延缓反射裂缝产生的目的。用橡胶沥青和单粒径集料制成的橡胶沥青薄膜能够明显防止和减少沥青路面的反射裂缝，大大延长路面裂缝的反射时间。

　　（四）减少噪声污染。随着经济建设的持续快速发展和人民的生活水平的提高，人们对道路舒服性要求也越来越高，沥青路面结构由于具有平整度好、舒适度高、易于维修等优点已成为高速公路的主要路面结构形式。但目前高速公路沥青路面在车辆高速行驶下所产生的噪音污染始终未能有效解决，橡胶沥青能够有效的吸收噪音，用在开级配磨耗层中更能够大大降低噪音污染，从而使行车舒适性得以提高。

　　综上所述，利用橡胶粉进行改性的沥青的以上特点决定了沥青混合料的优良性能。国外的研究证明，复合改性沥青混合料具有优良的高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害能力，其抗老化性能和抗疲劳性能更优于单纯的SBS改性沥青混合料，用复合沥青混合料铺筑的公路有平稳、舒适、噪音低等优点，能明显改善路面的质量并延长其使用寿命。