综述WRP、SBR、SBS改性沥青制备方法和性能的比较

王晓倩，陆江银，邢 苗

（新疆大学， 新疆 乌鲁木齐 830046）

综述WRP、SBR、SBS改性沥青制备方法和性能的比较

王晓倩，陆江银，邢 苗

（新疆大学， 新疆 乌鲁木齐 830046）

介绍了目前国内在制备改性沥青方面的三种常用方法: 废橡胶粉WRP改性沥青、SBR改性沥青、SBS改性沥青，并对这三种方法的改性机理作了简要叙述，对由这三种方法制备的改性沥青的性能做了对比。因此可根据实际情况选择不同的改性方法。

废橡胶粉；SBR；SBS；改性沥青；改性机理

用沥青铺设道路在国内的大部分省市已经开展，沥青对温度的敏感性导致了路面在高温时容易软化，在低温时容易开裂，在高负荷下会出现车辙，在长期的恶劣环境下会老化。因此对沥青进行改性是一件对铺设更优质的沥青道路具有重要意义的事情。

Didier Lesueur等[1]对沥青的定义为沥青在室温下是一种粘弹性液体，而不能定义为半固体材料。沥青由饱和分、芳香分、沥青质和胶质组成。沥青具有较复杂的化学性质，这是由其含有不同的化学物质所决定的[1]。不同型号、不同产地的沥青其化学组成含量不同，这就需要用不同的改性方法进行试验改性。

1 WRP、SBR、SBS改性沥青制备方法

1.1 废胶粉改性沥青的制备

用废橡胶粉制备改性沥青，即将废旧轮胎经机械方式粉碎后，按照一定比例添加到沥青中，在高温下经高速剪切机剪切，制得改性沥青。根据所选用的基质沥青型号的不同，基质沥青的产地不同，要制备性能优良的改性沥青需要控制不同的工艺条件和胶粉及外掺剂的用量。用废橡胶粉制备改性沥青是集环保和资源再利用于一体的一个绿色途径。

1.2 SBR改性沥青

SBR为苯乙烯—丁二烯—苯乙烯的无规共聚物。

用SBR制备改性沥青，目前据文献报道的有两种方案：（1）王小妹等[2]只向基质沥青中加入 SBR制备改性沥青。（2）将SBR作为添加剂，加入到废橡胶粉改性沥青中。而在实际应用中，方案（2）的应用较多，因为废橡胶粉的价格远低于SBR，这在一定程度上可以降低原料成本。

1.3 SBS改性沥青

SBS 为苯乙烯—丁二烯—苯乙烯的嵌段共聚物。作为一种热塑性弹性体，SBS 兼具橡胶与塑料的特性[3]，在拌和温度下粘滞度较低，SBS 在沥青中可形成网状结构，从而改变沥青的力学性能，因此SBS作为沥青的改性材料是相当适合的,但是SBS的价格较高。

1.4 改性改性剂制备改性沥青

一改性剂往往只对改性沥青的某一方面性能或者某几个方面的性能有所提高，这就使得改性沥青的优良性能存在一定的局限性，为了得到具有更优良性能的改性沥青，就需要制备复合改性沥青。而程建等人[4]则利用苯乙烯－丁二烯－苯乙烯嵌段共聚物SBS/废胶粉制备复合改性沥青，这不仅创造了经济效益，还带来了环境效益。

废胶粉为主体制备复合改性沥青的方法[4]：在制备复合改性沥青之前首先将两种改性剂进行预处理，主要的处理方法就是将SBS通过物理方法接枝到胶粉上，从而尽可能使二者浑为一体，提高改性剂与沥青之间的相容性。

[5]报道使用粘土和聚合物混合做改性剂，传统的混合物改性剂有：（1）SBS/高岭土（2）SBS/有机膨润土（3）SEBS/高岭土，SEBS是以聚苯乙烯为末端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物。SEBS不含不饱和双键，因此具有良好的稳定性和耐老化性。以上三种聚合物与粘土的混合是以混合物的形式加入的，而不是单一逐个的加入基质沥青中。

[6]通过用单一的SBR胶粉和SBR乳胶分别制备改性沥青，发现如果只使用SBR胶粉，对沥青软化点的提高有限，不能满足高软化点的要求。如果只使用SBR乳胶，软化点的提高优于SBR胶粉。但是使用了 SBR胶粉/SBS作复合改性剂制备改性沥青，从而可以在一定程度上弥补用单一改性剂得到的改性沥青的性能。

2 沥青性能的比较

2.1 改性机理

2.1.1 胶粉改性沥青的改性机理

废橡胶粉指的是废旧橡胶轮胎经过粉碎机粉碎后产生的大量分子碎片颗粒，是一种含橡胶、炭黑、软化剂和硫化剂等多种材料的具有交联结构的材料[7]。

崔亚楠等[8]认为，通过IR分析得到，废橡胶粉与基质沥青的混合过程既有物理共混又有化学反应。废胶粉中的碳碳双键在高剪切分散的作用下打开，然后与沥青形成新的交联结构。

袁德明等[9]认为废旧橡胶粉改性沥青机理可以从溶胀性和相容性两个方面来解释。改性沥青的前提条件是橡胶粉与沥青充分混容，在此基础上，胶粉吸收沥青中的轻组分而发生“溶胀”，与沥青的其他组分相互作用，从而形成部分相容体系。其改性机理[10～13]是胶粉和沥青混合后不发生化学反应，只是胶粉吸收沥青中的轻组分发生部分溶解和体积上的溶胀，从而改善沥青性能，这是溶胀性机理。沥青由饱和分、芳香分、沥青质和胶质组成[1]。聚合物能吸收沥青中的饱和分和芳香分而溶胀，饱和分和芳香分含量与相容性有密切关系[14]。沥青与胶粉之间存在着相对分子质量及分子结构上的差异，属于热力学上的不相容体系[15]。从热力学角度看，聚合物与沥青是不相容的，采用机械剪切搅拌方法将其混合，也属于热力学不稳定体系，一旦停止外力作用分散相具有自动凝聚、离析的能力[16]。这是分散性机理。

最近几年，脱硫胶粉在废胶粉改性沥青中的应用较为广泛。胶粉由硫化橡胶经粉碎制成[17]，具有相对完整的三维空间网络结构，因此其在沥青中不易溶胀和分散。脱硫胶粉中的部分交联键被打断，可以更加充分的溶胀在沥青中，同时脱硫胶粉表面具有活性基团，有利于同沥青的化学键合，使其在沥青中的分散性得到改善[18]。

单一的加入废橡胶粉，最主要是增加了沥青粘度。由于胶粉的重力作用，长时间的静置会导致胶粉下沉凝聚，使得改性沥青的稳定性不达标。而且胶粉的加入会影响沥青的胶体结构，程国香等人[19]首先用液体不饱和聚合物增容剂对废旧轮胎胶粉进行表面活化处理，制备了废旧轮胎胶粉改性沥青(CRMA)，使改性沥青的储存稳定性得到提高。在文献报道的试验中，作者往往都需要加入稳定剂、硫化剂、硫化促进剂等外掺剂，才能获得具有优良性能的改性沥青，进而可以实现工业应用。

2.1.2 BR改性沥青的改性机理

王磊等[20]对SBR改性沥青的改性机理做了以下解释：SBR改性剂与沥青的共混体系主要属于物理共混体系，混合时SBR改性剂与沥青既没有发生化学反应，也没有改变沥青的组分，而是相当于在沥青体系中增加了一个组分。SBR和沥青混合后，其只能以粒子态弥散于沥青中，这些粒子吸收沥青中的饱和分、芳香分和蜡分而溶胀，并把由胶质、饱和分、芳香分吸附于其表面形成的胶粒作为分散相，以饱和分和芳香分作为分散介质，从而胶溶于沥青中。改性剂胶团是以发生溶胀的改性剂微粒为核心，其结构与沥青胶团结构正相反，由里而外，沥青的组分由非极性的渐变为极性的。当沥青中沥青质含量过多时，会影响SBR胶粒与沥青的相溶性。因为SBR胶团与沥青质胶团都以饱和分和芳香分作为分散介质，它们会互相争夺分散介质。由于由废橡胶粉所制得的改性沥青并不能达到较高要求的工业应用标准，SBR改性沥青的制备就显得非常有必要。

2.1.3 BS改性沥青的改性机理

SBS对基质沥青的改性机理类似 SBR改性机理。

吉永海[21]的实验证明：SBS 加热熔融后易与沥青共混，冷却后可以恢复其弹性体特性，而且SBS在道路使用温度范围内具有相当高的机械强度和弹性，在拌和温度下粘滞度较低，SBS在沥青中可形成网状结构，从而改变沥青的力学性能，因此SBS作为沥青的改性材料是相当适合的。已有试验表明[2]，各类改性沥青中，SBS改性沥青的抗永久变形能力最好。

2.2 改性剂制备的改性沥青性能比较

沥青路面的缺点是温度敏感性较高。夏季强度下降，若控制不好会使路面发软泛油或推移剪裂破坏乳化沥青。低温时沥青材料变脆可能引起路面开裂。而用废橡胶粉改性沥青铺设的路面比普通沥青路面更耐用，噪音低，产生裂纹少等优点。

在周吉萍等[6]实验中，选用的SBR的物理形态有SBR胶粉和SBR乳胶，实验结果表明用SBR胶粉作改性剂得到的改性沥青延度的提高比 SBR胶乳显著，但SBR胶乳对沥青软化点提高比SBR胶粉显著。

SBR具有较大的粘弹性范围，在低温时仍程弹性，故对沥青的低温性能效果显著。而SBS软硬段相间，兼具塑料和橡胶的特点，对同时改善沥青的高温和低温性能具有独特功能[22]。

从张玉贞等[23]所做的实验中，得到的结论是用聚合物 SBS改性石油沥青时，沥青中的各组分对SBS的溶解作用不同。饱和分对SBS起溶胀作用，而且是完全溶胀；而芳香分和胶质对SBS部分溶解，整个体系呈两相结构。改性沥青要达到最佳性能，其饱和分、芳香分和胶质需达到一定配比。

3 结束语

用废胶粉、SBR、SBS对沥青进行改性只是常用的三种方法，在实际应用中需要根据具体的施工情况以及所要求达到的标准来选择不同的方法,而每一种方法都需要进一步确定最优的工艺条件。

［1］Didier Lesueur. The colloidal structure of bitumen: Consequences on the rheology and on the mechanisms of bitumen modification[J]. Advances in colloid and interface science,2009,145(1-2):42-82.

［2］王小妹,熊伟,刘惠兴. SBR改性道路沥青的研究[J].橡胶工业,2000(0 6):353-355.

［3］赵晶,王抒音,彭永恒,张肖宁.SBS改性沥青技术与效果评价[J].中国公路学报,1997(04):19-25.

［4］程健,占博川.苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/废胶粉复合改性沥青的制备[J].武汉工程大学学报,2012(06):8-12.

［5］Polacco G, Kříž P, Filippi S, et al. Rheological properties of aspha lt/SBS/clay blends[J]. European Polymer Journal, 2008, 44(11): 351 2-3521.

［6］周吉萍, 徐春梅, 毛宇, 等. SBR胶粉改性沥青的研究[J].石油沥青, 2009, 22(4): 62-65.

［7］张双,余国贤,周晓龙,李承烈.脱硫胶粉改性沥青工艺及储存稳定性研究[J].上海化工,2008(02):6-10.

［8］崔亚楠,邢永明,王岚,张淑艳.废胶粉改性沥青改性机理[J].建筑材料学报,2011(05):634-638.

［9］袁德明,刘冬,廖克俭.废旧橡胶粉改性沥青研究进展[J].合成橡胶工业,2007(02):159-162.

［10］Brule B. Paving asphalt polymer blends relationships between com position structure and properties[J]. Journal of Association of Asp halt Paving Technologists, 1988, 57( 1) : 41- 46.

［11］Yu Jianying, Liu Bao ju, Xue Lihui. Study on relationship betwee n microstructure and properties of modified bitumen [J]. Journal of Wuhan University of Technology(Mater SciEd ), 1995, 10 (3):4 7 -52.

［12］Nahass NC. Polymer modified asphalt for high performance hotmi x pavement[J]. Journal of Associat ion Asphalt Paving Technologi sts, 1990, 59 ( 6) : 509 - 525.

［13］Collins JH. Improved performance of paving asphalts by polymer modification[J]1 Journal of Association of Asphalt Paving Technol ogists, 1991, 60 (1) : 43 - 79.

［14］leW, owskiL H. Polymer modification of paving asphalt binders[J]. Rubber Chemistry Technology, 1994, 67( 3 ): 447-480.

［15］张登良.改性沥青机理及应用[J].石油沥青,2003(02):36-38.

［16］什瓦尔茨.糠胶与塑料及合成树脂的并用[M].江伟,译.北京: 化学工业出版社, 1976.

［17］康爱红,肖鹏,马爱群.微波辐射废胶粉改性沥青及混合料性能研究[J].公路,2007(02):138-142.

［18］杜丹超,李晓林,郑广宇,张立群.脱硫胶粉改性沥青性能的研究[J].公路,2012,06:208-211.

［19］程国香,沈本贤,张建峰.表面活化处理胶粉改性沥青的性能[J].合成橡胶工业,2009,05:387-390.

［20］王磊,张敏江,刘峰,于保阳.SBR丁苯橡胶对辽河90#基质沥青改性的分析[J].辽宁科技学院学报,2008,03:35-36+19.

［21］吉永海, 郭淑华.SBS改性沥青的相容性和稳定性机理[J].石油学报(石油加工), 2002, 18(3): 23-29.

［22］张登良.改性沥青机理及应用[J].石油沥青,2003,02:36-38.

［23］张玉贞,王翠红,黄小胜,钱家麟.聚合物SBS和沥青的相容性研究[J].石油学报(石油加工),2001,02:68-71.

Comparison of Preparation Methods and Properties of WRP, SBR and SBS Modified Asphalt

WANG Xiao-qian，LU Jiang-yin，XING Miao
(Xinjiang University, Xinjiang Urumqi 830046，China）

Three kinds of common preparation methods of modified asphalt in China were introduced: modified asphalt with waste rubber powder WRP, SBR modified asphalt and SBS modified asphalt. Mechanisms of these modification methods were discussed. Properties of modified asphalt prepared by these methods were compared. At last, it’s pointed out that suitable modification method should be selected based on actual conditions.

Waste rubber powder; SBR; SBS; Modified asphalt; Modification mechanism

U 414

B

1671-0460（2014）11-2355-03

新疆维吾尔自治区高校科研计划科学研究重点基金项目，项目号：XJEDU2011I06。

2014-04-28

王晓倩（1987-），女，河北石家庄人，研究生，就读于新疆大学，研究方向：废橡胶粉改性沥青性能的研究。E-mail：wangxiaoqian1017@sina.com。

陆江银（1964-），男，教授，硕士生导师，研究方向：工业催化。E-mail：ljy6410@aliyun.com。