張林平 張俊博

1 概述

SBS改性瀝青以其優(yōu)異的路用性能，已經成為道路改性瀝青的主流品種。隨著SBS改性瀝青的普及，改性瀝青機理研究的深入，SBS改性瀝青的制作工藝也已形成共識(見圖1)。

我們知道SBS改性瀝青中的SBS(苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物)是一種彈性好、強度高、耐低溫的熱塑性彈性體，分子量大于50000，密度0.93左右。而瀝青是一種復雜的，以瀝青質為核心，在周圍吸附膠質后形成溶質，分散在以芳香酚為增溶劑的飽和酚溶劑中的膠體，具有穩(wěn)定的膠體結構，分子量通常在1000左右，密度大于或接近1。二者形態(tài)和結構、分子量等的差異，決定了SBS改性瀝青很難形成穩(wěn)定的混合物結構，即使通過圖1高速剪切或研磨，也很難在靜止狀態(tài)獲得結構穩(wěn)定、性能優(yōu)良的改性瀝青。雖然改性瀝青的混合物狀態(tài)我們難以直接觀察，但是通過顯微鏡可以清晰的看到其微觀結構。

2 試驗

我們按照SBS改性瀝青的制作工藝，在不加任何外加劑的情況下進行SBS改性瀝青的制作。取樣后制取顯微鏡觀察片，可以看出SBS和瀝青很難形成一個體系穩(wěn)定的混合物。因此要獲得性能優(yōu)良、體系穩(wěn)定的SBS改性瀝青通常在生產中要加入一些外加劑。

3 外加劑的作用

外加劑在改性瀝青中的作用有增加相容性、補充組分以及通過化學反應形成網狀結構等。按其作用，目前市場上的外加劑大致可分為增加相容性的相容劑、補充組分的增延劑、通過化學反應形成網狀結構的穩(wěn)定劑等。我們可以通過顯微鏡對改性瀝青的微觀狀態(tài)進行分析和比較，發(fā)現這些外加劑在SBS改性瀝青中的作用，下面我們對其一一分析。

3.1 相容劑

大量的實驗研究證明，在SBS物理改性中SBS改性劑與瀝青并沒有發(fā)生明顯的化學反應，只是分散、吸附于瀝青中，形成共存共融狀態(tài)。這種狀態(tài)的穩(wěn)定性取決于二者的相容性。

所謂相容性是指改性劑以微細的顆粒均勻、穩(wěn)定地分布在瀝青介質中，不發(fā)生分層、凝聚或者互相分離的現象的性質。它取決于改性劑和瀝青兩種不同的相的界面上的相互作用——溶解和吸附。溶解和吸附取決于溶解度參數和分子結構，二者越接近相容性或配伍性越好，改性劑分散均勻或者形成網狀結構;反之，相容性和配伍性不好，改性劑析出、分層。所以，同一種改性劑對不同的瀝青，不同的改性劑對同一種瀝青，都會有不同的改性效果。

因此改性瀝青的性能取決于改性劑與基質瀝青的混融狀態(tài)及體系的穩(wěn)定性，而體系的穩(wěn)定性又和基質瀝青的組成密切相關。

3.1.1 物理相容劑

我們知道SBS是苯乙烯—丁二烯—苯乙烯的嵌段共聚物，具有海島型結構。苯乙烯段(硬段)在分子兩端，提供強度，丁二烯段(軟段)在中間，提供彈性。其在瀝青中的溶解主要是苯乙烯段和丁二烯段在瀝青中的溶解。根據“相似相容”和溶解度參數接近原理，苯乙烯段和瀝青中的芳香酚相容性高，丁二烯段和瀝青中飽和酚相容性好。

相容劑正是基于此理論提出的，要么增加瀝青對聚合物的溶脹;要么通過聚合物反應，增加聚合物在瀝青中的溶脹成分。

增加瀝青對聚合物溶脹的相容劑，也叫物理相容劑。其主要成分要么是芳香酚，要么為飽和酚，或者是二者的混合物。相容劑在改性過程中隨SBS一起加入，對聚合物起溶脹作用，以提高SBS與瀝青的相容性。通過顯微鏡我們可以看到加有相容劑的SBS改性瀝青其SBS顆粒明顯減小，但是我們應該注意如果物理相容劑加量太多將使SBS溶解于瀝青，形成SBS溶液則改性瀝青的高溫性能會大打折扣。

3.1.2 化學相容劑

增加聚合物在瀝青中的溶脹，也叫化學相容劑。其主要是通過聚合物反應增加與瀝青可溶的成分，比如聚合物環(huán)化、加氫、接枝等，形成SEBS等具有一定單鍵的聚合物。這種新型聚合物由于單鍵的存在，增加了其與瀝青中飽和酚的相容性。這種方法往往是SBS提前進行反應形成新的聚合物，再用來對瀝青進行改性?；瘜W相容在同樣剪切條件下其與瀝青的相容性要好于物理相容。

但我們應該注意到:新型聚合物由于其將SBS中丁二烯的部分雙鍵變成了單鍵，增加了改性劑與瀝青的相容性，雖然改性瀝青的高溫性能沒有降低，但是其低溫性能卻由于丁二烯雙鍵的減少而有所降低。

物理相容劑在SBS改性防水材料(SBS含量12%以上)中應用較多，在道路改性瀝青中由于會使SBS改性瀝青高溫性能受到影響，一般較少單獨使用。

3.2 增延劑

在相容性分析中，我們已經知道了改性瀝青的改性效果與瀝青組成密切相關。比利時FINA公司、殼牌公司研究所的研究指出:瀝青的組成與改性劑的相容性以及改性效果密切相關。日本JSR合成橡膠株式會社則提出了一個指標CI=(瀝青質+飽和酚)/(芳香酚+膠質)作為瀝青是否適合改性的評價指標，認為CI在30%左右改性效果最好。

根據JSR公司研究，國產原油煉制的基質瀝青因為組成的組分不盡合理，CI值一般在40%～65%，和改性劑的相容性不是很好。因此往往使用低劑量(3.0%～4.5%)改性劑生產改性瀝青，改性的結果是改性瀝青成品軟化點普遍偏低，高溫性能大打折扣。

可是國內超載現象普遍，重載、大交通量的路面使用環(huán)境對改性瀝青的高溫性能要求較高。因此使用國產原油生產的瀝青制作改性瀝青，國內必須也應該使用高劑量改性劑(4.5%～6%)。我們知道制作改性瀝青的溫度較高，瀝青中的輕質油分隨著高溫揮發(fā)導致含量降低，基質瀝青中芳香酚若本身含量低，就難以溶解較高劑量的SBS，造成了SBS改性劑相容性下降。改性瀝青性能表現為低溫延度數值偏低，彈性恢復性能不夠理想。

基于國產瀝青的組成以及改性瀝青性能的要求，增延劑這種功能性改性瀝青外加劑已經在市場上出現。其主要成分是芳香酚和環(huán)烷油以及芳香酚類膠質，或者是三者的混合物，旨在增加SBS中苯乙烯部分的相容。使用時在剪切或研磨完畢加入，以盡量減少芳香酚和環(huán)烷油的揮發(fā)，促使SBS在更小顆粒狀態(tài)與含有增延劑的瀝青相容。

增延劑在道路改性瀝青中使用較普遍，比單純使用物理相容劑效果要好得多。因此一些單位出于經濟效益考慮，往往將物理相容劑和增延劑混合在一起，并以增延劑命名使用。

3.3 穩(wěn)定劑

SBS改性瀝青是SBS和基質瀝青的混合物，由于二者性能和結構的差異，決定了其無法形成穩(wěn)定的體系。但是瀝青中含有羰基、羧基、羥基、酯基等極性集團，可發(fā)生加成、縮聚等反應。SBS中含有不飽和雙鍵，也可發(fā)生加成和縮聚反應。因此既可以與瀝青又可以與SBS發(fā)生反應，形成新的共混物——SBS與瀝青交聯(lián)，SBS與SBS交聯(lián)，瀝青與SBS交聯(lián)，發(fā)生復雜的化學反應，形成性能較好，體系比較穩(wěn)定的新結構。這就是所謂的反應型外加劑——穩(wěn)定劑。

反應后的SBS改性瀝青體系性能優(yōu)于未反應的物理改性體系?；瘜W改性的改性瀝青粘稠度增加，彈性和強度增加，儲存穩(wěn)定性增加，離析較小。即使使用相同的穩(wěn)定劑、SBS和制作條件，但是由于所用基質瀝青不同，其微觀結構相差也較大。

SBS、基質瀝青、相容劑、穩(wěn)定劑四者之間存在一定的匹配性，也就是說并不是一種穩(wěn)定劑具有普適性。一種穩(wěn)定劑可能對于一種SBS、基質瀝青、相容劑有效，但對于另一種SBS、基質瀝青、相容劑可能就效果不明顯，抑或出現改性瀝青性能變壞的效果。穩(wěn)定劑是否適用必須通過試驗確定，其效果也必須綜合考慮改性瀝青性能和經濟性。

4 結語

我們通過顯微鏡觀察SBS改性瀝青的微觀結構，發(fā)現了改性瀝青外加劑在改性瀝青中主要作用是提高體系穩(wěn)定性，其體系是否穩(wěn)定我們也可以通過顯微鏡進行觀察。無論相容劑、增延劑還是穩(wěn)定劑，與SBS、基質瀝青之間存在一定的匹配性，其作用都是為了提高SBS改性瀝青體系的穩(wěn)定性，形成性能良好、結構穩(wěn)定的基質瀝青和聚合物的共混物。

1)外加劑能夠增進SBS改性瀝青體系的穩(wěn)定性;

2)SBS改性瀝青體系的穩(wěn)定性可以通過顯微鏡觀察;

3)外加劑與改性劑、基質瀝青存在匹配性，外加劑的選用需要通過實驗確定;

4)外加劑的添加量應以改性瀝青性能和經濟性原則綜合考慮。

［1］沈金安.改性瀝青和SMA路面［M］.北京:人民交通出版社，1999:56-63.

［2］趙 可，原健安.改性瀝青機理研究(之一)［J］.西安公路交通大學學報，2001，21(2):34-37.

［3］原健安，趙 可.改性瀝青機理研究(之二)［J］.西安公路交通大學學報，2001，21(3):21-24.

［4］王 濤，才洪美，張玉貞.SBS改性瀝青機理研究［J］.石油瀝青，2008(6):10-14.

［5］徐培華，張曉宏.SBS改性瀝青技術文獻匯編［M］.西安:西安公路材料再生工程技術研究中心，2008.