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高膠改性瀝青的性能及應用研究

文檔作者：徐思田1 謝艷玲朱亞琴1 陳先華王仕蜂馬慶偉文檔來源： 1.江蘇寶利國際投資股份有限公司 2.上海交通大學化學化工學院 3.東南大學交通學院 4.西安公路研究院		更新日期： 2026年05月27日	點擊數：
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2019年6月石油瀝青 PETROLEUM ASPHALT 第33卷第3期
高膠改性瀝青的性能及應用研究
徐思田1 ,謝艷玲$ ,朱亞琴1 ,陳先華彳,王仕蜂$ ,馬慶偉&amp;amp;
（1.江蘇寶利國際投資股份有限公司，江陰214400； 2.上海交通大學化學化工學院，上海200240；
3.東南大學交通學院，南京211189； 4.西安公路研究院，西安710054）
摘要：加工困難是膠粉改性瀝青的應用技術瓶頸。對廢舊卡車輪胎膠粉進行深度再生以
制備速溶膠粒，進一步與SBS復合制備高膠改性瀝青，并將其與普通SBS改性瀝青、高黏
度SBS改性瀝青進行對比，分析了常規膠結料和混合料性能。結果表明，速溶膠粒復合改性
瀝青不但具有良好的加工性能，而且高低溫性能、耐老化性能、耐水性能和穩定性能優異。
以銅黃高速試驗段為例進行了環境經濟性分析，表明高膠改性瀝青極具應用推廣前景。
關鍵詞：速溶膠粒高黏度改性瀝青高低溫性能耐老化耐水
高黏度SBS改性瀝青是由基質瀝青中加入
高含量的SBS （＞7%wt）和其它添加劑制備而
成，具有良好的骨料粘結性、抗流動性和耐候
性，被廣泛用于交通量繁重的交叉口、寒冷區
域、鋼橋面板和排水性鋪裝等場合，然而其制備
成本較高，限制了該材料的進一步大規模使用。
橡膠改性瀝青具有優異的抗裂性能，且能消耗大
量廢舊輪胎，減輕輪胎堆積造成的黑色污染，但
其制備工藝復雜、施工時有異味且最終產品性能
不穩定口。將SBS和膠粉結合的高黏度復合改
性瀝青技術，既有利于降低高黏度SBS改性瀝
青的成本，又能綜合高黏度SBS改性瀝青和橡
膠改性瀝青的性能，是將來制備高性能瀝青的發
展方向。目前，關于SBS/膠粉復合改性瀝青已
有大量的研究，且其表現出優異的高低溫性能，
然而三維交聯的網絡結構極大限制了硫化膠粉在
瀝青中的溶脹和溶解，致使復合改性瀝青中膠粉
容易沉降，改性瀝青的黏度過大且性質不穩定、
施工和易性差，無法達到高黏度改性瀝青的性能
要求廠°打本研究利用多階連續綠色脫硫技術制
備速溶膠母粒，且不需對現有改性設備進行改
造，即可與SBS和瀝青在低溫下快速共混并實
現納米分散，從而制備橡膠含量大于25%的改
性瀝青，暫定義為高膠改性瀝青（高黏度SBS/
膠粉復合改性瀝青）。在實現膠粉和SBS高摻量
的同時，進一步改善高膠改性瀝青的熱儲存穩定
性能、加工性能和易性，以期實現其標準化和定
制化生產。本研究制得的高膠改性瀝青兼具高黏
度SBS改性瀝青優異的骨料粘結力、抗剪切流
動性以及橡膠瀝青的耐候性能、耐老化性能和中
低溫耐疲勞性能，能夠有效替代現有的高黏度
SBS改性瀝青和膠粉改性瀝青。
1試驗部分
1.1試驗原料
研究使用本公司自主研制的速溶膠粒（溶
膠含量＞50%）；試驗所使用的基質瀝青為雙龍
70 #基質瀝青，SBS由中石油獨山子公司生產。
1.2高膠改性瀝青的制備
將適量基質瀝青加熱到170七，然后加入
27%的速溶膠粒和3%的SBS，保持溫度使膠粒
溶脹30 min,隨后于175 °C、4 000 r/min條件下
剪切30 min，加入穩定劑后，攪拌發育1 h，得
到高膠改性瀝青樣品。SBS改性瀝青（I -D）
和高黏度SBS改性瀝青（8%wtSBS）按同樣方
法制備。
1.3試驗方案
由于高膠改性瀝青尚無完善的規范，因此其
收稿日期：2019 -02-11。
作者簡介：徐思田（1990—），男，江蘇無錫人，碩士研
究生，江蘇寶利國際投資股份有限公司副總工程師。
第3期徐思田等.高膠改性瀝青的性能及應用研究55
常規性能參照聚合物改性瀝青的要求，按JTG
E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規
程》進行性能評價，PG分級指標按美國SHRP
計劃指南測試。
2結果與討論
2.1不同改性瀝青指標對比分析
對比SBS改性瀝青I -D （4.5 wt% SBS）、
高黏度SBS改性瀝青（8 wt% SBS）和高膠改性
瀝青（30 wt%速溶母粒+ SBS）的性能，結果
見表1。由表1可見，高黏度SBS改性瀝青和高
膠改性瀝青均具有優異的彈性恢復性能和耐老化
性能，短時間老化（RTFOT）后殘留延度比普
通SBS改性瀝青高40%。從多應力重復蠕變恢
復可以看出，高膠改性瀝青的不可恢復蠕變
（3. 2 kPa）比高黏度SBS改性瀝青更小，且遠小
于普通SBS改性瀝青，說明其對應蠕變后的恢
復更好，能有效抵抗應力反射裂縫以及強剪切作
用。
表1不同改性瀝青的性能對比
檢驗項目
SBS改性瀝青
I-D (4.5 wt% SBS)
高黏度SBS改性瀝青
（8% wt SBS）
高膠改性瀝青
（30wt% 膠）
針入度(25 C，5 s，100 g)/(10-' mm) 55.0 65.6 68. 0
PI 0. 14 1.50 1.77
延度(5 C) /cm 27 50 30
軟化點/c 88 93 90
彈性恢復,％
5 C 68 74 80
25 C 89 99 99
弗拉斯脆點/C -25.0 -27.4 -33.7
RTFOT試驗
弗拉斯脆點/C -20.0 -25. 8 -34.4
軟化點差/C -9 -4 -5
針入度比（25 C），% 70 72 87
延度(5 C) /cm 18 37 26
多應力重復蠕變恢復（MSCR），T3 2/Pa-' 0. 030 0 0.019 8 0.010 3
彈性恢復,％
5 C 51 74 79
25 C 80 98 95
3動黏度/ (Pa - s)
60 C 9 000 97 000 240 000
135 C 1.79 3.04 13. 50
175 C - 1.08 2. 25
PG分級76-22 88 -22 82-34
離析，48 h熱儲存穩定性1.5 2.0 2. 5
弗拉斯脆點反映瀝青材料的低溫抗開裂能
力，脆點越低，抗開裂能力越好。三種改性瀝青
的弗拉斯脆點按高膠改性瀝青、高黏度SBS改
性瀝青和普通SBS改性瀝青遞增，且和老化前
后的脆點指標變化不明顯，其中高膠改性瀝青的
弗拉斯脆點達到-30 C以下，表明該材料具有
優異的低溫抗開裂性能。
位于開級配磨耗層以及交叉路口的車輛剎
車、啟動、轉彎時容易造成鋪裝表面骨料飛散,
降低行車舒適度和安全性，為此要求瀝青材料具
有較好的骨料粘結性。一般情況下高黏度改性瀝
青的60 C黏度大于20 000 Pa - s才可滿足道路
的使用要求，而高膠改性瀝青的60 C黏度達到
了 240 000 P - s，對于高粘鋪裝應用是一種更
經濟的替代改性瀝青。
2.2膠結料流變性能分析
56 石 油 瀝 青2019年第33卷
2.2.1彎曲梁蠕變試驗
由圖1彎曲梁蠕變試驗的結果可以看出，相
同溫度、相同老化狀態下高膠改性瀝青的勁度模
量S只有高黏度SBS改性瀝青的一半，而蠕變速
率m高于高黏度改性瀝青。這是因為當瀝青低
溫開裂產生微裂紋時，高膠改性瀝青中的橡膠仍
處于高彈性狀態，可有效阻止瀝青混合料進一步
開裂，提高高膠改性瀝青抵抗溫度開裂的能力。
黏黏黏膠膠膠
.?
咼高
?.
咼高高爲
2.2.2線性幅度掃描試驗
圖2揭示了相同條件下，老化前后高膠改性
瀝青與高黏度SBS改性瀝青應對不同破壞強度
時的損傷情況。高膠改性瀝青無論原樣還是短期
老化后試驗曲線均趨于直線，表明其損傷速率緩
慢，可有效抵抗疲勞損傷的累積。
0 5000 10000 15000 20000
破壞強度
■高黏 面膠
高黏-t 高膠t
―島黏pav *高膠pav
圖2改性瀝青損傷曲線
根據瀝青疲勞性能模型擬合得到圖3所示的
應變-疲勞壽命關系，從圖3中可以發現高膠改
性瀝青的疲勞壽命約為高黏度SBS改性瀝青壽
命的10倍及以上，而且對于老化高膠改性瀝青
表現得更為穩定，耐老化性能更優異，由此可推
斷，使用高膠改性瀝青作為膠黏材料可有效延長
瀝青路面使用壽命。
圖3應變-疲勞壽命關系
黏黏黏
膠膠膠
高
?.
咼高2.2.3旋
轉
黏
度
試
驗
從圖4的黏度試驗結果發現，高膠改性瀝青
的原始及短期老化后黏度較高，但是長期老化后
低于高黏度SBS改性瀝青，結合圖5中對黏流活
化能的分析結果，發現高黏度SBS改性瀝青老
化前后黏度變化明顯，而高膠改性瀝青較為穩
定，表明高膠改性瀝青具有良好的抵抗老化性能
及溫度穩定性能。
2.3混合料路用性能分析
采用高黏度改性瀝青與高膠改性瀝青制備級
配為AC - 13的瀝青混合料，測試瀝青混合料的
性能，礦料級配均按設計中值，油石比為
4.9%,結果見表2。
膠膠膠
高高高
xf
圖4旋轉黏度實驗
黏黏黏
第3期徐思田等.高膠改性瀝青的性能及應用研究57
G
om.N) 、程芒戾
圖5粘流活化能
表2改性瀝青混合料性能對比
車轍試驗
測試項目 高黏度改性瀝青高膠改性瀝青
60C動穩定度/（次? mm"） 6 601 7 031
浸水馬歇爾試驗
馬歇爾穩定度/kN 19. 8 16. 8
浸水48 h穩定度/kN 17. 9 16. 6
浸水殘留穩定度,％ 90.4 98. 8
凍融劈裂試驗
未凍融組抗拉強度/MPa 12. 3 10. 5
凍融組抗拉強度/MPa 10. 9 9.6
強度比,％ 88. 6 91.4
低溫彎曲試驗
最大荷載值/N 1 604. 0 1 388.3
破壞撓度/mm 0. 65 0.56
抗彎拉強度/MPa 12. 5 10.4
最大彎拉應變/bc 3 371 3 400
彎曲勁度模量/MPa 3 873 3 590
馬歇爾穩定度和動穩定度都是表征瀝青混合
料高溫穩定性的指標，反映了瀝青混合料抵抗永
久變形的能力。其中馬歇爾穩定度是一種經驗指
標，與抗車轍能力的相關性不如動穩定度好，但
仍廣泛使用。我國要求改性瀝青密級配混合料馬
歇爾穩定度大于8.0 kN。改性瀝青混合料的動
穩定度最高要求為不小于2 800次/mm，《公路
鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》中要求
車轍動穩定度大于2 000次/mm，夏炎熱區、夏
熱區、夏涼區的測試溫度分別為70 C、60 C和
50 C。《公路鋼橋面鋪裝設計與施工技術規范
（征求意見稿）》中將要求提高到2 500次/mm，
夏熱區、夏涼區的測試溫度分別提高到65 C和
60 C。本文制得的咼黏度改性瀝青和咼膠改性
瀝青的動穩定度都超過了 6 000次/mm，說明具
有良好的高溫穩定性。
浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗都是表征瀝
青混合料水穩定性的指標，其中凍融劈裂試驗的
條件更為苛刻。改性瀝青混合料的浸水馬歇爾殘
留穩定度要求不小于85%，凍融劈裂殘留強度
比要求不小于80%。兩種瀝青都具有優異的水
穩定性，高膠改性瀝青的性能更優，說明該瀝青
與集料的粘附性更好。
對改性瀝青混合料的低溫彎曲破壞應變，冬
嚴寒區要求不小于3 000 bc，冬寒區不小于2
800 bc，冬冷區和冬溫區不小于2 500 bc。兩種
瀝青都具有很好的低溫抗裂性能。
綜合表2結果，高膠改性瀝青與高黏度SBS
改性瀝青混合料的高低溫性能相當，高膠改性瀝
青的抗水損害能力更優。
從圖6的四點梁彎曲實驗可以發現，雖然高
膠改性瀝青的起始彎拉強度低于高黏度SBS改
性瀝青，但是在微應力破壞區域（第二階段）
的平臺時間更長，表明路面初期病害主要發生在
第二階段，第三階段高黏度SBS改性瀝青的彎
拉強度急劇降低產生破壞。因此，高膠改性瀝青
相較高黏度SBS改性瀝青在鋪裝路面具有更長
的服役使用壽命。
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
圖6混合料四點梁彎曲實驗
3環境經濟性分析
3.1綜合成本分析
由于高膠改性瀝青采用膠粉為原料的速溶膠
母粒和SBS改性劑復合改性的配方工藝，所以
常規性能高膠改性瀝青的價格介于橡膠瀝青和高
芒
2
、
¥
逐擲忘生朝
58 石 油 瀝 青2019年第33卷
黏度SBS改性瀝青之間（噸價格：橡膠瀝青＜
高膠改性瀝青 ＜ 高粘改性瀝青）。視性能要求,
高膠改性瀝青的產品價格比普通SBS改性瀝青
高200 -500元/噸，且油石比基本不變，混合料
成本低，當用于SMA時更具優勢。
由表3可以發現，當用在SMA級配的情況
下，使用高膠改性瀝青代替SBS改性瀝青能夠
實現混合料不外摻纖維，同時油石比有所降低。
由表4可見，和傳統橡膠瀝青AR-AC相
比，高膠改性瀝青AC的油石比和SBS改性瀝青
AC相當，實際混合料的生產成本更低。例：在
“銅黃高速TH - M04合同段”高膠改性瀝青使
用過程中，根據實際核算的數據，每平方（4
cm）高膠改性瀝青的造價比橡膠瀝青低2. 14元
（數據來源：中鐵四局第一工程有限公司銅黃高
速公路TH - M04合同段）。
表3間斷級配成本對比
項目油石比，％ 纖維素，％ 抗車轍劑,％ *抗剝落劑,％
高膠改性瀝青SMA 5. 7 - - -
SBS改性瀝青SMA 6. 0 0.3 0.4 0. 3
*以改性瀝青質量計
表4連續級配成本對比
項目油石比,％ 纖維素,％ 抗車轍劑,％ *抗剝落劑,％
高膠改性瀝青AC 4. 8 - - -
SBS改性瀝青AC 4. 6 - 0.4 0. 3
橡膠瀝青AR - AC 5. 7 - 0.4 0. 3
*以改性瀝青質量計
3.2環境經濟性分析
高膠改性瀝青大量消耗廢舊輪胎，從而減輕
廢舊輪胎堆積和燃燒對環境造成的污染。傳統的
膠粉改性瀝青（混合料）主要泛指四類工藝，
分別是干法、溶脹法、穩定法和復合法，其中干
法已經被淘汰，現在省內應用較多的是現場溶脹
法。現場溶脹法采用原膠粉進行現場溶脹改性,
產品的儲存穩定性差、后場污染排放大、前場施
工壓實難度大，環保和性能均不符合要求。高膠
改性瀝青的生產結合了穩定法和復合法的優點，
升級了加工工藝，產品膠粉摻加量（25% -
35%）和實際路用性能遠高于現場溶脹法。
高膠改性瀝青選用先進的螺桿連續多階綠色
脫硫技術制備的低溫速溶膠母粒，原膠粉脫硫活
化過程中的污染物被集中收集，并通過多元化學
催化反應器催化處理，實現了有害氣體的近零排
放。在高膠改性瀝青的生產過程中，采用環保型
低溫速溶膠母粒作為改性原料，結合備用罐預溶
脹、等密度再交聯和微納米復合改性技術，和傳
統穩定法、復合法（生產溫度＞210七）相比生
產溫度僅為175 - 180 °C （與SBS改性瀝青加工
溫度相當）。
在高膠改性瀝青的拌和、攤鋪使用過程中，
和傳統橡膠瀝青相比，加熱溫度更低（170 -
180 C），攤鋪壓實工藝更簡單，基本能延續使
用SBS改性瀝青的施工條件與工藝，施工和易
性好，前后場能耗更低。
據“江蘇源遠檢測科技有限公司”實際監
測發現，高膠改性瀝青生產和使用過程的有毒有
害氣體的排放降低85%。粗略統計計算發現,
高膠改性瀝青低溫環保化生產工藝降低總碳排放
26%。
由于瀝青和集料骨料都是資源型材料，加上
國內大環境對環保的重視，現有原材料品質已經
逐漸呈現劣質化的趨勢。有賴于高膠改性瀝青出
色粘結性、中溫耐疲勞性能以及高低溫兼顧的卓
越性能，在全壽命服役期間能更好地減少橫向疲
勞裂縫、緩解高溫車轍、杜絕早期路面病害。直
接減少了對SBS改性劑的依賴、增強對各類型
基質瀝青和石料的適用性。
4結論
通過研究速溶膠粒與SBS復合制備高膠改
性瀝青，并與普通SBS改性瀝青、高黏度SBS
改性瀝青的常規膠結料和混合料性能進行對比分
第3期徐思田等.高膠改性瀝青的性能及應用研究59
析，得出如下結論：
a） 對膠粉進行深度再生制備速溶膠粒可以
有效解決膠粉改性瀝青難加工的技術瓶頸。
b） 高膠改性瀝青的高低溫性能更加優于普
通SBS改性瀝青、高黏度SBS改性瀝青。
c） 高膠改性瀝青具有優異的耐老化性能和
耐水性能。
d） 基于試驗段應用，高膠改性瀝青穩定性
佳，性價比高，具有良好的環境和經濟效益，因
此極具應用推廣前景。
參考文獻
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Study on the Properties and Application of High Rubber
Modified Asphait
Xu SCian', Xie Yanling2, Zhu Yaqin1, Chen Xianhua3, Wang Shifeeg2, Ma Qicgwei4
(1. Jiangsu Baoli International I revest Co. Ltd. , Jiangyin 214400 ;
2. School if Chemistry and Chemical Engineering, Shanghai Jiao Tong UniersIe, Shanghai 200240 ;
3. School of Transportation, Southeast UnlesIy, Nanjing 211189;
4. Xian Highway Research Institute, Xian 710054 )
Abstrach: The processing bottle neck of /bbvr asphalt ccn be solved by prepaong fas soluble /bbvr
peieis (SRP) . In this papeo, asphalt modified with high SRP and SBS was investieated in ccmpa/son with
general SBS modified asphalt and high viscosity modified asphalt in terms of ctssicel prope/ivs of binders and
mixtures. The resuti show that the SRP modified aphati not onty has good processing prope/ies, but also has
excellent prope/ies at high and low temperatures, dging resistance, watee resistance and Sability. The SRP
modified asphatt has brilliant future from environmentat and economicel analysis based on pilot project of Tonghuang
Highway in Shangxi.
Keywords: instant /bber peltts ； high viscosity modified asphatt ； high and low temperature pv/oi/-
dnee; aaing /sistnee; wate/ tolerant
...... .... .... .... .... ......... .... .... .... .... .... ......... ......... .... .... .... .... .... ......... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .
版權聲明
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