1.1沥青改性的关键技术

    沥青作为一种复杂的高分子碳氢化合物，在一定温度与荷载作用下表现为典型的弹-粘-塑性，并且在高温与紫外线照射下会产生老化现象。因此加入改性剂的主要目的就是要改善沥青混合料在高温下的路用性能，提高其抗车辙、抗疲劳、抗老化及抵抗低温开裂等方面的性能。沥青改性效果的关键在于解决改性剂与沥青的相容性问题[1]。所谓相容性，在热力学上的含义是指明两种或两种以上物质按任意比例形成均相体系（或物质）的能力。但实际生活中能够完全互溶的物质几乎是不存在的，因此道路工程上所指的相容性是指“聚合物改性剂以微细的颗粒与基质沥青发生反应或均匀、稳定地分散在基质沥青中，而不发生分层、凝聚或离析等现象”。改性剂与基质沥青的相容性主要取决于两者之间的界面作用、基质沥青的组分以及集合物的极性、颗粒大小、分子结构等因素。一般地，聚合物的极性愈强，分子结构与沥青愈接近，则它与基质沥青的相容性越好，相应地改性效果也较好。国内的研究还表明聚烯烃类改性剂与高饱和分的沥青相容性较好，而SBR、SBS等则与高芳香分的基质沥青相容性较好[2]。比利时FINA公司（国内有其分部）在对SBS改性剂进行大量研究后发现，基质沥青中沥青质含量对SBS改性效果的影响极大，基质沥青中沥青质的含量越高，相容性越好。美国化学家Brule甚至还给出了相容性较好的基质沥青的组分比例：饱和分：（芳香分+树脂）：沥青质=（8-12%）：（85-89%）：（1-5%）。从这些研究中，我们可以看出改性剂与沥青的相容性与基质沥青的组分密切相关，但目前国内国际上对此尚无统一的看法，这里不再赘述。

    1.2沥青的改性性能与改性机理

    改性沥青的主要功用之一是提高沥青混合料在高温下的抵抗变形能力，而在其他温度下对沥青或沥青混合料的特性无不利作用。纵观国内聚合物改性沥青的研究与应用情况，改性沥青通常具有如下几个特点：

    (1)优良的高温稳定性；

    (2)较好的低温抗裂和抗反射裂缝的能力；

    (3)粘结力及抗水损害能力增强；

    (4)具有较长的使用寿命。

    不同种类的改性剂对沥青性能的改善作用是不一样的，一般地，树脂类材料改性后沥青的针入度下降、软化点上升，而延度变小。橡胶类材料改性后，沥青的针入度会有所降低，而延度与软化点都会上升；热塑性弹性体材料则具有良好的双向改性功能。对于沥青的改性机理，目前尚无定论，总结所搜集到的资料与观点：

    (1)聚合物与沥青的共混体的最佳状态：聚合物以离散相状态均匀分布在呈连续相的沥青介质中，这种结构类似于用级配理论中的骨架密实结构；

    (2)聚合物在沥青中会产生溶胀现象；

    (3)聚合物在沥青中的掺量存在一个临界值（即美国科学家Collins所称的临界掺量），达到临界掺量时，聚合物形成一种稳定而富有弹性的网络结构；当超过此值时，改性体系发生相变，聚合物由非连续相转化为连续相，沥青由连续相转化为非连续；在另一方面过高的掺量会大大增加改性成本而显得不经济）[3]。

    1.3  一种聚合物能否作为改性剂，主要看它是否具备这几个条件：

    (1)与沥青相容；

    (2)在沥青的混合温度下能够抵抗分解；

    (3)易加工与批量生产；

    (4)在使用过程中能够始终保持原有的优良性能；

    (5)经济上合理，不显著增加工程造价。

    目前，国内用于沥青改性的聚合物品种繁多，归纳起来，大致可分为三种类型：

    (1)橡胶改性类：如天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、氯丁橡胶（CR）、丁二烯橡胶（BR）、乙丙橡胶（EPDM）、废旧的汽车轮胎等；

    (2)热塑性弹性体：如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）、苯乙烯-异二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SIS）；

    (3)树脂类：包括热塑性树脂与热固性树脂。前者有聚乙烯（PE）、乙烯-醋酸-乙烯共聚物（EVA）、聚乙氯烯（PVC），后者有近年来国外（美国）广泛用作正交异性钢桥面铺装的环氧树脂（EP）（注国内首次使用在正交异性钢桥上的工程案例为南京长江二桥）。

    目前，在国内使用较多的主要有SBR、PE、EVA，SBS也因为其良好的双向改性性能（即同时改变基质沥青的高温与低温性能的能力）在近年来得到较广泛的应用。影响改性沥青在国内应用的因素主要表现为沥青改性后的路用性能、生产施工的难易程度与改性成本。我国现有的几种改性沥青的质量水平基本上与国际上用同类型改性剂的改性沥青大体相当，因此加工方式的难易成了国内改性沥青与同类国际产品竞争的主要方面而在这一方面我国与欧美国家存在较大的差距。目前，国内外生产改性沥青时，除了极少一部分（如SBR胶乳、磨细的橡胶粉）采用直接拌和的方式外，大部分改性剂与路用沥青的相容性并不太好，必须采取高速剪切、胶体磨、混炼等特殊加工方式，才能使改性剂均匀分散于混合料中。

  1.4国产改性沥青的制造工艺

    我国现有的改性沥青加工工艺，能形成规模化生产的成熟技术为数不多，其中较有影响力的有北京市国创改性沥青有限责任公司生产的国创一号、国创二号的工艺以及重庆交通科学研究所研制的“溶剂法生产工艺。根据Sam Maccarrone的观点，聚合物在沥青-聚合物共混体系中的理想状态是细分布而非完全至溶状态。因此制造改性沥青的关键在于能将改性剂磨细，并使其均匀地分散天沥青胶体中。沥青改性设备一般包括七个子系统：沥青外掺剂供给系统、炼磨搅拌系统、加热保温系统、控制系统、称量称重系统、液压站及成品贮存罐。胶体磨是整个改洚设备的核心，它应能在高温、高压环境下长时间高速旋转，同时还应能控制物料的均混粒度以及胶溶效果。胶体磨式、高速剪切等专用设备我国都已经有产品，其中北京市国创改性沥青有限责任公司的LG-8型炼磨式改性沥青设备已通过交通部科技司与公路司的联合鉴定，性能达到国际先进水平，另外重庆交通科研所、西安筑路机械厂等单位也研制出了相应的设备，河南省交通厅等省公路部门还从国外引进了相应的设备。