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高膠改性瀝青的性能及應(yīng)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(xué)化學(xué)化工學(xué)院 3.東南大學(xué)交通學(xué)院 4.西安公路研究院		更新日期： 2026年05月27日	點擊數(shù)：
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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(yīng)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(xué)化學(xué)化工學(xué)院，上海200240；
3.東南大學(xué)交通學(xué)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(yīng)用技術(shù)瓶頸。對廢舊卡車輪胎膠粉進(jìn)行深度再生以
制備速溶膠粒，進(jìn)一步與SBS復(fù)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(jìn)行對比，分析了常規(guī)膠結(jié)料和混合料性能。結(jié)果表明，速溶膠粒復(fù)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(wěn)定性能優(yōu)異。
以銅黃高速試驗段為例進(jìn)行了環(huán)境經(jīng)濟(jì)性分析，表明高膠改性瀝青極具應(yīng)用推廣前景。
關(guān)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(zhì)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(jié)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(qū)
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(jìn)一步大規(guī)模使用。
橡膠改性瀝青具有優(yōu)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(fù)雜、施工時有異味且最終產(chǎn)品性能
不穩(wěn)定口。將SBS和膠粉結(jié)合的高黏度復(fù)合改
性瀝青技術(shù)，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(fā)
展方向。目前，關(guān)于SBS/膠粉復(fù)合改性瀝青已
有大量的研究，且其表現(xiàn)出優(yōu)異的高低溫性能，
然而三維交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)極大限制了硫化膠粉在
瀝青中的溶脹和溶解，致使復(fù)合改性瀝青中膠粉
容易沉降，改性瀝青的黏度過大且性質(zhì)不穩(wěn)定、
施工和易性差，無法達(dá)到高黏度改性瀝青的性能
要求廠°打本研究利用多階連續(xù)綠色脫硫技術(shù)制
備速溶膠母粒，且不需對現(xiàn)有改性設(shè)備進(jìn)行改
造，即可與SBS和瀝青在低溫下快速共混并實
現(xiàn)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(fù)合改性瀝青）。在實現(xiàn)膠粉和SBS高摻量
的同時，進(jìn)一步改善高膠改性瀝青的熱儲存穩(wěn)定
性能、加工性能和易性，以期實現(xiàn)其標(biāo)準(zhǔn)化和定
制化生產(chǎn)。本研究制得的高膠改性瀝青兼具高黏
度SBS改性瀝青優(yōu)異的骨料粘結(jié)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(xiàn)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(zhì)瀝青為雙龍
70 #基質(zhì)瀝青，SBS由中石油獨山子公司生產(chǎn)。
1.2高膠改性瀝青的制備
將適量基質(zhì)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(wěn)定劑后，攪拌發(fā)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(guī)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(yīng)用研究55
常規(guī)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(guī)
程》進(jìn)行性能評價，PG分級指標(biāo)按美國SHRP
計劃指南測試。
2結(jié)果與討論
2.1不同改性瀝青指標(biāo)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(jié)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(yōu)異的彈性恢復(fù)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(yīng)力重復(fù)蠕變恢
復(fù)可以看出，高膠改性瀝青的不可恢復(fù)蠕變
（3. 2 kPa）比高黏度SBS改性瀝青更小，且遠(yuǎn)小
于普通SBS改性瀝青，說明其對應(yīng)蠕變后的恢
復(fù)更好，能有效抵抗應(yīng)力反射裂縫以及強(qiáng)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(fù),％
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(yīng)力重復(fù)蠕變恢復(fù)（MSCR），T3 2/Pa-' 0. 030 0 0.019 8 0.010 3
彈性恢復(fù),％
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(wěn)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(biāo)變化不明顯，其中高膠改性瀝青的
弗拉斯脆點達(dá)到-30 C以下，表明該材料具有
優(yōu)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(zhuǎn)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(jié)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(dá)到
了 240 000 P - s，對于高粘鋪裝應(yīng)用是一種更
經(jīng)濟(jì)的替代改性瀝青。
2.2膠結(jié)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(jié)果可以看出，相
同溫度、相同老化狀態(tài)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(dāng)瀝青低
溫開裂產(chǎn)生微裂紋時，高膠改性瀝青中的橡膠仍
處于高彈性狀態(tài)，可有效阻止瀝青混合料進(jìn)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(wèi)
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(yīng)對不同破壞強(qiáng)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(qiáng)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(jù)瀝青疲勞性能模型擬合得到圖3所示的
應(yīng)變-疲勞壽命關(guān)系，從圖3中可以發(fā)現(xiàn)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(xiàn)得更為穩(wěn)定，耐老化性能更優(yōu)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(yīng)變-疲勞壽命關(guān)系
黏黏黏
膠膠膠
高
?.
咼高2.2.3旋
轉(zhuǎn)
黏
度
試
驗
從圖4的黏度試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，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(jié)合圖5中對黏流活
化能的分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)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(wěn)
定，表明高膠改性瀝青具有良好的抵抗老化性能
及溫度穩(wěn)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(shè)計中值，油石比為
4.9%,結(jié)果見表2。
膠膠膠
高高高
xf
圖4旋轉(zhuǎn)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(yīng)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(wěn)定度/（次? mm"） 6 601 7 031
浸水馬歇爾試驗
馬歇爾穩(wěn)定度/kN 19. 8 16. 8
浸水48 h穩(wěn)定度/kN 17. 9 16. 6
浸水殘留穩(wěn)定度,％ 90.4 98. 8
凍融劈裂試驗
未凍融組抗拉強(qiáng)度/MPa 12. 3 10. 5
凍融組抗拉強(qiáng)度/MPa 10. 9 9.6
強(qiáng)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(qiáng)度/MPa 12. 5 10.4
最大彎拉應(yīng)變/bc 3 371 3 400
彎曲勁度模量/MPa 3 873 3 590
馬歇爾穩(wěn)定度和動穩(wěn)定度都是表征瀝青混合
料高溫穩(wěn)定性的指標(biāo)，反映了瀝青混合料抵抗永
久變形的能力。其中馬歇爾穩(wěn)定度是一種經(jīng)驗指
標(biāo)，與抗車轍能力的相關(guān)性不如動穩(wěn)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(wěn)定度大于8.0 kN。改性瀝青混合料的動
穩(wěn)定度最高要求為不小于2 800次/mm，《公路
鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計與施工技術(shù)指南》中要求
車轍動穩(wěn)定度大于2 000次/mm，夏炎熱區(qū)、夏
熱區(qū)、夏涼區(qū)的測試溫度分別為70 C、60 C和
50 C?！豆蜂摌蛎驿佈b設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范
（征求意見稿）》中將要求提高到2 500次/mm，
夏熱區(qū)、夏涼區(qū)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(wěn)定度都超過了 6 000次/mm，說明具
有良好的高溫穩(wěn)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(wěn)定性的指標(biāo)，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(wěn)定度要求不小于85%，凍融劈裂殘留強(qiáng)度
比要求不小于80%。兩種瀝青都具有優(yōu)異的水
穩(wěn)定性，高膠改性瀝青的性能更優(yōu)，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(yīng)變，冬
嚴(yán)寒區(qū)要求不小于3 000 bc，冬寒區(qū)不小于2
800 bc，冬冷區(qū)和冬溫區(qū)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(jié)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(dāng)，高膠改性瀝
青的抗水損害能力更優(yōu)。
從圖6的四點梁彎曲實驗可以發(fā)現(xiàn)，雖然高
膠改性瀝青的起始彎拉強(qiáng)度低于高黏度SBS改
性瀝青，但是在微應(yīng)力破壞區(qū)域（第二階段）
的平臺時間更長，表明路面初期病害主要發(fā)生在
第二階段，第三階段高黏度SBS改性瀝青的彎
拉強(qiáng)度急劇降低產(chǎn)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(huán)境經(jīng)濟(jì)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(fù)合改性的配方工藝，所以
常規(guī)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(chǎn)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(dāng)用于SMA時更具優(yōu)勢。
由表3可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)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(xiàn)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(tǒng)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(dāng)，實際混合料的生產(chǎn)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(jù)實際核算的數(shù)據(jù)，每平方（4
cm）高膠改性瀝青的造價比橡膠瀝青低2. 14元
（數(shù)據(jù)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(zhì)量計
表4連續(xù)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(zhì)量計
3.2環(huán)境經(jīng)濟(jì)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(huán)境造成的污染。傳統(tǒng)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(wěn)定法和復(fù)合法，其中干
法已經(jīng)被淘汰，現(xiàn)在省內(nèi)應(yīng)用較多的是現(xiàn)場溶脹
法。現(xiàn)場溶脹法采用原膠粉進(jìn)行現(xiàn)場溶脹改性,
產(chǎn)品的儲存穩(wěn)定性差、后場污染排放大、前場施
工壓實難度大，環(huán)保和性能均不符合要求。高膠
改性瀝青的生產(chǎn)結(jié)合了穩(wěn)定法和復(fù)合法的優(yōu)點，
升級了加工工藝，產(chǎn)品膠粉摻加量（25% -
35%）和實際路用性能遠(yuǎn)高于現(xiàn)場溶脹法。
高膠改性瀝青選用先進(jìn)的螺桿連續(xù)多階綠色
脫硫技術(shù)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(xué)
催化反應(yīng)器催化處理，實現(xiàn)了有害氣體的近零排
放。在高膠改性瀝青的生產(chǎn)過程中，采用環(huán)保型
低溫速溶膠母粒作為改性原料，結(jié)合備用罐預(yù)溶
脹、等密度再交聯(lián)和微納米復(fù)合改性技術(shù)，和傳
統(tǒng)穩(wěn)定法、復(fù)合法（生產(chǎn)溫度＞210七）相比生
產(chǎn)溫度僅為175 - 180 °C （與SBS改性瀝青加工
溫度相當(dāng)）。
在高膠改性瀝青的拌和、攤鋪使用過程中，
和傳統(tǒng)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(xù)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(jù)“江蘇源遠(yuǎn)檢測科技有限公司”實際監(jiān)
測發(fā)現(xiàn)，高膠改性瀝青生產(chǎn)和使用過程的有毒有
害氣體的排放降低85%。粗略統(tǒng)計計算發(fā)現(xiàn),
高膠改性瀝青低溫環(huán)?；a(chǎn)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(nèi)大環(huán)境對環(huán)保的重視，現(xiàn)有原材料品質(zhì)已經(jīng)
逐漸呈現(xiàn)劣質(zhì)化的趨勢。有賴于高膠改性瀝青出
色粘結(jié)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(qiáng)對各類型
基質(zhì)瀝青和石料的適用性。
4結(jié)論
通過研究速溶膠粒與SBS復(fù)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(guī)膠結(jié)料和混合料性能進(jìn)行對比分
第3期徐思田等.高膠改性瀝青的性能及應(yīng)用研究59
析，得出如下結(jié)論：
a） 對膠粉進(jìn)行深度再生制備速溶膠?？梢?
有效解決膠粉改性瀝青難加工的技術(shù)瓶頸。
b） 高膠改性瀝青的高低溫性能更加優(yōu)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(yōu)異的耐老化性能和
耐水性能。
d） 基于試驗段應(yīng)用，高膠改性瀝青穩(wěn)定性
佳，性價比高，具有良好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，因
此極具應(yīng)用推廣前景。
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瀝青的低溫性能試驗[J].中國公路學(xué)報，2017,
(10) : 36 -42.
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
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