东营润丰博越石油技术有限公司_改性沥青的研究现状及展望

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改性沥青的研究现状及展望

东营润丰博越石油技术有限公司 2022-06-27 09:36:02 作者:gehongping 来源: 文字大小:[大][中][小]

石油沥青是原油蒸馏后的残渣产物，是石油炼制行业中的重要化工产品，可用于涂料、塑料、橡胶等工业以及铺筑路面等。中国汽车行业的飞速发展、极端区域的地理环境、人们环保理念的提升以及国家多种行业标准的严格要求等都对道路沥青路用性能提出了严苛的要求。铺筑路面使用一般沥青时可能会导致路面出现大量的病害，影响行车安全性。研究人员发现应用改性沥青可显著提高路面的使用性能，提升行车舒适度。当前，通过添加其它物质来改性沥青进而改善沥青混合料的实际使用性能是1种重要手段，而沥青改性剂的选择和改性剂之间的复配等是影响沥青实际路面使用性能的核心因素。

1.沥青改性剂种类

在国内外改性沥青的研究中，通常采用在基质沥青中掺杂改性剂并经过物理混溶或化学反应的方式制备改性沥青。目前文献报道中添加的改性剂主要分为聚合物型和非聚合物型2种。聚合物型沥青改性剂包含热塑性弹性体、橡胶沥青改性剂和树脂类等。苯乙烯 —丁二烯—苯乙烯嵌段共聚（SBS）、苯乙烯—异戊二烯—苯乙烯嵌段共聚物（SIS）、聚酯弹性体、聚烯烃弹性体等均属于热塑性弹性体，由于SBS改性沥青制备工艺简单且材料来源广泛，是当前国内外研究最多、应用最广的改性沥青；丁苯橡胶（SBR）、天然橡胶（NR）、氯丁橡胶（CR）等均属于橡胶沥青改性剂，其中具有良好低温性能的SBR应用较为广泛；聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）、环氧树脂和呋喃树脂等均属于树脂类改性剂，且相比于SBS等传统改性剂，环氧树脂改性沥青因具备更好的弹性而研究广泛。

非聚合物型沥青改性剂包含生物沥青、天然沥青、硅藻土、硫磺、部分阴阳离子配制的表面活性剂等，其中硅藻土应用最为广泛，硫磺常被用作改性沥青中的交联剂。另外，近年来一些化学改性剂、纳米改性剂、纤维材料、废旧材料和生物沥青等如多聚磷酸（PPA）、纳米电气石、废旧塑料包装袋、废旧陶瓷、木质或矿物质等制备的纤维、秸秆生物沥青，被用于改性沥青的研究也越来越广泛。

2.常用改性剂改性沥青

*纳米材料改性沥青

近年来，无机纳米材料改性沥青因具有环保性、经济性、改性效果明显等特点成为沥青工程的研究热点，纳米材料的小尺寸效应使其具有传统高分子聚合物如SBS及SBR等改性材料没有的优异性能，如高比表面积、高表面自由能、高分散性、抗老化性能、自洁性能、净化废气性能等。目前，报道相对较多的纳米材料有纳米ZnO、改性蒙脱土、火山岩等，具备特殊性能的电气石开始进入人们视野进行改性沥青的研究。

*纤维材料改性沥青常作为沥青改性剂的纤维材料包括矿物质纤维、塑料纤维、木质纤维、石棉纤维、玻璃纤维等，有研究显示掺加纤维材料的沥青使用性能得到了更好的提升。但目前还没有研究出完善的性能指标能够规定纤维改性沥青及其混合料的性能。

*废旧材料改性沥青

生产生活废旧材料一直以来都是威胁人类生存环境的重大问题，在废旧材料的处理上，对于废旧材料的加工和2次利用是有效途径。如废轮胎橡胶、废塑料、废陶瓷、化工废料等回收作为沥青改性剂，成为研究改性沥青和加强环境保护的发展方向。

*化学改性剂改性沥青

化学改性剂与其它常用改性剂不同，在一定的工艺条件下，化学改性剂会与基质沥青发生化学反应，从根本上改变沥青原有结构和理化性能，很好地补充了其它改性沥青性能上的不足。化学改性沥青中，弹性体3元共聚物（Reactive Elastomeric Terpolymer，RET）改性剂、聚磷酸（Polyphosphoricaid， PPA）改性剂、环氧树脂改性剂等研究最为广泛。近年来，聚氨酯（Polyurethane， PU）改性剂发展较好，由于其具有很多优异性能而在医学、煤矿、汽车等领域均有应用，但其在路面工程上的应用较少，有部分研究将PU作为胶结料使用。

*生物沥青

生物沥青是由农作物秸秆、废弃食物油和生畜粪便等生物质资源，通过热裂解、分离和深加工得到重质油，再与石油沥青或其它药剂混融制成。

3.掺杂2种及以上改性剂的复合改性沥青

为了解决单一改性剂改性沥青性能的不足之处，可以选取2种及以上改性剂于基质沥青中制备复合改性沥青。

4.结束语

对于改性沥青的研究，最早始于国外。从19世纪法国使用天然橡胶制备改性沥青至今，关于改性沥青的研究发展已经有上百年的历史。由于SBS改性沥青实用性强、使用寿命较长、工艺简单、工程造价相对较低且来源广泛，迄今为止SBS改性沥青是实际道路沥青中研究和应用最为广泛的。但随着SBS废料的逐年增多和人们环保理念的提升，未来对SBS的回收利用应该得到更高的重视。废旧材料包括废旧橡胶、废旧塑料、废旧陶瓷和化工生产废旧料等，应用在改性沥青研究上已得到进展。据不完全统计，中国约有140×104 t/a废旧轮胎，增长速度年均15%，利用率却仅为发达国家的30%左右。世界废塑料累积量也已经超过70×108 t，其中仅9%得到回收。另外，废旧陶瓷也是愈来愈受人们关注的可再利用资源。化工生产废料处理对于“双碳”背景下的炼化企业具有重要意义，改性沥青如果能应用这些废旧材料，这样即节省了大量的资源又保护了环境，是未来改性沥青研究的重要趋势。

纳米材料和纤维材料是当今流行的材料，具有普通材料所不具备的特殊性能，已开始用作沥青改性剂。虽然已经研究了纳米改性沥青和纤维材料改性沥青的性质和机理，但纳米材料与沥青之间相互作用的机理大多是猜想，纤维材料改性沥青的研究还不够深入，因此对于纳米材料和纤维材料改性沥青的研究仍是重要的。

生物沥青在石油资源日益紧缺、环境污染日益严重的今天，因其良好的环保效应和可替代部分石油基质沥青的特点逐渐进入研究人员的视野。生物沥青是1种新型材料，在路面沥青领域报道较少，具有生产成本低、工程造价低、减少温室气体排放等优点，但是在技术性能上还存在缺陷，具有良好的发展前景。

对于掺杂2种及以上材料于基质沥青中制备改性沥青及相应的沥青混合料，现研究已经非常广泛，它可以很好地运用不同改性剂或材料间的协同作用来达到单一改性剂所达不到的效果，且这种思路也为改性沥青的研究带来了多种可能，仍是未来的重要研究手段。