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高胶改性沥青的性能及应用研究

文档作者：徐思田1 谢艳玲朱亚琴1 陈先华王仕蜂马庆伟文档来源： 1.江苏宝利国际投资股份有限公司 2.上海交通大学化学化工学院 3.东南大学交通学院 4.西安公路研究院		更新日期： 2026年05月27日	点击数：
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2019年6月石油沥青 PETROLEUM ASPHALT 第33卷第3期
高胶改性沥青的性能及应用研究
徐思田1 ,谢艳玲$ ,朱亚琴1 ,陈先华彳,王仕蜂$ ,马庆伟&amp;amp;
（1.江苏宝利国际投资股份有限公司，江阴214400； 2.上海交通大学化学化工学院，上海200240；
3.东南大学交通学院，南京211189； 4.西安公路研究院，西安710054）
摘要：加工困难是胶粉改性沥青的应用技术瓶颈。对废旧卡车轮胎胶粉进行深度再生以
制备速溶胶粒，进一步与SBS复合制备高胶改性沥青，并将其与普通SBS改性沥青、高黏
度SBS改性沥青进行对比，分析了常规胶结料和混合料性能。结果表明，速溶胶粒复合改性
沥青不但具有良好的加工性能，而且高低温性能、耐老化性能、耐水性能和稳定性能优异。
以铜黄高速试验段为例进行了环境经济性分析，表明高胶改性沥青极具应用推广前景。
关键词：速溶胶粒高黏度改性沥青高低温性能耐老化耐水
高黏度SBS改性沥青是由基质沥青中加入
高含量的SBS （＞7%wt）和其它添加剂制备而
成，具有良好的骨料粘结性、抗流动性和耐候
性，被广泛用于交通量繁重的交叉口、寒冷区
域、钢桥面板和排水性铺装等场合，然而其制备
成本较高，限制了该材料的进一步大规模使用。
橡胶改性沥青具有优异的抗裂性能，且能消耗大
量废旧轮胎，减轻轮胎堆积造成的黑色污染，但
其制备工艺复杂、施工时有异味且最终产品性能
不稳定口。将SBS和胶粉结合的高黏度复合改
性沥青技术，既有利于降低高黏度SBS改性沥
青的成本，又能综合高黏度SBS改性沥青和橡
胶改性沥青的性能，是将来制备高性能沥青的发
展方向。目前，关于SBS/胶粉复合改性沥青已
有大量的研究，且其表现出优异的高低温性能，
然而三维交联的网络结构极大限制了硫化胶粉在
沥青中的溶胀和溶解，致使复合改性沥青中胶粉
容易沉降，改性沥青的黏度过大且性质不稳定、
施工和易性差，无法达到高黏度改性沥青的性能
要求厂°打本研究利用多阶连续绿色脱硫技术制
备速溶胶母粒，且不需对现有改性设备进行改
造，即可与SBS和沥青在低温下快速共混并实
现纳米分散，从而制备橡胶含量大于25%的改
性沥青，暂定义为高胶改性沥青（高黏度SBS/
胶粉复合改性沥青）。在实现胶粉和SBS高掺量
的同时，进一步改善高胶改性沥青的热储存稳定
性能、加工性能和易性，以期实现其标准化和定
制化生产。本研究制得的高胶改性沥青兼具高黏
度SBS改性沥青优异的骨料粘结力、抗剪切流
动性以及橡胶沥青的耐候性能、耐老化性能和中
低温耐疲劳性能，能够有效替代现有的高黏度
SBS改性沥青和胶粉改性沥青。
1试验部分
1.1试验原料
研究使用本公司自主研制的速溶胶粒（溶
胶含量＞50%）；试验所使用的基质沥青为双龙
70 #基质沥青，SBS由中石油独山子公司生产。
1.2高胶改性沥青的制备
将适量基质沥青加热到170七，然后加入
27%的速溶胶粒和3%的SBS，保持温度使胶粒
溶胀30 min,随后于175 °C、4 000 r/min条件下
剪切30 min，加入稳定剂后，搅拌发育1 h，得
到高胶改性沥青样品。SBS改性沥青（I -D）
和高黏度SBS改性沥青（8%wtSBS）按同样方
法制备。
1.3试验方案
由于高胶改性沥青尚无完善的规范，因此其
收稿日期：2019 -02-11。
作者简介：徐思田（1990—），男，江苏无锡人，硕士研
究生，江苏宝利国际投资股份有限公司副总工程师。
第3期徐思田等.高胶改性沥青的性能及应用研究55
常规性能参照聚合物改性沥青的要求，按JTG
E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规
程》进行性能评价，PG分级指标按美国SHRP
计划指南测试。
2结果与讨论
2.1不同改性沥青指标对比分析
对比SBS改性沥青I -D （4.5 wt% SBS）、
高黏度SBS改性沥青（8 wt% SBS）和高胶改性
沥青（30 wt%速溶母粒+ SBS）的性能，结果
见表1。由表1可见，高黏度SBS改性沥青和高
胶改性沥青均具有优异的弹性恢复性能和耐老化
性能，短时间老化（RTFOT）后残留延度比普
通SBS改性沥青高40%。从多应力重复蠕变恢
复可以看出，高胶改性沥青的不可恢复蠕变
（3. 2 kPa）比高黏度SBS改性沥青更小，且远小
于普通SBS改性沥青，说明其对应蠕变后的恢
复更好，能有效抵抗应力反射裂缝以及强剪切作
用。
表1不同改性沥青的性能对比
检验项目
SBS改性沥青
I-D (4.5 wt% SBS)
高黏度SBS改性沥青
（8% wt SBS）
高胶改性沥青
（30wt% 胶）
针入度(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
软化点/c 88 93 90
弹性恢复,％
5 C 68 74 80
25 C 89 99 99
弗拉斯脆点/C -25.0 -27.4 -33.7
RTFOT试验
弗拉斯脆点/C -20.0 -25. 8 -34.4
软化点差/C -9 -4 -5
针入度比（25 C），% 70 72 87
延度(5 C) /cm 18 37 26
多应力重复蠕变恢复（MSCR），T3 2/Pa-' 0. 030 0 0.019 8 0.010 3
弹性恢复,％
5 C 51 74 79
25 C 80 98 95
3动黏度/ (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分级76-22 88 -22 82-34
离析，48 h热储存稳定性1.5 2.0 2. 5
弗拉斯脆点反映沥青材料的低温抗开裂能
力，脆点越低，抗开裂能力越好。三种改性沥青
的弗拉斯脆点按高胶改性沥青、高黏度SBS改
性沥青和普通SBS改性沥青递增，且和老化前
后的脆点指标变化不明显，其中高胶改性沥青的
弗拉斯脆点达到-30 C以下，表明该材料具有
优异的低温抗开裂性能。
位于开级配磨耗层以及交叉路口的车辆刹
车、启动、转弯时容易造成铺装表面骨料飞散,
降低行车舒适度和安全性，为此要求沥青材料具
有较好的骨料粘结性。一般情况下高黏度改性沥
青的60 C黏度大于20 000 Pa - s才可满足道路
的使用要求，而高胶改性沥青的60 C黏度达到
了 240 000 P - s，对于高粘铺装应用是一种更
经济的替代改性沥青。
2.2胶结料流变性能分析
56 石 油 沥 青2019年第33卷
2.2.1弯曲梁蠕变试验
由图1弯曲梁蠕变试验的结果可以看出，相
同温度、相同老化状态下高胶改性沥青的劲度模
量S只有高黏度SBS改性沥青的一半，而蠕变速
率m高于高黏度改性沥青。这是因为当沥青低
温开裂产生微裂纹时，高胶改性沥青中的橡胶仍
处于高弹性状态，可有效阻止沥青混合料进一步
开裂，提高高胶改性沥青抵抗温度开裂的能力。
黏黏黏胶胶胶
.•
咼高
•.
咼高高爲
2.2.2线性幅度扫描试验
图2揭示了相同条件下，老化前后高胶改性
沥青与高黏度SBS改性沥青应对不同破坏强度
时的损伤情况。高胶改性沥青无论原样还是短期
老化后试验曲线均趋于直线，表明其损伤速率缓
慢，可有效抵抗疲劳损伤的累积。
0 5000 10000 15000 20000
破坏强度
■高黏 面胶
高黏-t 高胶t
―岛黏pav *高胶pav
图2改性沥青损伤曲线
根据沥青疲劳性能模型拟合得到图3所示的
应变-疲劳寿命关系，从图3中可以发现高胶改
性沥青的疲劳寿命约为高黏度SBS改性沥青寿
命的10倍及以上，而且对于老化高胶改性沥青
表现得更为稳定，耐老化性能更优异，由此可推
断，使用高胶改性沥青作为胶黏材料可有效延长
沥青路面使用寿命。
图3应变-疲劳寿命关系
黏黏黏
胶胶胶
高
•.
咼高2.2.3旋
转
黏
度
试
验
从图4的黏度试验结果发现，高胶改性沥青
的原始及短期老化后黏度较高，但是长期老化后
低于高黏度SBS改性沥青，结合图5中对黏流活
化能的分析结果，发现高黏度SBS改性沥青老
化前后黏度变化明显，而高胶改性沥青较为稳
定，表明高胶改性沥青具有良好的抵抗老化性能
及温度稳定性能。
2.3混合料路用性能分析
采用高黏度改性沥青与高胶改性沥青制备级
配为AC - 13的沥青混合料，测试沥青混合料的
性能，矿料级配均按设计中值，油石比为
4.9%,结果见表2。
胶胶胶
高高高
xf
图4旋转黏度实验
黏黏黏
第3期徐思田等.高胶改性沥青的性能及应用研究57
G
om.N) 、程芒戾
图5粘流活化能
表2改性沥青混合料性能对比
车辙试验
测试项目 高黏度改性沥青高胶改性沥青
60C动稳定度/（次• mm"） 6 601 7 031
浸水马歇尔试验
马歇尔稳定度/kN 19. 8 16. 8
浸水48 h稳定度/kN 17. 9 16. 6
浸水残留稳定度,％ 90.4 98. 8
冻融劈裂试验
未冻融组抗拉强度/MPa 12. 3 10. 5
冻融组抗拉强度/MPa 10. 9 9.6
强度比,％ 88. 6 91.4
低温弯曲试验
最大荷载值/N 1 604. 0 1 388.3
破坏挠度/mm 0. 65 0.56
抗弯拉强度/MPa 12. 5 10.4
最大弯拉应变/bc 3 371 3 400
弯曲劲度模量/MPa 3 873 3 590
马歇尔稳定度和动稳定度都是表征沥青混合
料高温稳定性的指标，反映了沥青混合料抵抗永
久变形的能力。其中马歇尔稳定度是一种经验指
标，与抗车辙能力的相关性不如动稳定度好，但
仍广泛使用。我国要求改性沥青密级配混合料马
歇尔稳定度大于8.0 kN。改性沥青混合料的动
稳定度最高要求为不小于2 800次/mm，《公路
钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》中要求
车辙动稳定度大于2 000次/mm，夏炎热区、夏
热区、夏凉区的测试温度分别为70 C、60 C和
50 C。《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范
（征求意见稿）》中将要求提高到2 500次/mm，
夏热区、夏凉区的测试温度分别提高到65 C和
60 C。本文制得的咼黏度改性沥青和咼胶改性
沥青的动稳定度都超过了 6 000次/mm，说明具
有良好的高温稳定性。
浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验都是表征沥
青混合料水稳定性的指标，其中冻融劈裂试验的
条件更为苛刻。改性沥青混合料的浸水马歇尔残
留稳定度要求不小于85%，冻融劈裂残留强度
比要求不小于80%。两种沥青都具有优异的水
稳定性，高胶改性沥青的性能更优，说明该沥青
与集料的粘附性更好。
对改性沥青混合料的低温弯曲破坏应变，冬
严寒区要求不小于3 000 bc，冬寒区不小于2
800 bc，冬冷区和冬温区不小于2 500 bc。两种
沥青都具有很好的低温抗裂性能。
综合表2结果，高胶改性沥青与高黏度SBS
改性沥青混合料的高低温性能相当，高胶改性沥
青的抗水损害能力更优。
从图6的四点梁弯曲实验可以发现，虽然高
胶改性沥青的起始弯拉强度低于高黏度SBS改
性沥青，但是在微应力破坏区域（第二阶段）
的平台时间更长，表明路面初期病害主要发生在
第二阶段，第三阶段高黏度SBS改性沥青的弯
拉强度急剧降低产生破坏。因此，高胶改性沥青
相较高黏度SBS改性沥青在铺装路面具有更长
的服役使用寿命。
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
图6混合料四点梁弯曲实验
3环境经济性分析
3.1综合成本分析
由于高胶改性沥青采用胶粉为原料的速溶胶
母粒和SBS改性剂复合改性的配方工艺，所以
常规性能高胶改性沥青的价格介于橡胶沥青和高
芒
2
、
¥
逐擲忘生朝
58 石 油 沥 青2019年第33卷
黏度SBS改性沥青之间（吨价格：橡胶沥青＜
高胶改性沥青 ＜ 高粘改性沥青）。视性能要求,
高胶改性沥青的产品价格比普通SBS改性沥青
高200 -500元/吨，且油石比基本不变，混合料
成本低，当用于SMA时更具优势。
由表3可以发现，当用在SMA级配的情况
下，使用高胶改性沥青代替SBS改性沥青能够
实现混合料不外掺纤维，同时油石比有所降低。
由表4可见，和传统橡胶沥青AR-AC相
比，高胶改性沥青AC的油石比和SBS改性沥青
AC相当，实际混合料的生产成本更低。例：在
“铜黄高速TH - M04合同段”高胶改性沥青使
用过程中，根据实际核算的数据，每平方（4
cm）高胶改性沥青的造价比橡胶沥青低2. 14元
（数据来源：中铁四局第一工程有限公司铜黄高
速公路TH - M04合同段）。
表3间断级配成本对比
项目油石比，％ 纤维素，％ 抗车辙剂,％ *抗剥落剂,％
高胶改性沥青SMA 5. 7 - - -
SBS改性沥青SMA 6. 0 0.3 0.4 0. 3
*以改性沥青质量计
表4连续级配成本对比
项目油石比,％ 纤维素,％ 抗车辙剂,％ *抗剥落剂,％
高胶改性沥青AC 4. 8 - - -
SBS改性沥青AC 4. 6 - 0.4 0. 3
橡胶沥青AR - AC 5. 7 - 0.4 0. 3
*以改性沥青质量计
3.2环境经济性分析
高胶改性沥青大量消耗废旧轮胎，从而减轻
废旧轮胎堆积和燃烧对环境造成的污染。传统的
胶粉改性沥青（混合料）主要泛指四类工艺，
分别是干法、溶胀法、稳定法和复合法，其中干
法已经被淘汰，现在省内应用较多的是现场溶胀
法。现场溶胀法采用原胶粉进行现场溶胀改性,
产品的储存稳定性差、后场污染排放大、前场施
工压实难度大，环保和性能均不符合要求。高胶
改性沥青的生产结合了稳定法和复合法的优点，
升级了加工工艺，产品胶粉掺加量（25% -
35%）和实际路用性能远高于现场溶胀法。
高胶改性沥青选用先进的螺杆连续多阶绿色
脱硫技术制备的低温速溶胶母粒，原胶粉脱硫活
化过程中的污染物被集中收集，并通过多元化学
催化反应器催化处理，实现了有害气体的近零排
放。在高胶改性沥青的生产过程中，采用环保型
低温速溶胶母粒作为改性原料，结合备用罐预溶
胀、等密度再交联和微纳米复合改性技术，和传
统稳定法、复合法（生产温度＞210七）相比生
产温度仅为175 - 180 °C （与SBS改性沥青加工
温度相当）。
在高胶改性沥青的拌和、摊铺使用过程中，
和传统橡胶沥青相比，加热温度更低（170 -
180 C），摊铺压实工艺更简单，基本能延续使
用SBS改性沥青的施工条件与工艺，施工和易
性好，前后场能耗更低。
据“江苏源远检测科技有限公司”实际监
测发现，高胶改性沥青生产和使用过程的有毒有
害气体的排放降低85%。粗略统计计算发现,
高胶改性沥青低温环保化生产工艺降低总碳排放
26%。
由于沥青和集料骨料都是资源型材料，加上
国内大环境对环保的重视，现有原材料品质已经
逐渐呈现劣质化的趋势。有赖于高胶改性沥青出
色粘结性、中温耐疲劳性能以及高低温兼顾的卓
越性能，在全寿命服役期间能更好地减少横向疲
劳裂缝、缓解高温车辙、杜绝早期路面病害。直
接减少了对SBS改性剂的依赖、增强对各类型
基质沥青和石料的适用性。
4结论
通过研究速溶胶粒与SBS复合制备高胶改
性沥青，并与普通SBS改性沥青、高黏度SBS
改性沥青的常规胶结料和混合料性能进行对比分
第3期徐思田等.高胶改性沥青的性能及应用研究59
析，得出如下结论：
a） 对胶粉进行深度再生制备速溶胶粒可以
有效解决胶粉改性沥青难加工的技术瓶颈。
b） 高胶改性沥青的高低温性能更加优于普
通SBS改性沥青、高黏度SBS改性沥青。
c） 高胶改性沥青具有优异的耐老化性能和
耐水性能。
d） 基于试验段应用，高胶改性沥青稳定性
佳，性价比高，具有良好的环境和经济效益，因
此极具应用推广前景。
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(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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