(4). 热塑性丁苯胶(SBS)改性沥青。SBS热塑性橡胶兼有橡胶和塑料的特性,常温下具有橡胶的弹性,在高温下又能像塑料那样熔融流动,成为可塑的材料。所以采用SBS橡胶改性沥青,其耐高、低温性能均有较明显提高,制成的卷材弹性和耐疲劳性也大大提高,是目前应用最成功和用量最大的一种改性沥青。SBS的掺入量一般为5%~10%。主要用于制作防水卷材,此外也可用于制作防水涂料等。
2. 树脂类改性剂
用树脂改性石油沥青,可以改进沥青的耐寒性、耐热性、粘结性和不透气性。由于石油沥青中含芳香性化合物很少,故树脂和石油沥青的相溶性较差,而且可用的树脂品种也较少,常用的树脂有:古马隆脂、聚乙烯、聚丙烯、酚醛树脂及天然松香等。
树脂加入沥青的方法常用热熔法。先将沥青加热熔化脱水,加入树脂,并不断搅拌、保温,即可得到均匀的树脂沥青。
3. 橡胶和树脂共混类改性剂剂
同时用橡胶和树脂来改善石油沥青的性质,可使沥青兼具橡胶和树脂的特性。由于树脂比橡胶便宜,橡胶和树脂又有较好的混溶性,故能取得满意的综合效果。
橡胶、树脂和石油沥青在加热熔融状态下,沥青与高分子聚合物之间发生相互侵入的扩散,沥青分子填充在聚合物大分子的间隙内,同时聚合物分子的某些链节扩散进入沥青分子中,从而形成凝聚网状混合结构,由此而获得较优良的性能。
4. 微填料类改性剂。随着“非水悬浮”研究的发展,许多研究者致力于研究微填料的颗粒级配(例如以0.080mm为最大粒径的级配曲线)、表面性质和孔隙状态(沥青组分在微填料表面和孔隙中的分布)等等。研究认为:沥青混合料的性状(例如高温流变特性和低温变形能力等)与微填料的颗粒级配、表面性质和孔隙状态等有密切关系。可以用作沥青微填料的物质,首先是炭黑,其次是高钙粉煤灰,其他还有火山灰和页岩粉等。采用的微填料应经预处理(例如活化、芳化等),方能达到改善沥青的性能的效果。否则反而会劣化沥青性能。
5. 纤维类改性剂。在沥青中掺加各种纤维类型物质作为改性剂,这是早年就积累了许多经验的技术。常用的纤维物质有:各种人工合成纤维(如聚乙烯纤维、聚酯纤维)和矿质石棉纤维等。这类纤维类物质加入沥青中,可显著地沥青的高温稳定性,同时可增加低温抗拉强度,但能否达到预期的效果,取决于纤维的性能和掺配工艺。此外,这类物质往往对人体健康有影响,必须在具备有符合规定的防护条件下,方能采用这项改性措施。
6. 硫磷类改性剂。硫在沥青中的硫桥作用,能提高沥青的高温抗变形能力,特别是某些组分不协调(例如沥青质含量极低的沥青,掺加低剂量(0.5%~1.0%)即有明显效果。但应采用“预熔法”,否则高温稳定性虽得到改善,但低温抗裂性则明显降低。此外,磷同样能使芳环侧链成为链桥存在,而改善沥青流变性质。
(二)改善沥青与集料粘附性的途径
现代高等级路面为保证高速行车的安全,对抗滑性提出更高要求。为保持抗滑层经行车后,摩擦系数不致很快衰降,必须采用高强耐磨的岩石轧制的集料,这类岩石中多为酸性或基性石料,因此提高石油沥青与酸性石料的粘附性,就成为当前一个更为突出的问题。
1. 改善沥青与集料粘附性的一般方法。
(1)掺加无机类材料、活化集料表面:采用水泥、石灰或电石渣等预处理集料表面,以提高沥青与其粘附性。此外,亦有将这类无机材料直接加入沥青中,亦能取得一定效果。
(2)掺加有机酸类、提高沥青活性:沥青中最具有活性的组分为沥青酸及其酸酐,各类合成高分子有机酸类掺入沥青,亦能起到相同的效果。此外,可掺加适量焦油沥青亦能起到相似的作用。
(3)掺加重金属皂类、降低沥青与集料的界面张力:最常用的有:皂脚铁、环烷酸铝皂等,掺入沥青中均能起到改善粘附性的效果。此外,还有直接采用各种合成表面活性剂,但是需要油溶性和耐高温的表面活性剂才能使用。
以上这些方法,在正确使用下,都能获得一定的改性效果,但是只能应用于轻、中交通量路面。由于这些措施可以利用工业废料或地方材料,故可节约投资。
2. 改善沥青与集料粘附性的高效抗剥剂。对于高等级路面,在粘附性要求很高的情况下,应该采用高效能、低剂量的人工合成化学抗剥剂,即所谓“高效抗剥剂”。这类抗剥剂的专利商品不下千种,常见的有醚胺类、醇胺类、烷基类、酰胺类等,但是必须通过道路修筑的实践才能检验其实效果。
(三)延长沥青耐久性的途径
由前述老化机理可知,沥青在路面中,受到各种自然因素(氧、热、光和水)的作用,由于组分移行,而逐渐老化,最后导致路用性能随之衰降。产生老化的原因按已有研究认为主要是沥青受到空气中氧的氧化作用,同时在日光紫外线作用下,加之在一定温度条件下加速了反应的进行,并且水又起着催化的作用。在诸多作用于因素中,似乎氧化为首要原因,因此许多研究者都曾试图掺加各种抗氧化剂来延缓老化的进程,但是都未得到预期效果。R.M杰纳茨克(Januszke)曾进行多种添加剂对沥青进行抗老化效果的考察,认为二乙基二硫代氨基甲酸锌(ZDC)及二乙基二硫代氨基甲酸铅(LDC)效果较好,并认为ZDC(或LDC)与炭黑同时掺加效果更佳。
目前国内外已公布的许多关于提高沥青耐久性的专利,主要是一些较为昂贵的化学添加剂,例如各种抗氧剂等。通过实践表明,它对于不同化学组成与结构的沥青,表现为不同的效果。有的沥青掺加抗氧剂后,不仅不能起到抗氧化的作用,反而促进沥青的氧化,因此对抗氧剂的作用必须通过薄膜烘箱试验或加速老化试验,以验时其在技术性能上的有效性,必要时还需通过对试验路的实际考验。
当前对提高沥青耐久性有实际效果的添加剂为专用炭黑。炭黑粒径细微、表面积大,它弥散于沥青中,易于被热一氧作用产生的游离基吸附,从而阻止沥青老化的链式反应,使老化进程受到抑制。同时,炭黑是一种屏蔽剂,它能阻止紫外线的进入,减少光对沥青的老化作用。由于炭黑与沥青溶度参数差较大,不能直接加入沥青中,必须先用助剂进行预处理,然后才能配制成“炭黑改性沥青”。