第１９卷　第２期

２０１９年４月

交 通 运 输 工 程 学 报

JournalofTrafficandTransportationEngineeringVol1049008１９　No1049008２

Apr２０１９

收稿日期２０１８Ｇ１０Ｇ２２基金项目山东交通科技项目(鲁交科技[２０１７]２８)陕西省西咸新区管委会项目(２０１７４４)平顶山市科技项目(２０１８６１０００２０００６０４)中央

高校基本科研业务费专项资金项目(３１０８２１１６３５０２)作者简介孙　敏(１９８５Ｇ)女山东台儿庄人山东公路技师学院讲师长安大学工学博士研究生从事道路材料研究导师简介郑木莲(１９７７Ｇ)女山东蒙阴人长安大学教授工学博士

文章编号１６７１Ｇ１６３７(２０１９)０２Ｇ００４９Ｇ１０

聚氨酯改性沥青改性机理和性能

孙　敏１２郑木莲１毕玉峰３朱琳琳１高　源１

(１1049008长安大学 特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西 西安　７１００６４２1049008山东公路技师学院

山东 济南　２５０１０４３1049008山东省交通规划设计院山东 济南　２５００３１)

摘　要为了解决聚合物改性沥青储存稳定性差易离析易老化等问题利用聚氨酯(PU)对沥青

进行化学改性制备了PU 改性沥青采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)动态热机械分析(DMA)和差示扫描量热法(DSC)试验研究了PU 改性沥青的改性机理采用Brookfield旋转黏度试验动

态剪切流变(DSR)试验低温弯曲梁流变(BBR)试验旋转薄膜烘箱加热试验(RTFOT)和紫外老

化试验等评价了PU 改性沥青SBS改性沥青和７０ 基质沥青的性能研究结果表明圆盘锯齿式

搅拌器可以很好地暴露沥青中的活性基团使PU 达到较好的改性效果PU 改性沥青中主要存在

２种反应一是异氰酸酯与多元醇之间反应生成氨基甲酸酯二是异氰酸酯与沥青质中的芳香族化

合物之间发生加成反应PU 改性沥青的高温布氏黏度高于同温度下的SBS改性沥青且６４时

的抗车辙因子是SBS改性沥青的６倍左右说明其高温性能非常优异PU 改性沥青 RTFOT前后

针入度比达到了８５软化点变化幅度为０５说明其抗热氧老化性能非常优异在紫外老化试

验中PU 改性沥青软化点和针入度变化范围分别为１~４和０１~０３mm说明其抗紫外老

化性能非常优异关键词路面工程路面材料改性机理聚氨酯改性沥青黏温特性剪切流变性能

中图分类号U４１４　　　文献标志码A

Modificationmechanismandperformanceofpolyurethanemodifiedasphalt

SUN Min１２ZHENG MuＧlian１BIYuＧfeng３ZHULinＧlin１GAOYuan１

(１KeyLaboratoryforSpecialAreaHighwayEngineeringofMinistryofEducationChang1049011anUniversity

Xi1049011an７１００６４ShaanxiChina２ShandongInstituteofHighwayTechnicianJinan２５０１０４ShandongChina

３ShandongProvincialCommunicationsPlanningandDesignInstituteJinan２５００３１ShandongChina)

AbstractTosolvetheproblemssuchaspoorstoragestabilityeasysegregationandagingforpolymermodifiedasphaltthepolyurethane(PU)wasusedtochemicallymodifytheasphaltThePU modifiedasphaltwaspreparedTheFouriertransforminfraredspectroscopy (FTIR)

testdynamicthermomechanicalanalysis (DMA)testanddifferentialscanningcalorimetry(DSC)testwereconductedtoanalyzethemodificationmechanismofPU modifiedasphaltTheperformancesofPU modifiedasphaltSBSmodifiedasphaltand７０ baseasphaltwereevaluatedbytheBrookfieldrotaryviscositytestdynamicshearrheological(DSR)testlowＧtemperature

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

bendingbeamrheological(BBR)testrotatingthinfilmoventest(RTFOT)andultravioletagingtestResearchresultshowsthatthedisksawtoothagitatorcanexposetheactivegroupwellintheasphaltand makethePU achievebetter modificationeffectThereare mainlytworeactionsinthePU modifiedasphaltOneisthereactionbetweentheisocyanateandpolyoltoform carbamatethe otheristhe addition reaction between theisocyanate and aromaticcompoundsintheasphaltThehighＧtemperatureBrookfieldviscosityofPU modifiedasphaltishigherthanthatofSBS modifiedasphaltatthesametemperatureTheruttingfactorofPUmodifiedasphaltat６４isabout６timesofthatofSBSmodifiedasphaltshowingthatitshighＧtemperatureperformanceisexcellentThepenetrationratioofPU modifiedasphaltbeforetoafterRTFOTreaches８５ThesofteningpointchangescopeofPU modifiedasphaltis０５

showingthatitsthermaloxygenagingresistanceisexcellentIntheultravioletagingtestthechangescopesofsofteningpointandpenetrationofPU modifiedasphaltare１ Ｇ４ and０１Ｇ０３ mm

respectivelyindicatingthatitsultravioletagingresistanceisexcellent７tabs１４figs３３refsKeywordspavementengineeringpavementmaterialmodification mechanismpolyurethanemodifiedasphaltviscosityＧtemperaturepropertyshearrheologicalpropertyAuthorresumesSUN Min(１９８５Ｇ)femalelecturerdoctoralstudent５１３５７０６４qqcom

ZHENG MuＧlian(１９７７Ｇ)femaleprofessorPhDzhengmlchdcomcn

０　引　言

随着渠化交通重载超载等现象的产生沥青路面较易产生车辙和水损坏等病害影响沥青

路面的使用性能因此对沥青及其混合料的性能

有了更高的要求[１]普通沥青及其混合料已经无

法满足现代交通与路面结构的要求目前通常采

用对沥青胶结料进行改性的方法来改善沥青混合

料的性能[２]而改性沥青大多采用聚合物改性剂

与基质沥青进行混融[３]这种改性方法可以提高沥

青的高低温性能耐疲劳性能和黏附性延长路面使

用性能[４]在这类聚合物改性沥青中应用最为广

泛的是苯乙烯Ｇ丁二烯Ｇ苯乙烯(StyreneＧButadieneＧStyreneSBS)改性沥青但SBS改性沥青也存在

不少问题其成本较高(约２００００元1048944t－１)且使用

时掺量大(质量分数在３以上)另外由于聚合物

在储存和使用过程中易受热光氧等因素的作用而

老化降解[５]且聚合物与沥青的密度相对分子质

量溶解度等相差较大导致聚合物改性沥青的储存

稳定性较差且易离析从而降低了聚合物改性沥青

的使用性能[６]化学改性沥青不同于一般的聚合物改性沥青

它通过掺加化学改性剂在特定的制备工艺下使改

性剂与沥青中的某些活性官能团发生反应形成新

的官能团从而改变沥青的结构和性能进而很好地

弥补聚合物改性沥青的不足[７]近年来国内外对化

学改性沥青的研究取得了一定进展其中研究较多

的化 学 改 性 沥 青 有 反 应 性 弹 性 体 三 元 共 聚 物

(ReactiveElastomericTerpolymerRET)改 性 沥

青多聚磷酸(PolyphosphoricacidPPA)改性沥青

和环氧沥青[７Ｇ９]RET通过溶解到热沥青中与沥

青发生化学反应从而达到改性效果其制备工艺

简单可以改善沥青的温度敏感性高温稳定性和

耐疲劳性等[８]PPA 改性沥青具有良好的抗车辙

性能与抗老化性能其储存稳定性也相对较好掺入PPA后沥青中沥青质含量将会增多但低温抗

裂性将有所减弱[１０]环氧沥青具有强度高韧性

好耐水性好耐温性能优异耐疲劳性能好等特

点[１１Ｇ１２]但由于其成本较高主要应用于钢桥面铺

装工程中[１１]聚氨酯(PolyurethanePU)合成材料是近几十

年来发展速度最快的材料之一其用途十分广泛但其在路面工程中的应用相对较少有少量研究是将

PU 作为胶结料直接与石料拌和[１３Ｇ１４]作为排水路

面使 用且 主 要 应 用 于 非 机 动 车 道 与 景 观 道 路

等[１５Ｇ１７]国内外关于 PU 改性沥青的研究相对较

少Bazmara等通过调整PU 改性剂的掺量得到了

性能各异的改性沥青并通过针入度黏度和动态剪

切流变(DynamicShearRheologicalDSR)试验评

价了沥青的性能借助傅里叶变换红外光谱(FourierTransformInfraredSpectroscopyFTIR)试验分析

了其改性机理[２]Xia等介绍了 PU 改性剂的合成

０５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

方法确定了PU 改性剂最佳掺量并评价了PU 改

性沥青的高低温性能还借助 FTIR试验分析了其

改性机理[１８]刘颖等采用正交试验设计优选了 PU改性沥青的制备工艺并评价了PU 改性沥青的性

能[１９Ｇ２０]Sun等评价了 PU 改性沥青及其混合料的

高低温和水稳定性并与常规沥青及其混合料的性

能进行了对比分析[２１]目前针对PU 改性沥青的研究较少且分散缺

少对PU改性沥青改性机理和性能的系统研究鉴

于此本文在比较不同制备工艺下 PU 改性沥青改

性效 果 的 基 础 上采 用 FTIR动 态 热 机 械 分 析

(DynamicThermomechanicalAnalysisDMA)差示扫描量热法(DifferentialScanningCalorimetry

DSC)和微观图片等手段系统研究了 PU 改性沥青

的改性机理并全面评价了PU 改性沥青的高低温

性能抗老化性能黏温特性和剪切流变特性以期

为化学改性沥青的研发提供一种新思路

１　聚氨酯改性沥青的制备

１１　原材料

１１１　聚氨酯

国际上将高分子结构主链上含有许多氨基甲酸酯

(mdashNHCOOmdash)的聚合物称为聚氨酯广义上来说

PU属于异氰酸酯的加聚物产物[２２]其结构见图１

图１　PU结构

Fig１　StructureofPU

异氰酸酯基和羟基的反应产物是氨基甲酸酯PU合成中使用的异氰酸酯主要是甲苯二异氰酸酯或二苯

基甲烷二异氰酸酯使用的含活泼氢的化合物主要有

醇类酚类胺类羧酸类以及水等[２３]本文中用到的

PU预聚物是由万华聚氨酯集团有限公司生产由聚醚

多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯预聚而成其中异氰

酸酯的用量大于多元醇生成的聚合物端基为异氰酸

基主要反应是异氰酸酯与羟基的反应反应方程式为

RNCO＋RprimeOHrarrRNHCOORprime本文还用到了聚合物多元醇扩链剂增容剂和

有机金属催化剂其中聚合物多元醇为聚醚多元醇扩链剂为DC２５１７增容剂为季戊四醇有机金属催

化剂为叔胺催化剂所用材料由万华聚氨酯集团有

限公司提供所有改性剂密封常温保存

１１２　沥　青

基质沥青为齐鲁７０ 沥青其基本性能见表１

表１　基质沥青基本性能

Tab１　Basicpropertiesofbaseasphalt

参数２５针入度

０１mm

１５延度

cm

软化点

密度

(g1048944cm－３)

参数值 ７１ ＞１００ ４８２ １０２５

１２　聚氨酯改性沥青制备工艺

　　目前聚合物改性沥青的制备方法很多包括低速搅拌法高速剪切法胶体磨法溶剂法和母料法

等[６]化学改性也是聚合物改性沥青常用的一种手

段其过程改变了沥青的分子链形式大小和沥青的

活性不 同 化 学 改 性 剂 需 要 的 反 应 环 境 也 不 一

样[１９]PU改性沥青主要是通过异氰酸酯预聚体与

沥青中的某些活性官能团发生反应来改变沥青的化

学组分为了选择PU 改性沥青的最佳制备工艺采用常用的几种制备方法制备PU 改性沥青并比

较其改性效果[２０]分别采用高速剪切机螺旋桨叶

轮搅拌器和圆盘锯齿式搅拌器制备 PU 改性沥青试验结果见表２

表２　不同制备设备下PU改性沥青试验结果

Tab２　TestresultsofPUmodifiedasphaltwith

differentpreparationequipments

共混设备转速

(r1048944min－１)

软化点

２５针入度

０１mm

圆盘锯齿式搅拌器 １４００ ７５０ ２３

螺旋桨叶轮搅拌器 ３００ ５２５ ６１

高速剪切机 ５０００ ５４５ ５７

　　由表２中试验结果可知采用螺旋桨叶轮搅拌

器和高速剪切机制备的PU改性沥青软化点分别为

５４５和５２５且调整了转速制备温度改性

剂掺量等试验条件后制备的改性沥青的软化点都

在６０以下采用圆盘锯齿式搅拌器制备的PU改

性沥青软化点可达７５或更高说明圆盘锯齿式搅

拌器具有极高的剪切力和促使反应体系产生剧烈流

动的能力符合PU改性沥青的反应要求故推荐采

用圆盘锯齿式搅拌器(图２)制备PU 改性沥青本

次试验使用的搅拌动力装置为德国IKAEurostar高速搅拌器见图３

通过多因素多水平的正交试验方案设计最终

优选出PU改性沥青的最佳制备方案[１９Ｇ２１]改性剂

的总质量分数为４２７整个制备过程中采用油

域将沥青温度控制在１７０plusmn５PU 改性沥青

制备过程为将一定量的齐鲁７０ 基质沥青加热到

１７０使用圆盘锯齿式搅拌器在１０００r1048944min－１的

转速下将沥青剪切搅拌１h加入聚合物多元醇继

１５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

图２　圆盘锯齿式搅拌器

Fig２　Disksawtoothagitator

图３　PU改性沥青制备装置

Fig３　PreparationplantofPU modifiedasphalt

续剪切搅拌０５h依次加入扩链剂增容剂有机

金属催化剂和PU预聚体继续剪切搅拌０５h得到PU改性沥青

１３　不同类型基质沥青改性效果比较

为了比较 PU 对不同类型基质沥青的改性效

果选择双龙７０ 加德士７０ 和齐鲁７０ 三种沥

青按照１２节中确定的制备工艺制备PU 改性沥

青并检测相应技术指标试验结果见表３结果表

明３种PU改性沥青针入度差值在０３mm 以内软化点差值在２以内可见PU 改性剂对相同牌

号不同类型的基质沥青的改性效果相当后续试验

采用齐鲁７０ 沥青制备PU改性沥青表３　三种改性沥青技术指标

Tab３　Technicalindexesofthreemodifiedasphalts

沥青类型 ２５针入度０１mm 软化点

双龙PU改性沥青 ２０ ７５

加德士PU改性沥青 １８ ７３

齐鲁PU改性沥青 ２１ ７４

２　聚氨酯改性沥青改性机理

２１　FTIR结果

FTIR技术常用来侦测各种不同的化学分子本文采用EQUINOXＧ５５FTIR傅里叶变换红外光谱

仪[２１]分别进行PU预聚体与基质沥青SBS改性沥

青和PU改性沥青的FTIR试验借助FTIR试验结

果对比各种材料中的分子结构和化学键由此来分析

PU预聚体与基质沥青之间的化学反应[２４]PU预聚

体的FTIR结果见图４可知３０７４cm－１处的吸收峰

为烯烃CmdashH伸缩振动峰９９４cm－１处的吸收峰为烯

烃 CmdashH 弯曲振动峰２９１７２８４５１４１８cm－１和

９１０cm－１处的吸收峰均为烯烃mdashCH２伸缩振动峰

１８２７cm－１ 处的吸收峰为酸酐羰基伸缩振动峰１７３１cm－１ 处 的 吸 收 峰 为 酯 羰 基 伸 缩 振 动 峰１６３９cm－１处的吸收峰为酰胺羰基伸缩振动峰６７９cm－１处的吸收峰为酰胺 NmdashH 摇摆振动峰

图４　PU预聚体FTIR结果

Fig４　FTIRresultofPUprepolymer

基质沥青SBS改性沥青和 PU 改性沥青的

FTIR结果见图５可知PU 改性沥青和SBS改性

沥青在２３００~２４００cm－１处的吸收峰相似而与

基质沥青不同说明此处是改性沥青生成的特征

峰对于PU 改性沥青而言１０２４cm－１处的吸收

峰为CmdashF伸缩振动峰１４５８cm－１处的吸收峰为

CmdashH 伸 缩 振 动 峰１３７５cm－１ 处 的 吸 收 峰 为

mdashCH３伸缩振动峰与 PU 预聚体的特征峰相比PU改性沥青的特征峰发生了很大变化最突出的

是PU改性沥青的FTIR曲线中出现了１７１８cm－１

处的mdashNHCOOmdash特征峰在 PU 预聚体合成过程

中mdashNCO基团本身过量而在 PU 改性沥青的红

外光谱中没有mdashNCO 对应的吸收峰且出现了新

的mdashNHCOOmdash特征峰说明 PU 预聚体与沥青中

的活性官能团发生反应生成了新的基团[２１]

２２　DMA结果

DMA可用于测量黏弹性材料的力学性能与时

２５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

图５　三种沥青的FTIR曲线

Fig５　FTIRcurvesofthreeasphalts

间温度或频率的关系本文分别进行不同温度下

PU 预聚体PU 改性沥青和基质沥青的 DMA 试

验[２５Ｇ２６]试件尺寸为３７mm(长)times３２mm(宽)times１２mm(高)几何因数为５０６７５７１m－１PU 预

聚体 DMA 结果见图６可知DMA 曲线中储存模

量和损耗模量随温度变化比较平缓说明随着温度

的变化PU预聚体性能稳定[２１]PU 预聚体的玻璃

化转化温度为１１７ 当温度低于 １１７ 时

PU预聚体柔韧性降低容易开裂此时PU 预聚体

的性能特征在一定程度上影响改性沥青的性能故

PU预聚体玻璃化转化温度较低也可能是导致PU改

性沥青低温性能较差的原因[２１]相位角曲线只有一

个峰说明PU预聚体是相对单一的聚合物链段

图６　PU预聚体 DMA曲线

Fig６　DMAcurvesofPUprepolymer

PU改性沥青和基质沥青的 DMA 结果见图７可知PU改性沥青的储存模量和损耗模量随温度

的变化较基质沥青平缓特别是当温度高于－１０时基质沥青储存模量和损耗模量随温度升高急剧

增大而PU改性沥青的储存模量和损耗模量缓慢

增加说明在温度高于－１０时PU改性沥青的温

度稳定性优于基质沥青[２１]

２３　微观图片分析

为了更好地观测 PU 改性沥青的表面形态分

图７　基质沥青和PU改性沥青 DMA曲线

Fig７　DMAcurvesofbaseasphaltandPU modifiedasphalt

析PU改性沥青的微观特性[９]采用扫描式电子显

图８　放大后的PU改性沥青

Fig８　EnlargedPU modifiedasphalt

微镜观测PU改性沥青结果见图８可知PU 改性

沥青制备完成后沥青的微观组分发生了很大改变有大量聚集块均匀分布在沥青中结合化学分析结

果推测这些聚集块是异氰酸酯与沥青质中的芳香族

化合物之间加成反应的产物其在红外光谱中显示

为２３５０~２４００cm－１的吸收峰这种聚集块的存在

大幅提高了PU 改性沥青的复数模量使得PU 改

性沥青具有优异的高温抗车辙性能

２４　DSC结果

DSC是在控制温度变化情况下以温度(或时

３５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

间)为横坐标以样品与参比物间温差为０所需供给

的热量为纵坐标所得的扫描曲线DSC能够确定

样品在升温过程中吸收或放出的热量[２５]沥青是

一种温度敏感性特别强的材料通过对不同沥青进

行DSC试验可以分析沥青在温度变化时其内部组

分相态结构的变化从而可以解释和预测不同沥青

的温度敏感性[１９]对基质沥青SBS改性沥青和

PU改性沥青(PUＧ１PUＧ２改性沥青改性剂的质量

分数分别为４２７８５４)进行 DSC测试结果

见图９可知SBS 改性沥青和 PU 改性沥青的

DSC曲线相对于基质沥青更平坦说明其对温度的

敏感性更小是比较理想的改性沥青基质沥青和

SBS改性沥青的玻璃化转化温度分别为－２４９ 和－２８９７PUＧ１PUＧ２改性沥青的玻璃化转化

温度分别为－２７４９和－２５６２说明PUＧ１和

PUＧ２改性沥青的低温性能优于基质沥青但差于

SBS改性沥青[１９]PUＧ１PUＧ２改性沥青的比热容差

分别为０２００和０１８０J1048944g－１1048944K－１即掺加２倍的

PU改性剂后PUＧ２改性沥青的比热容降低幅度为

１０玻璃化转化温度降低幅度为１２说明 PU与沥青之间发生了化学反应而非一般的物理改

性采用PU对沥青进行改性时存在最优的改性剂

用量

图９　不同沥青的 DSC曲线

Fig９　DSCcurvesofdifferentasphalts

３　聚氨酯改性沥青性能

３１　基本指标

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的有关规定来评价PU 改性沥

青的性能为了更好地表征PU改性沥青的性能将各指标检测结果与SBS改性沥青检测结果进行比

较见表４可知基质沥青经过PU 化学改性后软化点提高了２７与SBS改性沥青软化点相近说明PU化学改性可以提高沥青的高温性能PU 改

性沥青２５针入度为２０mm是SBS改性沥青的

３７说明PU 化学改性使沥青变硬[２１]PU改性沥

青的５延度为脆断而SBS改性沥青的５延度为

１５cm说明PU改性沥青低温性能差于SBS改性沥

青PU改性沥青的６０动力黏度是SBS改性沥青

的５倍左右说明PU改性沥青的高温稳定性较好

PU改性沥青的１３５布氏黏度为３1049008４０Pa1048944s高于

３1049008００Pa1048944s因此后续应开展PU改性沥青黏温特性

研究以分析PU改性沥青混合料的施工和易性表４　PU改性沥青与SBS改性沥青的性能指标

Tab４　PerformanceindexesofPUmodifiedasphalt

andSBSmodifiedasphalt

检测项目 PU改性沥青 SBS改性沥青

２５针入度０１mm ２０ ５４

５延度cm 脆断 １５

软化点 ７５ ７８

针入度指数 －１４５３ １０９１

６０动力黏度(Pa1048944s) １４８７５ ２８９０

１３５布氏黏度(Pa1048944s) ３４０ １４４

离析 ０５ ２０

溶解度 ９９９３ ９９８２

闪点 ３３１ ３４６

３２　黏温特性

为研究PU改性沥青的黏温特性按照laquo公路工

程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的规定采用美国 Brookfield旋转布氏黏度仪检

测１３５１４５１５５１６５ １７５ 下基质沥

青PU改性沥青和SBS改性沥青的布氏黏度试验

结果见图１０可知１３５和１４５下PU改性沥青

的布氏黏度是SBS改性沥青的２倍左右１５５

１６５１７５下PU改性沥青的旋转布氏黏度分

别比 SBS改性沥青高４７１５和１５因此

PU改性沥青施工温度的确定方法应与 SBS改性

沥青相同需结合旋转布氏黏度拌和与压实效果

等综合确定[２１]通过多次调整集料沥青的温度观察拌和后沥

青混合料的拌和效果马歇尔试件击实成型与脱模

情况对比不同温度下成型的马歇尔试件的体积指

标结合SBS改性沥青施工温度推荐 PU 改性沥

青的室内施工温度见表５

３３　动态剪切流变特性

DSR试验按照 AASHTOT３１２mdash２００８中的方

法进行分别检测了不同温度下的PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的复数模量和抗车辙因子[２７]

４５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

图１０　PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的黏温曲线

Fig１０　ViscosityＧtemperaturecurvesofPU modifiedasphalt

SBSmodifiedasphaltandbaseasphalt表５　PU改性沥青混合料施工温度

Tab５　ConstructiontemperaturesofPUmodified

asphaltmixture

级配类型 集料 沥青 拌和温度 压实温度

ACＧ１３ １８０~１８５ １７０~１７５ １８０~１８５ １６０~１７０

SMAＧ１３ １８５~１９０ １７５~１８０ １８５~１９０ １６５~１７５

结果见图１１可知３种沥青的复数模量和抗车辙因

子随温度的升高呈不断降低的趋势且在４６~

６２的温度范围内降低的速度很快当温度高于

６２时PU改性沥青和SBS改性沥青的复数模量

和抗车辙因子降低速度减慢说明随着温度的升

高温度对沥青复数模量和抗车辙因子的影响逐

渐变小[２１]相同试验温度下PU 改性沥青的复数

模量和抗车辙因子最高６４时PU改性沥青的抗

车辙因子是 SBS改性沥青的６倍左右且基质沥

青SBS改性沥青和PU 改性沥青的破坏温度分别

为７０８２和８８ 说明 PU 改性沥青的高温

稳定性能优异

３４　低温弯曲流变特性

采用 TEＧBBRＧF型弯曲梁流变仪进行 BBR试

验对PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的低

温性能进行综合比较[２８]试验温度为－１２试验

结果见图１２可知Superpave设计体系中要求沥青

６０s的蠕变劲度不大于３００MPa蠕变速率不小于

０３PU改性沥青和SBS改性沥青都满足此规定

PU 改 性 沥 青 的 蠕 变 劲 度 比 SBS 改 性 沥 青 大

１８MPa说明 PU 改性沥青比 SBS 改性沥青脆

PU改性沥青的蠕变速率比基质沥青大０1049008０３５比SBS

图１１　三种沥青的 DSR试验结果

Fig１１　DSRtestresultofthreeasphalts

图１２　三种沥青的BBR试验结果

Fig１２　BBRtestresultofthreeasphalts

５５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

改性沥青小０1049008０３３说明当温度变化且温度应力累

积时PU改性沥青的劲度变化速率处于两者之间综合两项指标可知 PU 改性沥青的低温性能差于

SBS改性沥青但优于基质沥青[２１]

３５　抗老化特性

３５１　旋转薄膜烘箱加热试验

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的相关规定进行基质沥青

SBS改性沥青和PU改性沥青的旋转薄膜烘箱加热

试验(RotatingThinFilmOvenTestRTFOT)检测老化前后的针入度和软化点指标[２９Ｇ３１]并用 DSR试验检测老化前后６４ 时复数模量和破坏温度用以评价热光氧等因素对沥青性能的影响[６]

结果见表６可知PU改性沥青 RTFOT前后的针

入度比为８５软化点变化幅度仅为０５而基

质沥青和SBS改性沥青的针入度比分别为６０和

８９软化点增量分别为６ 和０５ PU 改性

沥青 RTFOT前后 DSR试验破坏温度增加幅度在

１左右而基质沥青和SBS改性沥青的 DSR试

验破坏温度变化幅度都在３1049008５左右RTFOT后

PU改性沥青的６４ 复数模量变化率为１６基质沥青和SBS改性沥青的６４ 复数模量变化率

分别为６４和４９可见旋转薄膜烘箱加热对

PU改性沥青的的针入度和软化点影响最小PU改性沥青的热氧稳定性优于基质沥青和SBS改性

沥青表６　沥青RTFOT前后试验结果

Tab６　TestresultsofasphaltsbeforeandafterRTFOT

检测指标基质沥青 SBS改性沥青 PU改性沥青

RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后

２５针入度０１mm ７０ ４２ ５４ ４８ ２０ ２３

软化点 ４７５ ５３５ ７８０ ７１５ ７５０ ７５５

复数模量kPa ２２５ ３７０ ５７０ ８５０ ２５００ ２９００

破坏温度 ６５９１ ６９４３ ７７４０ ８００３ ８５７１ ８６８７

图１３　紫外老化１０d后SBS改性沥青

Fig１３　SBSmodifiedasphaltafter１０dultravioletaging

３５２　紫外老化试验

为了比较PU 改性沥青和SBS改性沥青的抗

紫外老化性能将２种沥青放置于紫外老化仪中进

行紫外照射２０d每隔一定天数取样检测针入度和

软化点指标[３２Ｇ３３]紫外老化过程中的样品分别见

图１３１４２种沥青紫外老化前后软化点和针入度见

表７可知紫外老化２０d后PU 改性沥青和SBS改性沥青软化点最大降幅分别为４和２针入

度最大降幅分别为０３和０４mm可见紫外老化

对２种改性沥青的针入度和软化点影响很小且PU改性沥青和SBS改性沥青都具有优异的抗紫外

老化性能可用于路面结构的上面层中

图１４　紫外老化１５d后PU改性沥青

Fig１４　PU modifiedasphaltafter１５dultravioletaging表７　紫外老化前后沥青软化点和针入度

Tab７　Softeningpointsandpenetrationsofasphalts

beforeandafterultravioletaging

紫外老化

天数d

PU改性沥青 SBS改性沥青

软化点

２５针入度

０１mm

软化点

２５针入度

０１mm

０ ７５０ ２００ ７８０ ５４０

２ ７４５ １７０ ７８０ ５２５

５ ７３０ １７０ ７７０ ５３０

１０ ７３５ １７０ ７７０ ５００

１５ ７１０ １８０ ７６０ ５２５

２０ ７２５ １７０ ７６０ ５００

６５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

４　结　语

(１)圆盘锯齿式搅拌器具有极高的剪切力和促

使反应体系产生剧烈流动的能力符合 PU 改性沥

青的反应要求故推荐采用圆盘锯齿式搅拌器制备

PU改性沥青(２)PU 材料中的异氰酸酯与多元醇之间反应

生成氨基甲酸酯异氰酸酯与沥青质中的芳香族化

合物之间加成反应从而改变了沥青的微观结构组

成改善了沥青的性能(３)PU改性沥青的高温稳定性优于SBS改性

沥青低温性能介于基质沥青和 SBS改性沥青之

间尤其适用于对高温抗车辙性能有特殊要求的情

况PU改性沥青抗热氧老化性能优于SBS改性沥

青抗紫外老化性能与SBS改性沥青相当适用于

对抗热氧老化和抗紫外老化有特殊要求的路面上面

层结构(４)推荐的PU改性沥青制备工艺相对繁琐工

厂化生产时存在一定难度后续需结合 PU 改性沥

青改性机理开展制备工艺优化工作

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bendingbeamrheological(BBR)testrotatingthinfilmoventest(RTFOT)andultravioletagingtestResearchresultshowsthatthedisksawtoothagitatorcanexposetheactivegroupwellintheasphaltand makethePU achievebetter modificationeffectThereare mainlytworeactionsinthePU modifiedasphaltOneisthereactionbetweentheisocyanateandpolyoltoform carbamatethe otheristhe addition reaction between theisocyanate and aromaticcompoundsintheasphaltThehighＧtemperatureBrookfieldviscosityofPU modifiedasphaltishigherthanthatofSBS modifiedasphaltatthesametemperatureTheruttingfactorofPUmodifiedasphaltat６４isabout６timesofthatofSBSmodifiedasphaltshowingthatitshighＧtemperatureperformanceisexcellentThepenetrationratioofPU modifiedasphaltbeforetoafterRTFOTreaches８５ThesofteningpointchangescopeofPU modifiedasphaltis０５

showingthatitsthermaloxygenagingresistanceisexcellentIntheultravioletagingtestthechangescopesofsofteningpointandpenetrationofPU modifiedasphaltare１ Ｇ４ and０１Ｇ０３ mm

respectivelyindicatingthatitsultravioletagingresistanceisexcellent７tabs１４figs３３refsKeywordspavementengineeringpavementmaterialmodification mechanismpolyurethanemodifiedasphaltviscosityＧtemperaturepropertyshearrheologicalpropertyAuthorresumesSUN Min(１９８５Ｇ)femalelecturerdoctoralstudent５１３５７０６４qqcom

ZHENG MuＧlian(１９７７Ｇ)femaleprofessorPhDzhengmlchdcomcn

０　引　言

随着渠化交通重载超载等现象的产生沥青路面较易产生车辙和水损坏等病害影响沥青

路面的使用性能因此对沥青及其混合料的性能

有了更高的要求[１]普通沥青及其混合料已经无

法满足现代交通与路面结构的要求目前通常采

用对沥青胶结料进行改性的方法来改善沥青混合

料的性能[２]而改性沥青大多采用聚合物改性剂

与基质沥青进行混融[３]这种改性方法可以提高沥

青的高低温性能耐疲劳性能和黏附性延长路面使

用性能[４]在这类聚合物改性沥青中应用最为广

泛的是苯乙烯Ｇ丁二烯Ｇ苯乙烯(StyreneＧButadieneＧStyreneSBS)改性沥青但SBS改性沥青也存在

不少问题其成本较高(约２００００元1048944t－１)且使用

时掺量大(质量分数在３以上)另外由于聚合物

在储存和使用过程中易受热光氧等因素的作用而

老化降解[５]且聚合物与沥青的密度相对分子质

量溶解度等相差较大导致聚合物改性沥青的储存

稳定性较差且易离析从而降低了聚合物改性沥青

的使用性能[６]化学改性沥青不同于一般的聚合物改性沥青

它通过掺加化学改性剂在特定的制备工艺下使改

性剂与沥青中的某些活性官能团发生反应形成新

的官能团从而改变沥青的结构和性能进而很好地

弥补聚合物改性沥青的不足[７]近年来国内外对化

学改性沥青的研究取得了一定进展其中研究较多

的化 学 改 性 沥 青 有 反 应 性 弹 性 体 三 元 共 聚 物

(ReactiveElastomericTerpolymerRET)改 性 沥

青多聚磷酸(PolyphosphoricacidPPA)改性沥青

和环氧沥青[７Ｇ９]RET通过溶解到热沥青中与沥

青发生化学反应从而达到改性效果其制备工艺

简单可以改善沥青的温度敏感性高温稳定性和

耐疲劳性等[８]PPA 改性沥青具有良好的抗车辙

性能与抗老化性能其储存稳定性也相对较好掺入PPA后沥青中沥青质含量将会增多但低温抗

裂性将有所减弱[１０]环氧沥青具有强度高韧性

好耐水性好耐温性能优异耐疲劳性能好等特

点[１１Ｇ１２]但由于其成本较高主要应用于钢桥面铺

装工程中[１１]聚氨酯(PolyurethanePU)合成材料是近几十

年来发展速度最快的材料之一其用途十分广泛但其在路面工程中的应用相对较少有少量研究是将

PU 作为胶结料直接与石料拌和[１３Ｇ１４]作为排水路

面使 用且 主 要 应 用 于 非 机 动 车 道 与 景 观 道 路

等[１５Ｇ１７]国内外关于 PU 改性沥青的研究相对较

少Bazmara等通过调整PU 改性剂的掺量得到了

性能各异的改性沥青并通过针入度黏度和动态剪

切流变(DynamicShearRheologicalDSR)试验评

价了沥青的性能借助傅里叶变换红外光谱(FourierTransformInfraredSpectroscopyFTIR)试验分析

了其改性机理[２]Xia等介绍了 PU 改性剂的合成

０５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

方法确定了PU 改性剂最佳掺量并评价了PU 改

性沥青的高低温性能还借助 FTIR试验分析了其

改性机理[１８]刘颖等采用正交试验设计优选了 PU改性沥青的制备工艺并评价了PU 改性沥青的性

能[１９Ｇ２０]Sun等评价了 PU 改性沥青及其混合料的

高低温和水稳定性并与常规沥青及其混合料的性

能进行了对比分析[２１]目前针对PU 改性沥青的研究较少且分散缺

少对PU改性沥青改性机理和性能的系统研究鉴

于此本文在比较不同制备工艺下 PU 改性沥青改

性效 果 的 基 础 上采 用 FTIR动 态 热 机 械 分 析

(DynamicThermomechanicalAnalysisDMA)差示扫描量热法(DifferentialScanningCalorimetry

DSC)和微观图片等手段系统研究了 PU 改性沥青

的改性机理并全面评价了PU 改性沥青的高低温

性能抗老化性能黏温特性和剪切流变特性以期

为化学改性沥青的研发提供一种新思路

１　聚氨酯改性沥青的制备

１１　原材料

１１１　聚氨酯

国际上将高分子结构主链上含有许多氨基甲酸酯

(mdashNHCOOmdash)的聚合物称为聚氨酯广义上来说

PU属于异氰酸酯的加聚物产物[２２]其结构见图１

图１　PU结构

Fig１　StructureofPU

异氰酸酯基和羟基的反应产物是氨基甲酸酯PU合成中使用的异氰酸酯主要是甲苯二异氰酸酯或二苯

基甲烷二异氰酸酯使用的含活泼氢的化合物主要有

醇类酚类胺类羧酸类以及水等[２３]本文中用到的

PU预聚物是由万华聚氨酯集团有限公司生产由聚醚

多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯预聚而成其中异氰

酸酯的用量大于多元醇生成的聚合物端基为异氰酸

基主要反应是异氰酸酯与羟基的反应反应方程式为

RNCO＋RprimeOHrarrRNHCOORprime本文还用到了聚合物多元醇扩链剂增容剂和

有机金属催化剂其中聚合物多元醇为聚醚多元醇扩链剂为DC２５１７增容剂为季戊四醇有机金属催

化剂为叔胺催化剂所用材料由万华聚氨酯集团有

限公司提供所有改性剂密封常温保存

１１２　沥　青

基质沥青为齐鲁７０ 沥青其基本性能见表１

表１　基质沥青基本性能

Tab１　Basicpropertiesofbaseasphalt

参数２５针入度

０１mm

１５延度

cm

软化点

密度

(g1048944cm－３)

参数值 ７１ ＞１００ ４８２ １０２５

１２　聚氨酯改性沥青制备工艺

　　目前聚合物改性沥青的制备方法很多包括低速搅拌法高速剪切法胶体磨法溶剂法和母料法

等[６]化学改性也是聚合物改性沥青常用的一种手

段其过程改变了沥青的分子链形式大小和沥青的

活性不 同 化 学 改 性 剂 需 要 的 反 应 环 境 也 不 一

样[１９]PU改性沥青主要是通过异氰酸酯预聚体与

沥青中的某些活性官能团发生反应来改变沥青的化

学组分为了选择PU 改性沥青的最佳制备工艺采用常用的几种制备方法制备PU 改性沥青并比

较其改性效果[２０]分别采用高速剪切机螺旋桨叶

轮搅拌器和圆盘锯齿式搅拌器制备 PU 改性沥青试验结果见表２

表２　不同制备设备下PU改性沥青试验结果

Tab２　TestresultsofPUmodifiedasphaltwith

differentpreparationequipments

共混设备转速

(r1048944min－１)

软化点

２５针入度

０１mm

圆盘锯齿式搅拌器 １４００ ７５０ ２３

螺旋桨叶轮搅拌器 ３００ ５２５ ６１

高速剪切机 ５０００ ５４５ ５７

　　由表２中试验结果可知采用螺旋桨叶轮搅拌

器和高速剪切机制备的PU改性沥青软化点分别为

５４５和５２５且调整了转速制备温度改性

剂掺量等试验条件后制备的改性沥青的软化点都

在６０以下采用圆盘锯齿式搅拌器制备的PU改

性沥青软化点可达７５或更高说明圆盘锯齿式搅

拌器具有极高的剪切力和促使反应体系产生剧烈流

动的能力符合PU改性沥青的反应要求故推荐采

用圆盘锯齿式搅拌器(图２)制备PU 改性沥青本

次试验使用的搅拌动力装置为德国IKAEurostar高速搅拌器见图３

通过多因素多水平的正交试验方案设计最终

优选出PU改性沥青的最佳制备方案[１９Ｇ２１]改性剂

的总质量分数为４２７整个制备过程中采用油

域将沥青温度控制在１７０plusmn５PU 改性沥青

制备过程为将一定量的齐鲁７０ 基质沥青加热到

１７０使用圆盘锯齿式搅拌器在１０００r1048944min－１的

转速下将沥青剪切搅拌１h加入聚合物多元醇继

１５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

图２　圆盘锯齿式搅拌器

Fig２　Disksawtoothagitator

图３　PU改性沥青制备装置

Fig３　PreparationplantofPU modifiedasphalt

续剪切搅拌０５h依次加入扩链剂增容剂有机

金属催化剂和PU预聚体继续剪切搅拌０５h得到PU改性沥青

１３　不同类型基质沥青改性效果比较

为了比较 PU 对不同类型基质沥青的改性效

果选择双龙７０ 加德士７０ 和齐鲁７０ 三种沥

青按照１２节中确定的制备工艺制备PU 改性沥

青并检测相应技术指标试验结果见表３结果表

明３种PU改性沥青针入度差值在０３mm 以内软化点差值在２以内可见PU 改性剂对相同牌

号不同类型的基质沥青的改性效果相当后续试验

采用齐鲁７０ 沥青制备PU改性沥青表３　三种改性沥青技术指标

Tab３　Technicalindexesofthreemodifiedasphalts

沥青类型 ２５针入度０１mm 软化点

双龙PU改性沥青 ２０ ７５

加德士PU改性沥青 １８ ７３

齐鲁PU改性沥青 ２１ ７４

２　聚氨酯改性沥青改性机理

２１　FTIR结果

FTIR技术常用来侦测各种不同的化学分子本文采用EQUINOXＧ５５FTIR傅里叶变换红外光谱

仪[２１]分别进行PU预聚体与基质沥青SBS改性沥

青和PU改性沥青的FTIR试验借助FTIR试验结

果对比各种材料中的分子结构和化学键由此来分析

PU预聚体与基质沥青之间的化学反应[２４]PU预聚

体的FTIR结果见图４可知３０７４cm－１处的吸收峰

为烯烃CmdashH伸缩振动峰９９４cm－１处的吸收峰为烯

烃 CmdashH 弯曲振动峰２９１７２８４５１４１８cm－１和

９１０cm－１处的吸收峰均为烯烃mdashCH２伸缩振动峰

１８２７cm－１ 处的吸收峰为酸酐羰基伸缩振动峰１７３１cm－１ 处 的 吸 收 峰 为 酯 羰 基 伸 缩 振 动 峰１６３９cm－１处的吸收峰为酰胺羰基伸缩振动峰６７９cm－１处的吸收峰为酰胺 NmdashH 摇摆振动峰

图４　PU预聚体FTIR结果

Fig４　FTIRresultofPUprepolymer

基质沥青SBS改性沥青和 PU 改性沥青的

FTIR结果见图５可知PU 改性沥青和SBS改性

沥青在２３００~２４００cm－１处的吸收峰相似而与

基质沥青不同说明此处是改性沥青生成的特征

峰对于PU 改性沥青而言１０２４cm－１处的吸收

峰为CmdashF伸缩振动峰１４５８cm－１处的吸收峰为

CmdashH 伸 缩 振 动 峰１３７５cm－１ 处 的 吸 收 峰 为

mdashCH３伸缩振动峰与 PU 预聚体的特征峰相比PU改性沥青的特征峰发生了很大变化最突出的

是PU改性沥青的FTIR曲线中出现了１７１８cm－１

处的mdashNHCOOmdash特征峰在 PU 预聚体合成过程

中mdashNCO基团本身过量而在 PU 改性沥青的红

外光谱中没有mdashNCO 对应的吸收峰且出现了新

的mdashNHCOOmdash特征峰说明 PU 预聚体与沥青中

的活性官能团发生反应生成了新的基团[２１]

２２　DMA结果

DMA可用于测量黏弹性材料的力学性能与时

２５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

图５　三种沥青的FTIR曲线

Fig５　FTIRcurvesofthreeasphalts

间温度或频率的关系本文分别进行不同温度下

PU 预聚体PU 改性沥青和基质沥青的 DMA 试

验[２５Ｇ２６]试件尺寸为３７mm(长)times３２mm(宽)times１２mm(高)几何因数为５０６７５７１m－１PU 预

聚体 DMA 结果见图６可知DMA 曲线中储存模

量和损耗模量随温度变化比较平缓说明随着温度

的变化PU预聚体性能稳定[２１]PU 预聚体的玻璃

化转化温度为１１７ 当温度低于 １１７ 时

PU预聚体柔韧性降低容易开裂此时PU 预聚体

的性能特征在一定程度上影响改性沥青的性能故

PU预聚体玻璃化转化温度较低也可能是导致PU改

性沥青低温性能较差的原因[２１]相位角曲线只有一

个峰说明PU预聚体是相对单一的聚合物链段

图６　PU预聚体 DMA曲线

Fig６　DMAcurvesofPUprepolymer

PU改性沥青和基质沥青的 DMA 结果见图７可知PU改性沥青的储存模量和损耗模量随温度

的变化较基质沥青平缓特别是当温度高于－１０时基质沥青储存模量和损耗模量随温度升高急剧

增大而PU改性沥青的储存模量和损耗模量缓慢

增加说明在温度高于－１０时PU改性沥青的温

度稳定性优于基质沥青[２１]

２３　微观图片分析

为了更好地观测 PU 改性沥青的表面形态分

图７　基质沥青和PU改性沥青 DMA曲线

Fig７　DMAcurvesofbaseasphaltandPU modifiedasphalt

析PU改性沥青的微观特性[９]采用扫描式电子显

图８　放大后的PU改性沥青

Fig８　EnlargedPU modifiedasphalt

微镜观测PU改性沥青结果见图８可知PU 改性

沥青制备完成后沥青的微观组分发生了很大改变有大量聚集块均匀分布在沥青中结合化学分析结

果推测这些聚集块是异氰酸酯与沥青质中的芳香族

化合物之间加成反应的产物其在红外光谱中显示

为２３５０~２４００cm－１的吸收峰这种聚集块的存在

大幅提高了PU 改性沥青的复数模量使得PU 改

性沥青具有优异的高温抗车辙性能

２４　DSC结果

DSC是在控制温度变化情况下以温度(或时

３５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

间)为横坐标以样品与参比物间温差为０所需供给

的热量为纵坐标所得的扫描曲线DSC能够确定

样品在升温过程中吸收或放出的热量[２５]沥青是

一种温度敏感性特别强的材料通过对不同沥青进

行DSC试验可以分析沥青在温度变化时其内部组

分相态结构的变化从而可以解释和预测不同沥青

的温度敏感性[１９]对基质沥青SBS改性沥青和

PU改性沥青(PUＧ１PUＧ２改性沥青改性剂的质量

分数分别为４２７８５４)进行 DSC测试结果

见图９可知SBS 改性沥青和 PU 改性沥青的

DSC曲线相对于基质沥青更平坦说明其对温度的

敏感性更小是比较理想的改性沥青基质沥青和

SBS改性沥青的玻璃化转化温度分别为－２４９ 和－２８９７PUＧ１PUＧ２改性沥青的玻璃化转化

温度分别为－２７４９和－２５６２说明PUＧ１和

PUＧ２改性沥青的低温性能优于基质沥青但差于

SBS改性沥青[１９]PUＧ１PUＧ２改性沥青的比热容差

分别为０２００和０１８０J1048944g－１1048944K－１即掺加２倍的

PU改性剂后PUＧ２改性沥青的比热容降低幅度为

１０玻璃化转化温度降低幅度为１２说明 PU与沥青之间发生了化学反应而非一般的物理改

性采用PU对沥青进行改性时存在最优的改性剂

用量

图９　不同沥青的 DSC曲线

Fig９　DSCcurvesofdifferentasphalts

３　聚氨酯改性沥青性能

３１　基本指标

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的有关规定来评价PU 改性沥

青的性能为了更好地表征PU改性沥青的性能将各指标检测结果与SBS改性沥青检测结果进行比

较见表４可知基质沥青经过PU 化学改性后软化点提高了２７与SBS改性沥青软化点相近说明PU化学改性可以提高沥青的高温性能PU 改

性沥青２５针入度为２０mm是SBS改性沥青的

３７说明PU 化学改性使沥青变硬[２１]PU改性沥

青的５延度为脆断而SBS改性沥青的５延度为

１５cm说明PU改性沥青低温性能差于SBS改性沥

青PU改性沥青的６０动力黏度是SBS改性沥青

的５倍左右说明PU改性沥青的高温稳定性较好

PU改性沥青的１３５布氏黏度为３1049008４０Pa1048944s高于

３1049008００Pa1048944s因此后续应开展PU改性沥青黏温特性

研究以分析PU改性沥青混合料的施工和易性表４　PU改性沥青与SBS改性沥青的性能指标

Tab４　PerformanceindexesofPUmodifiedasphalt

andSBSmodifiedasphalt

检测项目 PU改性沥青 SBS改性沥青

２５针入度０１mm ２０ ５４

５延度cm 脆断 １５

软化点 ７５ ７８

针入度指数 －１４５３ １０９１

６０动力黏度(Pa1048944s) １４８７５ ２８９０

１３５布氏黏度(Pa1048944s) ３４０ １４４

离析 ０５ ２０

溶解度 ９９９３ ９９８２

闪点 ３３１ ３４６

３２　黏温特性

为研究PU改性沥青的黏温特性按照laquo公路工

程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的规定采用美国 Brookfield旋转布氏黏度仪检

测１３５１４５１５５１６５ １７５ 下基质沥

青PU改性沥青和SBS改性沥青的布氏黏度试验

结果见图１０可知１３５和１４５下PU改性沥青

的布氏黏度是SBS改性沥青的２倍左右１５５

１６５１７５下PU改性沥青的旋转布氏黏度分

别比 SBS改性沥青高４７１５和１５因此

PU改性沥青施工温度的确定方法应与 SBS改性

沥青相同需结合旋转布氏黏度拌和与压实效果

等综合确定[２１]通过多次调整集料沥青的温度观察拌和后沥

青混合料的拌和效果马歇尔试件击实成型与脱模

情况对比不同温度下成型的马歇尔试件的体积指

标结合SBS改性沥青施工温度推荐 PU 改性沥

青的室内施工温度见表５

３３　动态剪切流变特性

DSR试验按照 AASHTOT３１２mdash２００８中的方

法进行分别检测了不同温度下的PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的复数模量和抗车辙因子[２７]

４５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

图１０　PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的黏温曲线

Fig１０　ViscosityＧtemperaturecurvesofPU modifiedasphalt

SBSmodifiedasphaltandbaseasphalt表５　PU改性沥青混合料施工温度

Tab５　ConstructiontemperaturesofPUmodified

asphaltmixture

级配类型 集料 沥青 拌和温度 压实温度

ACＧ１３ １８０~１８５ １７０~１７５ １８０~１８５ １６０~１７０

SMAＧ１３ １８５~１９０ １７５~１８０ １８５~１９０ １６５~１７５

结果见图１１可知３种沥青的复数模量和抗车辙因

子随温度的升高呈不断降低的趋势且在４６~

６２的温度范围内降低的速度很快当温度高于

６２时PU改性沥青和SBS改性沥青的复数模量

和抗车辙因子降低速度减慢说明随着温度的升

高温度对沥青复数模量和抗车辙因子的影响逐

渐变小[２１]相同试验温度下PU 改性沥青的复数

模量和抗车辙因子最高６４时PU改性沥青的抗

车辙因子是 SBS改性沥青的６倍左右且基质沥

青SBS改性沥青和PU 改性沥青的破坏温度分别

为７０８２和８８ 说明 PU 改性沥青的高温

稳定性能优异

３４　低温弯曲流变特性

采用 TEＧBBRＧF型弯曲梁流变仪进行 BBR试

验对PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的低

温性能进行综合比较[２８]试验温度为－１２试验

结果见图１２可知Superpave设计体系中要求沥青

６０s的蠕变劲度不大于３００MPa蠕变速率不小于

０３PU改性沥青和SBS改性沥青都满足此规定

PU 改 性 沥 青 的 蠕 变 劲 度 比 SBS 改 性 沥 青 大

１８MPa说明 PU 改性沥青比 SBS 改性沥青脆

PU改性沥青的蠕变速率比基质沥青大０1049008０３５比SBS

图１１　三种沥青的 DSR试验结果

Fig１１　DSRtestresultofthreeasphalts

图１２　三种沥青的BBR试验结果

Fig１２　BBRtestresultofthreeasphalts

５５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

改性沥青小０1049008０３３说明当温度变化且温度应力累

积时PU改性沥青的劲度变化速率处于两者之间综合两项指标可知 PU 改性沥青的低温性能差于

SBS改性沥青但优于基质沥青[２１]

３５　抗老化特性

３５１　旋转薄膜烘箱加热试验

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的相关规定进行基质沥青

SBS改性沥青和PU改性沥青的旋转薄膜烘箱加热

试验(RotatingThinFilmOvenTestRTFOT)检测老化前后的针入度和软化点指标[２９Ｇ３１]并用 DSR试验检测老化前后６４ 时复数模量和破坏温度用以评价热光氧等因素对沥青性能的影响[６]

结果见表６可知PU改性沥青 RTFOT前后的针

入度比为８５软化点变化幅度仅为０５而基

质沥青和SBS改性沥青的针入度比分别为６０和

８９软化点增量分别为６ 和０５ PU 改性

沥青 RTFOT前后 DSR试验破坏温度增加幅度在

１左右而基质沥青和SBS改性沥青的 DSR试

验破坏温度变化幅度都在３1049008５左右RTFOT后

PU改性沥青的６４ 复数模量变化率为１６基质沥青和SBS改性沥青的６４ 复数模量变化率

分别为６４和４９可见旋转薄膜烘箱加热对

PU改性沥青的的针入度和软化点影响最小PU改性沥青的热氧稳定性优于基质沥青和SBS改性

沥青表６　沥青RTFOT前后试验结果

Tab６　TestresultsofasphaltsbeforeandafterRTFOT

检测指标基质沥青 SBS改性沥青 PU改性沥青

RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后

２５针入度０１mm ７０ ４２ ５４ ４８ ２０ ２３

软化点 ４７５ ５３５ ７８０ ７１５ ７５０ ７５５

复数模量kPa ２２５ ３７０ ５７０ ８５０ ２５００ ２９００

破坏温度 ６５９１ ６９４３ ７７４０ ８００３ ８５７１ ８６８７

图１３　紫外老化１０d后SBS改性沥青

Fig１３　SBSmodifiedasphaltafter１０dultravioletaging

３５２　紫外老化试验

为了比较PU 改性沥青和SBS改性沥青的抗

紫外老化性能将２种沥青放置于紫外老化仪中进

行紫外照射２０d每隔一定天数取样检测针入度和

软化点指标[３２Ｇ３３]紫外老化过程中的样品分别见

图１３１４２种沥青紫外老化前后软化点和针入度见

表７可知紫外老化２０d后PU 改性沥青和SBS改性沥青软化点最大降幅分别为４和２针入

度最大降幅分别为０３和０４mm可见紫外老化

对２种改性沥青的针入度和软化点影响很小且PU改性沥青和SBS改性沥青都具有优异的抗紫外

老化性能可用于路面结构的上面层中

图１４　紫外老化１５d后PU改性沥青

Fig１４　PU modifiedasphaltafter１５dultravioletaging表７　紫外老化前后沥青软化点和针入度

Tab７　Softeningpointsandpenetrationsofasphalts

beforeandafterultravioletaging

紫外老化

天数d

PU改性沥青 SBS改性沥青

软化点

２５针入度

０１mm

软化点

２５针入度

０１mm

０ ７５０ ２００ ７８０ ５４０

２ ７４５ １７０ ７８０ ５２５

５ ７３０ １７０ ７７０ ５３０

１０ ７３５ １７０ ７７０ ５００

１５ ７１０ １８０ ７６０ ５２５

２０ ７２５ １７０ ７６０ ５００

６５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

４　结　语

(１)圆盘锯齿式搅拌器具有极高的剪切力和促

使反应体系产生剧烈流动的能力符合 PU 改性沥

青的反应要求故推荐采用圆盘锯齿式搅拌器制备

PU改性沥青(２)PU 材料中的异氰酸酯与多元醇之间反应

生成氨基甲酸酯异氰酸酯与沥青质中的芳香族化

合物之间加成反应从而改变了沥青的微观结构组

成改善了沥青的性能(３)PU改性沥青的高温稳定性优于SBS改性

沥青低温性能介于基质沥青和 SBS改性沥青之

间尤其适用于对高温抗车辙性能有特殊要求的情

况PU改性沥青抗热氧老化性能优于SBS改性沥

青抗紫外老化性能与SBS改性沥青相当适用于

对抗热氧老化和抗紫外老化有特殊要求的路面上面

层结构(４)推荐的PU改性沥青制备工艺相对繁琐工

厂化生产时存在一定难度后续需结合 PU 改性沥

青改性机理开展制备工艺优化工作

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８５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

方法确定了PU 改性剂最佳掺量并评价了PU 改

性沥青的高低温性能还借助 FTIR试验分析了其

改性机理[１８]刘颖等采用正交试验设计优选了 PU改性沥青的制备工艺并评价了PU 改性沥青的性

能[１９Ｇ２０]Sun等评价了 PU 改性沥青及其混合料的

高低温和水稳定性并与常规沥青及其混合料的性

能进行了对比分析[２１]目前针对PU 改性沥青的研究较少且分散缺

少对PU改性沥青改性机理和性能的系统研究鉴

于此本文在比较不同制备工艺下 PU 改性沥青改

性效 果 的 基 础 上采 用 FTIR动 态 热 机 械 分 析

(DynamicThermomechanicalAnalysisDMA)差示扫描量热法(DifferentialScanningCalorimetry

DSC)和微观图片等手段系统研究了 PU 改性沥青

的改性机理并全面评价了PU 改性沥青的高低温

性能抗老化性能黏温特性和剪切流变特性以期

为化学改性沥青的研发提供一种新思路

１　聚氨酯改性沥青的制备

１１　原材料

１１１　聚氨酯

国际上将高分子结构主链上含有许多氨基甲酸酯

(mdashNHCOOmdash)的聚合物称为聚氨酯广义上来说

PU属于异氰酸酯的加聚物产物[２２]其结构见图１

图１　PU结构

Fig１　StructureofPU

异氰酸酯基和羟基的反应产物是氨基甲酸酯PU合成中使用的异氰酸酯主要是甲苯二异氰酸酯或二苯

基甲烷二异氰酸酯使用的含活泼氢的化合物主要有

醇类酚类胺类羧酸类以及水等[２３]本文中用到的

PU预聚物是由万华聚氨酯集团有限公司生产由聚醚

多元醇和二苯基甲烷二异氰酸酯预聚而成其中异氰

酸酯的用量大于多元醇生成的聚合物端基为异氰酸

基主要反应是异氰酸酯与羟基的反应反应方程式为

RNCO＋RprimeOHrarrRNHCOORprime本文还用到了聚合物多元醇扩链剂增容剂和

有机金属催化剂其中聚合物多元醇为聚醚多元醇扩链剂为DC２５１７增容剂为季戊四醇有机金属催

化剂为叔胺催化剂所用材料由万华聚氨酯集团有

限公司提供所有改性剂密封常温保存

１１２　沥　青

基质沥青为齐鲁７０ 沥青其基本性能见表１

表１　基质沥青基本性能

Tab１　Basicpropertiesofbaseasphalt

参数２５针入度

０１mm

１５延度

cm

软化点

密度

(g1048944cm－３)

参数值 ７１ ＞１００ ４８２ １０２５

１２　聚氨酯改性沥青制备工艺

　　目前聚合物改性沥青的制备方法很多包括低速搅拌法高速剪切法胶体磨法溶剂法和母料法

等[６]化学改性也是聚合物改性沥青常用的一种手

段其过程改变了沥青的分子链形式大小和沥青的

活性不 同 化 学 改 性 剂 需 要 的 反 应 环 境 也 不 一

样[１９]PU改性沥青主要是通过异氰酸酯预聚体与

沥青中的某些活性官能团发生反应来改变沥青的化

学组分为了选择PU 改性沥青的最佳制备工艺采用常用的几种制备方法制备PU 改性沥青并比

较其改性效果[２０]分别采用高速剪切机螺旋桨叶

轮搅拌器和圆盘锯齿式搅拌器制备 PU 改性沥青试验结果见表２

表２　不同制备设备下PU改性沥青试验结果

Tab２　TestresultsofPUmodifiedasphaltwith

differentpreparationequipments

共混设备转速

(r1048944min－１)

软化点

２５针入度

０１mm

圆盘锯齿式搅拌器 １４００ ７５０ ２３

螺旋桨叶轮搅拌器 ３００ ５２５ ６１

高速剪切机 ５０００ ５４５ ５７

　　由表２中试验结果可知采用螺旋桨叶轮搅拌

器和高速剪切机制备的PU改性沥青软化点分别为

５４５和５２５且调整了转速制备温度改性

剂掺量等试验条件后制备的改性沥青的软化点都

在６０以下采用圆盘锯齿式搅拌器制备的PU改

性沥青软化点可达７５或更高说明圆盘锯齿式搅

拌器具有极高的剪切力和促使反应体系产生剧烈流

动的能力符合PU改性沥青的反应要求故推荐采

用圆盘锯齿式搅拌器(图２)制备PU 改性沥青本

次试验使用的搅拌动力装置为德国IKAEurostar高速搅拌器见图３

通过多因素多水平的正交试验方案设计最终

优选出PU改性沥青的最佳制备方案[１９Ｇ２１]改性剂

的总质量分数为４２７整个制备过程中采用油

域将沥青温度控制在１７０plusmn５PU 改性沥青

制备过程为将一定量的齐鲁７０ 基质沥青加热到

１７０使用圆盘锯齿式搅拌器在１０００r1048944min－１的

转速下将沥青剪切搅拌１h加入聚合物多元醇继

１５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

图２　圆盘锯齿式搅拌器

Fig２　Disksawtoothagitator

图３　PU改性沥青制备装置

Fig３　PreparationplantofPU modifiedasphalt

续剪切搅拌０５h依次加入扩链剂增容剂有机

金属催化剂和PU预聚体继续剪切搅拌０５h得到PU改性沥青

１３　不同类型基质沥青改性效果比较

为了比较 PU 对不同类型基质沥青的改性效

果选择双龙７０ 加德士７０ 和齐鲁７０ 三种沥

青按照１２节中确定的制备工艺制备PU 改性沥

青并检测相应技术指标试验结果见表３结果表

明３种PU改性沥青针入度差值在０３mm 以内软化点差值在２以内可见PU 改性剂对相同牌

号不同类型的基质沥青的改性效果相当后续试验

采用齐鲁７０ 沥青制备PU改性沥青表３　三种改性沥青技术指标

Tab３　Technicalindexesofthreemodifiedasphalts

沥青类型 ２５针入度０１mm 软化点

双龙PU改性沥青 ２０ ７５

加德士PU改性沥青 １８ ７３

齐鲁PU改性沥青 ２１ ７４

２　聚氨酯改性沥青改性机理

２１　FTIR结果

FTIR技术常用来侦测各种不同的化学分子本文采用EQUINOXＧ５５FTIR傅里叶变换红外光谱

仪[２１]分别进行PU预聚体与基质沥青SBS改性沥

青和PU改性沥青的FTIR试验借助FTIR试验结

果对比各种材料中的分子结构和化学键由此来分析

PU预聚体与基质沥青之间的化学反应[２４]PU预聚

体的FTIR结果见图４可知３０７４cm－１处的吸收峰

为烯烃CmdashH伸缩振动峰９９４cm－１处的吸收峰为烯

烃 CmdashH 弯曲振动峰２９１７２８４５１４１８cm－１和

９１０cm－１处的吸收峰均为烯烃mdashCH２伸缩振动峰

１８２７cm－１ 处的吸收峰为酸酐羰基伸缩振动峰１７３１cm－１ 处 的 吸 收 峰 为 酯 羰 基 伸 缩 振 动 峰１６３９cm－１处的吸收峰为酰胺羰基伸缩振动峰６７９cm－１处的吸收峰为酰胺 NmdashH 摇摆振动峰

图４　PU预聚体FTIR结果

Fig４　FTIRresultofPUprepolymer

基质沥青SBS改性沥青和 PU 改性沥青的

FTIR结果见图５可知PU 改性沥青和SBS改性

沥青在２３００~２４００cm－１处的吸收峰相似而与

基质沥青不同说明此处是改性沥青生成的特征

峰对于PU 改性沥青而言１０２４cm－１处的吸收

峰为CmdashF伸缩振动峰１４５８cm－１处的吸收峰为

CmdashH 伸 缩 振 动 峰１３７５cm－１ 处 的 吸 收 峰 为

mdashCH３伸缩振动峰与 PU 预聚体的特征峰相比PU改性沥青的特征峰发生了很大变化最突出的

是PU改性沥青的FTIR曲线中出现了１７１８cm－１

处的mdashNHCOOmdash特征峰在 PU 预聚体合成过程

中mdashNCO基团本身过量而在 PU 改性沥青的红

外光谱中没有mdashNCO 对应的吸收峰且出现了新

的mdashNHCOOmdash特征峰说明 PU 预聚体与沥青中

的活性官能团发生反应生成了新的基团[２１]

２２　DMA结果

DMA可用于测量黏弹性材料的力学性能与时

２５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

图５　三种沥青的FTIR曲线

Fig５　FTIRcurvesofthreeasphalts

间温度或频率的关系本文分别进行不同温度下

PU 预聚体PU 改性沥青和基质沥青的 DMA 试

验[２５Ｇ２６]试件尺寸为３７mm(长)times３２mm(宽)times１２mm(高)几何因数为５０６７５７１m－１PU 预

聚体 DMA 结果见图６可知DMA 曲线中储存模

量和损耗模量随温度变化比较平缓说明随着温度

的变化PU预聚体性能稳定[２１]PU 预聚体的玻璃

化转化温度为１１７ 当温度低于 １１７ 时

PU预聚体柔韧性降低容易开裂此时PU 预聚体

的性能特征在一定程度上影响改性沥青的性能故

PU预聚体玻璃化转化温度较低也可能是导致PU改

性沥青低温性能较差的原因[２１]相位角曲线只有一

个峰说明PU预聚体是相对单一的聚合物链段

图６　PU预聚体 DMA曲线

Fig６　DMAcurvesofPUprepolymer

PU改性沥青和基质沥青的 DMA 结果见图７可知PU改性沥青的储存模量和损耗模量随温度

的变化较基质沥青平缓特别是当温度高于－１０时基质沥青储存模量和损耗模量随温度升高急剧

增大而PU改性沥青的储存模量和损耗模量缓慢

增加说明在温度高于－１０时PU改性沥青的温

度稳定性优于基质沥青[２１]

２３　微观图片分析

为了更好地观测 PU 改性沥青的表面形态分

图７　基质沥青和PU改性沥青 DMA曲线

Fig７　DMAcurvesofbaseasphaltandPU modifiedasphalt

析PU改性沥青的微观特性[９]采用扫描式电子显

图８　放大后的PU改性沥青

Fig８　EnlargedPU modifiedasphalt

微镜观测PU改性沥青结果见图８可知PU 改性

沥青制备完成后沥青的微观组分发生了很大改变有大量聚集块均匀分布在沥青中结合化学分析结

果推测这些聚集块是异氰酸酯与沥青质中的芳香族

化合物之间加成反应的产物其在红外光谱中显示

为２３５０~２４００cm－１的吸收峰这种聚集块的存在

大幅提高了PU 改性沥青的复数模量使得PU 改

性沥青具有优异的高温抗车辙性能

２４　DSC结果

DSC是在控制温度变化情况下以温度(或时

３５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

间)为横坐标以样品与参比物间温差为０所需供给

的热量为纵坐标所得的扫描曲线DSC能够确定

样品在升温过程中吸收或放出的热量[２５]沥青是

一种温度敏感性特别强的材料通过对不同沥青进

行DSC试验可以分析沥青在温度变化时其内部组

分相态结构的变化从而可以解释和预测不同沥青

的温度敏感性[１９]对基质沥青SBS改性沥青和

PU改性沥青(PUＧ１PUＧ２改性沥青改性剂的质量

分数分别为４２７８５４)进行 DSC测试结果

见图９可知SBS 改性沥青和 PU 改性沥青的

DSC曲线相对于基质沥青更平坦说明其对温度的

敏感性更小是比较理想的改性沥青基质沥青和

SBS改性沥青的玻璃化转化温度分别为－２４９ 和－２８９７PUＧ１PUＧ２改性沥青的玻璃化转化

温度分别为－２７４９和－２５６２说明PUＧ１和

PUＧ２改性沥青的低温性能优于基质沥青但差于

SBS改性沥青[１９]PUＧ１PUＧ２改性沥青的比热容差

分别为０２００和０１８０J1048944g－１1048944K－１即掺加２倍的

PU改性剂后PUＧ２改性沥青的比热容降低幅度为

１０玻璃化转化温度降低幅度为１２说明 PU与沥青之间发生了化学反应而非一般的物理改

性采用PU对沥青进行改性时存在最优的改性剂

用量

图９　不同沥青的 DSC曲线

Fig９　DSCcurvesofdifferentasphalts

３　聚氨酯改性沥青性能

３１　基本指标

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的有关规定来评价PU 改性沥

青的性能为了更好地表征PU改性沥青的性能将各指标检测结果与SBS改性沥青检测结果进行比

较见表４可知基质沥青经过PU 化学改性后软化点提高了２７与SBS改性沥青软化点相近说明PU化学改性可以提高沥青的高温性能PU 改

性沥青２５针入度为２０mm是SBS改性沥青的

３７说明PU 化学改性使沥青变硬[２１]PU改性沥

青的５延度为脆断而SBS改性沥青的５延度为

１５cm说明PU改性沥青低温性能差于SBS改性沥

青PU改性沥青的６０动力黏度是SBS改性沥青

的５倍左右说明PU改性沥青的高温稳定性较好

PU改性沥青的１３５布氏黏度为３1049008４０Pa1048944s高于

３1049008００Pa1048944s因此后续应开展PU改性沥青黏温特性

研究以分析PU改性沥青混合料的施工和易性表４　PU改性沥青与SBS改性沥青的性能指标

Tab４　PerformanceindexesofPUmodifiedasphalt

andSBSmodifiedasphalt

检测项目 PU改性沥青 SBS改性沥青

２５针入度０１mm ２０ ５４

５延度cm 脆断 １５

软化点 ７５ ７８

针入度指数 －１４５３ １０９１

６０动力黏度(Pa1048944s) １４８７５ ２８９０

１３５布氏黏度(Pa1048944s) ３４０ １４４

离析 ０５ ２０

溶解度 ９９９３ ９９８２

闪点 ３３１ ３４６

３２　黏温特性

为研究PU改性沥青的黏温特性按照laquo公路工

程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的规定采用美国 Brookfield旋转布氏黏度仪检

测１３５１４５１５５１６５ １７５ 下基质沥

青PU改性沥青和SBS改性沥青的布氏黏度试验

结果见图１０可知１３５和１４５下PU改性沥青

的布氏黏度是SBS改性沥青的２倍左右１５５

１６５１７５下PU改性沥青的旋转布氏黏度分

别比 SBS改性沥青高４７１５和１５因此

PU改性沥青施工温度的确定方法应与 SBS改性

沥青相同需结合旋转布氏黏度拌和与压实效果

等综合确定[２１]通过多次调整集料沥青的温度观察拌和后沥

青混合料的拌和效果马歇尔试件击实成型与脱模

情况对比不同温度下成型的马歇尔试件的体积指

标结合SBS改性沥青施工温度推荐 PU 改性沥

青的室内施工温度见表５

３３　动态剪切流变特性

DSR试验按照 AASHTOT３１２mdash２００８中的方

法进行分别检测了不同温度下的PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的复数模量和抗车辙因子[２７]

４５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

图１０　PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的黏温曲线

Fig１０　ViscosityＧtemperaturecurvesofPU modifiedasphalt

SBSmodifiedasphaltandbaseasphalt表５　PU改性沥青混合料施工温度

Tab５　ConstructiontemperaturesofPUmodified

asphaltmixture

级配类型 集料 沥青 拌和温度 压实温度

ACＧ１３ １８０~１８５ １７０~１７５ １８０~１８５ １６０~１７０

SMAＧ１３ １８５~１９０ １７５~１８０ １８５~１９０ １６５~１７５

结果见图１１可知３种沥青的复数模量和抗车辙因

子随温度的升高呈不断降低的趋势且在４６~

６２的温度范围内降低的速度很快当温度高于

６２时PU改性沥青和SBS改性沥青的复数模量

和抗车辙因子降低速度减慢说明随着温度的升

高温度对沥青复数模量和抗车辙因子的影响逐

渐变小[２１]相同试验温度下PU 改性沥青的复数

模量和抗车辙因子最高６４时PU改性沥青的抗

车辙因子是 SBS改性沥青的６倍左右且基质沥

青SBS改性沥青和PU 改性沥青的破坏温度分别

为７０８２和８８ 说明 PU 改性沥青的高温

稳定性能优异

３４　低温弯曲流变特性

采用 TEＧBBRＧF型弯曲梁流变仪进行 BBR试

验对PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的低

温性能进行综合比较[２８]试验温度为－１２试验

结果见图１２可知Superpave设计体系中要求沥青

６０s的蠕变劲度不大于３００MPa蠕变速率不小于

０３PU改性沥青和SBS改性沥青都满足此规定

PU 改 性 沥 青 的 蠕 变 劲 度 比 SBS 改 性 沥 青 大

１８MPa说明 PU 改性沥青比 SBS 改性沥青脆

PU改性沥青的蠕变速率比基质沥青大０1049008０３５比SBS

图１１　三种沥青的 DSR试验结果

Fig１１　DSRtestresultofthreeasphalts

图１２　三种沥青的BBR试验结果

Fig１２　BBRtestresultofthreeasphalts

５５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

改性沥青小０1049008０３３说明当温度变化且温度应力累

积时PU改性沥青的劲度变化速率处于两者之间综合两项指标可知 PU 改性沥青的低温性能差于

SBS改性沥青但优于基质沥青[２１]

３５　抗老化特性

３５１　旋转薄膜烘箱加热试验

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的相关规定进行基质沥青

SBS改性沥青和PU改性沥青的旋转薄膜烘箱加热

试验(RotatingThinFilmOvenTestRTFOT)检测老化前后的针入度和软化点指标[２９Ｇ３１]并用 DSR试验检测老化前后６４ 时复数模量和破坏温度用以评价热光氧等因素对沥青性能的影响[６]

结果见表６可知PU改性沥青 RTFOT前后的针

入度比为８５软化点变化幅度仅为０５而基

质沥青和SBS改性沥青的针入度比分别为６０和

８９软化点增量分别为６ 和０５ PU 改性

沥青 RTFOT前后 DSR试验破坏温度增加幅度在

１左右而基质沥青和SBS改性沥青的 DSR试

验破坏温度变化幅度都在３1049008５左右RTFOT后

PU改性沥青的６４ 复数模量变化率为１６基质沥青和SBS改性沥青的６４ 复数模量变化率

分别为６４和４９可见旋转薄膜烘箱加热对

PU改性沥青的的针入度和软化点影响最小PU改性沥青的热氧稳定性优于基质沥青和SBS改性

沥青表６　沥青RTFOT前后试验结果

Tab６　TestresultsofasphaltsbeforeandafterRTFOT

检测指标基质沥青 SBS改性沥青 PU改性沥青

RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后

２５针入度０１mm ７０ ４２ ５４ ４８ ２０ ２３

软化点 ４７５ ５３５ ７８０ ７１５ ７５０ ７５５

复数模量kPa ２２５ ３７０ ５７０ ８５０ ２５００ ２９００

破坏温度 ６５９１ ６９４３ ７７４０ ８００３ ８５７１ ８６８７

图１３　紫外老化１０d后SBS改性沥青

Fig１３　SBSmodifiedasphaltafter１０dultravioletaging

３５２　紫外老化试验

为了比较PU 改性沥青和SBS改性沥青的抗

紫外老化性能将２种沥青放置于紫外老化仪中进

行紫外照射２０d每隔一定天数取样检测针入度和

软化点指标[３２Ｇ３３]紫外老化过程中的样品分别见

图１３１４２种沥青紫外老化前后软化点和针入度见

表７可知紫外老化２０d后PU 改性沥青和SBS改性沥青软化点最大降幅分别为４和２针入

度最大降幅分别为０３和０４mm可见紫外老化

对２种改性沥青的针入度和软化点影响很小且PU改性沥青和SBS改性沥青都具有优异的抗紫外

老化性能可用于路面结构的上面层中

图１４　紫外老化１５d后PU改性沥青

Fig１４　PU modifiedasphaltafter１５dultravioletaging表７　紫外老化前后沥青软化点和针入度

Tab７　Softeningpointsandpenetrationsofasphalts

beforeandafterultravioletaging

紫外老化

天数d

PU改性沥青 SBS改性沥青

软化点

２５针入度

０１mm

软化点

２５针入度

０１mm

０ ７５０ ２００ ７８０ ５４０

２ ７４５ １７０ ７８０ ５２５

５ ７３０ １７０ ７７０ ５３０

１０ ７３５ １７０ ７７０ ５００

１５ ７１０ １８０ ７６０ ５２５

２０ ７２５ １７０ ７６０ ５００

６５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

４　结　语

(１)圆盘锯齿式搅拌器具有极高的剪切力和促

使反应体系产生剧烈流动的能力符合 PU 改性沥

青的反应要求故推荐采用圆盘锯齿式搅拌器制备

PU改性沥青(２)PU 材料中的异氰酸酯与多元醇之间反应

生成氨基甲酸酯异氰酸酯与沥青质中的芳香族化

合物之间加成反应从而改变了沥青的微观结构组

成改善了沥青的性能(３)PU改性沥青的高温稳定性优于SBS改性

沥青低温性能介于基质沥青和 SBS改性沥青之

间尤其适用于对高温抗车辙性能有特殊要求的情

况PU改性沥青抗热氧老化性能优于SBS改性沥

青抗紫外老化性能与SBS改性沥青相当适用于

对抗热氧老化和抗紫外老化有特殊要求的路面上面

层结构(４)推荐的PU改性沥青制备工艺相对繁琐工

厂化生产时存在一定难度后续需结合 PU 改性沥

青改性机理开展制备工艺优化工作

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交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

图２　圆盘锯齿式搅拌器

Fig２　Disksawtoothagitator

图３　PU改性沥青制备装置

Fig３　PreparationplantofPU modifiedasphalt

续剪切搅拌０５h依次加入扩链剂增容剂有机

金属催化剂和PU预聚体继续剪切搅拌０５h得到PU改性沥青

１３　不同类型基质沥青改性效果比较

为了比较 PU 对不同类型基质沥青的改性效

果选择双龙７０ 加德士７０ 和齐鲁７０ 三种沥

青按照１２节中确定的制备工艺制备PU 改性沥

青并检测相应技术指标试验结果见表３结果表

明３种PU改性沥青针入度差值在０３mm 以内软化点差值在２以内可见PU 改性剂对相同牌

号不同类型的基质沥青的改性效果相当后续试验

采用齐鲁７０ 沥青制备PU改性沥青表３　三种改性沥青技术指标

Tab３　Technicalindexesofthreemodifiedasphalts

沥青类型 ２５针入度０１mm 软化点

双龙PU改性沥青 ２０ ７５

加德士PU改性沥青 １８ ７３

齐鲁PU改性沥青 ２１ ７４

２　聚氨酯改性沥青改性机理

２１　FTIR结果

FTIR技术常用来侦测各种不同的化学分子本文采用EQUINOXＧ５５FTIR傅里叶变换红外光谱

仪[２１]分别进行PU预聚体与基质沥青SBS改性沥

青和PU改性沥青的FTIR试验借助FTIR试验结

果对比各种材料中的分子结构和化学键由此来分析

PU预聚体与基质沥青之间的化学反应[２４]PU预聚

体的FTIR结果见图４可知３０７４cm－１处的吸收峰

为烯烃CmdashH伸缩振动峰９９４cm－１处的吸收峰为烯

烃 CmdashH 弯曲振动峰２９１７２８４５１４１８cm－１和

９１０cm－１处的吸收峰均为烯烃mdashCH２伸缩振动峰

１８２７cm－１ 处的吸收峰为酸酐羰基伸缩振动峰１７３１cm－１ 处 的 吸 收 峰 为 酯 羰 基 伸 缩 振 动 峰１６３９cm－１处的吸收峰为酰胺羰基伸缩振动峰６７９cm－１处的吸收峰为酰胺 NmdashH 摇摆振动峰

图４　PU预聚体FTIR结果

Fig４　FTIRresultofPUprepolymer

基质沥青SBS改性沥青和 PU 改性沥青的

FTIR结果见图５可知PU 改性沥青和SBS改性

沥青在２３００~２４００cm－１处的吸收峰相似而与

基质沥青不同说明此处是改性沥青生成的特征

峰对于PU 改性沥青而言１０２４cm－１处的吸收

峰为CmdashF伸缩振动峰１４５８cm－１处的吸收峰为

CmdashH 伸 缩 振 动 峰１３７５cm－１ 处 的 吸 收 峰 为

mdashCH３伸缩振动峰与 PU 预聚体的特征峰相比PU改性沥青的特征峰发生了很大变化最突出的

是PU改性沥青的FTIR曲线中出现了１７１８cm－１

处的mdashNHCOOmdash特征峰在 PU 预聚体合成过程

中mdashNCO基团本身过量而在 PU 改性沥青的红

外光谱中没有mdashNCO 对应的吸收峰且出现了新

的mdashNHCOOmdash特征峰说明 PU 预聚体与沥青中

的活性官能团发生反应生成了新的基团[２１]

２２　DMA结果

DMA可用于测量黏弹性材料的力学性能与时

２５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

图５　三种沥青的FTIR曲线

Fig５　FTIRcurvesofthreeasphalts

间温度或频率的关系本文分别进行不同温度下

PU 预聚体PU 改性沥青和基质沥青的 DMA 试

验[２５Ｇ２６]试件尺寸为３７mm(长)times３２mm(宽)times１２mm(高)几何因数为５０６７５７１m－１PU 预

聚体 DMA 结果见图６可知DMA 曲线中储存模

量和损耗模量随温度变化比较平缓说明随着温度

的变化PU预聚体性能稳定[２１]PU 预聚体的玻璃

化转化温度为１１７ 当温度低于 １１７ 时

PU预聚体柔韧性降低容易开裂此时PU 预聚体

的性能特征在一定程度上影响改性沥青的性能故

PU预聚体玻璃化转化温度较低也可能是导致PU改

性沥青低温性能较差的原因[２１]相位角曲线只有一

个峰说明PU预聚体是相对单一的聚合物链段

图６　PU预聚体 DMA曲线

Fig６　DMAcurvesofPUprepolymer

PU改性沥青和基质沥青的 DMA 结果见图７可知PU改性沥青的储存模量和损耗模量随温度

的变化较基质沥青平缓特别是当温度高于－１０时基质沥青储存模量和损耗模量随温度升高急剧

增大而PU改性沥青的储存模量和损耗模量缓慢

增加说明在温度高于－１０时PU改性沥青的温

度稳定性优于基质沥青[２１]

２３　微观图片分析

为了更好地观测 PU 改性沥青的表面形态分

图７　基质沥青和PU改性沥青 DMA曲线

Fig７　DMAcurvesofbaseasphaltandPU modifiedasphalt

析PU改性沥青的微观特性[９]采用扫描式电子显

图８　放大后的PU改性沥青

Fig８　EnlargedPU modifiedasphalt

微镜观测PU改性沥青结果见图８可知PU 改性

沥青制备完成后沥青的微观组分发生了很大改变有大量聚集块均匀分布在沥青中结合化学分析结

果推测这些聚集块是异氰酸酯与沥青质中的芳香族

化合物之间加成反应的产物其在红外光谱中显示

为２３５０~２４００cm－１的吸收峰这种聚集块的存在

大幅提高了PU 改性沥青的复数模量使得PU 改

性沥青具有优异的高温抗车辙性能

２４　DSC结果

DSC是在控制温度变化情况下以温度(或时

３５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

间)为横坐标以样品与参比物间温差为０所需供给

的热量为纵坐标所得的扫描曲线DSC能够确定

样品在升温过程中吸收或放出的热量[２５]沥青是

一种温度敏感性特别强的材料通过对不同沥青进

行DSC试验可以分析沥青在温度变化时其内部组

分相态结构的变化从而可以解释和预测不同沥青

的温度敏感性[１９]对基质沥青SBS改性沥青和

PU改性沥青(PUＧ１PUＧ２改性沥青改性剂的质量

分数分别为４２７８５４)进行 DSC测试结果

见图９可知SBS 改性沥青和 PU 改性沥青的

DSC曲线相对于基质沥青更平坦说明其对温度的

敏感性更小是比较理想的改性沥青基质沥青和

SBS改性沥青的玻璃化转化温度分别为－２４９ 和－２８９７PUＧ１PUＧ２改性沥青的玻璃化转化

温度分别为－２７４９和－２５６２说明PUＧ１和

PUＧ２改性沥青的低温性能优于基质沥青但差于

SBS改性沥青[１９]PUＧ１PUＧ２改性沥青的比热容差

分别为０２００和０１８０J1048944g－１1048944K－１即掺加２倍的

PU改性剂后PUＧ２改性沥青的比热容降低幅度为

１０玻璃化转化温度降低幅度为１２说明 PU与沥青之间发生了化学反应而非一般的物理改

性采用PU对沥青进行改性时存在最优的改性剂

用量

图９　不同沥青的 DSC曲线

Fig９　DSCcurvesofdifferentasphalts

３　聚氨酯改性沥青性能

３１　基本指标

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的有关规定来评价PU 改性沥

青的性能为了更好地表征PU改性沥青的性能将各指标检测结果与SBS改性沥青检测结果进行比

较见表４可知基质沥青经过PU 化学改性后软化点提高了２７与SBS改性沥青软化点相近说明PU化学改性可以提高沥青的高温性能PU 改

性沥青２５针入度为２０mm是SBS改性沥青的

３７说明PU 化学改性使沥青变硬[２１]PU改性沥

青的５延度为脆断而SBS改性沥青的５延度为

１５cm说明PU改性沥青低温性能差于SBS改性沥

青PU改性沥青的６０动力黏度是SBS改性沥青

的５倍左右说明PU改性沥青的高温稳定性较好

PU改性沥青的１３５布氏黏度为３1049008４０Pa1048944s高于

３1049008００Pa1048944s因此后续应开展PU改性沥青黏温特性

研究以分析PU改性沥青混合料的施工和易性表４　PU改性沥青与SBS改性沥青的性能指标

Tab４　PerformanceindexesofPUmodifiedasphalt

andSBSmodifiedasphalt

检测项目 PU改性沥青 SBS改性沥青

２５针入度０１mm ２０ ５４

５延度cm 脆断 １５

软化点 ７５ ７８

针入度指数 －１４５３ １０９１

６０动力黏度(Pa1048944s) １４８７５ ２８９０

１３５布氏黏度(Pa1048944s) ３４０ １４４

离析 ０５ ２０

溶解度 ９９９３ ９９８２

闪点 ３３１ ３４６

３２　黏温特性

为研究PU改性沥青的黏温特性按照laquo公路工

程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的规定采用美国 Brookfield旋转布氏黏度仪检

测１３５１４５１５５１６５ １７５ 下基质沥

青PU改性沥青和SBS改性沥青的布氏黏度试验

结果见图１０可知１３５和１４５下PU改性沥青

的布氏黏度是SBS改性沥青的２倍左右１５５

１６５１７５下PU改性沥青的旋转布氏黏度分

别比 SBS改性沥青高４７１５和１５因此

PU改性沥青施工温度的确定方法应与 SBS改性

沥青相同需结合旋转布氏黏度拌和与压实效果

等综合确定[２１]通过多次调整集料沥青的温度观察拌和后沥

青混合料的拌和效果马歇尔试件击实成型与脱模

情况对比不同温度下成型的马歇尔试件的体积指

标结合SBS改性沥青施工温度推荐 PU 改性沥

青的室内施工温度见表５

３３　动态剪切流变特性

DSR试验按照 AASHTOT３１２mdash２００８中的方

法进行分别检测了不同温度下的PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的复数模量和抗车辙因子[２７]

４５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

图１０　PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的黏温曲线

Fig１０　ViscosityＧtemperaturecurvesofPU modifiedasphalt

SBSmodifiedasphaltandbaseasphalt表５　PU改性沥青混合料施工温度

Tab５　ConstructiontemperaturesofPUmodified

asphaltmixture

级配类型 集料 沥青 拌和温度 压实温度

ACＧ１３ １８０~１８５ １７０~１７５ １８０~１８５ １６０~１７０

SMAＧ１３ １８５~１９０ １７５~１８０ １８５~１９０ １６５~１７５

结果见图１１可知３种沥青的复数模量和抗车辙因

子随温度的升高呈不断降低的趋势且在４６~

６２的温度范围内降低的速度很快当温度高于

６２时PU改性沥青和SBS改性沥青的复数模量

和抗车辙因子降低速度减慢说明随着温度的升

高温度对沥青复数模量和抗车辙因子的影响逐

渐变小[２１]相同试验温度下PU 改性沥青的复数

模量和抗车辙因子最高６４时PU改性沥青的抗

车辙因子是 SBS改性沥青的６倍左右且基质沥

青SBS改性沥青和PU 改性沥青的破坏温度分别

为７０８２和８８ 说明 PU 改性沥青的高温

稳定性能优异

３４　低温弯曲流变特性

采用 TEＧBBRＧF型弯曲梁流变仪进行 BBR试

验对PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的低

温性能进行综合比较[２８]试验温度为－１２试验

结果见图１２可知Superpave设计体系中要求沥青

６０s的蠕变劲度不大于３００MPa蠕变速率不小于

０３PU改性沥青和SBS改性沥青都满足此规定

PU 改 性 沥 青 的 蠕 变 劲 度 比 SBS 改 性 沥 青 大

１８MPa说明 PU 改性沥青比 SBS 改性沥青脆

PU改性沥青的蠕变速率比基质沥青大０1049008０３５比SBS

图１１　三种沥青的 DSR试验结果

Fig１１　DSRtestresultofthreeasphalts

图１２　三种沥青的BBR试验结果

Fig１２　BBRtestresultofthreeasphalts

５５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

改性沥青小０1049008０３３说明当温度变化且温度应力累

积时PU改性沥青的劲度变化速率处于两者之间综合两项指标可知 PU 改性沥青的低温性能差于

SBS改性沥青但优于基质沥青[２１]

３５　抗老化特性

３５１　旋转薄膜烘箱加热试验

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的相关规定进行基质沥青

SBS改性沥青和PU改性沥青的旋转薄膜烘箱加热

试验(RotatingThinFilmOvenTestRTFOT)检测老化前后的针入度和软化点指标[２９Ｇ３１]并用 DSR试验检测老化前后６４ 时复数模量和破坏温度用以评价热光氧等因素对沥青性能的影响[６]

结果见表６可知PU改性沥青 RTFOT前后的针

入度比为８５软化点变化幅度仅为０５而基

质沥青和SBS改性沥青的针入度比分别为６０和

８９软化点增量分别为６ 和０５ PU 改性

沥青 RTFOT前后 DSR试验破坏温度增加幅度在

１左右而基质沥青和SBS改性沥青的 DSR试

验破坏温度变化幅度都在３1049008５左右RTFOT后

PU改性沥青的６４ 复数模量变化率为１６基质沥青和SBS改性沥青的６４ 复数模量变化率

分别为６４和４９可见旋转薄膜烘箱加热对

PU改性沥青的的针入度和软化点影响最小PU改性沥青的热氧稳定性优于基质沥青和SBS改性

沥青表６　沥青RTFOT前后试验结果

Tab６　TestresultsofasphaltsbeforeandafterRTFOT

检测指标基质沥青 SBS改性沥青 PU改性沥青

RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后

２５针入度０１mm ７０ ４２ ５４ ４８ ２０ ２３

软化点 ４７５ ５３５ ７８０ ７１５ ７５０ ７５５

复数模量kPa ２２５ ３７０ ５７０ ８５０ ２５００ ２９００

破坏温度 ６５９１ ６９４３ ７７４０ ８００３ ８５７１ ８６８７

图１３　紫外老化１０d后SBS改性沥青

Fig１３　SBSmodifiedasphaltafter１０dultravioletaging

３５２　紫外老化试验

为了比较PU 改性沥青和SBS改性沥青的抗

紫外老化性能将２种沥青放置于紫外老化仪中进

行紫外照射２０d每隔一定天数取样检测针入度和

软化点指标[３２Ｇ３３]紫外老化过程中的样品分别见

图１３１４２种沥青紫外老化前后软化点和针入度见

表７可知紫外老化２０d后PU 改性沥青和SBS改性沥青软化点最大降幅分别为４和２针入

度最大降幅分别为０３和０４mm可见紫外老化

对２种改性沥青的针入度和软化点影响很小且PU改性沥青和SBS改性沥青都具有优异的抗紫外

老化性能可用于路面结构的上面层中

图１４　紫外老化１５d后PU改性沥青

Fig１４　PU modifiedasphaltafter１５dultravioletaging表７　紫外老化前后沥青软化点和针入度

Tab７　Softeningpointsandpenetrationsofasphalts

beforeandafterultravioletaging

紫外老化

天数d

PU改性沥青 SBS改性沥青

软化点

２５针入度

０１mm

软化点

２５针入度

０１mm

０ ７５０ ２００ ７８０ ５４０

２ ７４５ １７０ ７８０ ５２５

５ ７３０ １７０ ７７０ ５３０

１０ ７３５ １７０ ７７０ ５００

１５ ７１０ １８０ ７６０ ５２５

２０ ７２５ １７０ ７６０ ５００

６５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

４　结　语

(１)圆盘锯齿式搅拌器具有极高的剪切力和促

使反应体系产生剧烈流动的能力符合 PU 改性沥

青的反应要求故推荐采用圆盘锯齿式搅拌器制备

PU改性沥青(２)PU 材料中的异氰酸酯与多元醇之间反应

生成氨基甲酸酯异氰酸酯与沥青质中的芳香族化

合物之间加成反应从而改变了沥青的微观结构组

成改善了沥青的性能(３)PU改性沥青的高温稳定性优于SBS改性

沥青低温性能介于基质沥青和 SBS改性沥青之

间尤其适用于对高温抗车辙性能有特殊要求的情

况PU改性沥青抗热氧老化性能优于SBS改性沥

青抗紫外老化性能与SBS改性沥青相当适用于

对抗热氧老化和抗紫外老化有特殊要求的路面上面

层结构(４)推荐的PU改性沥青制备工艺相对繁琐工

厂化生产时存在一定难度后续需结合 PU 改性沥

青改性机理开展制备工艺优化工作

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８５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

图５　三种沥青的FTIR曲线

Fig５　FTIRcurvesofthreeasphalts

间温度或频率的关系本文分别进行不同温度下

PU 预聚体PU 改性沥青和基质沥青的 DMA 试

验[２５Ｇ２６]试件尺寸为３７mm(长)times３２mm(宽)times１２mm(高)几何因数为５０６７５７１m－１PU 预

聚体 DMA 结果见图６可知DMA 曲线中储存模

量和损耗模量随温度变化比较平缓说明随着温度

的变化PU预聚体性能稳定[２１]PU 预聚体的玻璃

化转化温度为１１７ 当温度低于 １１７ 时

PU预聚体柔韧性降低容易开裂此时PU 预聚体

的性能特征在一定程度上影响改性沥青的性能故

PU预聚体玻璃化转化温度较低也可能是导致PU改

性沥青低温性能较差的原因[２１]相位角曲线只有一

个峰说明PU预聚体是相对单一的聚合物链段

图６　PU预聚体 DMA曲线

Fig６　DMAcurvesofPUprepolymer

PU改性沥青和基质沥青的 DMA 结果见图７可知PU改性沥青的储存模量和损耗模量随温度

的变化较基质沥青平缓特别是当温度高于－１０时基质沥青储存模量和损耗模量随温度升高急剧

增大而PU改性沥青的储存模量和损耗模量缓慢

增加说明在温度高于－１０时PU改性沥青的温

度稳定性优于基质沥青[２１]

２３　微观图片分析

为了更好地观测 PU 改性沥青的表面形态分

图７　基质沥青和PU改性沥青 DMA曲线

Fig７　DMAcurvesofbaseasphaltandPU modifiedasphalt

析PU改性沥青的微观特性[９]采用扫描式电子显

图８　放大后的PU改性沥青

Fig８　EnlargedPU modifiedasphalt

微镜观测PU改性沥青结果见图８可知PU 改性

沥青制备完成后沥青的微观组分发生了很大改变有大量聚集块均匀分布在沥青中结合化学分析结

果推测这些聚集块是异氰酸酯与沥青质中的芳香族

化合物之间加成反应的产物其在红外光谱中显示

为２３５０~２４００cm－１的吸收峰这种聚集块的存在

大幅提高了PU 改性沥青的复数模量使得PU 改

性沥青具有优异的高温抗车辙性能

２４　DSC结果

DSC是在控制温度变化情况下以温度(或时

３５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

间)为横坐标以样品与参比物间温差为０所需供给

的热量为纵坐标所得的扫描曲线DSC能够确定

样品在升温过程中吸收或放出的热量[２５]沥青是

一种温度敏感性特别强的材料通过对不同沥青进

行DSC试验可以分析沥青在温度变化时其内部组

分相态结构的变化从而可以解释和预测不同沥青

的温度敏感性[１９]对基质沥青SBS改性沥青和

PU改性沥青(PUＧ１PUＧ２改性沥青改性剂的质量

分数分别为４２７８５４)进行 DSC测试结果

见图９可知SBS 改性沥青和 PU 改性沥青的

DSC曲线相对于基质沥青更平坦说明其对温度的

敏感性更小是比较理想的改性沥青基质沥青和

SBS改性沥青的玻璃化转化温度分别为－２４９ 和－２８９７PUＧ１PUＧ２改性沥青的玻璃化转化

温度分别为－２７４９和－２５６２说明PUＧ１和

PUＧ２改性沥青的低温性能优于基质沥青但差于

SBS改性沥青[１９]PUＧ１PUＧ２改性沥青的比热容差

分别为０２００和０１８０J1048944g－１1048944K－１即掺加２倍的

PU改性剂后PUＧ２改性沥青的比热容降低幅度为

１０玻璃化转化温度降低幅度为１２说明 PU与沥青之间发生了化学反应而非一般的物理改

性采用PU对沥青进行改性时存在最优的改性剂

用量

图９　不同沥青的 DSC曲线

Fig９　DSCcurvesofdifferentasphalts

３　聚氨酯改性沥青性能

３１　基本指标

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的有关规定来评价PU 改性沥

青的性能为了更好地表征PU改性沥青的性能将各指标检测结果与SBS改性沥青检测结果进行比

较见表４可知基质沥青经过PU 化学改性后软化点提高了２７与SBS改性沥青软化点相近说明PU化学改性可以提高沥青的高温性能PU 改

性沥青２５针入度为２０mm是SBS改性沥青的

３７说明PU 化学改性使沥青变硬[２１]PU改性沥

青的５延度为脆断而SBS改性沥青的５延度为

１５cm说明PU改性沥青低温性能差于SBS改性沥

青PU改性沥青的６０动力黏度是SBS改性沥青

的５倍左右说明PU改性沥青的高温稳定性较好

PU改性沥青的１３５布氏黏度为３1049008４０Pa1048944s高于

３1049008００Pa1048944s因此后续应开展PU改性沥青黏温特性

研究以分析PU改性沥青混合料的施工和易性表４　PU改性沥青与SBS改性沥青的性能指标

Tab４　PerformanceindexesofPUmodifiedasphalt

andSBSmodifiedasphalt

检测项目 PU改性沥青 SBS改性沥青

２５针入度０１mm ２０ ５４

５延度cm 脆断 １５

软化点 ７５ ７８

针入度指数 －１４５３ １０９１

６０动力黏度(Pa1048944s) １４８７５ ２８９０

１３５布氏黏度(Pa1048944s) ３４０ １４４

离析 ０５ ２０

溶解度 ９９９３ ９９８２

闪点 ３３１ ３４６

３２　黏温特性

为研究PU改性沥青的黏温特性按照laquo公路工

程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的规定采用美国 Brookfield旋转布氏黏度仪检

测１３５１４５１５５１６５ １７５ 下基质沥

青PU改性沥青和SBS改性沥青的布氏黏度试验

结果见图１０可知１３５和１４５下PU改性沥青

的布氏黏度是SBS改性沥青的２倍左右１５５

１６５１７５下PU改性沥青的旋转布氏黏度分

别比 SBS改性沥青高４７１５和１５因此

PU改性沥青施工温度的确定方法应与 SBS改性

沥青相同需结合旋转布氏黏度拌和与压实效果

等综合确定[２１]通过多次调整集料沥青的温度观察拌和后沥

青混合料的拌和效果马歇尔试件击实成型与脱模

情况对比不同温度下成型的马歇尔试件的体积指

标结合SBS改性沥青施工温度推荐 PU 改性沥

青的室内施工温度见表５

３３　动态剪切流变特性

DSR试验按照 AASHTOT３１２mdash２００８中的方

法进行分别检测了不同温度下的PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的复数模量和抗车辙因子[２７]

４５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

图１０　PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的黏温曲线

Fig１０　ViscosityＧtemperaturecurvesofPU modifiedasphalt

SBSmodifiedasphaltandbaseasphalt表５　PU改性沥青混合料施工温度

Tab５　ConstructiontemperaturesofPUmodified

asphaltmixture

级配类型 集料 沥青 拌和温度 压实温度

ACＧ１３ １８０~１８５ １７０~１７５ １８０~１８５ １６０~１７０

SMAＧ１３ １８５~１９０ １７５~１８０ １８５~１９０ １６５~１７５

结果见图１１可知３种沥青的复数模量和抗车辙因

子随温度的升高呈不断降低的趋势且在４６~

６２的温度范围内降低的速度很快当温度高于

６２时PU改性沥青和SBS改性沥青的复数模量

和抗车辙因子降低速度减慢说明随着温度的升

高温度对沥青复数模量和抗车辙因子的影响逐

渐变小[２１]相同试验温度下PU 改性沥青的复数

模量和抗车辙因子最高６４时PU改性沥青的抗

车辙因子是 SBS改性沥青的６倍左右且基质沥

青SBS改性沥青和PU 改性沥青的破坏温度分别

为７０８２和８８ 说明 PU 改性沥青的高温

稳定性能优异

３４　低温弯曲流变特性

采用 TEＧBBRＧF型弯曲梁流变仪进行 BBR试

验对PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的低

温性能进行综合比较[２８]试验温度为－１２试验

结果见图１２可知Superpave设计体系中要求沥青

６０s的蠕变劲度不大于３００MPa蠕变速率不小于

０３PU改性沥青和SBS改性沥青都满足此规定

PU 改 性 沥 青 的 蠕 变 劲 度 比 SBS 改 性 沥 青 大

１８MPa说明 PU 改性沥青比 SBS 改性沥青脆

PU改性沥青的蠕变速率比基质沥青大０1049008０３５比SBS

图１１　三种沥青的 DSR试验结果

Fig１１　DSRtestresultofthreeasphalts

图１２　三种沥青的BBR试验结果

Fig１２　BBRtestresultofthreeasphalts

５５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

改性沥青小０1049008０３３说明当温度变化且温度应力累

积时PU改性沥青的劲度变化速率处于两者之间综合两项指标可知 PU 改性沥青的低温性能差于

SBS改性沥青但优于基质沥青[２１]

３５　抗老化特性

３５１　旋转薄膜烘箱加热试验

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的相关规定进行基质沥青

SBS改性沥青和PU改性沥青的旋转薄膜烘箱加热

试验(RotatingThinFilmOvenTestRTFOT)检测老化前后的针入度和软化点指标[２９Ｇ３１]并用 DSR试验检测老化前后６４ 时复数模量和破坏温度用以评价热光氧等因素对沥青性能的影响[６]

结果见表６可知PU改性沥青 RTFOT前后的针

入度比为８５软化点变化幅度仅为０５而基

质沥青和SBS改性沥青的针入度比分别为６０和

８９软化点增量分别为６ 和０５ PU 改性

沥青 RTFOT前后 DSR试验破坏温度增加幅度在

１左右而基质沥青和SBS改性沥青的 DSR试

验破坏温度变化幅度都在３1049008５左右RTFOT后

PU改性沥青的６４ 复数模量变化率为１６基质沥青和SBS改性沥青的６４ 复数模量变化率

分别为６４和４９可见旋转薄膜烘箱加热对

PU改性沥青的的针入度和软化点影响最小PU改性沥青的热氧稳定性优于基质沥青和SBS改性

沥青表６　沥青RTFOT前后试验结果

Tab６　TestresultsofasphaltsbeforeandafterRTFOT

检测指标基质沥青 SBS改性沥青 PU改性沥青

RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后

２５针入度０１mm ７０ ４２ ５４ ４８ ２０ ２３

软化点 ４７５ ５３５ ７８０ ７１５ ７５０ ７５５

复数模量kPa ２２５ ３７０ ５７０ ８５０ ２５００ ２９００

破坏温度 ６５９１ ６９４３ ７７４０ ８００３ ８５７１ ８６８７

图１３　紫外老化１０d后SBS改性沥青

Fig１３　SBSmodifiedasphaltafter１０dultravioletaging

３５２　紫外老化试验

为了比较PU 改性沥青和SBS改性沥青的抗

紫外老化性能将２种沥青放置于紫外老化仪中进

行紫外照射２０d每隔一定天数取样检测针入度和

软化点指标[３２Ｇ３３]紫外老化过程中的样品分别见

图１３１４２种沥青紫外老化前后软化点和针入度见

表７可知紫外老化２０d后PU 改性沥青和SBS改性沥青软化点最大降幅分别为４和２针入

度最大降幅分别为０３和０４mm可见紫外老化

对２种改性沥青的针入度和软化点影响很小且PU改性沥青和SBS改性沥青都具有优异的抗紫外

老化性能可用于路面结构的上面层中

图１４　紫外老化１５d后PU改性沥青

Fig１４　PU modifiedasphaltafter１５dultravioletaging表７　紫外老化前后沥青软化点和针入度

Tab７　Softeningpointsandpenetrationsofasphalts

beforeandafterultravioletaging

紫外老化

天数d

PU改性沥青 SBS改性沥青

软化点

２５针入度

０１mm

软化点

２５针入度

０１mm

０ ７５０ ２００ ７８０ ５４０

２ ７４５ １７０ ７８０ ５２５

５ ７３０ １７０ ７７０ ５３０

１０ ７３５ １７０ ７７０ ５００

１５ ７１０ １８０ ７６０ ５２５

２０ ７２５ １７０ ７６０ ５００

６５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

４　结　语

(１)圆盘锯齿式搅拌器具有极高的剪切力和促

使反应体系产生剧烈流动的能力符合 PU 改性沥

青的反应要求故推荐采用圆盘锯齿式搅拌器制备

PU改性沥青(２)PU 材料中的异氰酸酯与多元醇之间反应

生成氨基甲酸酯异氰酸酯与沥青质中的芳香族化

合物之间加成反应从而改变了沥青的微观结构组

成改善了沥青的性能(３)PU改性沥青的高温稳定性优于SBS改性

沥青低温性能介于基质沥青和 SBS改性沥青之

间尤其适用于对高温抗车辙性能有特殊要求的情

况PU改性沥青抗热氧老化性能优于SBS改性沥

青抗紫外老化性能与SBS改性沥青相当适用于

对抗热氧老化和抗紫外老化有特殊要求的路面上面

层结构(４)推荐的PU改性沥青制备工艺相对繁琐工

厂化生产时存在一定难度后续需结合 PU 改性沥

青改性机理开展制备工艺优化工作

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２９(１)４８Ｇ５３(inChinese)

[２１]　SUNMinZHENGMuＧlianQUGuangＧzhenetalPerformance

of polyurethane modified asphalt and its mixtures[J]

ConstructionandBuildingMaterials２０１８１９１３８６Ｇ３９７[２２]　景　欣王军威赵雨花等基于不同软段的聚氨酯弹性体耐

热性能研究[J]聚氨酯工业２０１９３４(１)１６Ｇ１９

JINGXinWANGJunＧweiZHAOYuＧhuaetalStudyon

the heat resistance of polyurethane elastomer based on

differentsoftsegments[J]PolyurethaneIndustry２０１９３４(１)

１６Ｇ１９(inChinese)

[２３]　张昌辉刘　筱张　星等国内改性水性聚氨酯胶粘剂研究

进展[J]中国胶粘剂２０１９２８(２)５１Ｇ５６６０

ZHANG ChangＧhuiLIU XiaoZHANG Xinget al

Developmentofdomesticmodifiedwaterbornepolyurethane

adhesive[J]ChinaAdhesives２０１９２８(２)５１Ｇ５６６０(in

Chinese)

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的研究[J]高分子材料科学与工程２００５２１(３)９３Ｇ９５

WANG ZhiＧliuLIUQuanＧweiYANGHuetalThestudyon

thecuringreactionmechanismofepoxyasphaltbyFTIR[J]

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９３Ｇ９５(inChinese)

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condition ofepoxy asphaltconcrete by thermalanalysis

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ZHANGQianFANZheＧzheZHANGShangＧlongetal

Prediction modelofphaseangleofasphalt mixture[J]

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流变测试方法[J]同济大学学报(自然科学版)２００９３７(４)

５０５Ｇ５０９

CHENHuaＧxinCHENShuanＧfaWANGBingＧgangLowＧ

temperatureviscositydeterminationofSBSmodifiedasphalt

withdynamicshearrheometermethod[J]JournalofTongji

University(NaturalScience)２００９３７(４)５０５Ｇ５０９(in

Chinese)

[２８]　ZHANG DongＧmei ZHANG HengＧlong SHI CaiＧjun

InvestigationofagingperformanceofSBS modifiedasphalt

withvariousaging methods[J]ConstructionandBuilding

Materials２０１７１４５４４５Ｇ４５１[２９]　CHEN MeiＧzhuLENGBinＧbinWUShaoＧpengetalPhysical

chemicalandrheologicalpropertiesofwasteediblevegetable

oilrejuvenatedasphaltbinders[J]ConstructionandBuilding

Materials２０１４６６２８６Ｇ２９８[３０]　石越峰季　节索　智等基于 DSR和 BBR试验的 TLA

改性沥青胶浆高低温性能研究[J]公路工程２０１６４１(５)

７２Ｇ７６

SHIYueＧfengJIJieSUOZhietalStudyonthehighＧ

andＧlowＧtemperature properties of TLA modified asphalt

mortarbasedonDSRandBBR[J]HighwayEngineering

２０１６４１(５)７２Ｇ７６(inChinese)

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１７Ｇ２４

CAODongＧweiLUJieZHANGHaiＧyanetalContrastiveon

performanceoffullypermeableasphaltpavementdedicated

highＧviscosity modified asphalt[J]Journalof Chang1049011an

University(NaturalScienceEdition)２０１９３９(１)１７Ｇ２４(inChinese)

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DONG YuＧmingResearchonrheologicalpropertyandlow

temperature performance of hard grade bitumen andits

mixture[D]HarbinHarbinInstituteofTechnology２０１３(inChinese)

８５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

间)为横坐标以样品与参比物间温差为０所需供给

的热量为纵坐标所得的扫描曲线DSC能够确定

样品在升温过程中吸收或放出的热量[２５]沥青是

一种温度敏感性特别强的材料通过对不同沥青进

行DSC试验可以分析沥青在温度变化时其内部组

分相态结构的变化从而可以解释和预测不同沥青

的温度敏感性[１９]对基质沥青SBS改性沥青和

PU改性沥青(PUＧ１PUＧ２改性沥青改性剂的质量

分数分别为４２７８５４)进行 DSC测试结果

见图９可知SBS 改性沥青和 PU 改性沥青的

DSC曲线相对于基质沥青更平坦说明其对温度的

敏感性更小是比较理想的改性沥青基质沥青和

SBS改性沥青的玻璃化转化温度分别为－２４９ 和－２８９７PUＧ１PUＧ２改性沥青的玻璃化转化

温度分别为－２７４９和－２５６２说明PUＧ１和

PUＧ２改性沥青的低温性能优于基质沥青但差于

SBS改性沥青[１９]PUＧ１PUＧ２改性沥青的比热容差

分别为０２００和０１８０J1048944g－１1048944K－１即掺加２倍的

PU改性剂后PUＧ２改性沥青的比热容降低幅度为

１０玻璃化转化温度降低幅度为１２说明 PU与沥青之间发生了化学反应而非一般的物理改

性采用PU对沥青进行改性时存在最优的改性剂

用量

图９　不同沥青的 DSC曲线

Fig９　DSCcurvesofdifferentasphalts

３　聚氨酯改性沥青性能

３１　基本指标

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的有关规定来评价PU 改性沥

青的性能为了更好地表征PU改性沥青的性能将各指标检测结果与SBS改性沥青检测结果进行比

较见表４可知基质沥青经过PU 化学改性后软化点提高了２７与SBS改性沥青软化点相近说明PU化学改性可以提高沥青的高温性能PU 改

性沥青２５针入度为２０mm是SBS改性沥青的

３７说明PU 化学改性使沥青变硬[２１]PU改性沥

青的５延度为脆断而SBS改性沥青的５延度为

１５cm说明PU改性沥青低温性能差于SBS改性沥

青PU改性沥青的６０动力黏度是SBS改性沥青

的５倍左右说明PU改性沥青的高温稳定性较好

PU改性沥青的１３５布氏黏度为３1049008４０Pa1048944s高于

３1049008００Pa1048944s因此后续应开展PU改性沥青黏温特性

研究以分析PU改性沥青混合料的施工和易性表４　PU改性沥青与SBS改性沥青的性能指标

Tab４　PerformanceindexesofPUmodifiedasphalt

andSBSmodifiedasphalt

检测项目 PU改性沥青 SBS改性沥青

２５针入度０１mm ２０ ５４

５延度cm 脆断 １５

软化点 ７５ ７８

针入度指数 －１４５３ １０９１

６０动力黏度(Pa1048944s) １４８７５ ２８９０

１３５布氏黏度(Pa1048944s) ３４０ １４４

离析 ０５ ２０

溶解度 ９９９３ ９９８２

闪点 ３３１ ３４６

３２　黏温特性

为研究PU改性沥青的黏温特性按照laquo公路工

程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的规定采用美国 Brookfield旋转布氏黏度仪检

测１３５１４５１５５１６５ １７５ 下基质沥

青PU改性沥青和SBS改性沥青的布氏黏度试验

结果见图１０可知１３５和１４５下PU改性沥青

的布氏黏度是SBS改性沥青的２倍左右１５５

１６５１７５下PU改性沥青的旋转布氏黏度分

别比 SBS改性沥青高４７１５和１５因此

PU改性沥青施工温度的确定方法应与 SBS改性

沥青相同需结合旋转布氏黏度拌和与压实效果

等综合确定[２１]通过多次调整集料沥青的温度观察拌和后沥

青混合料的拌和效果马歇尔试件击实成型与脱模

情况对比不同温度下成型的马歇尔试件的体积指

标结合SBS改性沥青施工温度推荐 PU 改性沥

青的室内施工温度见表５

３３　动态剪切流变特性

DSR试验按照 AASHTOT３１２mdash２００８中的方

法进行分别检测了不同温度下的PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的复数模量和抗车辙因子[２７]

４５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

图１０　PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的黏温曲线

Fig１０　ViscosityＧtemperaturecurvesofPU modifiedasphalt

SBSmodifiedasphaltandbaseasphalt表５　PU改性沥青混合料施工温度

Tab５　ConstructiontemperaturesofPUmodified

asphaltmixture

级配类型 集料 沥青 拌和温度 压实温度

ACＧ１３ １８０~１８５ １７０~１７５ １８０~１８５ １６０~１７０

SMAＧ１３ １８５~１９０ １７５~１８０ １８５~１９０ １６５~１７５

结果见图１１可知３种沥青的复数模量和抗车辙因

子随温度的升高呈不断降低的趋势且在４６~

６２的温度范围内降低的速度很快当温度高于

６２时PU改性沥青和SBS改性沥青的复数模量

和抗车辙因子降低速度减慢说明随着温度的升

高温度对沥青复数模量和抗车辙因子的影响逐

渐变小[２１]相同试验温度下PU 改性沥青的复数

模量和抗车辙因子最高６４时PU改性沥青的抗

车辙因子是 SBS改性沥青的６倍左右且基质沥

青SBS改性沥青和PU 改性沥青的破坏温度分别

为７０８２和８８ 说明 PU 改性沥青的高温

稳定性能优异

３４　低温弯曲流变特性

采用 TEＧBBRＧF型弯曲梁流变仪进行 BBR试

验对PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的低

温性能进行综合比较[２８]试验温度为－１２试验

结果见图１２可知Superpave设计体系中要求沥青

６０s的蠕变劲度不大于３００MPa蠕变速率不小于

０３PU改性沥青和SBS改性沥青都满足此规定

PU 改 性 沥 青 的 蠕 变 劲 度 比 SBS 改 性 沥 青 大

１８MPa说明 PU 改性沥青比 SBS 改性沥青脆

PU改性沥青的蠕变速率比基质沥青大０1049008０３５比SBS

图１１　三种沥青的 DSR试验结果

Fig１１　DSRtestresultofthreeasphalts

图１２　三种沥青的BBR试验结果

Fig１２　BBRtestresultofthreeasphalts

５５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

改性沥青小０1049008０３３说明当温度变化且温度应力累

积时PU改性沥青的劲度变化速率处于两者之间综合两项指标可知 PU 改性沥青的低温性能差于

SBS改性沥青但优于基质沥青[２１]

３５　抗老化特性

３５１　旋转薄膜烘箱加热试验

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的相关规定进行基质沥青

SBS改性沥青和PU改性沥青的旋转薄膜烘箱加热

试验(RotatingThinFilmOvenTestRTFOT)检测老化前后的针入度和软化点指标[２９Ｇ３１]并用 DSR试验检测老化前后６４ 时复数模量和破坏温度用以评价热光氧等因素对沥青性能的影响[６]

结果见表６可知PU改性沥青 RTFOT前后的针

入度比为８５软化点变化幅度仅为０５而基

质沥青和SBS改性沥青的针入度比分别为６０和

８９软化点增量分别为６ 和０５ PU 改性

沥青 RTFOT前后 DSR试验破坏温度增加幅度在

１左右而基质沥青和SBS改性沥青的 DSR试

验破坏温度变化幅度都在３1049008５左右RTFOT后

PU改性沥青的６４ 复数模量变化率为１６基质沥青和SBS改性沥青的６４ 复数模量变化率

分别为６４和４９可见旋转薄膜烘箱加热对

PU改性沥青的的针入度和软化点影响最小PU改性沥青的热氧稳定性优于基质沥青和SBS改性

沥青表６　沥青RTFOT前后试验结果

Tab６　TestresultsofasphaltsbeforeandafterRTFOT

检测指标基质沥青 SBS改性沥青 PU改性沥青

RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后

２５针入度０１mm ７０ ４２ ５４ ４８ ２０ ２３

软化点 ４７５ ５３５ ７８０ ７１５ ７５０ ７５５

复数模量kPa ２２５ ３７０ ５７０ ８５０ ２５００ ２９００

破坏温度 ６５９１ ６９４３ ７７４０ ８００３ ８５７１ ８６８７

图１３　紫外老化１０d后SBS改性沥青

Fig１３　SBSmodifiedasphaltafter１０dultravioletaging

３５２　紫外老化试验

为了比较PU 改性沥青和SBS改性沥青的抗

紫外老化性能将２种沥青放置于紫外老化仪中进

行紫外照射２０d每隔一定天数取样检测针入度和

软化点指标[３２Ｇ３３]紫外老化过程中的样品分别见

图１３１４２种沥青紫外老化前后软化点和针入度见

表７可知紫外老化２０d后PU 改性沥青和SBS改性沥青软化点最大降幅分别为４和２针入

度最大降幅分别为０３和０４mm可见紫外老化

对２种改性沥青的针入度和软化点影响很小且PU改性沥青和SBS改性沥青都具有优异的抗紫外

老化性能可用于路面结构的上面层中

图１４　紫外老化１５d后PU改性沥青

Fig１４　PU modifiedasphaltafter１５dultravioletaging表７　紫外老化前后沥青软化点和针入度

Tab７　Softeningpointsandpenetrationsofasphalts

beforeandafterultravioletaging

紫外老化

天数d

PU改性沥青 SBS改性沥青

软化点

２５针入度

０１mm

软化点

２５针入度

０１mm

０ ７５０ ２００ ７８０ ５４０

２ ７４５ １７０ ７８０ ５２５

５ ７３０ １７０ ７７０ ５３０

１０ ７３５ １７０ ７７０ ５００

１５ ７１０ １８０ ７６０ ５２５

２０ ７２５ １７０ ７６０ ５００

６５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

４　结　语

(１)圆盘锯齿式搅拌器具有极高的剪切力和促

使反应体系产生剧烈流动的能力符合 PU 改性沥

青的反应要求故推荐采用圆盘锯齿式搅拌器制备

PU改性沥青(２)PU 材料中的异氰酸酯与多元醇之间反应

生成氨基甲酸酯异氰酸酯与沥青质中的芳香族化

合物之间加成反应从而改变了沥青的微观结构组

成改善了沥青的性能(３)PU改性沥青的高温稳定性优于SBS改性

沥青低温性能介于基质沥青和 SBS改性沥青之

间尤其适用于对高温抗车辙性能有特殊要求的情

况PU改性沥青抗热氧老化性能优于SBS改性沥

青抗紫外老化性能与SBS改性沥青相当适用于

对抗热氧老化和抗紫外老化有特殊要求的路面上面

层结构(４)推荐的PU改性沥青制备工艺相对繁琐工

厂化生产时存在一定难度后续需结合 PU 改性沥

青改性机理开展制备工艺优化工作

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１７Ｇ２４

CAODongＧweiLUJieZHANGHaiＧyanetalContrastiveon

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YAO HuiPerformanceresearchofmicroＧandnanoＧmodified

asphaltbindersandmixtures[D]ChangshaCentralSouth

University２０１２(inChinese)

[３３]　董雨明硬质沥青及其混合料流变特性与低温性能研究[D]哈尔滨哈尔滨工业大学２０１３

DONG YuＧmingResearchonrheologicalpropertyandlow

temperature performance of hard grade bitumen andits

mixture[D]HarbinHarbinInstituteofTechnology２０１３(inChinese)

８５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

图１０　PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的黏温曲线

Fig１０　ViscosityＧtemperaturecurvesofPU modifiedasphalt

SBSmodifiedasphaltandbaseasphalt表５　PU改性沥青混合料施工温度

Tab５　ConstructiontemperaturesofPUmodified

asphaltmixture

级配类型 集料 沥青 拌和温度 压实温度

ACＧ１３ １８０~１８５ １７０~１７５ １８０~１８５ １６０~１７０

SMAＧ１３ １８５~１９０ １７５~１８０ １８５~１９０ １６５~１７５

结果见图１１可知３种沥青的复数模量和抗车辙因

子随温度的升高呈不断降低的趋势且在４６~

６２的温度范围内降低的速度很快当温度高于

６２时PU改性沥青和SBS改性沥青的复数模量

和抗车辙因子降低速度减慢说明随着温度的升

高温度对沥青复数模量和抗车辙因子的影响逐

渐变小[２１]相同试验温度下PU 改性沥青的复数

模量和抗车辙因子最高６４时PU改性沥青的抗

车辙因子是 SBS改性沥青的６倍左右且基质沥

青SBS改性沥青和PU 改性沥青的破坏温度分别

为７０８２和８８ 说明 PU 改性沥青的高温

稳定性能优异

３４　低温弯曲流变特性

采用 TEＧBBRＧF型弯曲梁流变仪进行 BBR试

验对PU改性沥青SBS改性沥青和基质沥青的低

温性能进行综合比较[２８]试验温度为－１２试验

结果见图１２可知Superpave设计体系中要求沥青

６０s的蠕变劲度不大于３００MPa蠕变速率不小于

０３PU改性沥青和SBS改性沥青都满足此规定

PU 改 性 沥 青 的 蠕 变 劲 度 比 SBS 改 性 沥 青 大

１８MPa说明 PU 改性沥青比 SBS 改性沥青脆

PU改性沥青的蠕变速率比基质沥青大０1049008０３５比SBS

图１１　三种沥青的 DSR试验结果

Fig１１　DSRtestresultofthreeasphalts

图１２　三种沥青的BBR试验结果

Fig１２　BBRtestresultofthreeasphalts

５５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

改性沥青小０1049008０３３说明当温度变化且温度应力累

积时PU改性沥青的劲度变化速率处于两者之间综合两项指标可知 PU 改性沥青的低温性能差于

SBS改性沥青但优于基质沥青[２１]

３５　抗老化特性

３５１　旋转薄膜烘箱加热试验

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的相关规定进行基质沥青

SBS改性沥青和PU改性沥青的旋转薄膜烘箱加热

试验(RotatingThinFilmOvenTestRTFOT)检测老化前后的针入度和软化点指标[２９Ｇ３１]并用 DSR试验检测老化前后６４ 时复数模量和破坏温度用以评价热光氧等因素对沥青性能的影响[６]

结果见表６可知PU改性沥青 RTFOT前后的针

入度比为８５软化点变化幅度仅为０５而基

质沥青和SBS改性沥青的针入度比分别为６０和

８９软化点增量分别为６ 和０５ PU 改性

沥青 RTFOT前后 DSR试验破坏温度增加幅度在

１左右而基质沥青和SBS改性沥青的 DSR试

验破坏温度变化幅度都在３1049008５左右RTFOT后

PU改性沥青的６４ 复数模量变化率为１６基质沥青和SBS改性沥青的６４ 复数模量变化率

分别为６４和４９可见旋转薄膜烘箱加热对

PU改性沥青的的针入度和软化点影响最小PU改性沥青的热氧稳定性优于基质沥青和SBS改性

沥青表６　沥青RTFOT前后试验结果

Tab６　TestresultsofasphaltsbeforeandafterRTFOT

检测指标基质沥青 SBS改性沥青 PU改性沥青

RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后

２５针入度０１mm ７０ ４２ ５４ ４８ ２０ ２３

软化点 ４７５ ５３５ ７８０ ７１５ ７５０ ７５５

复数模量kPa ２２５ ３７０ ５７０ ８５０ ２５００ ２９００

破坏温度 ６５９１ ６９４３ ７７４０ ８００３ ８５７１ ８６８７

图１３　紫外老化１０d后SBS改性沥青

Fig１３　SBSmodifiedasphaltafter１０dultravioletaging

３５２　紫外老化试验

为了比较PU 改性沥青和SBS改性沥青的抗

紫外老化性能将２种沥青放置于紫外老化仪中进

行紫外照射２０d每隔一定天数取样检测针入度和

软化点指标[３２Ｇ３３]紫外老化过程中的样品分别见

图１３１４２种沥青紫外老化前后软化点和针入度见

表７可知紫外老化２０d后PU 改性沥青和SBS改性沥青软化点最大降幅分别为４和２针入

度最大降幅分别为０３和０４mm可见紫外老化

对２种改性沥青的针入度和软化点影响很小且PU改性沥青和SBS改性沥青都具有优异的抗紫外

老化性能可用于路面结构的上面层中

图１４　紫外老化１５d后PU改性沥青

Fig１４　PU modifiedasphaltafter１５dultravioletaging表７　紫外老化前后沥青软化点和针入度

Tab７　Softeningpointsandpenetrationsofasphalts

beforeandafterultravioletaging

紫外老化

天数d

PU改性沥青 SBS改性沥青

软化点

２５针入度

０１mm

软化点

２５针入度

０１mm

０ ７５０ ２００ ７８０ ５４０

２ ７４５ １７０ ７８０ ５２５

５ ７３０ １７０ ７７０ ５３０

１０ ７３５ １７０ ７７０ ５００

１５ ７１０ １８０ ７６０ ５２５

２０ ７２５ １７０ ７６０ ５００

６５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

４　结　语

(１)圆盘锯齿式搅拌器具有极高的剪切力和促

使反应体系产生剧烈流动的能力符合 PU 改性沥

青的反应要求故推荐采用圆盘锯齿式搅拌器制备

PU改性沥青(２)PU 材料中的异氰酸酯与多元醇之间反应

生成氨基甲酸酯异氰酸酯与沥青质中的芳香族化

合物之间加成反应从而改变了沥青的微观结构组

成改善了沥青的性能(３)PU改性沥青的高温稳定性优于SBS改性

沥青低温性能介于基质沥青和 SBS改性沥青之

间尤其适用于对高温抗车辙性能有特殊要求的情

况PU改性沥青抗热氧老化性能优于SBS改性沥

青抗紫外老化性能与SBS改性沥青相当适用于

对抗热氧老化和抗紫外老化有特殊要求的路面上面

层结构(４)推荐的PU改性沥青制备工艺相对繁琐工

厂化生产时存在一定难度后续需结合 PU 改性沥

青改性机理开展制备工艺优化工作

参考 文 献

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积时PU改性沥青的劲度变化速率处于两者之间综合两项指标可知 PU 改性沥青的低温性能差于

SBS改性沥青但优于基质沥青[２１]

３５　抗老化特性

３５１　旋转薄膜烘箱加热试验

采用laquo公路工程沥青及沥青混合料试验规程raquo(JTGE２０mdash２０１１)中的相关规定进行基质沥青

SBS改性沥青和PU改性沥青的旋转薄膜烘箱加热

试验(RotatingThinFilmOvenTestRTFOT)检测老化前后的针入度和软化点指标[２９Ｇ３１]并用 DSR试验检测老化前后６４ 时复数模量和破坏温度用以评价热光氧等因素对沥青性能的影响[６]

结果见表６可知PU改性沥青 RTFOT前后的针

入度比为８５软化点变化幅度仅为０５而基

质沥青和SBS改性沥青的针入度比分别为６０和

８９软化点增量分别为６ 和０５ PU 改性

沥青 RTFOT前后 DSR试验破坏温度增加幅度在

１左右而基质沥青和SBS改性沥青的 DSR试

验破坏温度变化幅度都在３1049008５左右RTFOT后

PU改性沥青的６４ 复数模量变化率为１６基质沥青和SBS改性沥青的６４ 复数模量变化率

分别为６４和４９可见旋转薄膜烘箱加热对

PU改性沥青的的针入度和软化点影响最小PU改性沥青的热氧稳定性优于基质沥青和SBS改性

沥青表６　沥青RTFOT前后试验结果

Tab６　TestresultsofasphaltsbeforeandafterRTFOT

检测指标基质沥青 SBS改性沥青 PU改性沥青

RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后 RTFOT前 RTFOT后

２５针入度０１mm ７０ ４２ ５４ ４８ ２０ ２３

软化点 ４７５ ５３５ ７８０ ７１５ ７５０ ７５５

复数模量kPa ２２５ ３７０ ５７０ ８５０ ２５００ ２９００

破坏温度 ６５９１ ６９４３ ７７４０ ８００３ ８５７１ ８６８７

图１３　紫外老化１０d后SBS改性沥青

Fig１３　SBSmodifiedasphaltafter１０dultravioletaging

３５２　紫外老化试验

为了比较PU 改性沥青和SBS改性沥青的抗

紫外老化性能将２种沥青放置于紫外老化仪中进

行紫外照射２０d每隔一定天数取样检测针入度和

软化点指标[３２Ｇ３３]紫外老化过程中的样品分别见

图１３１４２种沥青紫外老化前后软化点和针入度见

表７可知紫外老化２０d后PU 改性沥青和SBS改性沥青软化点最大降幅分别为４和２针入

度最大降幅分别为０３和０４mm可见紫外老化

对２种改性沥青的针入度和软化点影响很小且PU改性沥青和SBS改性沥青都具有优异的抗紫外

老化性能可用于路面结构的上面层中

图１４　紫外老化１５d后PU改性沥青

Fig１４　PU modifiedasphaltafter１５dultravioletaging表７　紫外老化前后沥青软化点和针入度

Tab７　Softeningpointsandpenetrationsofasphalts

beforeandafterultravioletaging

紫外老化

天数d

PU改性沥青 SBS改性沥青

软化点

２５针入度

０１mm

软化点

２５针入度

０１mm

０ ７５０ ２００ ７８０ ５４０

２ ７４５ １７０ ７８０ ５２５

５ ７３０ １７０ ７７０ ５３０

１０ ７３５ １７０ ７７０ ５００

１５ ７１０ １８０ ７６０ ５２５

２０ ７２５ １７０ ７６０ ５００

６５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

４　结　语

(１)圆盘锯齿式搅拌器具有极高的剪切力和促

使反应体系产生剧烈流动的能力符合 PU 改性沥

青的反应要求故推荐采用圆盘锯齿式搅拌器制备

PU改性沥青(２)PU 材料中的异氰酸酯与多元醇之间反应

生成氨基甲酸酯异氰酸酯与沥青质中的芳香族化

合物之间加成反应从而改变了沥青的微观结构组

成改善了沥青的性能(３)PU改性沥青的高温稳定性优于SBS改性

沥青低温性能介于基质沥青和 SBS改性沥青之

间尤其适用于对高温抗车辙性能有特殊要求的情

况PU改性沥青抗热氧老化性能优于SBS改性沥

青抗紫外老化性能与SBS改性沥青相当适用于

对抗热氧老化和抗紫外老化有特殊要求的路面上面

层结构(４)推荐的PU改性沥青制备工艺相对繁琐工

厂化生产时存在一定难度后续需结合 PU 改性沥

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bisphenola unsaturated polyesterresin modified asphalt

mixture[J]Constructionand Building Materials２０１８

１５９８３Ｇ９８[１２]　谢鸿峰戴　杰刘承果等环氧沥青的热分析[J]高分子材

料科学与工程２００９２５(１１)１１５Ｇ１１７

XIEHongＧfengDAIJieLIU ChengＧguoetalThermal

analysisofepoxyasphalt[J]PolymerMaterialsScienceand

Engineering２００９２５(１１)１１５Ｇ１１７(inChinese)

[１３]　CHENJunYINXiaoＧjingWANG HaoetalEvaluationof

durabilityandfunctionalperformanceofporouspolyurethane

mixtureinporouspavement[J]JournalofCleanerProduction

２０１８１８８１２Ｇ１９[１４]　邵洪涛汪国平聚氨酯碎石透水路面的结构设计与配方调

节[J]化工新型材料２０１５４３(６)２４７Ｇ２５０

SHAO HongＧtaoWANG GuoＧpingStructuredesignand

materialadjustingofpolyurethanepreviouspavement[J]

NewChemicalMateials２０１５４３(６)２４７Ｇ２５０(inChinese)

[１５]　王火明李汝凯王　秀等多孔隙聚氨酯碎石混合料强度及

路用性能[J]中国公路学报２０１４２７(１０)２４Ｇ３０

WANGHuoＧmingLIRuＧkaiWANGXiuetalStrength

７５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

androadperformanceforporouspolyurethanemixture[J]

ChinaJournalofHighwayandTransport２０１４２７(１０)２４Ｇ３０(inChinese)

[１６]　CONGLinWANGTongＧjingTANLeetalLaboratory

evaluationonperformanceofporouspolyurethanemixtures

andOGFC[J]ConstructionandBuilding Materials２０１８

１６９４３６Ｇ４４２[１７]　CHEN Jun MA Xie WANG HaoetalExperimental

studyonantiＧicinganddeicingperformanceofpolyurethane

concreteasroadsurfacelayer[J]ConstructionandBuilding

Materials２０１８１６１５９８Ｇ６０５[１８]　XIALeiCAODongＧweiZHANGHaiＧyanetalStudyon

the classical and rheological properties of castor oilＧ

polyurethaneprepolymer (CＧPU)modifiedasphalt[J]

ConstructionandBuildingMaterials２０１６１１２９４９Ｇ９５５[１９]　刘　颖辛　星道路用聚氨酯改性沥青的制备工艺研究[J]

中外公路２０１５３５(５)２５５Ｇ２５９

LIU YingXIN XingStudyonpreparationtechnologyof

roadpolyurethanemodifiedasphalt[J]JournalofChinaand

ForeignHighway２０１５３５(５)２５５Ｇ２５９(inChinese)

[２０]　刘　颖辛　星道路用聚氨酯改性沥青的性能研究[J]石油

沥青２０１５２９(１)４８Ｇ５３

LIUYingXINXingStudyonperformanceofpolyurethane

modifiedasphaltforpavement[J]PetroleumAsphalt２０１５

２９(１)４８Ｇ５３(inChinese)

[２１]　SUNMinZHENGMuＧlianQUGuangＧzhenetalPerformance

of polyurethane modified asphalt and its mixtures[J]

ConstructionandBuildingMaterials２０１８１９１３８６Ｇ３９７[２２]　景　欣王军威赵雨花等基于不同软段的聚氨酯弹性体耐

热性能研究[J]聚氨酯工业２０１９３４(１)１６Ｇ１９

JINGXinWANGJunＧweiZHAOYuＧhuaetalStudyon

the heat resistance of polyurethane elastomer based on

differentsoftsegments[J]PolyurethaneIndustry２０１９３４(１)

１６Ｇ１９(inChinese)

[２３]　张昌辉刘　筱张　星等国内改性水性聚氨酯胶粘剂研究

进展[J]中国胶粘剂２０１９２８(２)５１Ｇ５６６０

ZHANG ChangＧhuiLIU XiaoZHANG Xinget al

Developmentofdomesticmodifiedwaterbornepolyurethane

adhesive[J]ChinaAdhesives２０１９２８(２)５１Ｇ５６６０(in

Chinese)

[２４]　王治流刘全伟杨　琥等红外光谱法对环氧沥青固化机理

的研究[J]高分子材料科学与工程２００５２１(３)９３Ｇ９５

WANG ZhiＧliuLIUQuanＧweiYANGHuetalThestudyon

thecuringreactionmechanismofepoxyasphaltbyFTIR[J]

PolymerMaterialsScienceandEngineering２００５２１(３)

９３Ｇ９５(inChinese)

[２５]　曹雪娟唐伯明热分析动力学研究环氧沥青混凝土的固化条

件[J]公路交通科技２００８２５(７)１７Ｇ２０

CAO XueＧjuanTANG BoＧmingStudyoncurereaction

condition ofepoxy asphaltconcrete by thermalanalysis

kinetics[J]JournalofHighwayandTransportationResearchand

Development２００８２５(７)１７Ｇ２０(inChinese)

[２６]　张　倩范哲哲张尚龙等沥青混合料相位角预估模型[J]长安大学学报(自然科学版)２０１８３８(２)１９Ｇ２５

ZHANGQianFANZheＧzheZHANGShangＧlongetal

Prediction modelofphaseangleofasphalt mixture[J]

JournalofChang1049011an University (NaturalScienceEdition)

２０１８３８(２)１９Ｇ２５(inChinese)

[２７]　陈华鑫陈拴发王秉纲SBS改性沥青低温粘度的动态剪切

流变测试方法[J]同济大学学报(自然科学版)２００９３７(４)

５０５Ｇ５０９

CHENHuaＧxinCHENShuanＧfaWANGBingＧgangLowＧ

temperatureviscositydeterminationofSBSmodifiedasphalt

withdynamicshearrheometermethod[J]JournalofTongji

University(NaturalScience)２００９３７(４)５０５Ｇ５０９(in

Chinese)

[２８]　ZHANG DongＧmei ZHANG HengＧlong SHI CaiＧjun

InvestigationofagingperformanceofSBS modifiedasphalt

withvariousaging methods[J]ConstructionandBuilding

Materials２０１７１４５４４５Ｇ４５１[２９]　CHEN MeiＧzhuLENGBinＧbinWUShaoＧpengetalPhysical

chemicalandrheologicalpropertiesofwasteediblevegetable

oilrejuvenatedasphaltbinders[J]ConstructionandBuilding

Materials２０１４６６２８６Ｇ２９８[３０]　石越峰季　节索　智等基于 DSR和 BBR试验的 TLA

改性沥青胶浆高低温性能研究[J]公路工程２０１６４１(５)

７２Ｇ７６

SHIYueＧfengJIJieSUOZhietalStudyonthehighＧ

andＧlowＧtemperature properties of TLA modified asphalt

mortarbasedonDSRandBBR[J]HighwayEngineering

２０１６４１(５)７２Ｇ７６(inChinese)

[３１]　曹东伟卢　杰张海燕等全透式沥青路面专用高黏度改性

沥青性能对比[J]长安大学学报(自然科学版)２０１９３９(１)

１７Ｇ２４

CAODongＧweiLUJieZHANGHaiＧyanetalContrastiveon

performanceoffullypermeableasphaltpavementdedicated

highＧviscosity modified asphalt[J]Journalof Chang1049011an

University(NaturalScienceEdition)２０１９３９(１)１７Ｇ２４(inChinese)

[３２]　姚　辉微纳米材料改性沥青结合料与混合料性能研究[D]长沙中南大学２０１２

YAO HuiPerformanceresearchofmicroＧandnanoＧmodified

asphaltbindersandmixtures[D]ChangshaCentralSouth

University２０１２(inChinese)

[３３]　董雨明硬质沥青及其混合料流变特性与低温性能研究[D]哈尔滨哈尔滨工业大学２０１３

DONG YuＧmingResearchonrheologicalpropertyandlow

temperature performance of hard grade bitumen andits

mixture[D]HarbinHarbinInstituteofTechnology２０１３(inChinese)

８５

第２期 孙　敏等聚氨酯改性沥青改性机理和性能

４　结　语

(１)圆盘锯齿式搅拌器具有极高的剪切力和促

使反应体系产生剧烈流动的能力符合 PU 改性沥

青的反应要求故推荐采用圆盘锯齿式搅拌器制备

PU改性沥青(２)PU 材料中的异氰酸酯与多元醇之间反应

生成氨基甲酸酯异氰酸酯与沥青质中的芳香族化

合物之间加成反应从而改变了沥青的微观结构组

成改善了沥青的性能(３)PU改性沥青的高温稳定性优于SBS改性

沥青低温性能介于基质沥青和 SBS改性沥青之

间尤其适用于对高温抗车辙性能有特殊要求的情

况PU改性沥青抗热氧老化性能优于SBS改性沥

青抗紫外老化性能与SBS改性沥青相当适用于

对抗热氧老化和抗紫外老化有特殊要求的路面上面

层结构(４)推荐的PU改性沥青制备工艺相对繁琐工

厂化生产时存在一定难度后续需结合 PU 改性沥

青改性机理开展制备工艺优化工作

参考 文 献

References

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１９５２Ｇ１９６２

HAOPeiＧwenCHANGRuiLIUHongＧyingetalMechanism

andperformanceofreactiveelastomericterpolymermodified

asphaltandasphaltmixture[J]Acta MateriaeCompositae

Sinica２０１８３５(７)１９５２Ｇ１９６２(inChinese)

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mixtureinporouspavement[J]JournalofCleanerProduction

２０１８１８８１２Ｇ１９[１４]　邵洪涛汪国平聚氨酯碎石透水路面的结构设计与配方调

节[J]化工新型材料２０１５４３(６)２４７Ｇ２５０

SHAO HongＧtaoWANG GuoＧpingStructuredesignand

materialadjustingofpolyurethanepreviouspavement[J]

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polyurethaneprepolymer (CＧPU)modifiedasphalt[J]

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２９(１)４８Ｇ５３(inChinese)

[２１]　SUNMinZHENGMuＧlianQUGuangＧzhenetalPerformance

of polyurethane modified asphalt and its mixtures[J]

ConstructionandBuildingMaterials２０１８１９１３８６Ｇ３９７[２２]　景　欣王军威赵雨花等基于不同软段的聚氨酯弹性体耐

热性能研究[J]聚氨酯工业２０１９３４(１)１６Ｇ１９

JINGXinWANGJunＧweiZHAOYuＧhuaetalStudyon

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１６Ｇ１９(inChinese)

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Chinese)

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WANG ZhiＧliuLIUQuanＧweiYANGHuetalThestudyon

thecuringreactionmechanismofepoxyasphaltbyFTIR[J]

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９３Ｇ９５(inChinese)

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５０５Ｇ５０９

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chemicalandrheologicalpropertiesofwasteediblevegetable

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Materials２０１４６６２８６Ｇ２９８[３０]　石越峰季　节索　智等基于 DSR和 BBR试验的 TLA

改性沥青胶浆高低温性能研究[J]公路工程２０１６４１(５)

７２Ｇ７６

SHIYueＧfengJIJieSUOZhietalStudyonthehighＧ

andＧlowＧtemperature properties of TLA modified asphalt

mortarbasedonDSRandBBR[J]HighwayEngineering

２０１６４１(５)７２Ｇ７６(inChinese)

[３１]　曹东伟卢　杰张海燕等全透式沥青路面专用高黏度改性

沥青性能对比[J]长安大学学报(自然科学版)２０１９３９(１)

１７Ｇ２４

CAODongＧweiLUJieZHANGHaiＧyanetalContrastiveon

performanceoffullypermeableasphaltpavementdedicated

highＧviscosity modified asphalt[J]Journalof Chang1049011an

University(NaturalScienceEdition)２０１９３９(１)１７Ｇ２４(inChinese)

[３２]　姚　辉微纳米材料改性沥青结合料与混合料性能研究[D]长沙中南大学２０１２

YAO HuiPerformanceresearchofmicroＧandnanoＧmodified

asphaltbindersandmixtures[D]ChangshaCentralSouth

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[３３]　董雨明硬质沥青及其混合料流变特性与低温性能研究[D]哈尔滨哈尔滨工业大学２０１３

DONG YuＧmingResearchonrheologicalpropertyandlow

temperature performance of hard grade bitumen andits

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８５

交　通　运　输　工　程　学　报 ２０１９年

androadperformanceforporouspolyurethanemixture[J]

ChinaJournalofHighwayandTransport２０１４２７(１０)２４Ｇ３０(inChinese)

[１６]　CONGLinWANGTongＧjingTANLeetalLaboratory

evaluationonperformanceofporouspolyurethanemixtures

andOGFC[J]ConstructionandBuilding Materials２０１８

１６９４３６Ｇ４４２[１７]　CHEN Jun MA Xie WANG HaoetalExperimental

studyonantiＧicinganddeicingperformanceofpolyurethane

concreteasroadsurfacelayer[J]ConstructionandBuilding

Materials２０１８１６１５９８Ｇ６０５[１８]　XIALeiCAODongＧweiZHANGHaiＧyanetalStudyon

the classical and rheological properties of castor oilＧ

polyurethaneprepolymer (CＧPU)modifiedasphalt[J]

ConstructionandBuildingMaterials２０１６１１２９４９Ｇ９５５[１９]　刘　颖辛　星道路用聚氨酯改性沥青的制备工艺研究[J]

中外公路２０１５３５(５)２５５Ｇ２５９

LIU YingXIN XingStudyonpreparationtechnologyof

roadpolyurethanemodifiedasphalt[J]JournalofChinaand

ForeignHighway２０１５３５(５)２５５Ｇ２５９(inChinese)

[２０]　刘　颖辛　星道路用聚氨酯改性沥青的性能研究[J]石油

沥青２０１５２９(１)４８Ｇ５３

LIUYingXINXingStudyonperformanceofpolyurethane

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２９(１)４８Ｇ５３(inChinese)

[２１]　SUNMinZHENGMuＧlianQUGuangＧzhenetalPerformance

of polyurethane modified asphalt and its mixtures[J]

ConstructionandBuildingMaterials２０１８１９１３８６Ｇ３９７[２２]　景　欣王军威赵雨花等基于不同软段的聚氨酯弹性体耐

热性能研究[J]聚氨酯工业２０１９３４(１)１６Ｇ１９

JINGXinWANGJunＧweiZHAOYuＧhuaetalStudyon

the heat resistance of polyurethane elastomer based on

differentsoftsegments[J]PolyurethaneIndustry２０１９３４(１)

１６Ｇ１９(inChinese)

[２３]　张昌辉刘　筱张　星等国内改性水性聚氨酯胶粘剂研究

进展[J]中国胶粘剂２０１９２８(２)５１Ｇ５６６０

ZHANG ChangＧhuiLIU XiaoZHANG Xinget al

Developmentofdomesticmodifiedwaterbornepolyurethane

adhesive[J]ChinaAdhesives２０１９２８(２)５１Ｇ５６６０(in

Chinese)

[２４]　王治流刘全伟杨　琥等红外光谱法对环氧沥青固化机理

的研究[J]高分子材料科学与工程２００５２１(３)９３Ｇ９５

WANG ZhiＧliuLIUQuanＧweiYANGHuetalThestudyon

thecuringreactionmechanismofepoxyasphaltbyFTIR[J]

PolymerMaterialsScienceandEngineering２００５２１(３)

９３Ｇ９５(inChinese)

[２５]　曹雪娟唐伯明热分析动力学研究环氧沥青混凝土的固化条

件[J]公路交通科技２００８２５(７)１７Ｇ２０

CAO XueＧjuanTANG BoＧmingStudyoncurereaction

condition ofepoxy asphaltconcrete by thermalanalysis

kinetics[J]JournalofHighwayandTransportationResearchand

Development２００８２５(７)１７Ｇ２０(inChinese)

[２６]　张　倩范哲哲张尚龙等沥青混合料相位角预估模型[J]长安大学学报(自然科学版)２０１８３８(２)１９Ｇ２５

ZHANGQianFANZheＧzheZHANGShangＧlongetal

Prediction modelofphaseangleofasphalt mixture[J]

JournalofChang1049011an University (NaturalScienceEdition)

２０１８３８(２)１９Ｇ２５(inChinese)

[２７]　陈华鑫陈拴发王秉纲SBS改性沥青低温粘度的动态剪切

流变测试方法[J]同济大学学报(自然科学版)２００９３７(４)

５０５Ｇ５０９

CHENHuaＧxinCHENShuanＧfaWANGBingＧgangLowＧ

temperatureviscositydeterminationofSBSmodifiedasphalt

withdynamicshearrheometermethod[J]JournalofTongji

University(NaturalScience)２００９３７(４)５０５Ｇ５０９(in

Chinese)

[２８]　ZHANG DongＧmei ZHANG HengＧlong SHI CaiＧjun

InvestigationofagingperformanceofSBS modifiedasphalt

withvariousaging methods[J]ConstructionandBuilding

Materials２０１７１４５４４５Ｇ４５１[２９]　CHEN MeiＧzhuLENGBinＧbinWUShaoＧpengetalPhysical

chemicalandrheologicalpropertiesofwasteediblevegetable

oilrejuvenatedasphaltbinders[J]ConstructionandBuilding

Materials２０１４６６２８６Ｇ２９８[３０]　石越峰季　节索　智等基于 DSR和 BBR试验的 TLA

改性沥青胶浆高低温性能研究[J]公路工程２０１６４１(５)

７２Ｇ７６

SHIYueＧfengJIJieSUOZhietalStudyonthehighＧ

andＧlowＧtemperature properties of TLA modified asphalt

mortarbasedonDSRandBBR[J]HighwayEngineering

２０１６４１(５)７２Ｇ７６(inChinese)

[３１]　曹东伟卢　杰张海燕等全透式沥青路面专用高黏度改性

沥青性能对比[J]长安大学学报(自然科学版)２０１９３９(１)

１７Ｇ２４

CAODongＧweiLUJieZHANGHaiＧyanetalContrastiveon

performanceoffullypermeableasphaltpavementdedicated

highＧviscosity modified asphalt[J]Journalof Chang1049011an

University(NaturalScienceEdition)２０１９３９(１)１７Ｇ２４(inChinese)

[３２]　姚　辉微纳米材料改性沥青结合料与混合料性能研究[D]长沙中南大学２０１２

YAO HuiPerformanceresearchofmicroＧandnanoＧmodified

asphaltbindersandmixtures[D]ChangshaCentralSouth

University２０１２(inChinese)

[３３]　董雨明硬质沥青及其混合料流变特性与低温性能研究[D]哈尔滨哈尔滨工业大学２０１３

DONG YuＧmingResearchonrheologicalpropertyandlow

temperature performance of hard grade bitumen andits

mixture[D]HarbinHarbinInstituteofTechnology２０１３(inChinese)

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