探索改性沥青：
道路建设的“黑科技”新材料
在往期的化工坊栏目中，我们一同领略了从原油到沥青的奇妙历程。沥青作为道路建设的基础材料，已为我们所熟知，然而，随着交通需求的日益增长和环境条件的愈发复杂，一种更具优势的材料应运而生——改性沥青。它宛如道路建设领域的“黑科技”新材料，在传统沥青的基础上，凭借一系列改性工艺，实现了性能的飞跃式提升，被赋予了更加卓越、多元的特质，在现代道路建设中扮演着举足轻重的关键角色。今天，就让我们深入探索改性沥青，究竟它是如何为我们的道路建设带来全新变革。
一、传统沥青的困境与改性沥青的诞生
在道路工程的漫长发展历程中，沥青一直是路面铺设的关键材料。传统沥青主要分为煤焦沥青（炼焦的副产品）、石油沥青（通过原油提炼得到的）、天然沥青（包括湖沥青和岩沥青）三种，具有一定的粘结性和可塑性，能够将石料等骨料凝聚在一起，形成可供车辆行驶的路面。
沥青有三种分级方法，分别是粘度分级、针入度分级和PG性能分级。针入度分级是大多数国家所采用的分级标准，在25℃和5秒时间内，在100克的荷重下，标准圆锥体垂直穿入沥青试样的深度为针入度，以1/10毫米为单位。沥青的针入度越大说明沥青的粘稠度越小，沥青就越软。按针入度划分，沥青型号主要有以下几种：
道路石油沥青
•重交通道路石油沥青：AH-130、AH-110、AH-90、AH-70、AH-50、AH-30
•中、轻交通道路石油沥青：A-60、A-100、A-140、A-180、A-200
建筑石油沥青
10号、30号、40号
煤沥青
T-5、T-6、T-7、T-8、T-9
在国际上，如美国等部分国家采用粘度分级和PG性能分级等方法来划分沥青等级，PG性能分级可将沥青分为PG46、PG52、PG58、PG64、PG70、PG76、PG82七个等级以及21个亚级。
随着时代进步，交通流量剧增带来载重上升，传统沥青的短板尽显。夏季高温时，传统沥青路面变软易流，车辙频现导致平整度被破坏，事故风险增大；冬季低温下又脆硬如玻璃、易裂缝，水分渗入后经车辆碾压、裂缝扩张，路面变得破损坑洼，道路寿命大大缩短。
2005年以后，随着沥青结构和材料技术的不断发展，针对沥青路面车辙问题，改性沥青和SMA技术得到广泛应用。改性沥青是在普通沥青中加入一定比例的改性剂，通过物理或化学方法改善其性能的沥青材料。改性剂可以是聚合物、橡胶、纤维等，使沥青的高温稳定性、低温抗裂性、抗老化性和抗疲劳性提高。
二、改性沥青的应用领域与表现
改性沥青广泛用于道路施工和建筑防水，道路施工领域主要应用于高速公路与城市干线道路的抗滑表层、公路重交通路段、重载及超载车较多的路段等。
高速公路
在高速公路建设领域，改性沥青无疑是当之无愧的首选材料。高速公路上车流量大、车速快，车辆行驶时对路面产生的压力和摩擦力极其巨大。改性沥青路面凭借其出色的高温稳定性、抗车辙能力和抗滑性能，能够轻松应对这些严苛的要求，其优异的耐久性也大大降低了道路的维修频率。一般高速公路的常规路面结构为上面层4cm厚，中面层6cm厚，下面层8cm厚。其中上面层和中面层用改性沥青，下面层用重交沥青。
改性沥青用于高等级公路路面的结构图
城市主干道
城市主干道作为城市交通的“大动脉”，每天承载着海量的车辆和行人。改性沥青在城市主干道中的应用，有效解决了传统沥青路面容易出现车辙和裂缝的问题，显著提升了道路的平整度和抗滑性能。
机场跑道
机场跑道对于路面材料的要求堪称苛刻至极。飞机在起降过程中，对跑道表面施加的冲击力超乎想象，这就要求跑道必须具备极高的强度和抗变形能力。改性沥青能够承受住飞机起降时的巨大压力，确保跑道表面保持平整、坚实，为飞机的安全起降提供可靠的保障。
防水工程
改性沥青防水卷材和涂料主要用于高档建筑物的防水工程。卷材类如SBS改性沥青卷材，凭借高聚物特性，热熔或自粘施工后，紧密贴合屋面、地下室等结构，阻水防渗。涂料形式则可灵活覆盖复杂节点，形成坚韧防水膜。其优异耐候性，经寒暑、紫外线考验，持久守护建筑内部空间干燥，大幅降低渗漏风险，提升建筑防水工程整体品质与寿命，成为防水体系核心选材。
特殊场景
除了上述常见的应用场景外，改性沥青在桥梁铺装、停车场建设等特殊领域也发挥着不可替代的重要作用。在桥梁铺装中，改性沥青能够适应桥梁结构的特殊受力要求，有效防止桥面铺装层出现裂缝、推移等病害，延长桥梁的使用寿命。在停车场建设方面，改性沥青路面的良好耐磨性和抗滑性，能够满足车辆频繁启停和转向的需求，同时其耐候性也确保了停车场在不同季节和气候条件下都能保持良好的使用性能。针对一些特殊环境和工程需求，如隧道路面需要具备阻燃性能，改性沥青也能够通过添加特定的阻燃剂，研发出阻燃沥青，为隧道的消防安全提供有力保障。
三、改性剂的类型和选择
改性沥青可分为聚合物改性沥青和非聚合物改性沥青。聚合物沥青改性剂中热塑性弹性体占比最大，橡胶沥青改性剂、树脂类沥青改性剂等新材料推陈出新，满足市场对不同材料的需求。改性沥青的品种和制备技术取决于改性剂的类型、加入量和基质沥青（即原料沥青）的组成和性质。
常用的改性剂（聚合物类）
•热塑性橡胶类：如苯乙烯、丁二烯嵌段聚合物（SBS）
•橡胶类：如丁苯橡胶（SBR）
•热塑性树脂类：如聚乙烯（PE）、乙烯、乙酸、乙烯脂（EVA）
改性沥青的选择
•低温地区，宜采用针入度较大的沥青，选用低温性能好的改性剂（如SBR等）
•高温地区，宜采用针入度较小的沥青，选用塑料类（PE、EVA）或SBS等改性剂
•高低温性能均有要求的地区，可选用SBS或复合改性剂
SBS改性沥青
在众多的沥青材料中，当提及改性沥青，SBS改性沥青总是首先映入人们的脑海。SBS改性技术占据了我国改性沥青的90%以上，从1997年沈金安等老前辈在中华第一街（长安街）起步，已经发展整整20年，支撑了我国高速公路为代表的交通大建设。SBS改性沥青是改性效果最好、应用最广的品种之一。具体是将SBS加入热沥青中，在一定的温度和机械剪切力作用下，与沥青形成均匀混合体，这一混合体也就是SBS改性沥青，除了仍然保持原有沥青防水和连结的可靠性外，还大大地改善了沥青的高低温性，高温下不软化，低温下不发脆，保持了橡胶的弹性、柔韧性、延展性、粘附性、耐气候变化性等橡胶特征。
SBS改性沥青结构随温度变化发生的可逆物理交联示意图
四、改性沥青的制备方法
•湿法改性：将改性剂与沥青在高温下混合均匀，适用于大规模生产。
•干法改性：将改性剂直接加入沥青混合料中，适用于小规模工程。
改性沥青的质量检测
改性沥青质量直接关乎道路工程品质与寿命，完备的质量检测与标准体系不可或缺。国际上，改性沥青质量检测涵盖多维度指标与先进方法。针入度反映沥青软硬程度，软化点测定其耐热性，延度考量低温抗裂性，此三项为基本指标。先进检测技术如动态剪切流变仪（DSR）精准测定高温抗车辙因子，评估高温稳定性；弯曲梁流变仪（BBR）测定低温劲度模量与蠕变速率，量化低温性能；荧光显微镜观测改性剂微观分布均匀性，确保改性效果。
动态剪切流变仪
弯曲梁流变仪
五、改性沥青行业市场供需情况
基建地产双驱，改性沥青需求影响因素众多。改性沥青广泛用于防水和道路施工，建筑防水需求与房地产新开工面积高度相关，道路施工与交通固定资产投资高度相关，除地产调整导致螺纹钢需求向基建靠拢、地产调整地方政府土地出让金收入下降导致公路投资不足，改性沥青与螺纹钢需求主要靠地产拉动，改性沥青和螺纹钢需求重叠。2023年改性沥青总产量910万吨（道路改性沥青产量620万吨，防水卷材沥青产量290万吨），占沥青需求比例为28%。未来随着我国老旧小区改造增多、道路新建和养护对施工材料功能要求提升、光伏屋顶新兴需求释放、房地产投资企稳，改性沥青需求有望持续释放。
我国改性沥青行业主要是大型油化企业主导市场，市场集中度较高，中石油、中石化、中海油优势明显，三者市占率之和为90.91%。2020年国内改性沥青企业CR4约为92.68%，市场处于寡头竞争格局。近几年来，中石油重交通道路石油沥青、改性沥青等产品产量有了大幅度增长，产品已广泛应用于高速公路、城市道路、机场跑道、赛车跑道、桥梁路面等。
中石油案例1——为海底隧道“量身制衣”
在大连湾海底隧道的建设中，为满足海底隧道的各方面要求，集团旗下的辽河石化为其“量身定制”了改性沥青。在确保所供沥青满足要求的前提下，还特别注意对黏度、低温延度、老化后各项指标的控制和设计，优选环保型添加剂，在保证产品抗老化、稳定性等路用性能，降低铺设难度的同时，又最大限度地减轻了对环境的影响。
中石油案例2——布局辽西走廊，助力我国第一条长距离10车道高速公路建设
京哈高速沈山项目改扩建项目地处寒冷的东北地区，而且大型车辆流量巨大，项目设计方对沥青及混合料提出了极高的要求，其中所用改性沥青控制指标要求之高、难度之大，为国内首次。辽河沥青公司技术部针对项目方的要求，共调制了150个样品，历经1000多次的实验室检测，再进行工业化试验，生产出的样品经检测，各项指标均满足项目的技术要求，成功铺设到京哈高速公路。
六、沥青及改性沥青行业市场价格分析
从东北90#沥青市场价格走势图来看，东北90#沥青最高价格为4月15日4050元/吨，最低价格为11月20日3570元/吨，全年波动480元/吨，波动幅度为11.85%。从70#道路沥青期货市场结算价格走势图来看，70#道路沥青最高价格为4月19日3840元/吨，最低价格为9月11日3008元/吨，全年波动832元/吨，波动幅度为21.67%。
东北90#沥青市场价格走势图
70#道路沥青期货市场结算价格走势图
对比近一年SBS改性沥青价格与沥青主力期货结算价，SBS改性沥青价格在近一年内呈现出较为平稳的态势，价格基本维持在4300–4700元/吨区间内，没有出现明显的价格起伏。沥青主力连续期货结算价也相对较为平稳，在整个时间段内，SBS改性沥青价格始终高于沥青主力连续期货结算价，体现了SBS改性沥青的价格优势。
截至2024年12月13日，华北地区SBS改性沥青价格为4000.0元/吨，东北地区价格为4225.0元/吨，华东地区价格为4350.0元/吨，西南地区价格为4550.0元/吨，西北地区价格为4850.0元/吨。各地区价格走势在整体趋势上呈现出一定的同步性。2020–2022年间各地区SBS改性沥青价格上涨明显，其高价区间处于5000–6000元/吨；2022年中价格上涨达到高峰，之后有所回落；2023–2024年价格进入相对平稳阶段，存在小幅度的波动，与施工淡旺季存在一定关联性。
2020年至今各地区SBS改性沥青价格走势(单位：元/吨)
结语
改性沥青作为道路建设关键材料革新成果，借多元改性剂、独特制备法成就卓越性能，广泛用于多领域，有力推动交通基建发展。中石油在沥青生产领域实力强劲，旗下辽河石化、克拉玛依石化、盘锦大力特种沥青、秦皇岛中石油燃料沥青等多个沥青生产厂均在业内颇具盛名，沥青质量上乘。展望未来，随着我国公路建设规模扩大、汽车保有量增多、物流行业发展，叠加建筑防水要求不断提高，我国市场对性能优良的改性沥青的需求将持续上升。随着市场需求的不断刺激，改性沥青行业规模有望不断增长，中石油也将凭借自身优势持续发力，在推动基础设施建设迈向更高质量、更具韧性、益于生态的崭新征程中发挥重要作用，为道路建设和相关行业发展提供有力支持。
供稿人 | 崔丙煜
基础设施事业部 业务总监
雷雨潇
基础设施事业部 实习生
编辑 | 刘嘉璐
