聚合物改性乳化沥青是道路建设和防水工程领域中最常用的材料之一,但其高温工程性能尚无法满足高速公路预防养护等诸多领域的要求。聚苯乙烯类三嵌段共聚物热塑性弹性体(SBS)是一种高效的沥青改性剂,在较低用量下即可显著改善沥青高低温工程性能。现有SBS由阴离子溶液聚合制得,产品为块状体,主要用于改性热混沥青,难以用于乳化沥青改性。论文通过新近发展起来的RAFT乳液聚合新技术,可控合成制得聚(苯乙烯-b-异戊二烯-b-聚苯乙烯)(SIS)三嵌段共聚物胶乳,将胶乳直接用以改性乳化沥青,旨在发展节能环保的制备改性沥青的新技术,扩大乳化沥青使用领域,为革新高速公路预防养护技术奠定基础。论文面向高性能改性沥青对多尺度结构的要求,开展多尺度结构可控制备技术的研究,主要研究内容与创新性成果如下:(1)在链结构可控制备方面,以AA20-b-S5-RAFT(AA为丙烯酸,S为苯乙烯)作为乳化剂和RAFT试剂,采用RAFT乳液聚合方法制备不同嵌段结构的SIS三嵌段共聚物胶乳,发现链结构对改性沥青的工程性能有显著影响,在所研究的SIS结构中,三嵌段的理论分子量分别为15,55,9 kg/mol时改性沥青工程性能最佳。(2)在凝聚态可控制备方面,分别构建了异凝聚法和Pickering乳液法两种改性乳化沥青新方法,可控地将亚微米SIS胶乳粒子吸附于微米级的沥青液滴表面,形成以SIS胶粒为壳、沥青为核的复合粒子,分别制得阳离子和阴离子改性乳化沥青。核壳结构的形成不仅解决了混合SIS胶乳与乳化沥青会因“排空效应”而破乳的难题还促进了改性乳化沥青蒸发残余物中聚合物连续相凝聚态的形成,后者可显著提高改性沥青的宏观工程性能。(3)在异凝聚法中,将甜菜碱改性的阴离子SIS胶乳与阳离子乳化沥青相混合,SIS胶粒通过静电相互作用吸附于阳离子乳化沥青液滴的表面,形成阳离子改性乳化沥青。当SIS(三嵌段分子量分别为15,55,9 kg/mol,下同)添加量逐渐增至5wt%时,在改性乳化沥青的蒸发残留物中即可形成连续的聚合物网络结构,大幅度改善了沥青的粘弹性和高低温性能。改性AH-70沥青时,相比基质沥青,改性沥青的60℃下复数模量从5 kPa提升到14 kPa,损耗角正切值从10.7下降到2.4,表明沥青经过改性后的抗车辙性能可得到很好地改善;同时改性沥青工程性能也得到了明显改善:基质沥青的软化点只有48℃,呈现出较差的高温性能,添加5 wt%SIS后,软化点提高到64℃,远高于现有聚合物改性乳化沥青国家标准(53℃),也高于SBS道改(热)沥青国家标准(60℃);另一方面相比于低温脆裂的基质沥青,SIS改性后的沥青低温抗开裂性能显著上升,5℃延度可以提高到36 cm,远高于国家标准(20 cm)。(4)系统研究了以SIS胶粒为稳定粒子制备Pickering乳液的过程的影响因素,发现:在pH=8～12时,可制得稳定的Pickering乳液。辅之以少量乳化剂AM90,以SIS胶粒为稳定粒子,可制得稳定的壳层为SIS乳胶粒的改性阴离子乳化沥青,从而创建了改性沥青的Pickering乳液法。通过Pickering乳液方法制备的改性沥青(AH-70),在SIS添加量为5 wt%时,蒸发残留物中形成了连续聚合物网络,高温软化点提高到67℃,低温延度提高到31 cm;软化点高于异凝聚法改性沥青的64℃,延度则相近。(5)通过热分析和Fox方程探究了 SIS和AH-70及AH-90两种沥青的微观相互作用。结果表明SIS中的聚异戊二烯(PI)相为沥青中的油分所溶胀,沥青的种类会影响溶胀度,在5 wt%SIS改性的AH-70沥青和AH-90沥青中,PI相大约分别溶胀了其自身重量的20wt%和38wt%的油分。这表明相比AH-70沥青,AH-90沥青与SIS聚合物有更好的物理化学相互作用。因而,SIS改性AH-90 效果更佳。对于 AH-70 基质沥青,当 SIS 添加量为 5 wt%时,沥青中 的聚合物相才形成聚合物网络;而对于AH-90基质沥青当SIS添加量为3 wt%时,沥青中的聚合物相就已经形成聚合物网络。所以,在相同SIS用量下,改性AH-90的复数模量更高、损耗角正切值更低、软化点更高、延度更高。