特種改性瀝青的開發(fā)及應(yīng)用技術(shù)

許昌市公路管理局 鄭玉棟 李衛(wèi)東

特種改性瀝青的開發(fā)及應(yīng)用技術(shù)

許昌市公路管理局 鄭玉棟 李衛(wèi)東

一、高黏度改性瀝青

1.排水性瀝青路面。開級(jí)配多孔隙排水性瀝青磨耗層（OGFC）是排水性瀝青路面的重要組成部分，它是一種孔隙連通的開級(jí)配瀝青混合料，為路面范圍內(nèi)的降水提供了一條快速排出的通道，排水過(guò)程中不產(chǎn)生濺水和水霧，可以大幅度降低路面噪聲，但其在強(qiáng)度和疲勞耐久性方面不如密級(jí)配的混合料，它對(duì)混合料抗水損害能力有更高的要求。實(shí)驗(yàn)研究表明，在相同級(jí)配和瀝青用量的前提下，瀝青的性質(zhì)對(duì)排水性瀝青混合料的路用性能有較大影響。開發(fā)和選用適合排水性瀝青混合料的瀝青尤為重要。開級(jí)配多空隙排水型瀝青路面用瀝青的主要特征見表1。

表 1 開級(jí)配多空隙排水型瀝青路面用瀝青的主要特征

2.用于OGFC的高黏度改性瀝青。瀝青的黏滯性（黏性）是瀝青技術(shù)性質(zhì)中與瀝青混合料路用性能結(jié)合的最緊密的一項(xiàng)。OGFC是典型的開級(jí)配混合料，對(duì)于OGFC該類開級(jí)配的排水性瀝青路面應(yīng)采用高黏度的改性瀝青，以改善混合料的力學(xué)性能。此外，改性瀝青還應(yīng)具有良好的抗老化性能和抗水損害能力。大量的試驗(yàn)研究表明，瀝青60℃黏度是影響排水性瀝青混合料路用性能的關(guān)鍵指標(biāo)，應(yīng)選用高黏度改性瀝青作為排水性瀝青混合料的黏結(jié)料。高黏度改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)見表2。

表 2 高黏度改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)

3.高黏度改性瀝青研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。首先，研制高性能的改性瀝青，須加入較大量（8%～12%）的改性劑，以保證這些改性劑能與瀝青形成穩(wěn)定的體系，能長(zhǎng)時(shí)間發(fā)揮作用而不至于離析使改性瀝青品質(zhì)降低。其次，選擇合適的化合物作為輔助提高性能的穩(wěn)定劑，研究其反應(yīng)機(jī)理，在保證改性瀝青高性能的前提下，降低其成本。再次，合理控制高性能改性瀝青的反應(yīng)共混工藝過(guò)程。最后，對(duì)現(xiàn)有改性瀝青生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，使其適應(yīng)高性能改性瀝青的生產(chǎn)。

4.高黏度改性瀝青在工程中的應(yīng)用。2005年10月，廣東省鋪筑了第一條OGFC試驗(yàn)路，試驗(yàn)路采用河南萬(wàn)里路橋道路材料有限公司開發(fā)的高黏度改性瀝青。試驗(yàn)路瀝青混合料檢驗(yàn)指標(biāo)見表3。

對(duì)試驗(yàn)路OGFC混合料的性能檢驗(yàn)表明，采用高黏度改性瀝青的OGFC混合料充分滿足國(guó)家規(guī)范的各項(xiàng)技術(shù)要求，尤其是抗車轍性能有了很大的改善，動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到6 300次/mm，具備良好的高溫穩(wěn)定性。

二、高彈性改性瀝青

1.高彈性改性瀝青性能。高彈性聚合物改性瀝青是由河南萬(wàn)里路橋道路材料有限公司聯(lián)合長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院共同研發(fā)并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的特種路用瀝青材料。高彈性改性瀝青具有優(yōu)異的彈性恢復(fù)性能以及較高的高溫黏度和低溫延度，因此，其混合料具備優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、變形恢復(fù)性能、低溫抗疲勞耐久性能和抗裂性能。

2.高彈性改性瀝青應(yīng)力吸收隔離層。該層采用彈性恢復(fù)性能優(yōu)異的聚合物改性瀝青，瀝青含量高，細(xì)集料含量高，礦粉用量大；不滲水且柔韌性好，具備優(yōu)異的變形恢復(fù)能力和優(yōu)良的自愈能力。在混合料級(jí)配基本一定的條件下，提高瀝青性能是改善提高瀝青混合料性能的基本途徑。美國(guó)SH旺計(jì)劃研究成果表明，瀝青對(duì)于高溫車轍貢獻(xiàn)率為29%，對(duì)疲勞貢獻(xiàn)率為52%，對(duì)溫度裂縫貢獻(xiàn)率為87%。實(shí)踐也表明，采用特種高彈性聚合物改性瀝青的應(yīng)力吸收層可有效地防止及減少舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層的反射裂縫。

對(duì)于應(yīng)力吸收層的瀝青混合料，瀝青的性能決定了應(yīng)力吸收層性能，瀝青技術(shù)性能是應(yīng)力吸收層技術(shù)的核心關(guān)鍵所在。新型防反射裂縫和黏結(jié)防水的應(yīng)力吸收層技術(shù)的核心就是高彈性改性瀝青膠結(jié)料的開發(fā)研制。金歐特高彈性改性瀝青是由河南萬(wàn)里路橋道路材料有限公司聯(lián)合長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院共同承擔(dān)的科技攻關(guān)項(xiàng)目“高彈性改性瀝青研究所研發(fā)的高彈性改性瀝青”。其技術(shù)指標(biāo)見表4。

表 4 金歐特高彈性改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

金歐特高彈性改性瀝青技術(shù)先進(jìn)性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（RTFOT）老化前彈性恢復(fù)（5min內(nèi)，25℃）達(dá)到95%以上，二是旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（RTFOT）老化后彈性恢復(fù)（5min內(nèi)，25℃）達(dá)75%以上。

3.高彈性改性瀝青在工程中的應(yīng)用。廣東虎門大橋于1997年建成通車，到2006年現(xiàn)有路基段路面出現(xiàn)了較嚴(yán)重的病害，需對(duì)該路段進(jìn)行改造。路面裂縫主要表現(xiàn)為中、下面層碾壓水泥混凝土橫、縱向縮縫及施工縫的反射裂縫，其中橫向反射裂縫是主要部分。

廣東虎門大橋引道路基段采用薄層加鋪方案是首先保留原有碾壓混凝土結(jié)構(gòu)層，銑刨掉原有的5cm瀝青混凝土面層，并對(duì)原有碾壓混凝土結(jié)構(gòu)層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處治，然后在碾壓混凝土結(jié)構(gòu)層上鋪筑2.5cm厚的高彈性改性瀝青應(yīng)力吸收隔離層，以防止反射裂縫的發(fā)生，最后加鋪4.5cm厚的AC-l3C瀝青磨耗層。應(yīng)力吸收隔離層膠結(jié)料采用路翔高彈性改性瀝青。經(jīng)過(guò)一年的時(shí)間，在特重交通的考驗(yàn)下，虎門大橋引道路基段改造薄層加鋪末見反射裂縫，高彈性改性瀝青應(yīng)力吸收層取得了非常好的效果。

三、高模量改性瀝青

1.高模量改性瀝青。高模量改性瀝青為工廠預(yù)制、在保證改性瀝青原有優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上，采取特殊工藝技術(shù)措施制成的高模量瀝青。它可以提高路面的抗車轍能力，有效預(yù)防高速公路的早期破壞。

在瀝青混合料級(jí)配確定的情況下，提高瀝青結(jié)合料的性能是提高瀝青混合料模量的有效途徑。美國(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃（SHRP）在瀝青結(jié)合料路用性能規(guī)范中提出了一個(gè)評(píng)價(jià)瀝青結(jié)合料高溫穩(wěn)定性的指標(biāo)——車轍因子。SHRP利用動(dòng)態(tài)剪切流變儀（DSR）對(duì)原樣及旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱（RTFOT）后殘留瀝青試樣分別進(jìn)行兩次動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)，定義和設(shè)置了車轍因子G*/sinδ，它代表總膠結(jié)料勁度的高溫黏性成分，也可稱之為高溫勁度，G*是動(dòng)態(tài)剪切復(fù)數(shù)勁度模量。即瀝青性質(zhì)的黏性成分G*/sinδ越大，即高溫時(shí)的流動(dòng)變形越小，抗車轍的能力就越強(qiáng)。G*越大表示瀝青的勁度越大，抵抗流動(dòng)變形的能力越強(qiáng)。從抗車轍的角度考慮，較高的G*和較低的δ是較理想的。

2.瀝青模量對(duì)車轍的影響。在一定溫度和加載速率下，瀝青的黏度越大，混合料的黏滯阻力也越大，抗剪切變形能力越強(qiáng)，瀝青混合料的抗車轍性能就越好。瀝青黏度隨溫度變化而變化，瀝青的溫度敏感性越低，形成的瀝青混合料就具有越好的高溫穩(wěn)定性能。國(guó)內(nèi)外的研究表明，瀝青混合料的模量與瀝青路面抵抗車轍的能力成正比。美國(guó)NCAT試驗(yàn)路的結(jié)果指出，較高模量的改性瀝青（PG-76）混合料的車轍較普通瀝青（PG-67）在相同條件下低66%，較高模量的瀝青混合料車轍較低模量的瀝青混合料車轍深度明顯降低。重交通條件下提高瀝青PG等級(jí)是非常重要的，尤其在高溫條件下，瀝青混合料的模量對(duì)車轍的影響比中溫時(shí)更大。由此可見，提高瀝青混合料的模量已成為解決車轍難題的有效手段之一。

3.高模量改性瀝青技術(shù)性能指標(biāo)。高模量改性瀝青與普通SBS改性瀝青相比，車轍因子提高，表明高模量改性瀝青的車轍抵抗能力增強(qiáng)；動(dòng)態(tài)模量提高，表明該瀝青彈性變形能力較好。損失模量提高，表明產(chǎn)生相同變形時(shí)，需要外力功更大；輪載壓力更大或相同輪載時(shí)需要的荷載持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)，表明高模量改性瀝青具有較高的模量和較好的抗車轍能力。金歐特高模量改性瀝青技術(shù)性能指標(biāo)見表5。

表 5 金歐特高模量改性瀝青技術(shù)指標(biāo)

4.高模量改性瀝青混合料試驗(yàn)驗(yàn)證。

（1）抗車轍能力。車轍試驗(yàn)結(jié)果比較見表6。

表 6 高模量瀝青混合料與普通改性瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果比較

試驗(yàn)結(jié)果表明，高模量改性瀝青混合料相對(duì)普通改性瀝青混合料，其抗車轍能力都有大幅度的提高。

（2）高混合料的模量。室內(nèi)成型的高模量改性瀝青試件和實(shí)際高模量改性瀝青混合料路面取回的芯樣的劈裂加彈模量的測(cè)定結(jié)果顯示，在常溫下，高模量瀝青混合料的模量值比普通瀝青混合料的模量有顯著提高，平均模量提高1.5倍或更高，尤其在高溫試驗(yàn)條件下，此比值有更大幅度的提高。