試述幾種改性瀝青的性能比選與應(yīng)用

【摘 要】改性瀝青用于道路工程已有幾十年的歷史了，現(xiàn)有數(shù)百種聚合物可以用來改變?yōu)r青的性質(zhì)，而其中有一些種類在我國工程建設(shè)方面得到了實踐的檢驗，取得了明顯的路用性能，像SBS、SBR、EVA、PE等改性劑在我國應(yīng)用比較普及。本文通過對SBS、SBR、EVA、PE等改性瀝青的試驗數(shù)據(jù)研究及綜合查閱了各類相關(guān)資料，對幾種常見的改性瀝青的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，并提出了結(jié)合不同的工程條件對改性瀝青的選擇應(yīng)用，從而達(dá)到全面提高瀝青路面的使用功能和經(jīng)濟(jì)壽命的目的。

【關(guān)鍵詞】日改性瀝青;性能;比較;選用

一、改性瀝青的性能的對比

為了彌補(bǔ)瀝青本身某種性能的不足或缺陷在基質(zhì)瀝青內(nèi)摻加部分改性劑，從而滿足瀝青混合料的結(jié)構(gòu)功能和使用功能，這種改性后的瀝青稱作改性瀝青。不同的改性劑種類都有其固有的特性，通過理論研究和實際應(yīng)用，改性劑的使用比例也發(fā)生不斷變化。在二十世紀(jì)八十年代初開始廣泛使用過EVA改性劑，而八十年代中后期人們已探索和認(rèn)識到SBS的優(yōu)良性能，世界上大部分國家曾使用過的EVA逐漸被SBS替代，各方面資料匯總統(tǒng)計來看SBS占40%，EVA占20%，SBR占14%，通過對各種不同改性瀝青進(jìn)行了一系列的試驗比較，得出數(shù)據(jù)如下表示：從以上三個表各項指標(biāo)情況進(jìn)行分析判斷結(jié)論如下：

1、從針入度綜合指數(shù)PI來看，SBS的PI指數(shù)增大特別顯著，其次是EVA改性瀝青，PE則排在第三，SBR有所增加但隨著改性劑用量的增大反而降低。

2、對溫度的敏感性，SBS改性劑使其軟化點(diǎn)提高最大，第二則是SBR改性瀝青，而PE與EVA改性瀝青大體相近，從表中不難看出3%的SBS改性劑摻入量基石上達(dá)到了6%的PE或EVA改性劑的同樣效果。而在60℃粘度指標(biāo)中SBS改性瀝青增加最多，其次則是PE、EVA兩種改性瀝青，3%的SBS改性瀝青則可以達(dá)到6%的PE改性瀝青效果。但對于EVA和SBR兩各改性瀝青而言則效果不是太明顯。

3、彈性恢復(fù)能力，PE改性瀝青幾乎沒有什么變化，EVA改性瀝青有一定的恢復(fù)效果，而SBS改性瀝青的彈性恢復(fù)能隨著劑量的增加恢復(fù)增大，從表面中可以看出8%EVA改性劑瀝青彈性恢復(fù)僅相當(dāng)于2～3%的SBS改性瀝青。

4、低溫抗裂性能：從5℃延度試驗指標(biāo)顯示，隨著改性劑摻入量的增加，PE改性瀝青的延度反而降低，EVA改性瀝青則表現(xiàn)剛開始有所增加，但隨著劑量的增加其延度反而降低。但SBS改性瀝青隨著劑量的增大延度也不斷增大，顯示出了SBS改性瀝青低溫時特別好的延度。

從以上四個方面進(jìn)行分析比較，無論是從SBS改性瀝青的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能、彈性恢復(fù)性能，還是從溫度敏感性來看，SBS改性瀝青均表現(xiàn)出很特別的優(yōu)勢，是PE和EVA幾種改性瀝青所無法比擬的。PE改性瀝青僅在高溫穩(wěn)定性方面展現(xiàn)出比較好的效果，但與SBS改性瀝青所還存在著較大差距。EVA改性瀝青雖然在低溫延度性能與PE改性瀝青略強(qiáng)些，但在高溫穩(wěn)定性方面則還不如PE改性瀝青。我們很容量判斷SBS改性瀝青性質(zhì)比較優(yōu)越。

二、改性瀝青的選用

由于以往的基質(zhì)瀝青在修筑路面時往往存在許多缺陷如高溫穩(wěn)定性差容易產(chǎn)生變形或推移，有的則表現(xiàn)低溫抗裂能力低，使用不到兩年路面縱橫交錯的裂縫隨處可見等，為了改善路面某種性能采用改性添加劑來提高路面質(zhì)量是目前世界各國普遍采用的一種方法，隨著我國整體經(jīng)濟(jì)實力的提高，由過去的單一研究，試驗路段轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕范?，特殊功能的需要而采用改性瀝青混合料修筑，然而眾多的改性瀝青究竟選用哪一種好，怎樣進(jìn)行判斷，應(yīng)有科學(xué)的態(tài)度，事實上工程上選擇改性劑品種和劑量是一種技術(shù)性很強(qiáng)的工作，不能簡單的講，使用某一種改性瀝青就一定好或一定不好。因此，應(yīng)遵循下列原則：

1、根據(jù)不同的荷載條件

不同的道路所承受的汽車何載不盡相同，對以載重為主要運(yùn)輸對象的高速公路、一級公路運(yùn)煤、運(yùn)礦料主干線、汽車二級專用路，主要港口貿(mào)易聚散地陸地通道，機(jī)場跑道等主要載重性為目的，其抗車轍、抗路面推移和擁包等永久變形就顯得特別重要，那么，在眾多改性瀝青品種中可以重點(diǎn)挑選SBS﹑PE﹑EVA等改性劑作為改性瀝青。而一些汽車旅游專用線路等專供輕型車輛通行的道路，產(chǎn)生車轍擁包的可能性則相對較小，而主要考慮行車的舒適性和氣候條件，其抗裂性能要求則是重點(diǎn)，因此在選用改性瀝青時則宜采用SBS﹑SBR等改性劑。

2﹑根據(jù)不同的地域和氣候條件進(jìn)行選擇

我國地域十分遼闊，不同的地區(qū)氣候條件也很大的不同，冬季海南平均氣溫15°C以上，而我國黑龍江最冷的季度平均零下20°C以下。而新疆的吐魯番地區(qū)，夏季與冬季極端氣溫溫差在65°C以上，江南地區(qū)降雨在1000mm以上，而我國西北部則干旱少雨，由于這些自然條件所形成的特殊氣候現(xiàn)象，因此我國“八五”國家科技攻關(guān)專題《道路瀝青及瀝青混合料路用性能研究》根據(jù)氣溫、雨量等指標(biāo)提出了我國瀝青路面使用的性能的氣候分區(qū)，而且對不同的氣候區(qū)域提出了瀝青使用的技術(shù)要求。對改性瀝青而言也是一樣的原理。因為不同的改性劑在改性效果方面也是不同的，有很大的區(qū)別，因此改性劑所起的改性作用必須符合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，這樣才能達(dá)到預(yù)期的效果。對我國許多內(nèi)陸地區(qū)而言，華北，中南、西北地區(qū)夏季炎熱，冬季寒冷，高低溫要求都比較高，那么選擇SBS改性瀝青就能兼顧兩方面的因素了，SBS改性劑應(yīng)該是首選材料，而對低溫寒冷的東北地區(qū)而言低溫抗裂性能則要求比較高，那么選擇SBS改性瀝青或SBR改性瀝青則是比較合適的。但就南方夏季炎熱地區(qū)，海南、福建、廣東、廣西而言，高溫穩(wěn)定性要求就比較高，那么SBS、PE、EVA三種改性瀝青均可作為選擇的對象。

3、根據(jù)現(xiàn)有的加工能力進(jìn)行選擇

不同的改性劑加工成改性瀝青其工藝也不一樣，有的簡單有的比較復(fù)雜，SBR膠乳可以采用直接加入法，而對于SBS、PE、EVA改性劑則必須采用高速剪切，膠體磨、混煉等特殊加工方式，才能達(dá)到分散均勻的目的。使用者根據(jù)實際情況選擇適宜的加工方式，見下圖。

①母體法：采用一種適宜的加工工藝和方法制備高改性劑含量的改性瀝青母體后，再通過對母體摻配成規(guī)定的改性劑含量的改性瀝青，也稱二次摻配法，系SBS丁苯橡膠改性瀝青母體就可采用溶劑法制造。

②膠乳法：利用橡膠類改性膠乳，根據(jù)膠乳中改性劑固體物的含量，按需求的比例進(jìn)行摻配，這種摻配可以在瀝青混合料拌合前或拌合過程中進(jìn)行。

③攪拌法：采用簡單攪拌機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，這種方法具有簡單、成本低、易操作等特點(diǎn)，但制備改性瀝青需要較長一段時間才能完成。如果操作不當(dāng)容易造成改性劑攪拌不均勻，或者造成瀝青和改性劑過熱而老化現(xiàn)象出現(xiàn)。對于橡膠類改性劑，則可先利用開煉機(jī)對其進(jìn)行塑煉，降低其分子量和粘流溫度，使之與瀝青分子量不可能接近，然后再將拉成片的橡膠類改性劑在切粒機(jī)上切粒，最后將切粒后的橡膠類改性劑放入攪拌機(jī)中，與瀝青進(jìn)行混合攪拌，使橡膠與瀝青能夠較好的混溶在一起。

④混溶法：采用復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備對高分子聚合物與瀝青進(jìn)行高速剪切研磨，熱融混合的方法。生產(chǎn)設(shè)備主要包括膠體磨高速剪切設(shè)備，高速研磨機(jī)或混煉機(jī)等。這種方法的主要原理是利用機(jī)械的強(qiáng)力剪切作用使聚合改性劑均勻分散在基質(zhì)瀝青當(dāng)中。而改性劑與瀝青混融遍數(shù)，剪切設(shè)備的轉(zhuǎn)速時間等參數(shù)，則應(yīng)根據(jù)設(shè)備生產(chǎn)性能和對改性瀝青加工質(zhì)量的要求由試驗來進(jìn)行確定。目前，這種類型的設(shè)備國內(nèi)均有廠家生產(chǎn)與銷售。

4、與瀝青相溶性的選擇

從大量的試驗資料研究表明，改性劑與瀝青并沒有發(fā)生明顯的化學(xué)反應(yīng)，而是均勻地分散，吸附在瀝青中，僅僅是物理上的作用共存共融。就所謂的相容性是指改性劑以微細(xì)的顆粒均勻穩(wěn)定地分布瀝青介質(zhì)中，而不發(fā)生分層，凝聚或者相互分離的現(xiàn)象。因此，對于它而言取決于改性劑與瀝青這兩種不相同的界面上的互相作用，溶解度參數(shù)或者分子結(jié)構(gòu)越接近的相容性就反應(yīng)出越好。相容性好的改性瀝青，改性劑分散均勻或者成為均勻連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，反之就凝聚成為絮狀、塊狀，當(dāng)改性瀝青冷卻時，改性劑便析出、分層。改性劑與瀝青的相容性與瀝青成分密切相關(guān)。經(jīng)驗表明，對聚烯烴類的改性劑PE、EVA與飽和分含量較高的瀝青相容性較好，而對于橡膠類改性SBS、SBR則與其芳香分含量的瀝青相容性較好。

5、從經(jīng)濟(jì)成本費(fèi)用上的選擇

由于改性瀝青是在基質(zhì)瀝青基礎(chǔ)上摻加一定量的外摻改性劑經(jīng)一定方法處理混合而成的，因此改性瀝青的成本則比原基質(zhì)瀝青成本高，所增加的費(fèi)用主要來自三個方面。

1）改性劑本身材料費(fèi)和改性瀝青制造費(fèi)用。

2）拌制改性瀝青混合料由于溫度變化要比普通瀝青混合料提高，要多花費(fèi)一定的燃燒費(fèi)。

3）由于改性瀝青混合料拌合時間相對延長，從而降低了拌合站的工作效率，提高了混合料出廠成本。

計算方法是按標(biāo)準(zhǔn)高速公路雙向四車道寬23m表層4厚抗滑層，密度按2.5g/cm2計，油石比按5.2%考慮，（加入其他費(fèi)用按6%計），每公里需要瀝青混合料2300t，共需瀝青120t。

從試驗數(shù)據(jù)可以看出使用SBR膠乳由于省出了其他改性瀝青加工費(fèi)用，因此，每公里種造價相對最低，而EVA改性瀝青雖然也省出加工費(fèi)，但由于原材料16000元/t，所以總成本費(fèi)用為每公里最高。SBS改性瀝青則價格適中。

由于在目前情況下，改性瀝青路面比普通路面造價要高20%~30%左右，在高等級公路快速發(fā)展的今天，其表面層采用改性瀝青混合料有利于提高路面使用性能和路面使用年限，事實上，與普通混合料相比，雖然多投入了一部分資金，但長久的收益效果（使用年限）來看，還是相對經(jīng)濟(jì)的。