基于公路工程的改性瀝青材料應(yīng)用創(chuàng)新與發(fā)展

鐘　卉　賴正林

(1.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司　貴陽　50081；　2.貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院　貴陽　550001)

基于公路工程的改性瀝青材料應(yīng)用創(chuàng)新與發(fā)展

鐘卉1賴正林2

(1.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司貴陽50081；2.貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院貴陽550001)

摘要從改性瀝青材料的種類及特點(diǎn)入手，分析了我國改性瀝青研究中存在的問題，提出了改性瀝青的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞改性瀝青公路工程創(chuàng)新發(fā)展

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度的不斷加快，道路交通事業(yè)發(fā)展迅速，車輛的數(shù)量也在逐年增加。由于普通瀝青材料自身路用性能較差，高溫易流動(dòng)、低溫易脆裂，這給公路的正常使用造成了一定程度的影響。盡管大多數(shù)公路都使用了性能良好的瀝青材料，但也同樣出現(xiàn)了裂縫，以及車轍等其他一些病害。提高道路瀝青的路用性能已經(jīng)成為現(xiàn)今道路建設(shè)工作中的一個(gè)緊迫課題。

在20世紀(jì)60～70年代，歐美和日本等發(fā)達(dá)國家就開始研發(fā)改性瀝青，其應(yīng)用顯著地提高了路面性能。我國從上世紀(jì)80年代末組織有關(guān)大院校及相關(guān)交通科研單位對高等級公路及高速公路使用的改性瀝青進(jìn)行了廣泛試驗(yàn)研究，近幾年來，已取得了豐碩的成果。隨著改性瀝青的優(yōu)異性能被業(yè)界所認(rèn)可，其應(yīng)用必將在公路工程中得到逐步推廣。

1改性瀝青的主要種類

通常說的改性瀝青是指在瀝青中添加各種改性劑或者進(jìn)行氧化的辦法而制成的瀝青材料，由此提高瀝青或?yàn)r青混合料路用性能。

目前，國內(nèi)外廣泛采用的改性瀝青主要有以下4大類。

(1)SBR類。添加合成膠、天然膠的改性瀝青。如天然橡膠、氯丁橡膠、丁苯橡膠、乙丙橡膠、異戊二烯、乙丙橡膠等，還有硅橡膠、氟橡膠(I限)，以及廢舊的汽車輪胎等。

(2)SBS類[1]。各種類型的嵌段共聚物。

(3) 熱塑性樹脂類。包括熱塑性類樹脂。

(4) 物理法改性瀝青。摻加各種纖維、格柵、土工布等改性瀝青。

2改性瀝青材料的特點(diǎn)

2.1抗水損害能力以及粘結(jié)力

在公路工程的實(shí)際應(yīng)用方面，使用改性瀝青材料能夠使公路路面的空隙率提升，進(jìn)而讓路面的積水可以及時(shí)地排出，防止車輛在路面行駛過程中出現(xiàn)積水亂濺，以及車輛打飄的情況。另外將改性瀝青材料應(yīng)用到公路工程中，能夠在很大程度上避免車輛荷載給公路路面帶來的損傷，延長公路路面的使用年限。

2.2環(huán)保節(jié)能

目前由于有些地區(qū)的公路路面的復(fù)雜性，在一些瀝青混合料中，加入一些天然的瀝青，同時(shí)進(jìn)行抗鹽蝕試驗(yàn)，確?；旌狭喜粫艿禁}水的影響。另外就是利用廢棄的瀝青制成綠色環(huán)保的材料在整個(gè)用料中占到10%左右。而且隨著養(yǎng)護(hù)任務(wù)的不斷加大，比例還會加劇。譬如使用廢舊的輪胎等廢塑料作為改性劑，這樣不但可以充分地利用廢棄原料，同時(shí)提升了路面的質(zhì)量。

2.3其他方面

充分地利用改性瀝青材料可以使公路路面老化的速度減緩，尤其是太陽光紫外線導(dǎo)致的路面老化，同時(shí)還可以減低車輛的噪聲分貝，減少噪聲污染。另外改性瀝青材料擁有極佳的高溫穩(wěn)定性，以及低溫控制能力。由于受到車輛的碾壓，以及自然因素的影響，大多數(shù)公路路面可能會發(fā)生路面裂縫，以及開裂等一些情況，但是使用改性瀝青就可以有效地?cái)U(kuò)大出現(xiàn)損傷溫度的范圍，讓軟化點(diǎn)的溫度提升。

3改性瀝青施工的要點(diǎn)

3.1施工前的準(zhǔn)備

在施工開始前，首先必須做好材料的準(zhǔn)備工作，以及材料的質(zhì)量檢測，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格做好原材料進(jìn)場前的驗(yàn)收工作，杜絕不達(dá)標(biāo)的材料進(jìn)入生產(chǎn)及施工現(xiàn)場，保證原材料的整體質(zhì)量。其次是施工設(shè)備，在改性瀝青施工過程中，因?yàn)橐玫綌?shù)量非常多的設(shè)備，譬如瀝青混合料拌和設(shè)備，以及碾壓設(shè)備等一些重要的機(jī)器設(shè)備。在施工之前，應(yīng)該充分地做好不同機(jī)器設(shè)備的安裝、調(diào)試工作，防止在實(shí)際施工過程中出現(xiàn)設(shè)備故障問題，從而影響公路工程的整體質(zhì)量和施工工期。

3.2運(yùn)輸

運(yùn)輸在改性瀝青施工過程中處于非常重要的地位，這個(gè)環(huán)節(jié)在很大程度上會影響改性瀝青的質(zhì)量，所以應(yīng)該嚴(yán)格把關(guān)。運(yùn)輸車輛必須最大限度地選擇帶有自卸性能的，數(shù)量必須根據(jù)現(xiàn)場攤鋪設(shè)備的數(shù)量，以及其他方面的因素進(jìn)行確認(rèn)，從而保證原料車或攪拌車輛均保持穩(wěn)定的秩序行駛。運(yùn)料車在進(jìn)行裝料過程中，必須使用前后移動(dòng)的方法來減少粗細(xì)料出現(xiàn)離析的情形，運(yùn)輸車上必須安排專門的防雨設(shè)備，避免在下雨時(shí)雨水對混合料的性能造成的不利影響和損失。

3.3攤鋪施工

一般情況下，改性瀝青混合料的攤鋪都是使用攤鋪機(jī)完成的。攤鋪機(jī)的型號可以按照公路工程的實(shí)際情況酌情考慮。攤鋪開始前，在施工現(xiàn)場的卸料車最好不少于6輛，其目的在于避免在攤鋪過程中，由于混合料供應(yīng)不足導(dǎo)致攤鋪出現(xiàn)間斷的情形。在攤鋪過程中，必須在熨平板前的瀝青混合料攪拌均勻后，才能夠逐漸緩慢運(yùn)行。同時(shí)必須及時(shí)地關(guān)閉夯錘，只有等到墊木取出后，再開啟夯錘。

3.4壓實(shí)施工

改性瀝青的壓實(shí)在施工流程中處于絕對關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，這也是保證施工質(zhì)量的重要因素。所以必須對其進(jìn)行嚴(yán)格的控制。壓實(shí)過程一般都是由壓路機(jī)操作完成的，壓路機(jī)的具體數(shù)量，類型等必須按照實(shí)際工程中路面的厚度、寬度等相關(guān)因素確認(rèn)。另外還需要特別注意的是，初壓和復(fù)壓應(yīng)該使用類似型號的壓路機(jī)，最好不要使用首尾相接排列方式進(jìn)行壓實(shí)。

3.5接縫施工

作為施工中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，接縫施工盡量使用一臺攤鋪機(jī)進(jìn)行作業(yè)，在攤鋪完成之后，進(jìn)行人工整平，最后進(jìn)行碾壓固實(shí)。

4我國改性瀝青研究中存在的問題

(1) 我國改性瀝青的使用經(jīng)過多年的發(fā)展雖然已經(jīng)取得了不少的成果，但對于改性瀝青的創(chuàng)新性研究還比較少，新的產(chǎn)品研究也僅限于一些科研院所進(jìn)行，新產(chǎn)品在實(shí)際工程中的應(yīng)用遠(yuǎn)沒有達(dá)到規(guī)模應(yīng)用的水平，而且生產(chǎn)設(shè)備及配套工作比較滯后。

(2) 相容性、穩(wěn)定性的問題。改性瀝青的生產(chǎn)及儲存受設(shè)備及加工工藝的制約，長時(shí)間儲存容易導(dǎo)致改性瀝青性能下降。改性材料如纖維等均為親水性材料，它們與憎水性的瀝青聚合物難以很好的結(jié)合。

(3) 缺乏完善的改性瀝青產(chǎn)品及性能評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

5改性瀝青技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展方向

5.1改性瀝青技術(shù)創(chuàng)新

(1) 復(fù)合改性瀝青。有針對性地添加多種改性劑，對瀝青進(jìn)行復(fù)合改性，能彌補(bǔ)單一改性劑瀝青存在的一些不足，例如利用丁苯膠和乙烯-醋酸乙烯共聚物進(jìn)行復(fù)合改性，其較低溫度下的延度有所提高，并且軟化點(diǎn)的提升與摻加劑的摻量成正比。目前，SBR/PE，SBS/SBR的復(fù)合改性應(yīng)用也較多。

(2)MAC改性瀝青材料。在整體的性能方面，MAC的改性瀝青材料比常規(guī)的改性瀝青材料效果更佳。MAC改性瀝青材料的穩(wěn)定性非常強(qiáng)，通常在儲存半年左右也基本上很難發(fā)生離析情況，而且不需要加入一些其他的穩(wěn)定劑。因?yàn)镸AC改性瀝青材料中沒有帶一些有毒物質(zhì)，相比較而言，非常安全、健康、環(huán)保。MAC改性瀝青材料還具有非常高的粘度，即便處于高溫狀態(tài)下，車輛在行駛過程中也很少出現(xiàn)車轍。另外由于MAC改性瀝青材料的瀝青膜非常厚實(shí)，所以基本上不會發(fā)生滲漏的情形，在抗積水、汽油等方面的能力也比較良好。MAC改性瀝青材料還擁有較好的彈性，在公路路面的表層可以廣泛的使用。一般來說，在使用MAC改性瀝青材料上，通常需要特別注意的是，這種材料的使用溫度比普通的改性瀝青材料普遍要高，根據(jù)大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，保持在120°左右最為合適。譬如MAC改性瀝青材料在某地區(qū)用作舊路罩面工程，經(jīng)2～3年的通車運(yùn)行,路面依然保持著密實(shí)和平整,無車轍、泛油、松散和網(wǎng)裂等現(xiàn)象,其抗滑和抗車轍指標(biāo)均較好。不僅克服了傳統(tǒng)普通瀝青罩面不能有效根治反射裂縫而造成的浪費(fèi)和道路服務(wù)水平的降低,而且取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

(3) 廢舊材料改性瀝青。通常情況下，廢膠粉改性瀝青材料具有穩(wěn)定性較強(qiáng)，抗低溫性能較好，硬化速度較為緩慢，負(fù)荷承載能力較強(qiáng)等方面的優(yōu)勢。在公路工程中使用廢膠粉改性瀝青材料，可以提升公路的抗壓能力，進(jìn)而延長公路的使用年限。隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，我國也在不斷倡導(dǎo)對可再生資源的利用，廢料的循環(huán)再利用也逐漸被大家所重視。而廢膠粉改性瀝青在公路工程中的應(yīng)用也給廢膠粉改性瀝青的實(shí)踐使用搭建了一個(gè)良好的平臺。廢膠粉改性瀝青材料的普遍應(yīng)用，不但可以強(qiáng)化公路自身的抗耐性，還可以在一定程度上在環(huán)境污染問題的解決方面做出貢獻(xiàn)[2]。

(4) 納米改性瀝青。納米材料具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)等優(yōu)良性能，通過在基質(zhì)瀝青中摻加納米材料，或者將納米材料與SBS復(fù)合形成新型改性劑，并使用電子顯微鏡、紅外光譜等現(xiàn)代技術(shù)對納米材料改性瀝青進(jìn)行深入研究。Eidt等[3-4]對聚合物-層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它可以對瀝青及瀝青混合料起到增強(qiáng)、增韌的作用，同時(shí)可以提高瀝青材料的高溫性能、阻隔性能及尺寸穩(wěn)定性。

5.2發(fā)展方向

(1) 發(fā)展新型的改性劑。如今現(xiàn)有單品種的改性劑研發(fā)已經(jīng)不能滿足未來公路發(fā)展的要求，而相對價(jià)格較低的復(fù)合改性瀝青及新型改性劑改性瀝青將大量運(yùn)用。目前我國已經(jīng)研發(fā)出多種新型的改性劑，如納米材料改性劑、有機(jī)硅改性劑等。大力發(fā)展納米技術(shù)下的改性瀝青研究，并通過電子顯微鏡、原子力顯微鏡等現(xiàn)代技術(shù)深入研究其改性機(jī)理，將對公路行業(yè)的建設(shè)起到極大的推動(dòng)作用。

同時(shí)，采用物理方法改性瀝青，如廢舊橡膠粉、廢塑料等具有明顯的環(huán)保價(jià)值及經(jīng)濟(jì)效益材料的使用對環(huán)保建設(shè)也有著極大的推動(dòng)作用。

(2) 使用助劑并改進(jìn)生產(chǎn)工藝。在改性瀝青生產(chǎn)過程中使用多種助劑，能夠提高瀝青的高溫溫度性、低溫抗裂性和易儲存性，并能有效改善瀝青性能。因此研發(fā)新型設(shè)備，科學(xué)組織生產(chǎn)，改進(jìn)生產(chǎn)工藝也是今后的發(fā)展方向之一。

(3) 完善改性瀝青的實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系。參考國外先進(jìn)改性瀝青標(biāo)準(zhǔn)及方法，結(jié)合國內(nèi)實(shí)際情況，有針對性地開發(fā)一套改性瀝青的試驗(yàn)方法及改性指標(biāo)，形成適應(yīng)于我國實(shí)際情況的改性瀝青標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。

(4) 研究新型路面結(jié)構(gòu)。如今，在瀝青瑪蹄脂碎石SMA中摻加改性瀝青技術(shù)已經(jīng)得到了極大的推廣和應(yīng)用。從路面結(jié)構(gòu)方面入手，研究適應(yīng)于改性瀝青的新型瀝青路面結(jié)構(gòu)，將成為今后發(fā)展的一個(gè)重要課題。

6結(jié)語

現(xiàn)階段，我國在改性瀝青用于公路工程的研究與應(yīng)用方面，已經(jīng)取得大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)和豐碩成果，但總的來說仍處于初步階段。隨著我國公路及城市道路的發(fā)展，原有道路瀝青已不能滿足高質(zhì)量與多功能的需求，而改性瀝青的生產(chǎn)和應(yīng)用仍有許多問題需要研究解決。這就要求合理開發(fā)和研制各種經(jīng)濟(jì)適用的新型改性瀝青，建立健全成套的科學(xué)合理的改性瀝青產(chǎn)品評價(jià)體系，這也是今后公路建設(shè)和發(fā)展的一個(gè)重大方向。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2014-09-10

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.047