路面改性瀝青的發(fā)展綜述

周元江

（重慶交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400074）

路面改性瀝青的發(fā)展綜述

周元江

（重慶交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400074）

由于我國公路建設(shè)的加快，瀝青的需求也越來越多，其改性研究也尤為重要了。本文簡述了路面改性瀝青技術(shù)的發(fā)展歷程、改性瀝青的類型及其特點，總結(jié)了國內(nèi)外改性瀝青的研究現(xiàn)狀以及改性瀝青的發(fā)展前景。

改性瀝青；改性劑；路用性能

1 引言

瀝青是由不同分子量的碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的黑褐色液態(tài)復(fù)雜的有機膠凝材料。鋪路筑面就是瀝青的一項非常重要的用途。因為瀝青具有良好的粘結(jié)性、防水性和化學(xué)穩(wěn)定性，而且其資源豐富，價格低廉，所以在高等級公路建設(shè)上得到廣泛應(yīng)用。但是在實踐中人們發(fā)現(xiàn)普通基質(zhì)瀝青存在高溫性能差，軟化點低、夏天易流延蠕變；低溫性不佳，針入度高、冬天易脆裂等缺點，這些缺點嚴重影響其路用性能。近些年來，隨著國家的蓬勃發(fā)展，車流量越來越多，城市道路和高速道路的建設(shè)也越來越多，瀝青的需求量也隨著增多，但是普通瀝青又難以滿足高等級公路的使用要求。因此，如何提高瀝青路用性能成為路用材料研究工作者和瀝青生產(chǎn)廠家普遍關(guān)注的課題，即改性瀝青。所謂的改性瀝青，是指在瀝青材料中添加磨細的膠粉、橡膠以及高分子聚合物等改性劑或者對瀝青材料進行輕度的氧化加工，從而改善原瀝青材料的性能。

2 改性瀝青材料的分類

改性瀝青按改性方法主要可以分為如下兩種：

其一，在瀝青中添加樹脂、磨細的膠粉、橡膠、以及高分子聚合物等改性材料，即通過改性材料來改變?yōu)r青性能。根據(jù)改性材料的構(gòu)成成分和物理化學(xué)性能，改性材料主要分為三種：礦物質(zhì)填料、添加劑、高分子聚合物[1]。礦物質(zhì)填料主要有硅藻土、石灰、水泥、炭白黑、硫磺、陶土、蒙脫土、膨潤土、軟木灰等，其改性效果是提高瀝青的高溫穩(wěn)定性，改善瀝青路面的高、低溫性能，耐老化性能、抗水損害和抗疲勞開裂性能等。添加劑主要包括抗氧化劑和抗剝落劑，如有機酸胺型或酚型抗氧化劑或陰、陽離子型或非離子型表面活性劑，可提高瀝青粘附性、耐老化或抗氧化能力，延長瀝青路面的使用壽命[2]。用于路面鋪設(shè)的高分子聚合物瀝青改性材料主要有三種:

（1）橡膠改性材料，例如EPDM、NR、CR、SBR、BR等；

（2）熱塑性的彈性體，例如SIS、SBS等；

（3）樹脂類改性瀝青材料，例如PVC、PE、EVA等。

其二，通過對瀝青材料進行氧化加工，提高其整體的性能。

3 改性瀝青國內(nèi)外發(fā)展歷程

3.1 國外改性瀝青的發(fā)展

據(jù)了解，自19世紀末期法國開始將天然橡膠摻和到瀝青中以來，對改性瀝青的研究應(yīng)用已有百年歷史[3]。從近 50年以來的國外研究來看，國外改性瀝青的發(fā)展主要可以分為如下幾個階段：（1）20世紀50年代，瀝青改性材料主要是天然橡膠粉或膠乳，通過直接摻入瀝青混合料中拌和或預(yù)混為天然橡膠瀝青使用；（2）到20世紀60年代，丁苯合成橡膠（SBR)改性瀝青試驗成功；（3）20世紀70-80年代，除了合成橡膠繼續(xù)應(yīng)用外，另一種改性材料得到了廣泛的應(yīng)用，即熱塑性樹脂改性材料。研究還發(fā)現(xiàn)硅藻土加入瀝青路面混合料中，可以改善瀝青路面混合料的強度、粘性、熱壓縮致密性等，并用于實際工程，同時，歐美等發(fā)達國家成功地把膠粉改性瀝青應(yīng)用于高速公路或高等級公路的修筑；（4）1988年至今，由于高性能面層、重載交通、橋面、瀝青再生等功能需要，提出了將改性瀝青由按材料分類改為按性能分類，廢除了瀝青溫度—粘度關(guān)系曲線[3-5]。

3.2 國內(nèi)改性瀝青的發(fā)展

20世紀60年代初期，我國在低等級公路上采用渣油作為路面，并在全國范圍內(nèi)進行了推廣。但隨著交通量的增加，路面出現(xiàn)了熱季推擁等病害，主要原因是渣油稠度低。為了克服渣油熱穩(wěn)性差的缺陷，1970年前后在全國范圍內(nèi)采用渣油吹氧稠化、摻特立尼達(TLA)或阿爾巴尼亞稠瀝青等改性的方法，提高結(jié)合料稠度，配制了200＃瀝青，鋪筑以表面處治為主的瀝青面層[4]。隨后國內(nèi)還開發(fā)了勝利100＃，東煉、蘭煉、茂名60＃等瀝青產(chǎn)品。但是這些路面瀝青中石蠟含量較高、低溫延度低，瀝青組分中芳烴、瀝青質(zhì)含量少，并且這類瀝青路面的抗低溫和荷載疲勞能力差。為解決這些問題，我國開始發(fā)展聚合物改性瀝青。70年代后期，化工廠排出的廢料（無規(guī)聚丙烯）成為了很好的瀝青改性材料[6]。到八十年代，我國廣泛開展了聚合物改性瀝青等研究試驗工作。1985年[7]，國內(nèi)開展了在瀝青中摻丁苯、氯丁橡膠、廢輪胎粉等改性瀝青和摻金屬皂等改善混合料性能的研究試驗工作，取得了成功的經(jīng)驗。1986年，我國的SBS生產(chǎn)線在岳陽投產(chǎn)。但是對于路面瀝青材料的發(fā)展還不成熟。直到90年代初，交通部重慶公路研究所與協(xié)作單位成功研制的第一臺橡膠改性瀝青生產(chǎn)設(shè)備，并在廣深一級公路成功鋪筑第一條橡膠改性瀝青路面以及1994年在首都高速公路使用改性瀝青作為路面鋪設(shè)材料，我國聚合物改性瀝青在高速公路上的應(yīng)用才拉開序幕，并取得了一定的成功經(jīng)驗。目前，國內(nèi)主要是研究新的改性劑以及提高瀝青改性劑的加工工藝等。使用較多的改性劑主要有SBR、PE、EVA、SBS等。其中使用最多是SBS改性瀝青，主要是其具有抗高溫車轍、抗低溫收縮開裂、抗疲勞等優(yōu)點，并且其材料費用較低、施工方便等。從90年代初到現(xiàn)在，通過各高校院所、研究機構(gòu)以及大型企業(yè)的研究，我國在改性瀝青方面取得了許多成果，但是由于我國缺少如美國公路戰(zhàn)略系統(tǒng)（SHRP）這樣的大型系統(tǒng)工程，研究的隨機性會比較大，并且研究成果應(yīng)用于實際工程的比重也較低。

4 改性瀝青的發(fā)展前景

首先，我國正處于現(xiàn)代化建設(shè)的高速階段，而道路作為國家建設(shè)和發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，其大力發(fā)展是迫在眉睫的。雖然我國目前的道路建設(shè)發(fā)展迅速，但是由于我國幅員遼闊，地域條件差別較大，發(fā)展較晚，所以我國的道路網(wǎng)密度跟發(fā)達國家相比仍然有一定的差距，而且我國偏遠地區(qū)或不發(fā)達地區(qū)的公路仍然是中低級路面。因此，改性瀝青的發(fā)展有很大的市場需求，其次，隨著人們生活水平的提高和經(jīng)濟的發(fā)展，路面車流量也與日俱增，這就對路面材料的性能有了更高的要求。而改性瀝青可以延長路面的使用壽命，提高路用性能，這為我國的道路建設(shè)提供了質(zhì)量保障。因此，為了滿足現(xiàn)代以及道路的使用要求，大力發(fā)展改性瀝青是非常有必要的。最后，改性瀝青的發(fā)展還有利于環(huán)境保護。比如，把廢舊橡膠、塑料作為瀝青改性材料，這不僅可以減少資源的大量消耗，而且通過充分利用廢舊材料以減少環(huán)境污染。據(jù)了解，美國的廢橡膠利用率已經(jīng)達到了80%以上，我國的廢橡膠利用率也有70%左右[6]。所以改性瀝青不僅可為廢舊材料尋找好的出路，降低改性瀝青的成本，同時還具有良好的社會效益。綜上，改性瀝青有非常好的發(fā)展前景。

5 總結(jié)

從瀝青的發(fā)展歷程我們發(fā)現(xiàn)，到目前為止，雖然有很多材料被用作改性劑來制備性能更加優(yōu)良的改性瀝青，而且大部分的生產(chǎn)工藝趨于成熟，但總體來說，我國改性瀝青的發(fā)展與應(yīng)用還處于初級階段。因為實際瀝青路面還有許多病害需要處治，改性瀝青的路用性能還需要大力提升。同時，隨著國家交通建設(shè)的大力發(fā)展，改性瀝青的發(fā)展前景非常廣闊。改性瀝青的發(fā)展與道路建設(shè)息息相關(guān)。

[1]馬峰．納米碳酸鈣改性瀝青的DSC分析[J]．鄭州大學(xué)學(xué)報，2006，27(4)：49-52.

[2]Lewandowski LH.Polymer modification of paving asphalt binders[J].Rubber Chen Technal.1994,67(3):447-480.

[3]鄭偉，趙志勇.改性瀝青發(fā)展綜述[J].技術(shù)與市場，2013,20（8）：211.

[4]許超，候周文，王奇。改性瀝青的發(fā)展歷程和展望[J]。科技資訊，2007（23）:55.

[5]雷雨滋.改性瀝青國內(nèi)外發(fā)展歷程及趨勢[J].山西建筑，2006，32（20）：155-156.

[6]孔憲明，劉國祥.近幾年我國改性瀝青材料與技術(shù)的發(fā)展[J].石油瀝青，2009,23（1）：1-7.

[7]莫菊先．改性瀝青的發(fā)展歷程和展望[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟，2012，28(4): 59-62．

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1007-6344（2017）02-0064-01