改性瀝青在高速公路的應(yīng)用
2012-01-19 來(lái)源：中國(guó)百科網(wǎng)
1、引言
由于交通量的日益增大和車載的加重，對(duì)瀝青路面質(zhì)量要求越來(lái)越高，普通石油瀝青在低溫下容易脆裂，在高溫下容易軟化，在行車載荷的反復(fù)作用下容易出現(xiàn)車轍、推移、起包等現(xiàn)象，性能已無(wú)法滿足需要，而采用改性瀝青以解決路面抗高低溫、抗滑、耐久性及大承載力的問(wèn)題，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)之一。
自1873年英國(guó)首次公布橡膠改性瀝青專利以來(lái)，改性瀝青已形成了多種品牌。改性瀝青是指添加了橡膠、樹(shù)脂、高分子聚合物、磨細(xì)了的膠粉等改性劑，或采用對(duì)瀝青進(jìn)行輕度氧化加工，從而使瀝青的性能得到改善。用它鋪設(shè)的路面有良好的耐久性、抗磨性，實(shí)現(xiàn)高溫不軟化，低溫不開(kāi)裂。對(duì)于瀝青改性劑的選擇，因每個(gè)地區(qū)的氣候條件及加工設(shè)備的不同，改性瀝青的配制也是多樣化，其改性的效果與改性劑的品種密切相關(guān)。改性劑的種類比較多，用于道路改性的改性劑一般分為橡膠類、樹(shù)脂類、熱塑性橡膠類等。故在使用改性瀝青時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同施工環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、施工技術(shù)等選擇相應(yīng)的改性劑，以切實(shí)提高其在高速公路的應(yīng)用效率，滿足交通所需。?
2、影響改性瀝青應(yīng)用的要素?
目前，我國(guó)對(duì)改性瀝青的研究已有20多年的歷史，取得了不少技術(shù)成果，并頒布了改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范。就國(guó)內(nèi)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀來(lái)看，對(duì)改性瀝青路用性能的優(yōu)點(diǎn)有了比較深刻的認(rèn)識(shí)，已經(jīng)得到廣泛認(rèn)同。但不管是國(guó)內(nèi)自己生產(chǎn)還是國(guó)外進(jìn)口的改性瀝青，大部分有自己特有的功效，使用時(shí)應(yīng)注意以下影響推廣應(yīng)用的因素：
（1）改性瀝青施工溫度較普遍瀝青提高10℃-20℃，在拌合、攤鋪、碾壓過(guò)程中增加了施工難度，從而增加了直接施工成本。并且由于普通瀝青施工溫度已經(jīng)很高，提高溫度后致使瀝青老化現(xiàn)象加劇。
（2）加工生產(chǎn)改性瀝青需要專門的機(jī)械設(shè)備，導(dǎo)致增加使用難度，并提高了相應(yīng)費(fèi)用。
（3）進(jìn)口改性瀝青價(jià)格普遍較高，一般較普通瀝青費(fèi)用增加50%以上。
（4）不管是國(guó)內(nèi)自己生產(chǎn)還是國(guó)外進(jìn)口的改性瀝青，一旦存放過(guò)久，都存在離析或結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。?
3、幾種常見(jiàn)改性瀝青的應(yīng)用
3.1 SBS改性瀝青
SBS改性劑是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。其最大特點(diǎn)是可同時(shí)改善瀝青的高、低溫性能，具有良好的彈性恢復(fù)性能，抗老化能力也強(qiáng)。
3.1.1 配合比設(shè)計(jì)
改性瀝青配合比設(shè)計(jì)應(yīng)遵循《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的目標(biāo)配合比、生產(chǎn)配合比及試拌試鋪的三個(gè)階段，確定礦料級(jí)配及最佳改性瀝青用量。采用下列措施，在一定程度上可提高改性瀝青的性能，發(fā)揮其效率的利用，如混合料的拌合、擊實(shí)溫度應(yīng)根據(jù)改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范和根據(jù)瀝青膠結(jié)料的粘溫關(guān)系曲線進(jìn)行確定，進(jìn)行室內(nèi)配合比設(shè)計(jì)時(shí)的拌合、擊實(shí)溫度應(yīng)與拌合廠拌合溫度、現(xiàn)場(chǎng)碾壓溫度一致；混合料體積指標(biāo)的測(cè)定要統(tǒng)一，對(duì)于密級(jí)配瀝青混合料試件溫度的測(cè)定應(yīng)統(tǒng)一采用真空法；采用瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)方法測(cè)定的48h浸水馬歇爾穩(wěn)定度實(shí)驗(yàn)，殘留穩(wěn)定度不應(yīng)小于80%等。
3.1.2 SBS改性瀝青的施工
（1）對(duì)拌和設(shè)備的計(jì)量、溫度控制進(jìn)行一次全面核準(zhǔn)，確保集料、填料、瀝青稱量、溫度的準(zhǔn)確。其中溫度控制包括集料加熱溫度的控制，瀝青加熱溫度的控制，混合料拌和溫度的控制，出場(chǎng)溫度的控制等。
（2）確定壓實(shí)工藝。建議碾壓溫度區(qū)間為120℃-150℃；碾壓工藝組合為：碾壓，DD130或DD110振壓4個(gè)輪回采用低副高頻（核密儀測(cè)定相對(duì)值不再增加）；壓路機(jī)輪的重疊需大于20cm；終壓：DD130或DD110靜壓一個(gè)輪回；如發(fā)現(xiàn)有輪跡，可再終壓一遍，終壓應(yīng)在90℃以上完成，禁止在105℃-115℃范圍內(nèi)碾壓。
（3）瀝青面層混合料，現(xiàn)場(chǎng)的壓實(shí)效果應(yīng)采用空隙率和壓實(shí)度雙向控制。壓實(shí)度按理論密度的93%，當(dāng)天馬歇爾密度的97%為控制指標(biāo)。空隙率計(jì)算所需的最大理論密度以每天實(shí)測(cè)為準(zhǔn)，測(cè)試按照瀝青路面混合料最大相對(duì)密度試驗(yàn)（真空法）進(jìn)行。
3.2 MAC改性瀝青
3.2.1 MAC瀝青的引進(jìn)
MAC（麥克）改性瀝青是多級(jí)瀝青（MULTI-GRADE ASPHALT CEMENT）的縮寫，其是從美國(guó)引進(jìn)的一種新型的改性瀝青。MAC改性瀝青于1987年由美國(guó)海瑞瀝青材料材料公司研制生產(chǎn)，在美國(guó)的亞利桑那州、德克薩斯州、印第安納州使用，效果較好。我國(guó)在1998年引進(jìn)該技術(shù)，并首先應(yīng)用于山東的部分高速，并逐步推行使用。
3.2.2 MAC改性瀝青的特點(diǎn)
MAC改性瀝青有較好的耐老化性能，通過(guò)化學(xué)改性，有較好的穩(wěn)定性，在常溫下存放半年不離析，無(wú)需加任何穩(wěn)定劑，不含硫，對(duì)人體無(wú)害，是一種環(huán)保型產(chǎn)品；MAC還具有較好的抗車轍能力和抗水（油）損害能力，因其具有在高溫下較高的粘度，易形成較厚的瀝青膜，而不發(fā)生析漏現(xiàn)象，可以有效的阻止水分侵入和提高瀝青與集料的粘附性，增加粘結(jié)力，起到抗水損害的作用。?
3.2.3 MAC改性瀝青的應(yīng)用
MAC改性瀝青具有比普通瀝青明顯的彈性，經(jīng)取芯試驗(yàn)，混合料密實(shí)度大，空隙率明顯減小，所以可用于高速公路的上面層，如山東日照至竹園段就是用了此改性瀝青，取得效果較好。同時(shí)，MAC改性瀝青常用于路網(wǎng)改造和養(yǎng)護(hù)工程，使用時(shí)，注意溫度的控制，MAC瀝青的溫度較普通瀝青高10℃-20℃，特別要控制碾壓終了溫度在110℃，要堅(jiān)持“高溫、強(qiáng)振、快壓”，如山東高速大多采用2cm-3cm厚SMA作為磨耗層。
3.3 廢膠粉改性瀝青
3.3.1 廢膠粉改性瀝青的特點(diǎn)?膠粉的添加對(duì)瀝青總體性能有較大的影響，第一，經(jīng)Carcia-Morales等研究，該改性瀝青有較強(qiáng)的承受車輛負(fù)載的能力，具有更好的適應(yīng)性。第二，經(jīng)張麗萍等研究，該改性瀝青有較好的抵抗水損害、高溫穩(wěn)定性和低溫抗開(kāi)裂性能。如瀝青中加入輪胎膠粉，Navarro F.J.等對(duì)其進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，一方面，可增加瀝青路面的高溫線性粘彈模量和粘度，在50℃-163℃溫度范圍內(nèi)，粘度隨膠粉顆粒的增大而增大，且明顯高于對(duì)應(yīng)條件下的未改性瀝青；另一方面，減少了低溫存儲(chǔ)和損失模量，從而使瀝青膠結(jié)料在特定的溫度范圍內(nèi)更具有靈活性。第三，經(jīng)Chipps J.F.等研究，發(fā)現(xiàn)該改性瀝青表現(xiàn)出最優(yōu)的老化性能，硬化速度慢，氧化速度低；Palit S.K等研究也發(fā)現(xiàn)膠粉改性瀝青混合料改善了疲勞和永久變形性能，具有較低的溫度敏感性和較好的抗?jié)駬p害性能。
3.3.2 廢膠粉改性瀝青的應(yīng)用
廢膠粉作為熱瀝青的添加劑用于筑路在美國(guó)已有多年歷史了。2001年美國(guó)就有了比較完整的道路廢膠粉改性瀝青施工規(guī)程。從上世紀(jì)60年代末起，我國(guó)已開(kāi)展膠粉改性瀝青的研究工作，用于建筑防水和道路。21世紀(jì)，我國(guó)將廢膠粉改性瀝青大量的應(yīng)用于瀝青混凝土路面，目前為止約有17個(gè)省市的公路有試驗(yàn)路段，北京、江蘇、天津等地的有關(guān)公路工程公司也制定了較好的施工規(guī)程。隨著工業(yè)的發(fā)展，黑色污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，廢料利用越來(lái)越受到重視，膠粉改性瀝青恰能同時(shí)解決上述問(wèn)題，合理利用膠粉制備性能良好的路用瀝青會(huì)逐步走向推廣和應(yīng)用。
3.4 環(huán)氧瀝青
20世紀(jì)60年代，殼牌石油瀝青公司首次開(kāi)發(fā)環(huán)氧瀝青，并在世界各地的不同環(huán)境下應(yīng)用以充分顯示該產(chǎn)品優(yōu)良的路用性能。40多年來(lái)，環(huán)氧瀝青的品種層出不窮，其研究及應(yīng)用日趨廣泛。環(huán)氧瀝青具有優(yōu)良的高溫抗車轍、低溫抗開(kāi)裂、耐久性和抗疲勞性能，廣泛應(yīng)用于正交異性鋼橋面鋪裝和超重載交通道路。
4、結(jié)語(yǔ)?
除以上幾種改性瀝青外，常用的還有天然巖瀝青改性瀝青、塔河稠油改性瀝青、SBR改性瀝青及復(fù)合改性瀝青等，相對(duì)于普通瀝青，耐久性、防水性、高低溫穩(wěn)定性、抗車轍性能等均有不同程度的提高。?現(xiàn)代公路和道路發(fā)生了許多變化：交通流量和行駛頻度急劇增長(zhǎng)，貨運(yùn)車的軸重不斷增加，普遍實(shí)行分車道單向行駛，要求進(jìn)一步提高路面抗流動(dòng)性，即高溫下抗車轍的能力；提高柔性和彈性，即低溫下抗開(kāi)裂的能力；提高耐磨耗能力和延長(zhǎng)使用壽命。對(duì)石油瀝青進(jìn)行改性，使其適應(yīng)上述苛刻使用要求，引起了人們的重視。改性瀝青的品種和制備技術(shù)取決于改性劑的類型、加入量和基質(zhì)瀝青（即原料瀝青）的組成和性質(zhì)。針對(duì)越來(lái)越多的改性瀝青品種，我們應(yīng)熟知其性能、應(yīng)用場(chǎng)合、生產(chǎn)效率等，保證改善道路質(zhì)量的同時(shí)，力爭(zhēng)節(jié)省費(fèi)用，切實(shí)提高不同種類改性瀝青于高速公路的應(yīng)用水平。
