特種改性瀝青的開發及應用技術

許昌市公路管理局 鄭玉棟 李衛東

特種改性瀝青的開發及應用技術

許昌市公路管理局 鄭玉棟 李衛東

一、高黏度改性瀝青

1.排水性瀝青路面。開級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配瀝青混合料，為路面范圍內的降水提供了一條快速排出的通道，排水過程中不產生濺水和水霧，可以大幅度降低路面噪聲，但其在強度和疲勞耐久性方面不如密級配的混合料，它對混合料抗水損害能力有更高的要求。實驗研究表明，在相同級配和瀝青用量的前提下，瀝青的性質對排水性瀝青混合料的路用性能有較大影響。開發和選用適合排水性瀝青混合料的瀝青尤為重要。開級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）是瀝青技術性質中與瀝青混合料路用性能結合的最緊密的一項。OGFC是典型的開級配混合料，對于OGFC該類開級配的排水性瀝青路面應采用高黏度的改性瀝青，以改善混合料的力學性能。此外，改性瀝青還應具有良好的抗老化性能和抗水損害能力。大量的試驗研究表明，瀝青60℃黏度是影響排水性瀝青混合料路用性能的關鍵指標，應選用高黏度改性瀝青作為排水性瀝青混合料的黏結料。高黏度改性瀝青的技術指標見表2。

表 2 高黏度改性瀝青的技術指標

3.高黏度改性瀝青研發關鍵技術。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定的體系，能長時間發揮作用而不至于離析使改性瀝青品質降低。其次，選擇合適的化合物作為輔助提高性能的穩定劑，研究其反應機理，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共混工藝過程。最后，對現有改性瀝青生產設備進行改進，使其適應高性能改性瀝青的生產。

4.高黏度改性瀝青在工程中的應用。2005年10月，廣東省鋪筑了第一條OGFC試驗路，試驗路采用河南萬里路橋道路材料有限公司開發的高黏度改性瀝青。試驗路瀝青混合料檢驗指標見表3。

對試驗路OGFC混合料的性能檢驗表明，采用高黏度改性瀝青的OGFC混合料充分滿足國家規范的各項技術要求，尤其是抗車轍性能有了很大的改善，動穩定度達到6 300次/mm，具備良好的高溫穩定性。

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里路橋道路材料有限公司聯合長安大學公路學院共同研發并達到國際先進水平的特種路用瀝青材料。高彈性改性瀝青具有優異的彈性恢復性能以及較高的高溫黏度和低溫延度，因此，其混合料具備優異的高溫穩定性、變形恢復性能、低溫抗疲勞耐久性能和抗裂性能。

2.高彈性改性瀝青應力吸收隔離層。該層采用彈性恢復性能優異的聚合物改性瀝青，瀝青含量高，細集料含量高，礦粉用量大；不滲水且柔韌性好，具備優異的變形恢復能力和優良的自愈能力。在混合料級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SH旺計劃研究成果表明，瀝青對于高溫車轍貢獻率為29%，對疲勞貢獻率為52%，對溫度裂縫貢獻率為87%。實踐也表明，采用特種高彈性聚合物改性瀝青的應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。

對于應力吸收層的瀝青混合料，瀝青的性能決定了應力吸收層性能，瀝青技術性能是應力吸收層技術的核心關鍵所在。新型防反射裂縫和黏結防水的應力吸收層技術的核心就是高彈性改性瀝青膠結料的開發研制。金歐特高彈性改性瀝青是由河南萬里路橋道路材料有限公司聯合長安大學公路學院共同承擔的科技攻關項目“高彈性改性瀝青研究所研發的高彈性改性瀝青”。其技術指標見表4。

表 4 金歐特高彈性改性瀝青技術指標

金歐特高彈性改性瀝青技術先進性主要體現在兩個方面：一是旋轉薄膜烘箱（RTFOT）老化前彈性恢復（5min內，25℃）達到95%以上，二是旋轉薄膜烘箱（RTFOT）老化后彈性恢復（5min內，25℃）達75%以上。

3.高彈性改性瀝青在工程中的應用。廣東虎門大橋于1997年建成通車，到2006年現有路基段路面出現了較嚴重的病害，需對該路段進行改造。路面裂縫主要表現為中、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構層，銑刨掉原有的5cm瀝青混凝土面層，并對原有碾壓混凝土結構層進行補強處治，然后在碾壓混凝土結構層上鋪筑2.5cm厚的高彈性改性瀝青應力吸收隔離層，以防止反射裂縫的發生，最后加鋪4.5cm厚的AC-l3C瀝青磨耗層。應力吸收隔離層膠結料采用路翔高彈性改性瀝青。經過一年的時間，在特重交通的考驗下，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制、在保證改性瀝青原有優良性能的基礎上，采取特殊工藝技術措施制成的高模量瀝青。它可以提高路面的抗車轍能力，有效預防高速公路的早期破壞。

在瀝青混合料級配確定的情況下，提高瀝青結合料的性能是提高瀝青混合料模量的有效途徑。美國戰略公路研究計劃（SHRP）在瀝青結合料路用性能規范中提出了一個評價瀝青結合料高溫穩定性的指標——車轍因子。SHRP利用動態剪切流變儀（DSR）對原樣及旋轉薄膜烘箱（RTFOT）后殘留瀝青試樣分別進行兩次動態剪切試驗，定義和設置了車轍因子G*/sinδ，它代表總膠結料勁度的高溫黏性成分，也可稱之為高溫勁度，G*是動態剪切復數勁度模量。即瀝青性質的黏性成分G*/sinδ越大，即高溫時的流動變形越小，抗車轍的能力就越強。G*越大表示瀝青的勁度越大，抵抗流動變形的能力越強。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，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定性能。國內外的研究表明，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NCAT試驗路的結果指出，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等級是非常重要的，尤其在高溫條件下，瀝青混合料的模量對車轍的影響比中溫時更大。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性能指標。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；動態模量提高，表明該瀝青彈性變形能力較好。損失模量提高，表明產生相同變形時，需要外力功更大；輪載壓力更大或相同輪載時需要的荷載持續時間變長，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性能指標見表5。

表 5 金歐特高模量改性瀝青技術指標

4.高模量改性瀝青混合料試驗驗證。

（1）抗車轍能力。車轍試驗結果比較見表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結果比較

試驗結果表明，高模量改性瀝青混合料相對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。室內成型的高模量改性瀝青試件和實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定結果顯示，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，尤其在高溫試驗條件下，此比值有更大幅度的提高。