重交通瀝青路面材料研究新動向

舒興旺

（山西省交通科學研究院 黃土地區公路建設與養護技術交通行業重點實驗室，山西 太原 030006）

0 引言

近10年，我國公路建設突飛猛進，其中高速公路突破10萬km，居世界第一。“重建輕養”的觀念導致公路養護技術相對落后，特別是重交通公路，交通大流量、車輛大型化、重載超載及渠化交通等苛刻的路面使用環境，對公路養護技術提出了更高的要求。鑒于重交通公路特殊的服務功能和社會效益，對其進行高質量、高效率、高水平的修復養護，以保證交通的安全與通暢，提高公路的通行能力和服務運營質量，具有重大的經濟效益與社會效益，成為目前公路行業亟待解決的關鍵問題。

目前我國重交通公路95%以上采用瀝青路面，其主要病害表現為裂縫、車轍、坑槽和泛油，導致病害的因素很多[1-2]，如自然環境侵蝕、重荷載作用、施工質量或混合料質量差、地基不穩等，排除客觀不可控的自然環境、交通流量和荷載等因素，究其根源，最本質且人力可控的因素在于材料本身——瀝青混合料機械性能相對不足，難以抵抗交通動荷載的反復作用及材料自身溫縮應力的破壞。

1 重交通公路養護材料研究思路新動向

瀝青混合料是一種以瀝青作為膠黏劑，將粗集料、細集料、填充料等黏結在一起而形成的具有一定機械性能的復合材料。在復合材料結構中，瀝青作為連續相，粗集料、細集料、填充料等作為分散相，在分散相級配與含量確定的情況下，連續相—瀝青的性能（如內聚力、黏附力、黏彈性、流變性等）基本決定了整個復合材料的機械性能。對瀝青進行改性，改善瀝青的內聚力、黏附力、黏彈性、流變性等性能是提高瀝青混合料機械性能的有效途徑。國內外科研工作者嘗試了眾多的聚合物改性材料，如熱塑性橡膠類（SBS、SIS、SE），熱塑性樹脂類(PE、EVA、PVC)，橡膠類改性劑(SBR、CR、BR)等，其中部分改性材料如SBS、PE、SBR等取得了較好的改性效果，得到了大規模的推廣應用[3-4]，但從整體實際工程應用情況來看，特別是在重交通路面中，效果并不十分理想，路面發生病害的情況仍然沒有得到很好的解決。

如何從根本上解決重交通路面的病害問題，追根溯源，還需以混合料中的連續相—膠黏劑為突破口，如何改變膠黏劑的熱塑性質，提高其內聚力和黏附力，山西省交通科學研究院下屬部門—山西省新型道路材料工程實驗室的科研團隊提出以下兩種研究思路：a）開發特種瀝青改性技術，如采用反應性熱固性樹脂改性瀝青，使膠黏劑以三維立體互穿網絡結構的形式存在，從根本上改變瀝青的熱塑性質，賦予這種新型膠黏劑熱固性質，利用熱固性樹脂提高膠黏劑的內聚力和黏附力。b）開發石油瀝青替代材料技術，如利用特種膠黏劑取代瀝青作為混合料的膠黏劑，避開瀝青的性能弱勢，選擇滿足重交通公路路面機械性能要求的特種膠黏劑配制混合料。

2 重交通公路養護材料技術研究新方向

在上述研究思路的指引下，山西省新型道路材料工程實驗室科研團隊利用其在瀝青改性技術方面和環氧樹脂結構膠研發與應用方面數十年來積蓄的深厚研究基礎與研究優勢，正在集中攻克以下技術方向。

2.1 特種瀝青改性技術

2.1.1 水性環氧樹脂改性乳化瀝青技術

水性環氧樹脂改性乳化瀝青技術是一種通過化學手段將環氧樹脂及其固化劑水性化，然后改性乳化瀝青，制備高性能改性乳化瀝青材料的技術。該技術中水性環氧樹脂與其水性固化劑發生交聯固化反應，脫水并形成立體交聯網狀結構，同時乳化瀝青破乳，瀝青填充于立體交聯網狀結構中，從而形成熱固性復合材料。因其獨特的結構，水性環氧樹脂改性乳化瀝青具有傳統乳化瀝青無法比擬的優良性能：內聚力和黏附力大，與石料結合力強，固化成型后的混合料機械強度高，耐久性大幅度提升。

水性環氧樹脂改性乳化瀝青技術不僅可以提高乳化瀝青在傳統應用領域的技術水平（如微表處、黏層油和防水層等），而且因其強黏結力和高強度的特點，應用領域可進一步擴大，有望將乳化瀝青混合料由傳統的功能層擴展至承重結構層，將冷再生混合料由基層和中面層擴展至上面層。

2.1.2 環氧樹脂改性瀝青技術

環氧樹脂改性瀝青技術是一種將環氧樹脂及其固化劑在瀝青中均勻分散，并發生固化反應，形成瀝青相與環氧樹脂相互穿的三維立體網絡結構的熱固性材料制備技術。環氧樹脂改性瀝青從根本上改變了普通瀝青的熱塑性，而賦予改性瀝青熱固性，避免了普通瀝青混合料在高溫時機械性能不足，出現車轍等病害，同時賦予改性瀝青優異的內聚力及與石料的黏結力，提供混合料全新的優良物理力學性能。

環氧樹脂改性瀝青技術的衍生產品之一—環氧瀝青混合料是鋼橋面鋪裝、路面磨耗層、超重載交通道路的理想筑路材料，其優越性能相對于其他材料極具競爭力，具有廣泛的應用前景。目前我國環氧改性瀝青主要依靠國外進口，總體來講，我國環氧樹脂改性瀝青技術還處于開發階段，技術有待成熟，推廣應用極其欠缺。

2.1.3 瀝青抗轍裂技術

瀝青抗轍裂技術是一種通過對聚合物分子鏈進行功能化接枝改性，將其作為抗轍裂改性劑添加到瀝青中，以提高瀝青混合料抗車轍、抗開裂的改性瀝青制備技術。抗轍裂改性劑分子結構由聚合物主鏈和接枝于聚合物主鏈的活性改性基團組成。當它熔融分散于瀝青后，其分子主鏈間相互纏繞且活性基團間產生作用力，形成立體交聯網狀結構，這種立體交聯網狀結構裹覆于自由瀝青上，一方面限制了自由瀝青的流動，另一方面借助活性改性基團與瀝青中的活性基團產生作用力，從而形成一種高強度的黏彈材料，提高了瀝青的內聚力和黏度，降低了其溫度敏感性。同時抗轍裂改性劑中活性改性基團與集料表面易于產生較強作用力，提高了瀝青與集料的黏附力。利用瀝青抗轍裂技術可顯著增強瀝青混合料抵抗外力變形的能力，提高其高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能和抗水損性能。

國外瀝青改性產品大多集中在提高瀝青混合料的抗車轍性能，其價格昂貴，但因使用方便，效果明顯，在我國得到了大規模的推廣應用。國內有些機構也開發了同類抗車轍劑產品，價格相對較低，效果也不錯，也獲得一定規模的推廣應用，但產品的綜合性能與國外同類產品仍存在一定的差距，特別是低溫抗裂性能，有待進一步改進與提高。

2.2 石油瀝青替代材料技術

改性環氧樹脂混合料技術是以改性環氧樹脂膠黏劑替代石油瀝青，通過環氧樹脂的固化反應，使混合料固化成型，制備高性能路面材料的一種冷拌技術。改性環氧樹脂混合料拌合過程中環氧樹脂膠黏劑為連續相，一定級配的集料為分散相，連續相中改性環氧樹脂與固化劑按照化學計量比混合后發生固化反應，生成立體三維網絡結構的熱固性聚合物；同時環氧膠黏劑與集料表面產生強大的黏結力，將集料牢固鑲嵌于熱固性聚合物結構中，固化成型而得到具有優異機械性能的材料。普通瀝青混合料高溫條件下自由瀝青在混合料內部遷移，導致車轍等病害，而改性環氧樹脂混合料固化后形成三維網絡結構的熱固性材料，徹底摒除了瀝青混合料的熱塑性，而賦予混合料全新的優良物理力學性能，可徹底消除車轍病害的發生，顯著改善混合料開裂現象。

改性環氧樹脂混合料具有強度高、韌性好、抗沖擊強度大，良好的耐化學腐蝕、耐磨、耐水和抗凍性能，并且與金屬和非金屬材料黏結強度高，在公路工程中應用領域廣闊，既可做路面功能層，如超薄功能罩面、防滑路面、彩色路面；也可做路面結構層，如路面上面層和中面層，橋梁伸縮縫過渡區混凝土；還可做路面快速修補材料，如裂縫灌注與封閉，坑槽修補等。

3 結語

如何預防和治理瀝青路面病害，一直是道路科研工作者研究的熱點和重點。傳統研究方向主要集中在瀝青路面結構設計、瀝青混合料設計、瀝青及其混合料物理改性等方面[5-6]。雖然這些研究成果對緩解或延遲瀝青路面病害的產生有較明顯的效果，但還是無法徹底消除或顯著延遲病害的產生，特別對于重交通公路，上述研究成果作用效果不太理想。山西省新型道路材料工程實驗室科研團隊以化學類、材料學類和道路工程類等多學科交叉優勢為基礎，以瀝青及其混合料化學改性為方向，以解決重交通公路病害為目標，開展了特種瀝青改性技術和石油瀝青替代材料技術等方面的研究，為預防和治理瀝青路面病害提供了一個新的研究思路和研究方向，對開發高性能長壽命路用材料具有很好的啟示和借鑒作用。