基于公路工程的改性瀝青材料應用創新與發展

鐘　卉　賴正林

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

基于公路工程的改性瀝青材料應用創新與發展

鐘卉1賴正林2

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

摘要從改性瀝青材料的種類及特點入手，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創新與發展方向。

關鍵詞改性瀝青公路工程創新發展

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

在20世紀60～70年代，歐美和日本等發達國家就開始研發改性瀝青，其應用顯著地提高了路面性能。我國從上世紀80年代末組織有關大院校及相關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行了廣泛試驗研究，近幾年來，已取得了豐碩的成果。隨著改性瀝青的優異性能被業界所認可，其應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行氧化的辦法而制成的瀝青材料，由此提高瀝青或瀝青混合料路用性能。

目前，國內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

2.1抗水損害能力以及粘結力

在公路工程的實際應用方面，使用改性瀝青材料能夠使公路路面的空隙率提升，進而讓路面的積水可以及時地排出，防止車輛在路面行駛過程中出現積水亂濺，以及車輛打飄的情況。另外將改性瀝青材料應用到公路工程中，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環保節能

目前由于有些地區的公路路面的復雜性，在一些瀝青混合料中，加入一些天然的瀝青，同時進行抗鹽蝕試驗，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保的材料在整個用料中占到10%左右。而且隨著養護任務的不斷加大，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，同時提升了路面的質量。

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致的路面老化，同時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，大多數公路路面可能會發生路面裂縫，以及開裂等一些情況，但是使用改性瀝青就可以有效地擴大出現損傷溫度的范圍，讓軟化點的溫度提升。

3改性瀝青施工的要點

3.1施工前的準備

在施工開始前，首先必須做好材料的準備工作，以及材料的質量檢測，嚴把質量關，嚴格做好原材料進場前的驗收工作，杜絕不達標的材料進入生產及施工現場，保證原材料的整體質量。其次是施工設備，在改性瀝青施工過程中，因為要用到數量非常多的設備，譬如瀝青混合料拌和設備，以及碾壓設備等一些重要的機器設備。在施工之前，應該充分地做好不同機器設備的安裝、調試工作，防止在實際施工過程中出現設備故障問題，從而影響公路工程的整體質量和施工工期。

3.2運輸

運輸在改性瀝青施工過程中處于非常重要的地位，這個環節在很大程度上會影響改性瀝青的質量，所以應該嚴格把關。運輸車輛必須最大限度地選擇帶有自卸性能的，數量必須根據現場攤鋪設備的數量，以及其他方面的因素進行確認，從而保證原料車或攪拌車輛均保持穩定的秩序行駛。運料車在進行裝料過程中，必須使用前后移動的方法來減少粗細料出現離析的情形，運輸車上必須安排專門的防雨設備，避免在下雨時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完成的。攤鋪機的型號可以按照公路工程的實際情況酌情考慮。攤鋪開始前，在施工現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，由于混合料供應不足導致攤鋪出現間斷的情形。在攤鋪過程中，必須在熨平板前的瀝青混合料攪拌均勻后，才能夠逐漸緩慢運行。同時必須及時地關閉夯錘，只有等到墊木取出后，再開啟夯錘。

3.4壓實施工

改性瀝青的壓實在施工流程中處于絕對關鍵的環節，這也是保證施工質量的重要因素。所以必須對其進行嚴格的控制。壓實過程一般都是由壓路機操作完成的，壓路機的具體數量，類型等必須按照實際工程中路面的厚度、寬度等相關因素確認。另外還需要特別注意的是，初壓和復壓應該使用類似型號的壓路機，最好不要使用首尾相接排列方式進行壓實。

3.5接縫施工

作為施工中的最后一個環節，接縫施工盡量使用一臺攤鋪機進行作業，在攤鋪完成之后，進行人工整平，最后進行碾壓固實。

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過多年的發展雖然已經取得了不少的成果，但對于改性瀝青的創新性研究還比較少，新的產品研究也僅限于一些科研院所進行，新產品在實際工程中的應用遠沒有達到規模應用的水平，而且生產設備及配套工作比較滯后。

(2) 相容性、穩定性的問題。改性瀝青的生產及儲存受設備及加工工藝的制約，長時間儲存容易導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合。

(3) 缺乏完善的改性瀝青產品及性能評價標準。

5改性瀝青技術創新與發展方向

5.1改性瀝青技術創新

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

(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的改性瀝青材料效果更佳。MAC改性瀝青材料的穩定性非常強，通常在儲存半年左右也基本上很難發生離析情況，而且不需要加入一些其他的穩定劑。因為MAC改性瀝青材料中沒有帶一些有毒物質，相比較而言，非常安全、健康、環保。MAC改性瀝青材料還具有非常高的粘度，即便處于高溫狀態下，車輛在行駛過程中也很少出現車轍。另外由于MAC改性瀝青材料的瀝青膜非常厚實，所以基本上不會發生滲漏的情形，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，根據大量的實踐經驗來看，保持在120°左右最為合適。譬如MAC改性瀝青材料在某地區用作舊路罩面工程，經2～3年的通車運行,路面依然保持著密實和平整,無車轍、泛油、松散和網裂等現象,其抗滑和抗車轍指標均較好。不僅克服了傳統普通瀝青罩面不能有效根治反射裂縫而造成的浪費和道路服務水平的降低,而且取得了較好的經濟效益。

(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定性較強，抗低溫性能較好，硬化速度較為緩慢，負荷承載能力較強等方面的優勢。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，進而延長公路的使用年限。隨著國民經濟的不斷發展和進步，我國也在不斷倡導對可再生資源的利用，廢料的循環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用也給廢膠粉改性瀝青的實踐使用搭建了一個良好的平臺。廢膠粉改性瀝青材料的普遍應用，不但可以強化公路自身的抗耐性，還可以在一定程度上在環境污染問題的解決方面做出貢獻[2]。

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

5.2發展方向

(1) 發展新型的改性劑。如今現有單品種的改性劑研發已經不能滿足未來公路發展的要求，而相對價格較低的復合改性瀝青及新型改性劑改性瀝青將大量運用。目前我國已經研發出多種新型的改性劑，如納米材料改性劑、有機硅改性劑等。大力發展納米技術下的改性瀝青研究，并通過電子顯微鏡、原子力顯微鏡等現代技術深入研究其改性機理，將對公路行業的建設起到極大的推動作用。

同時，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保價值及經濟效益材料的使用對環保建設也有著極大的推動作用。

(2) 使用助劑并改進生產工藝。在改性瀝青生產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。因此研發新型設備，科學組織生產，改進生產工藝也是今后的發展方向之一。

(3) 完善改性瀝青的實驗評價體系。參考國外先進改性瀝青標準及方法，結合國內實際情況，有針對性地開發一套改性瀝青的試驗方法及改性指標，形成適應于我國實際情況的改性瀝青標準及規范。

(4) 研究新型路面結構。如今，在瀝青瑪蹄脂碎石SMA中摻加改性瀝青技術已經得到了極大的推廣和應用。從路面結構方面入手，研究適應于改性瀝青的新型瀝青路面結構，將成為今后發展的一個重要課題。

6結語

現階段，我國在改性瀝青用于公路工程的研究與應用方面，已經取得大量的寶貴經驗和豐碩成果，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展，原有道路瀝青已不能滿足高質量與多功能的需求，而改性瀝青的生產和應用仍有許多問題需要研究解決。這就要求合理開發和研制各種經濟適用的新型改性瀝青，建立健全成套的科學合理的改性瀝青產品評價體系，這也是今后公路建設和發展的一個重大方向。

參考文獻

[1]高秀麗.改性瀝青的分類應用及未來發展[J].銅陵職業技術學院學報，2008(3)：68.

[2]鄭華.改性瀝青在公路工程中的應用與發展[J].交通世界，2011(8)：136.

[3]黃彬,馬麗萍,許文娟.改性瀝青的研究進展[J]. 材料導報:綜述篇，2010(1)：140:1.

[4]EIDTJR,MARTINC.Thermoplasticelastomer-asphaltnanocompositecompodition:USPat,5652284[P].1997.

收稿日期：2014-09-10

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.047