基于公路工程的改性沥青材料应用创新与发展

钟　卉　赖正林

(1.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司　贵阳　50081；　2.贵州省建筑设计研究院　贵阳　550001)

基于公路工程的改性沥青材料应用创新与发展

钟卉1赖正林2

(1.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳50081；2.贵州省建筑设计研究院贵阳550001)

摘要从改性沥青材料的种类及特点入手，分析了我国改性沥青研究中存在的问题，提出了改性沥青的技术创新与发展方向。

关键词改性沥青公路工程创新发展

随着经济建设速度的不断加快，道路交通事业发展迅速，车辆的数量也在逐年增加。由于普通沥青材料自身路用性能较差，高温易流动、低温易脆裂，这给公路的正常使用造成了一定程度的影响。尽管大多数公路都使用了性能良好的沥青材料，但也同样出现了裂缝，以及车辙等其他一些病害。提高道路沥青的路用性能已经成为现今道路建设工作中的一个紧迫课题。

在20世纪60～70年代，欧美和日本等发达国家就开始研发改性沥青，其应用显著地提高了路面性能。我国从上世纪80年代末组织有关大院校及相关交通科研单位对高等级公路及高速公路使用的改性沥青进行了广泛试验研究，近几年来，已取得了丰硕的成果。随着改性沥青的优异性能被业界所认可，其应用必将在公路工程中得到逐步推广。

1改性沥青的主要种类

通常说的改性沥青是指在沥青中添加各种改性剂或者进行氧化的办法而制成的沥青材料，由此提高沥青或沥青混合料路用性能。

目前，国内外广泛采用的改性沥青主要有以下4大类。

(1)SBR类。添加合成胶、天然胶的改性沥青。如天然橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、异戊二烯、乙丙橡胶等，还有硅橡胶、氟橡胶(I限)，以及废旧的汽车轮胎等。

(2)SBS类[1]。各种类型的嵌段共聚物。

(3) 热塑性树脂类。包括热塑性类树脂。

(4) 物理法改性沥青。掺加各种纤维、格栅、土工布等改性沥青。

2改性沥青材料的特点

2.1抗水损害能力以及粘结力

在公路工程的实际应用方面，使用改性沥青材料能够使公路路面的空隙率提升，进而让路面的积水可以及时地排出，防止车辆在路面行驶过程中出现积水乱溅，以及车辆打飘的情况。另外将改性沥青材料应用到公路工程中，能够在很大程度上避免车辆荷载给公路路面带来的损伤，延长公路路面的使用年限。

2.2环保节能

目前由于有些地区的公路路面的复杂性，在一些沥青混合料中，加入一些天然的沥青，同时进行抗盐蚀试验，确保混合料不会受到盐水的影响。另外就是利用废弃的沥青制成绿色环保的材料在整个用料中占到10%左右。而且随着养护任务的不断加大，比例还会加剧。譬如使用废旧的轮胎等废塑料作为改性剂，这样不但可以充分地利用废弃原料，同时提升了路面的质量。

2.3其他方面

充分地利用改性沥青材料可以使公路路面老化的速度减缓，尤其是太阳光紫外线导致的路面老化，同时还可以减低车辆的噪声分贝，减少噪声污染。另外改性沥青材料拥有极佳的高温稳定性，以及低温控制能力。由于受到车辆的碾压，以及自然因素的影响，大多数公路路面可能会发生路面裂缝，以及开裂等一些情况，但是使用改性沥青就可以有效地扩大出现损伤温度的范围，让软化点的温度提升。

3改性沥青施工的要点

3.1施工前的准备

在施工开始前，首先必须做好材料的准备工作，以及材料的质量检测，严把质量关，严格做好原材料进场前的验收工作，杜绝不达标的材料进入生产及施工现场，保证原材料的整体质量。其次是施工设备，在改性沥青施工过程中，因为要用到数量非常多的设备，譬如沥青混合料拌和设备，以及碾压设备等一些重要的机器设备。在施工之前，应该充分地做好不同机器设备的安装、调试工作，防止在实际施工过程中出现设备故障问题，从而影响公路工程的整体质量和施工工期。

3.2运输

运输在改性沥青施工过程中处于非常重要的地位，这个环节在很大程度上会影响改性沥青的质量，所以应该严格把关。运输车辆必须最大限度地选择带有自卸性能的，数量必须根据现场摊铺设备的数量，以及其他方面的因素进行确认，从而保证原料车或搅拌车辆均保持稳定的秩序行驶。运料车在进行装料过程中，必须使用前后移动的方法来减少粗细料出现离析的情形，运输车上必须安排专门的防雨设备，避免在下雨时雨水对混合料的性能造成的不利影响和损失。

3.3摊铺施工

一般情况下，改性沥青混合料的摊铺都是使用摊铺机完成的。摊铺机的型号可以按照公路工程的实际情况酌情考虑。摊铺开始前，在施工现场的卸料车最好不少于6辆，其目的在于避免在摊铺过程中，由于混合料供应不足导致摊铺出现间断的情形。在摊铺过程中，必须在熨平板前的沥青混合料搅拌均匀后，才能够逐渐缓慢运行。同时必须及时地关闭夯锤，只有等到垫木取出后，再开启夯锤。

3.4压实施工

改性沥青的压实在施工流程中处于绝对关键的环节，这也是保证施工质量的重要因素。所以必须对其进行严格的控制。压实过程一般都是由压路机操作完成的，压路机的具体数量，类型等必须按照实际工程中路面的厚度、宽度等相关因素确认。另外还需要特别注意的是，初压和复压应该使用类似型号的压路机，最好不要使用首尾相接排列方式进行压实。

3.5接缝施工

作为施工中的最后一个环节，接缝施工尽量使用一台摊铺机进行作业，在摊铺完成之后，进行人工整平，最后进行碾压固实。

4我国改性沥青研究中存在的问题

(1) 我国改性沥青的使用经过多年的发展虽然已经取得了不少的成果，但对于改性沥青的创新性研究还比较少，新的产品研究也仅限于一些科研院所进行，新产品在实际工程中的应用远没有达到规模应用的水平，而且生产设备及配套工作比较滞后。

(2) 相容性、稳定性的问题。改性沥青的生产及储存受设备及加工工艺的制约，长时间储存容易导致改性沥青性能下降。改性材料如纤维等均为亲水性材料，它们与憎水性的沥青聚合物难以很好的结合。

(3) 缺乏完善的改性沥青产品及性能评价标准。

5改性沥青技术创新与发展方向

5.1改性沥青技术创新

(1) 复合改性沥青。有针对性地添加多种改性剂，对沥青进行复合改性，能弥补单一改性剂沥青存在的一些不足，例如利用丁苯胶和乙烯-醋酸乙烯共聚物进行复合改性，其较低温度下的延度有所提高，并且软化点的提升与掺加剂的掺量成正比。目前，SBR/PE，SBS/SBR的复合改性应用也较多。

(2)MAC改性沥青材料。在整体的性能方面，MAC的改性沥青材料比常规的改性沥青材料效果更佳。MAC改性沥青材料的稳定性非常强，通常在储存半年左右也基本上很难发生离析情况，而且不需要加入一些其他的稳定剂。因为MAC改性沥青材料中没有带一些有毒物质，相比较而言，非常安全、健康、环保。MAC改性沥青材料还具有非常高的粘度，即便处于高温状态下，车辆在行驶过程中也很少出现车辙。另外由于MAC改性沥青材料的沥青膜非常厚实，所以基本上不会发生渗漏的情形，在抗积水、汽油等方面的能力也比较良好。MAC改性沥青材料还拥有较好的弹性，在公路路面的表层可以广泛的使用。一般来说，在使用MAC改性沥青材料上，通常需要特别注意的是，这种材料的使用温度比普通的改性沥青材料普遍要高，根据大量的实践经验来看，保持在120°左右最为合适。譬如MAC改性沥青材料在某地区用作旧路罩面工程，经2～3年的通车运行,路面依然保持着密实和平整,无车辙、泛油、松散和网裂等现象,其抗滑和抗车辙指标均较好。不仅克服了传统普通沥青罩面不能有效根治反射裂缝而造成的浪费和道路服务水平的降低,而且取得了较好的经济效益。

(3) 废旧材料改性沥青。通常情况下，废胶粉改性沥青材料具有稳定性较强，抗低温性能较好，硬化速度较为缓慢，负荷承载能力较强等方面的优势。在公路工程中使用废胶粉改性沥青材料，可以提升公路的抗压能力，进而延长公路的使用年限。随着国民经济的不断发展和进步，我国也在不断倡导对可再生资源的利用，废料的循环再利用也逐渐被大家所重视。而废胶粉改性沥青在公路工程中的应用也给废胶粉改性沥青的实践使用搭建了一个良好的平台。废胶粉改性沥青材料的普遍应用，不但可以强化公路自身的抗耐性，还可以在一定程度上在环境污染问题的解决方面做出贡献[2]。

(4) 纳米改性沥青。纳米材料具有表面效应、小尺寸效应等优良性能，通过在基质沥青中掺加纳米材料，或者将纳米材料与SBS复合形成新型改性剂，并使用电子显微镜、红外光谱等现代技术对纳米材料改性沥青进行深入研究。Eidt等[3-4]对聚合物-层状硅酸盐纳米复合材料进行了大量的试验，发现它可以对沥青及沥青混合料起到增强、增韧的作用，同时可以提高沥青材料的高温性能、阻隔性能及尺寸稳定性。

5.2发展方向

(1) 发展新型的改性剂。如今现有单品种的改性剂研发已经不能满足未来公路发展的要求，而相对价格较低的复合改性沥青及新型改性剂改性沥青将大量运用。目前我国已经研发出多种新型的改性剂，如纳米材料改性剂、有机硅改性剂等。大力发展纳米技术下的改性沥青研究，并通过电子显微镜、原子力显微镜等现代技术深入研究其改性机理，将对公路行业的建设起到极大的推动作用。

同时，采用物理方法改性沥青，如废旧橡胶粉、废塑料等具有明显的环保价值及经济效益材料的使用对环保建设也有着极大的推动作用。

(2) 使用助剂并改进生产工艺。在改性沥青生产过程中使用多种助剂，能够提高沥青的高温温度性、低温抗裂性和易储存性，并能有效改善沥青性能。因此研发新型设备，科学组织生产，改进生产工艺也是今后的发展方向之一。

(3) 完善改性沥青的实验评价体系。参考国外先进改性沥青标准及方法，结合国内实际情况，有针对性地开发一套改性沥青的试验方法及改性指标，形成适应于我国实际情况的改性沥青标准及规范。

(4) 研究新型路面结构。如今，在沥青玛蹄脂碎石SMA中掺加改性沥青技术已经得到了极大的推广和应用。从路面结构方面入手，研究适应于改性沥青的新型沥青路面结构，将成为今后发展的一个重要课题。

6结语

现阶段，我国在改性沥青用于公路工程的研究与应用方面，已经取得大量的宝贵经验和丰硕成果，但总的来说仍处于初步阶段。随着我国公路及城市道路的发展，原有道路沥青已不能满足高质量与多功能的需求，而改性沥青的生产和应用仍有许多问题需要研究解决。这就要求合理开发和研制各种经济适用的新型改性沥青，建立健全成套的科学合理的改性沥青产品评价体系，这也是今后公路建设和发展的一个重大方向。

参考文献

[1]高秀丽.改性沥青的分类应用及未来发展[J].铜陵职业技术学院学报，2008(3)：68.

[2]郑华.改性沥青在公路工程中的应用与发展[J].交通世界，2011(8)：136.

[3]黄彬,马丽萍,许文娟.改性沥青的研究进展[J]. 材料导报:综述篇，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