改性沥青在高等级路面中的应用

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摘要:文章论述了改性沥青的发展历史、性能指标,高等级路面选用改性沥青的方法,以达到投入和产出、效益和成本、经济和寿命协同发展的功效。

关键词:改性沥青;高级路面;应用认识;路用性能;道路建设

中图分类号:U416文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)19-0046-02

沥青是公路路面使用主要原材料,是路面的一种胶结料,其作用主要是把集料等粘结在一起,使各种筑路材料结成统一的整体,共同承担环境及车辆荷载的作用。随着交通量的急剧增长和载重的不断增加,特别是高速公路的迅速发展,车速的高速化、行车道定型化。对沥青混合料的性能提出了越来越高的要求。如何解决这一问题成为交通部门研究的课题,从20世纪90年代未期,首先是通过改善沥青的性能来改进混合料的路面性能,开始在高速公路上广泛应用。由于改性沥青在高温稳定性、低温稳定性以及耐久性等方面具有优良的性能,从而明显提高了混合料的路用性能,改性沥青也就被大量用于道路的建设之中。

1改性沥青的历史及应用

自1873年英国人Samuel Whiting申请了橡胶改性沥青的专利以来,已经有130多年的历史。法国于1902年修筑了掺有橡胶的沥青路面。英国于1937年修筑了掺有橡胶的碾压式沥青混凝土作表面磨耗层。1963年法国成立道路研究室,开展深入的橡胶改性研究。1973年至今,以美国、加拿大和欧洲一些国家为代表的国家,大力开展以聚合物弹性体和聚合物塑性体为主要添加剂的改性沥青的研究,并相继成立了国际性大公司,专营改性沥青,同时,申请了数十项专利。

我国聚合物改性道路沥青的研究起步较晚,到20世纪80年代末,改性沥青在道路上的应用仍处于铺筑试验路阶段或小规模应用阶段。自从20世纪90年代交通部重庆公路科学研究所与友协单位研制成功第一台橡胶沥青生产设备,使橡胶沥青真正成为商品,并在广东深圳一级汽车专用路成功地铺筑出第一条规模较大的橡胶沥青路面以后,才揭开了我国聚合物改性沥青在我国高等级公路中应用的序幕。齐鲁石公公司研制的丁笨橡胶(SBR)改性道路沥青于1992年5月通过中国石油化工总公司技术鉴定,以丁苯橡胶改性沥青为代表的改性沥青在我国得到快速的推广和应用,1991～1993年就铺筑橡胶沥青路面400万米。1992年首都机场高速公路使用了Novophalt改性沥青技术,这条高速公路面层采用了PE和SBS复合改性沥青和SMA结构,取得了较为满意的效果。此后,国外的各大沥青厂商也纷纷进入中国市场,形成了各种改性沥青一派繁荣的景象。据统计2001年我国改性沥青的产量为20万吨,2002年改性沥青的产量已达50万吨,近五年内改性沥青的需求量都达到200万吨/年,陕西第一条高速公路采用改性沥青是在2003年榆靖高速公路开始的,随后在铜黄、西汉、小康等广泛运用。笔者曾经在2007年的汉中市城褒一级公路的路面施工中使用过改性沥青,其效果得到了验证。

2改性沥青的概念及性质

所谓改性沥青,也包括改性沥青混合料,是指“掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂),或采取对沥青轻度氧化加工等措施,使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料”。改性剂是指“在沥青或沥青混合料中加人的天然的或人工的有机或无机材料,可熔融、分散在沥青中,改善或提高沥青路面性能(与沥青发生反应或裹覆在集料表面上)的材料”。改性效果的好坏,主要用改性沥青指标来进行评价,改性沥青的评价指标为:

(1)感温性指标:针入度指数。

(2)低温性能指标:5℃延度和当量脆点。

(3)高温性能指标:60℃粘度、软化点与当量软化点。

(4)热稳定性(耐老化)指标:旋转薄膜烘箱试验。

(5)沥青粘弹效应指标:弹性恢复。

(6)沥青与集料握裹力指标:粘韧性试验。

(7)施工及安全指标:闪点、135℃运动粘度。

(8)离析指标:软化点差。

改性沥青在高速公路路面上已运用近十年时间,有成功的经验,也有不足的教训,它的优点具有较强的抗高低温稳定性,提高了路面的强度,可以有效地防止车轨和路面变形,适应大交通量路段,缺点是施工工艺要求高,造价高,摊铺温度掌握不好,容易出渗水唧浆,严重造成破损。

3高等级公路改性沥青路面认识

3.1认识改性沥青路面和交通量发展关系

当前在经济大发展的时期,高速公路也迅速发展,受经济利益驱动,车辆向大型化,集装箱发展,有的车载重量已达到120吨/辆,而我们的设计仍按标准设计,由于结构设计的不合理、施工工艺达不到和超载超限车辆的普遍存在等原因,造成了高等级公路修建后出现了早期损坏,给公路管养部门造成了较大的负面影响,同时也给养护工作提出了严峻的考验。为避免这种现象的发生,几乎全部高等级公路甚至普通公路大量使用改性沥青,以通过改性沥青的使用,克服早期损害的发生。但是部分高等级公路使用改性沥青后,并没有完全达到设计年限,出现路面病害,如网裂、车辙等。

3.2认识改性沥青路面和道路使用寿命的关系

在当前许多人思想中,希望通过改性沥青的使用,延长道路的使用寿命。其实,道路的使用寿命与用不用改性沥青没有直接关系,道路的使用寿命是由其结构类型决定的。在道路的结构设计中,我们提出了设计年限(道路的使用寿命)。如果想延长道路的使用寿命,必须从结构设计和结构组合方面下功夫,单单通过采用改性沥青,提高混合料的路用性能来延长道路的使用寿命是一种错误的观念。也就是说,通过使用改性沥青,面层混合料的路用性能得到了提高,道路进行养护如大中修的时间延长,节省了全寿命周期的养护成本,会增加社会效益,但道路的使用寿命在结构设计时就已决定。

3.3认识改性沥青路面和沥青本身性能的关系

我国的道路沥青和国外的道路沥青,从试验的指标上有较大的差距,高低温性能差。根据一些报道和宣传,国外大量使用改性沥青路面,目前路面运行良好,这样反映出一个问题,那就是改性后沥青本身的问题存在,应该在改性和不改性方面进一步研究。

3.4认识改性沥青路面和改进的方法关系

在当前改性沥青路面,大家应用最为广泛的是SBS改性沥青,从我国的北疆到热带地区的海南岛,高速公路上没有应用SBS改性沥青的可以说是凤毛麟角。在许多地区,道路修建和改造中,有的甚至在中、下面层也应用SBS改性。究其原因就是SBS改性沥青性能全面,可以全面提高沥青的高温稳定性、低温抗裂性以及耐久性。但是通过研究,SBS改性剂对某些沥青,其改性效果并不是很好,不管什么沥青都通过SBS的改性,这是不科学的,在选择改性剂时一定要充分考虑到这一点。另一方面,我国幅员辽阔,气候条件千差万别,不经过认真的试验和总结,一味采用一种改性沥青来提高道路的性能也是片面的。其三,SBS改性沥青价格较高,不分气候因素和轴载条件,简单的应用SBS改性沥青是不经济的。在我国,各地区之间气候差异较大,有的地区高温是主要矛盾,低温是次要矛盾,如南方地区,因此在选用改性剂时,就应该选用能显著提高高温性能的改性剂,而不应该简单地选用SBS改性沥青。同样,许多北方地区,低温是主要矛盾,高温是次要因素,在选择改性沥青时,应该重点选用对低温有显著改善的改性剂。因此,只有综合考虑各方面的因素,才能正确选用改性沥青,实现经济和性能的双丰收。

3.5认识改性沥青路面和普通沥青砼路面关系

改性沥青由于加入了许多改性剂,这些改性剂在长期荷载作用下性能如何,至今没有做过深入和系统的研究。例如,许多改性剂在提高了沥青某一方面性能的同时,有可能降低了沥青的其他方面的性能,还有的改性剂是受汽油和柴油影响的,道路上汽车漏油现象经常发生,受到污染的路段,改性剂还能否保持稳定,值得考虑和研究问题。同时,由于目前普遍存在严重的超载现象,应用改性沥青的道路同样不能保持长期的良好路用性能。改性沥青其长期路用性能如何,应和普通沥青砼路面进行分析,从防渗水和路面的防腐以及路面化学性能随时间的变化进行对比。

3.6认识理论试验改性沥青路面和实际施工工艺的关系

改性沥青路面试验在一定温度、时间通过模拟得出的值,改性沥青路面和沥青混凝土路面施工工艺要求差异,一条高速公路一个投标段在20公里左右,拌和场在10公里以上、改性路面要求摊铺温度,不低于140℃,但是实际施工过程中,出料温度太高,容易造成材料老化,很难掌握在140℃以上。

4高等级公路路面选用改性沥青的方法

通过以上的分析可以清楚地看出,影响道路性能的因素是多样的,沥青材料作为混后料的重要组成部分,其性能的好坏对混合料性能的影响是重要因素之一,通过改性沥青改善沥青混合料的路用性能是有效的途径,但不是惟一的因素。因此,在选择改性沥青时,要结合本地区的实际情况,综合考虑以下几个方面:

4.1综合性的分析

对改性沥青的作用,我们持肯定的态度,但必须正确认识沥青和改性沥青在路面使用寿命中的作用,必须采取综合措施来提高路面的性能和使用寿命,而不能把改性沥青当作保治百病的灵丹妙药。

4.2必要性的决策

具体到某一工程,要进行认真的分析,这种道路到底需不需要改用性沥青,例如,许多道路交通量不大的一般的道路,用普通沥青同样满足要求。

4.3适应性的选择

在选用改性沥青时,一定要结合当地的实际气候环境,充分考虑交通量的需求,认真分析出影响道路性能的主要矛盾和次要矛盾,正确地选择应用改性沥青。例如当地气候是高温为主还是低温为主,通行的车辆以货车居多还是客车居多等。只有分清了这些因素,对改性沥青的选择才能有放矢。

4.4经济性的比较

在选用改性沥青时,一定要把经济因素考虑在内,因为满足一定条件要求的改性剂往往有几种,如果利用改性沥青,就要相应增加以下成本:改性剂的成本、增加的加工费用、增加的运输费用、改性剂类型不同而增加的沥青用量、增加的施工成本。

5结语

因此,任何一项新产品的应用都应综合考虑投入和产出,效益和成本,经济和寿命。对于改性沥青在高等级路面中的应用我们更是全面地认识和了解。

作者简介:王锋(1974-),男,汉中公路管理局中级工程师,研究方向:公路工程施工及公路养护管理。