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改性沥青在高速公路的应用研究

　　摘 要：交通流量和行驶频度急剧增长，货运车的轴重不断增加，改性沥青在高速公路的应用也越来越广泛，种类日渐增多，通过详细论述不同种类改性沥青的性能、使用环境、生产效率等技术指标，为改性沥青在高速公路的应用提供有价值的施工经验和技术依据。
　　关键词：改性沥青；高速公路；应用 　　
　　1 引言
　　由于交通量的日益增大和车载的加重，对沥青路面质量要求越来越高，普通石油沥青在低温下容易脆裂，在高温下容易软化，在行车载荷的反复作用下容易出现车辙、推移、起包等现象，性能已无法满足需要，而采用改性沥青以解决路面抗高低温、抗滑、耐久性及大承载力的问题，是当前国内外先进技术之一。
　　自1873年英国首次公布橡胶改性沥青专利以来，改性沥青已形成了多种品牌。改性沥青是指添加了橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细了的胶粉等改性剂，或采用对沥青进行轻度氧化加工，从而使沥青的性能得到改善。用它铺设的路面有良好的耐久性、抗磨性，实现高温不软化，低温不开裂。对于沥青改性剂的选择，因每个地区的气候条件及加工设备的不同，改性沥青的配制也是多样化，其改性的效果与改性剂的品种密切相关。改性剂的种类比较多，用于道路改性的改性剂一般分为橡胶类、树脂类、热塑性橡胶类等。故在使用改性沥青时，应根据不同施工环境、经济、施工技术等选择相应的改性剂，以切实提高其在高速公路的应用效率，满足交通所需。
　　2 影响改性沥青应用的要素
　　目前，我国对改性沥青的研究已有20多年的历史，取得了不少技术成果，并颁布了改性沥青路面施工技术规范。就国内的应用研究现状来看，对改性沥青路用性能的优点有了比较深刻的认识，已经得到广泛认同。但不管是国内自己生产还是国外进口的改性沥青，大部分有自己特有的功效，使用时应注意以下影响推广应用的因素：
　　改性沥青施工温度较普遍沥青提高10℃-20℃，在拌合、摊铺、碾压过程中增加了施工难度，从而增加了直接施工成本。并且由于普通沥青施工温度已经很高，提高温度后致使沥青老化现象加剧。
　　加工生产改性沥青需要专门的机械设备，导致增加使用难度，并提高了相应费用。
　　进口改性沥青价格普遍较高，一般较普通沥青费用增加50%以上。
　　不管是国内自己生产还是国外进口的改性沥青，一旦存放过久，都存在离析或结团现象。
　　3 几种常见改性沥青的应用
　　SBS改性沥青
　　SBS改性剂是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。其最大特点是可同时改善沥青的高、低温性能，具有良好的弹性恢复性能，抗老化能力也强。
　　配合比设计
　　改性沥青配合比设计应遵循《公路沥青路面施工技术规范》中关于热拌沥青混合料配合比设计的目标配合比、生产配合比及试拌试铺的三个阶段，确定矿料级配及最佳改性沥青用量。采用下列措施，在一定程度上可提高改性沥青的性能，发挥其效率的利用，如混合料的拌合、击实温度应根据改性沥青路面施工技术规范和根据沥青胶结料的粘温关系曲线进行确定，进行室内配合比设计时的拌合、击实温度应与拌合厂拌合温度、现场碾压温度一致；混合料体积指标的测定要统一，对于密级配沥青混合料试件温度的测定应统一采用真空法；采用沥青混合料马歇尔稳定度试验方法测定的48h浸水马歇尔稳定度实验，残留稳定度不应小于80%等。
　　SBS改性沥青的施工
　　对拌和设备的计量、温度控制进行一次全面核准,确保集料、填料、沥青称量、温度的准确。其中温度控制包括集料加热温度的控制，沥青加热温度的控制，混合料拌和温度的控制，出场温度的控制等。
　　确定压实工艺。建议碾压温度区间为120℃-150℃；碾压工艺组合为：碾压，DD130或DD110振压4个轮回采用低副高频；压路机轮的重叠需大于20cm；终压：DD130或DD110静压一个轮回；如发现有轮迹，可再终压一遍，终压应在90℃以上完成，禁止在105℃-115℃范围内碾压。
　　沥青面层混合料，现场的压实效果应采用空隙率和压实度双向控制。压实度按理论密度的93%，当天马歇尔密度的97%为控制指标。空隙率计算所需的最大理论密度以每天实测为准，测试按照沥青路面混合料最大相对密度试验进行。
　　MAC改性沥青
　　MAC沥青的引进
　　MAC改性沥青是多级沥青的缩写，其是从美国引进的一种新型的改性沥青。MAC改性沥青于1987年由美国海瑞沥青材料材料公司研制生产，在美国的亚利桑那州、德克萨斯州、印第安纳州使用，效果较好。我国在1998年引进该技术，并首先应用于山东的部分高速，并逐步推行使用。
　　MAC改性沥青的特点
　　MAC改性沥青有较好的耐老化性能，通过化学改性，有较好的稳定性，在常温下存放半年不离析，无需加任何稳定剂，不含硫，对人体无害，是一种环保型产品；MAC还具有较好的抗车辙能力和抗水损害能力，因其具有在高温下较高的粘度，易形成较厚的沥青膜，而不发生析漏现象，可以有效的阻止水分侵入和提高沥青与集料的粘附性，增加粘结力，起到抗水损害的作用。
　　MAC改性沥青的应用
　　MAC改性沥青具有比普通沥青明显的弹性，经取芯试验，混合料密实度大，空隙率明显减小，所以可用于高速公路的上面层，如山东日照至竹园段就是用了此改性沥青，取得效果较好。沥青混合料马歇尔技术要求见表1。同时，MAC改性沥青常用于路网改造和养护工程，使用时，注意温度的控制，MAC沥青的温度较普通沥青高10℃-20℃，特别要控制碾压终了温度在110℃，要坚持“高温、强振、快压”，如山东高速大多采用2cm-3cm厚SMA作为磨耗层。
　　废胶粉改性沥青
　　废胶粉改性沥青的特点
　　胶粉的添加对沥青总体性能有较大的影响，第一，经Carcia-Morales等研究，该改性沥青有较强的承受车辆负载的能力，具有更好的适应性。第二，经张丽萍等研究，该改性沥青有较好的抵抗水损害、高温稳定性和低温抗开裂性能。如沥青中加入轮胎胶粉，Navarro 等对其进行研究发现，一方面，可增加沥青路面的高温线性粘弹模量和粘度，在50℃-163℃温度范围内，粘度随胶粉颗粒的增大而增大，且明显高于对应条件下的未改性沥青；另一方面，减少了低温存储和损失模量，从而使沥青胶结料在特定的温度范围内更具有灵活性。第三，经Chipps 等研究，发现该改性沥青表现出最优的老化性能，硬化速度慢，氧化速度低；Palit 等研究也发现胶粉改性沥青混合料改善了疲劳和永久变形性能，具有较低的温度敏感性和较好的抗湿损害性能。
　　废胶粉改性沥青的应用
　　废胶粉作为热沥青的添加剂用于筑路在美国已有多年历史了。2001年美国就有了比较完整的道路废胶粉改性沥青施工规程。从上世纪60年代末起，我国已开展胶粉改性沥青的研究工作，用于建筑防水和道路。21世纪，我国将废胶粉改性沥青大量的应用于沥青混凝土路面，目前为止约有17个省市的公路有试验路段，北京、江苏、天津等地的有关公路工程公司也制定了较好的施工规程。随着工业的发展，黑色污染问题越来越严重，废料利用越来越受到重视，胶粉改性沥青恰能同时解决上述问题，合理利用胶粉制备性能良好的路用沥青会逐步走向推广和应用。
　　环氧沥青
　　20世纪60年代，壳牌石油沥青公司首次开发环氧沥青，并在世界各地的不同环境下应用以充分显示该产品优良的路用性能。40多年来，环氧沥青的品种层出不穷，其研究及应用日趋广泛。环氧沥青具有优良的高温抗车辙、低温抗开裂、耐久性和抗疲劳性能，广泛应用于正交异性钢桥面铺装和超重载交通道路。
　　环氧沥青常选用国产SBS改性沥青作为基质沥青，并选用日本环氧树脂，环氧树脂由两种组分组成：主剂和固化剂，技术指标见表2。
　　4 结语
　　除以上几种改性沥青外，常用的还有天然岩沥青改性沥青、塔河稠油改性沥青、SBR改性沥青及复合改性沥青等，相对于普通沥青，耐久性、防水性、高低温稳定性、抗车辙性能等均有不同程度的提高。
　　现代公路和道路发生了许多变化：交通流量和行驶频度急剧增长，货运车的轴重不断增加，普遍实行分车道单向行驶，要求进一步提高路面抗流动性，即高温下抗车辙的能力；提高柔性和弹性，即低温下抗开裂的能力；提高耐磨耗能力和延长使用寿命。对石油沥青进行改性，使其适应上述苛刻使用要求，引起了人们的重视。改性沥青的品种和制备技术取决于改性剂的类型、加入量和基质沥青的组成和性质。针对越来越多的改性沥青品种，我们应熟知其性能、应用场合、生产效率等，保证改善道路质量的同时，力争节省费用，切实提高不同种类改性沥青于高速公路的应用水平。
　　参考文献
　　［1］Garcia-Morales M,Partal P,Navarro F J,et　of waste polymer addition on the rheology of modified ,2006,85(7):936-943.
　　［2］Zhang L P,Xin Q,Xue Liang,et　investigation of performance of discarded tire rubber modified asphalt　of shenyang jianzhu university(Natural Science),2005,(4):293-296.