杨文科

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

改性沥青是一种在普通基质沥青中添加某些改性剂经严格混合工艺而成的高品质路用沥青品种，是在上世纪80年代末期由北欧瑞典等国引入我国的一种路用沥青新技术。改性沥青因添加改性剂品种和比例的不同会呈现不同的性能，但均以其优异的路用特性，特别是能够显著提高沥青的软化点，降低沥青路面的早期损坏、提高道路承载能力及有效延长道路的使用寿命[1]著称于世，得到了国内外道路工程学术界和管理部门的认可。改性沥青的推广和规模应用对于促进我国高等级道路的发展和相关交通领域的现代化和技术进步具有重要意义。

1 公路交通事业的建设发展要求道路性能不断提高

众所周知，现代高等级的路面形式主要由沥青混凝土路面和水泥混凝土路面两大类型构成，亦可称为柔性（前者）路面和刚性（后者）路面。这两类路面的使用特征是比较明显的，沥青路面因其柔性特征具有行车平稳、较低噪声和养护工艺方便且旧路面材料易于回收再生利用等优点，目前作为高级和次高级路面的主要结构类型广泛采用。据我国交通运输部门统计，在我国目前等级道路通车总里程中，沥青路面占86%以上，而西方工业发达国家的相应比例更高，如地处北美的美国和加拿大等国的等级道路沥青路面所占比例在90%以上。

普通路用沥青（亦可称为基质沥青）通常为石油炼制的终端产品，由于其材料自身性能的特性，特别是软化点较低（一般不超过50℃），以其作为黏合剂制作的沥青混合料铺设的道路极易出现早期损坏。这些损坏的典型表现可进行如下表述：

a）炎热时节沥青路面因高温而软化，这是因为作为一种黑体物质，沥青是一种良好的吸热体，但却因其又是一种不良热导体[2]而将吸收的热量集聚起来。这种较为典型的温室效应使得沥青路面往往高于当时的环境温度。笔者曾在2013年6、7月间在山西汾（阳）离（石）高速吴城段进行了沥青路面表面温度和环境温度的检测，并得出下列曲线所示的基本规律（图1）。

图1 沥青路面表面温度和环境温度的关系曲线

b）在车辆的重载荷作用下因为沥青较低的软化点使得道路容易形成以车辙和推拥为基本特征的永久性变形（塑性变形）。

c）在冬季低温时沥青会因低温而变脆，此时路面会因此出现开裂和半刚性基层开裂形成反射性路面裂缝和坑槽、松散等面积损坏[3]。

d）由于上述原因，通车后路面早期病害频现、使用性能和服务寿命大受影响，且道路表层结构原有的抗滑能力会迅速下降，使得道路的总体行驶安全性严重受损等。

有鉴于这些问题的严重性，而国民经济的快速发展亦使道路的交通流量增长迅速，同时车辆的大型重载化（作为煤炭和钢铁重化工基地的山西省更是如此）亦成为提高营运车辆运输效率的趋势之一。这些现实都对道路的使用特性（包括承载能力、行驶舒适性和使用服务寿命等）提出了越来越高的要求。

2 改性沥青的工业化生产和规模应用成为必然

有鉴于此，提高沥青路面的使用性能，特别是解决沥青路面的高温抗车辙性能、低温抗开裂性能以及有效提高其承载能力和使用服务寿命成为摆在我国道路科研、管理部门和工程施工单位面前的紧迫任务。在这种情况下，通过具体国情的研究并参照国际道路工程学术界的成熟成果和经验，我国在20世纪80年代末期开始了路用改性沥青为代表的新型路面材料与相关技术的研制、引进和开发，并取得了大量成果。

改性沥青因改性剂的不同（如SBS、SBR、橡胶粉等）而呈现不同的品种和品质，但国内外长期的道路工程使用实践证明其中以SBS为改性剂与基质沥青掺配制备的改性沥青具有更为突出的使用性能。如改性沥青的三项路用指标均优于普通沥青，特别是软化点大于等于70℃。SBS改性沥青在高等级公路（尤其是高速公路）和机场跑道等工程的应用，能够显著提高路面的使用性能，提高承载能力，保证和延长路面服务寿命，同时能够有效遏制道路早期病害的出现频率，从而大大降低了道路日常养护费用，收到良好的社会与经济效益。其主要技术优势表现为：

a）在自然温差较大（如昼夜温度差）的地区使用呈现良好的温度稳定性。

b）体现良好的弹性和韧性，在大流量、重载运输的道路上具有良好的自适应能力，增强了路面的承载能力并具有较好的抗车辙能力。

c）具有较强的黏结性，从而有效地改善和提高了沥青路面的遇水稳定性和抗水毁能力。

d）致密性好，因此能有效防止和减轻因车辆渗漏柴油、机油和汽油等轻质油分对道路造成的人为损坏等。

有鉴于此，SBS改性沥青在国内外高等级公路上得到了广泛应用。自20世纪80年代末以来，改性沥青在我国沥青路面施工工程中的应用已由局部到基本普及。国家交通运输部专门制订了改性沥青应用的有关技术标准，使改性沥青的制备和使用更为规范（特别指出的是，由笔者所在山西省交通科学研究院提出并参与起草的改性沥青成套设备技术标准已通过初步审查，即将颁布全国执行）。由于改性沥青的应用，不仅使路面性能有效提高，而且也使道路的现代管理水平得到了进一步提高，道路的日常养护工程量及工程成本大大下降。在改性沥青应用领域，山西省交通科学研究院早在20世纪80年代后期即开始了相关技术的攻关，特别是于1986年在太原胜利街路面修建中采用了以氯丁胶乳为改性剂的橡胶改性沥青道路铺筑的试验（氯丁胶乳占基质沥青重量的5%～6%）。该段道路于1987年初通车，在长期大交通量和自然光候的双重作用下，成功使用10余年后，经综合检测仍处于完好运行状态，证明了改性沥青在高等级沥青路面的应用具有的良好效果。

进入新世纪以来，山西省交通科学研究院又以自己突出的技术实力成功研发了40 t/h改性沥青成套设备注，不仅完成了国内多项重点道路施工工程，而且已作为高技术产品出口北非，投入国际道路施工工程，以此确认了自己在改性沥青制备和应用领域的先进地位。

3 改性沥青制备过程的远程动态监测

改性沥青生产过程的数据检测是控制其成品质量的重要手段，通过对制作过程中各个生产环节的实时（瞬间连续）检测，可随时了解整个改性沥青生产设备的作业状态[4]，其结果将把影响改性沥青质量的诸多因素予以及时发现和消除，从而有效地保证其成品的高品质。有鉴于此，山西省交通科学研究院研发了改性沥青制备过程的远程动态监测系统（以下简称PPFM）。

众所周知，在改性沥青制备过程中有诸多因素会直接影响其成品品质。其中改性剂的掺加比例、基质沥青的流量以及制作和发育过程中的作业温度等指标是重中之重。PPFM通过对实时加入的改性剂和基质沥青称重计量的数据信号，自动检测改性剂在改性沥青中的含量比例；通过置于设备各检测部位温度传感器信号，检测制作和发育过程中的温度数据。这些数据由各传感器测得后由可编程控制器PLC和电脑处理放大后即时进行上传。由于信号的检测和传输能够在瞬间完成，这就使得管理人员能够对沥青改性作业的全过程进行即时监督，从而有效地保证改性沥青的制作严格遵从设定的工艺、工序和配料比例。

高等级道路，尤其是高速公路的工程施工受季节、气候和环境温度影响较大。同时，施工场地分散，各生产基地间距较大。这些特点使得改性沥青的制作时机和制作数量很难遵从一定的规律，不便于管理人员实时监管。PPFM的检测数据可由专门设计的工控机及其程序自动保存并通过无线通讯网络（GPRS）实时上传至管理人员工作站，且可实现全天24 h无人化监管。管理人员在办公室即可随时阅取改性沥青制备现场的各项监测数据，并可根据这些数据对改性沥青的生产制备过程进行即时监管，从而有效地保证改性沥青的成品质量。

注：山西省交通科技项目№05-09，山西省2008年度科技进步2等奖。