改性沥青在公路工程中应用与发展的探讨

2012-08-15单红佳

黑龙江交通科技 2012年3期

单红佳

(河北省东光县公路管理站)

我国经济的迅速发展使高速公路建设步伐逐渐加快，在高速公路上行驶的车辆也日益增多，这严重影响了高速公路的正常使用，虽然很多高速公路沥青路面采用了国产优质重交通量沥青，但是在早期就出现了车辙与裂缝等病害。使用不同的改性沥青与相关的新颖路面结构，使沥青路面使用性能提高并使其使用寿命延长，同时改性沥青在路面修筑中，也具有很大的发展潜力。

1 改性沥青的优越性

(1)改性沥青具有较强的抗水损害能力与粘结力。改性沥青在透水路面的使用中，透水路面空隙率能够达到20%，能够使雨水迅速排出，避免在行车中喷溅及飘滑现象的出现。还能使由于车辆汽油或者润滑油渗漏导致的路面破坏减少。同时改性沥青作为高速公路修筑的理想材料，可有效降低交通负荷导致的路面疲劳，使路面的使用寿命延长。

(2)能够使路面老化与噪音减少，特别使紫外线辐射造成的老化减少;同时其具有良好的高温稳定性与较好的低温抗反射裂缝的能力。震动与温差等因素使许多桥面在早期就出现开裂与推移的现象。而使用改性沥青不仅使路面未发生损坏的温度范围扩大，还使造成路面裂纹的温度敏感性降低，使软化点的温度提高。

2 改性沥青在公路工程中的应用与发展探讨

在1936年，荷兰修建一条橡胶沥青公路，二次大战后，其依然良好，这个吸引了公路工程师们的强烈兴趣。随后橡胶改性沥青在日本与欧美等国家取得了广泛应用。在20世纪60年代到70年代，美国利用橡胶沥青铺筑了机场跑道，艾伦斯堡机场的跑道使用至今，其情况仍然很好，同时不需要很大的养护修理。其后美国亚利桑那州使用磨细橡胶粉铺筑应力吸收薄膜，来避免反射裂缝。澳大利亚与南非使用磨细橡胶粉改性沥青铺筑沥青路面，同时英国与法国用于铺筑吸音路面。

在1990年，我国的丁苯橡胶母体面市后，橡胶沥青路面的应用得到迅速发展。从1991年到1993年，橡胶沥青路面铺筑的面积就快速达到400多万m2。随着社会经济迅速发展，SBS改性沥青逐渐取代了橡胶沥青的使用。加入SBS改性剂能够使基质沥青改性，极大提高了沥青的路用性能，与普通沥青混合料路用性能相比较，改性沥青混合料的高低温路用性能指标有了很大提高。随后成功研制出了改性沥青加工设备，在许多地区中，SBS改性沥青逐渐开始广泛应用，在1998年，某个地区在新建公路上使用SBS改性沥青进行了数千米SMA路面的铺设。由于SBR改性沥青和SBS改性沥青相似，所以其应用的地区范围也很广泛，再加上良好的低温柔软性，在寒冷地区中，其更能充分发挥作用。在寒冷地区，不宜使用EVA改性沥青，而在炎热地区或者温暖地区都能对其进行使用。最近几年，PE改性沥青在国内应用比较多，同时主要应用在机场沥青道面。根据笔者的工作实践，可以知道，PE改性沥青在北京等寒冷地区使用效果不好，而在南方使用效果很理想。

橡胶粉改性沥青应力吸收层——AR-SAMI就是指铺筑于旧水泥混凝土路面和沥青路面之间或者半刚性基层和沥青路面之间的，拥有较高变形能力的橡胶粉改性沥青层。合理设置AR-SAMI可以吸收并缓解裂缝部位的应力集中，避免沥青路面产生反射裂缝。不仅能够把橡胶粉改性沥青应力吸收层单纯用作预防性养护措施或者低等级道路路面，还能够用作新旧路面罩面之间的界面层，另外还会起到防水层与粘结层的作用。

因为半刚性基层不仅具有较大刚度，还具有较高的强度，于是在我国公路工程建设中，其得到了大力的推广应用。但是它的干缩性比较大，极其容易产生干缩裂缝。随后这种裂缝会反射到沥青路面层，使得沥青路面在早期就产生裂缝。同时雨水通过裂缝逐渐渗透到基层当中，使基层受到侵蚀，进而导致结构性的破坏。因此需要在面层与基层之间加铺一层应力吸收层，就能够有效地推迟反射裂缝的全面产生，极大地减缓反射裂缝的出现。再加上应力吸收层有着极其良好的弹性恢复性能，能够良好地保护公路的基层，使其免受水的破坏，使公路的使用寿命明显延长。由于应力吸收层是结构层的一个中间层，它的厚度很薄，所以对其材料的性能应该有着较高的要求，它的结合料不仅要具有高弹性，还应该具有良好的高低温性能，在沥青混合料中，其中的沥青胶结料含量比较高。合理选用橡胶粉改性沥青应力吸收层，就能够使半刚性基层的反射裂缝得到有效解决。在半刚性基层或者老路改建时，使用橡胶粉改性沥青混合料能够提高公路路面的整体承载能力，可以减少公路路面的反射裂缝，在一样的使用效果基础下，对橡胶粉改性沥青进行适量使用能够减薄沥青混合料面层的厚度。不管是减少反射裂缝标准，还是承载能力标准，合理选用橡胶粉改性沥青混合料面层的厚度可以减薄到30%左右，如果在沥青结构层中选用橡胶粉改性沥青的应力吸收层，其厚度还能够进一步减薄，使工程造价降低。同时橡胶粉改性沥青路面的综合特点就是:良好的抗疲劳性使路面的耐久性能提高;由于胶结料油膜厚、含量高，同时轮胎中含有抗氧化剂，所以使公路抗氧化与抗老化能力提高;因为胶结料好的弹性与高的含量，使路面对反射裂缝与疲劳裂缝的抵抗能力提高;比较强的柔韧低温性使路面的温度敏感性减轻;使路面抗永久变形与抗车辙能力提高;橡胶中的炭黑可以使路面黑色长期保存起来，使公路的安全性提高;当橡胶粉改性沥青用于沥青混合料时，因为施工迅速以及施工厚度薄，由此使施工时间减少;最后橡胶粉改性沥青路面还具有降低行车噪声的作用。

3 改性沥青在公路工程中的应用与发展中出现的问题及对策的分析

我国改性沥青在公路工程中的应用与发展，和国外相比较，仍然存在部分差距，同时有些技术难点与出现的问题还需要解决，其主要表现为以下几点。

(1)目前我国现有的几种改性沥青的质量水平和国际上用相同种类改性剂的改性沥青基本上相当，于是加工方式手段的难易已经成为我国改性沥青和同类国际产品竞争的重要方面，但是在这一方面，我国和欧美国家有着很大的差距。基于此，应该加强我国的改性沥青研究工作，积极学习并研发出像美国SHRP一样的大型系统工程。

(2)与普通沥青相比较，改性沥青施工温度有所提高，所以增加了摊铺与碾压过程的施工成本与施工难度。同时普通沥青施工温度已经很高，温度提高以后，会使沥青老化现象加剧。针对这种问题，必须对改性沥青进行积极创新，合理使用，同时对改性沥青进行加工生产需要的机械设备进行改进，使费用减少。

(3)目前我国改性沥青的应用规模比较小，同时相应的沥青改性设备比较落后，施工、生产与管理工艺的研究工作也比较滞后。基于此种问题，可以扩大改性沥青的应用规模，改进沥青改性设备，提高沥青改性施工生产工艺。

(4)没有合理形成对改性沥青与改性性能统一的评价标准。目前，在进行改性沥青的实验时，许多是通过改变基质沥青的种类或者改变聚合物的掺量进行比较的。针对后者，对于相同种类沥青还有一定程度的可比性，可以说明不同改性剂对此种基质沥青改性效果的不同。但是对于前者，就没有多少科学根据。由于沥青是一种成分相当复杂的有机高分子化合物，选用不相同原油炼制成的沥青，它的组分明显是不相同的，即使是相同种类的原油，不同的炼制工艺得到的沥青组分比例也并不相同。所以通过比较同种改性剂对不同基质沥青改性效果的这种手段，有着极大的缺陷。可以采用的对策应该是针对同种沥青，首先按照某一方法对基质沥青的各组分进行提纯并分离出来;其次针对实验目的，把所得到的组分按照一定比例配制成为试验需要的基质沥青;最后运用相同的制备工艺手段，进行改性沥青与其混合料的制备，同时进行性能研究或者评价。