改性沥青在中国高速公路上的推广及应用

　现代高速公路发生许多变化：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。提论文联盟http://高耐磨耗能力和延长使用寿命。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高速公路路面抗高低温、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。
　　1 改性沥青的含义及特点
　　改性沥青 modified bitumen（英），modified asphalt cement（美）是掺加橡胶、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，从而使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青混合物。用它铺设的路面有以下特点：耐高温、抗低温、适应性强、韧性好、抗疲劳、增大路面承载能力、抗水、油和紫外线辐射、延缓老化、性能稳定、使用寿命长、降低养护费用。
　　2 改性沥青的种类及其特性
　　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。根据不同的标准，可以把改性沥青分成很多类别。根据改性沥青在国内的使用情况，改性沥青主要有：
　　丁苯橡胶（sbr）：粉碎后按2%加入沥青，制成改性沥青母体，然后使用时再加入一定比例与普通沥青混合。Www.11665.cOm还有将sbr加入溶剂成为span胶乳，直接掺入沥青，但这种方法施工工艺料繁琐，效果也不甚明显，未能大面积推广使用。
　　聚乙稀（pe）：奥地利使用了一种称之为nobohalt的改性沥青，使用已有15年的历史，其后在意大利、捷克、美国也相应推广使用。在沥青加入聚乙稀(pe)或再掺苯乙烯共聚物（热塑料性体(sbs），在表面层中还使用了石棉纤维，称之为沥青玛蹄脂碎石混合料路面(sma)。我国首次使用改性沥青是1994年首都机场高速公路，使用了奥地利技术nobohalt。其关键技术在于利用间隙可不断调整的大型胶体磨使改性剂反复多次通过磨体而达到非常均匀与沥青共混，用400倍显微镜面观察切片晶体结构是否混合均匀。pe对改善高温稳定性较好，而sbs对改善低温稳定性较好，1996年首都机场东跑道罩面掺入4%pe+2%sbs，另外还掺入0.4%石棉纤维，使用改性剂以后，针入度比原来沥青减少了一个等级，软化点大为升高，粘度增加了7倍，说明沥青的高温稳定性有显著提高。北京市公路局已自行研制成功大型胶体磨，研磨后的晶体直径可达15（微米）以下，其性能已超过奥地利设备，故生产成本可以大幅度降低。
　　北美沥青un-a：是美国犹他州东部uintah盆地所产的一种天然树脂，呈块状，经加工研磨成粉末，成为商品。根据北京公路局所作试验，加入5%-10%的un-a，沥青的针入度延度脆点以及粘附性、马歇尔稳定度均有明显的改善。un-a是粉末状，可直接加入沥青，所以它的添加使用非常方便。目前尚未使用于工程，有待进一步论证。
　　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。
　　mac改性沥青：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（油）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。
　　废胶粉改性沥青：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。第三，经chipps j.f.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 s.k.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。
　　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。
　　3 改性沥青具有良好的应用前景
　　随着我国改革开放的深入发展,公路建设的历史开始谱写光辉灿烂的一页,使我国公路运输状况得到了明显改善,并为公路交通的发展打下了良好的基础。尽管如此,交通仍然是制约我国经济发展的环节。我国绝大部分公路仍然是等级低、质量差的中低级路面。公路网密度与西方发达国家相较仍有较大差距。因此在今后50年内公路建设的大发展大投入势头不会减弱,公路等级和修筑质量也会不断提高。我国政府及工程部门已经普遍认识到材料质量对于路面质量和使用寿命的重要性。我国目前石油沥青产量约340万吨,其中道路沥青250万吨,能达到交通部jtj032-94重交沥青质量要求的优质路用沥青约30万吨,每年有40-50万吨优质沥青依赖进口。改性沥青是优质沥青中的优质沥青,在我国改性沥青还刚刚起步,用量不到沥青总量的1%,目前主要是依靠进口或依靠国外技术在国内生产。根据目前国外经验改性沥青的用量约占沥青总量的10%,我国对改性沥青的需求量会越来越多,如果达到目前工业发达国家的水平,对改性沥青的年需求量将达到100万吨以上。
　　公路是我国经济的基础设施,改性沥青能够显著地延长路面使用寿命。在欧美一般认为采用改性沥青可使路面寿延长1/3-1/4,也有的国家认为可延长50%(如澳大利亚)。目前我国高速公路的投资一般是3000-3500万元/公里。采用改性沥青后,每吨沥青增加成本约800元,每公里高速公路增加成本约20万元。增加的费用在总投资中所占比例约6%，既为原投资的1/20。这同延长路面寿命、节约或推迟巨额养护投资相比经济效益是非常巨大的。因此改性沥青的生产和推广应用具有良好的前景。
　　自上世纪90年代以来,我国沥青路面施工工程应用改性沥青从无到有,由少到多,由局部到基本普及。由于改性沥青的应用,使沥青路面的热稳定性、冷稳定性和使用寿命都得到了较大的提高,尤其是道路病害的出现频率显著下降。这从一个侧面也使道路的现代化管理水平得到了提高,日常养护工程量及工程成本大大下降。比较突出的例如北京首都机场东跑道、沪宁高速、山西晋焦高速等一大批使用改性沥青的道路路面强度及各项指标均大大提高。这些工程实例充分证明了改性沥青在公路工程中的应用具有显著的效果,其经济意义已为公路工程学术界所公认。