浅议改性沥青路面的特点与运用

摘要:简要介绍了改性沥青的特点及优点 ,并对改性沥青道路施工的质量控制进行了论述 ,结合国内外的发展现状 ,对改性沥青路面的主要类型和应用状况进行了总结。

关键词:改性沥青;沥青路面;质量控制

1 改性沥青

所谓改性沥青是指在沥青中掺加改性剂,或对沥青进行轻度氧化加工 ,使沥青或沥青混合料的性能得以改善。改善沥青性能 ,首先要控制沥青的含蜡量。资料显示 ,含蜡量愈小 ,沥青的路用性质就愈好。选用普通沥青采用传统措施要同时提高混合料的高温稳定性和低温抗脆裂性能几乎是不可能的。这时 ,就必须使用改性沥青来达到上述目的。比较各种改性沥青的性能 ,SBS 改性沥青的高温、低温性能 ,弹性恢复性能 ,感温性能都有明显的优势 ,是其他改性沥青如 PE 和 EVA 无法相比的。SBS 的优越性表现在使软化点大幅度提高的同时 ,又使低温延度明显增加 ,感温性得到很大改善 ,并且弹性恢复率特别大。目前 ,世界上使用最多的是 SBS ,约占改性沥青总量的 40 %～44 %。

改性沥青按照所掺加的改性剂的不同可分为 3种: (1) 热塑性橡胶类聚合物 ,主要指苯乙烯类和聚酯类 ,其中的苯乙烯丁二烯( SBS) 粘度较高 ,具有良好的柔性 ,对于重载路面变形、高温车辙等可以自恢复;对温度裂缝等可以自愈 ,抗磨损、抗老化、水稳定性极佳 ,适用于不同环境 ,是目前世界上最普遍使用的道路沥青改性剂; (2) 橡胶类 ,其中以丁苯橡胶 (SBR) 的乳胶剂使用最为广泛 ,它可以增加沥青混合物的弹性、粘聚力 ,对于车辙、温度裂缝等有很好地效果 ,还可以降低沥青的温度敏感性 ,适用于严寒地区; (3) 树脂类 ,即塑料 ,它可以增加沥青混合物的稳定性 ,有效抵抗高温车辙、疲劳变形 ,增加水稳定性。常用的有乙烯 ―乙酸乙烯酯共聚物( EVA),它软化点较高 ,高温性能好 ,适用于高温炎热地区。

2 改性沥青的优越性

沥青路面的使用性能主要包括:高温抗车辙性能、低温抗脆裂性能、耐久性和路面表面特性等。而这些性能在要求上往往是相互矛盾和制约的 ,照顾了某一方面的性能 ,很可能另一方面的性能就会降低。如为了提高高温抗车辙能力 ,希望尽量采用粗级配 ,增大集料粒径、增加集料数量 ,减少用油量 ,但这样的混合料低温劲度大 ,发脆 ,很容易开裂 ,抗疲劳性能差。这些矛盾的克服就必须利用沥青的改性来达到 ,沥青经过改性以后 ,各项技术指标都有所改善。

基质沥青经过改性以后 ,温度敏感性大幅度降低 ,一方面使沥青的软化点大幅度提高 ,提高了路面的高温抗推拥和抗车辙能力;另一方面沥青的脆点降低 ,在寒冷季节不发脆 ,具有柔性和韧性 ,减少路面裂缝 ,同时使沥青与石料的粘结力提高 ,可以防止石料受水的作用造成剥落、松散等 ,沥青经过改性以后 ,能有效地延长路面的使用寿命。

3 改性沥青路面的施工质量控制

(1) 集料的要求:沥青混合料中一是沥青 ,二是石料。采用好的沥青 ,而无好的集料 ,仍将导致沥青路面出现车辙、坑槽等病害。集料主要控制:石料的种类 ,最好选用与沥青粘附性好的玄武岩;粒型 ,要控制针片状含量。地方材料往往采用鄂式破碎供料 ,其工艺导致碎石中针片状颗粒偏多 ,对混合料性能有较大的影响;级配 ,级配解决的问题是大小颗粒的含量。原料的级配不合理将使混合料的孔隙率无法控制在 4 %左右 ,从而导致出现车辙等问题。

(2) 准备工作:沥青采用导热油加热 ,改性沥青温度控制在 170～180℃范围内。改性沥青贮存时间过长 ,重新升温时应先搅拌或循环拌和使其均匀后 ,方可使用 ,避免改性剂离析 ,影响改性沥青的质量。集料的准备应注意:集料铲运方向应与其流动方向垂直 ,保证铲运材料均匀 ,避免集料离析;每天开工前检测含水量 ,以便调节冷料进料速度 ,并确定集料加热时间和温度;集料级配发生变化或换用新材料时 ,应重新进行配合比设计 ,确保混合料质量符合要求。

(3) 搅拌工艺:改性沥青的粘度较大 ,混合料的出料温度高 ,改性沥青混合料的拌和时间应适当延长。一般拌和时间应大于 45 s ,其中含 3～5 s 的干拌 ,以确保矿粉吸油的均匀性。拌和时间是否足够、拌和方法是否正确是生产优质沥青混合料的关键 ,质量均匀的混合料表现为所有的集料颗粒完全均匀地被沥青裹覆 ,沥青均匀分布于整个混合料中 ,以无花白石子、无沥青团块 ,乌黑发亮为宜。

(4) 摊铺与碾压: 摊铺机应充分预热后开始作业 ,摊铺过程中应匀速行驶 ,并保证摊铺速度与供料速度平衡。当供料不足时 ,采用运料车集中等候 ,集中摊铺的方式 ,尽量减少摊铺机的停顿次数。摊铺机停机时 ,可能将路面压出凹槽 ,启动时 ,往往使混合料产生推拥 ,会影响平整度。改性沥青最有效的碾压温度是 160～170℃,施工时应保证拌和温度

180～185℃,摊铺温度大于等于 170℃,施工时必须保证压路机紧跟摊铺机碾压 ,复压终了温度大于130℃,绝不允许单纯追求平整度而降低初压、复压温度。

4 改性沥青混和料的应用与展望

4. 1国内外的应用现状

在欧美等发达国家 ,由于高速公路网建成较早 ,已经进入维修养护的阶段、改性沥青主要用于:做排水或吸音磨耗层及其下面的防水层;在老路面上做应力吸收膜中间层 ,以减少反射裂缝;在重载交通道路的老路面上加铺薄或超薄沥青面层 ,以提高耐久性;在老路面上或新建一般公路上做表面处治 ,以恢复路面使用性能或减少养护工作量等。发达国家主要用 SMA 改善老沥青路面的使用性能 ,特别是用于承受交通荷载及高轮胎压力的道路和机场路面。改性沥青还广泛用于透水路面、稀浆封层和高刚度基层等;另外在桥梁伸缩缝、快速道路修补混合料等局部领域也应用很多。

我国从 1992 年在建设首都机场高速公路过程中首次提出试用改性沥青技术 ,其后河北、吉林、江苏、辽宁、山东、山西、湖北、上海和广东等省市也先后修建了试验路 ,有些已在高速公路工程上得到了应用。但是 ,在使用过程中 ,发现很多项目忽视了气候的差异 ,过多地参考国外的经验 ,出现了泛油等问题 ,个别试验段甚至是失败的。因此 ,我国改性沥青路面发展还有很大的潜力 ,必须对其进行更深入的研究。

4. 2常见的改性沥青路面的种类

(1) SMA 路面。于 20 世纪 60 年源于德国 ,现已发展成欧洲重交通道路、机场和港区道路流行的沥青混合料 ,随后又推广应用至美国 ,并在世界范围内推广应用。SMA 由粗集料构成的坚固的骨架结构有优良的抵抗永久变形的能力 ,而填充粗集料结构空隙的沥青赋予其高度的耐久性 ,其粗糙的表面构造则使路面具有优良的抗滑性能和较低的交通噪声。德国于 1984 年建立了 SMA 国家标准 ,迄今铺筑面积超过 1 亿 m2;一些欧洲国家也陆续建立了 SMA 标准 , 瑞典、西班牙 SMA 铺筑面积超过5 000 万 m2,荷兰、法国、丹麦、挪威和波兰铺筑面积也超过 1 000 万 m2 。1993 年我国在广佛高速公路和首都机场高速公路首次采用 SMA ,首都机场路使用至今除了出现一些横向温度裂缝外 ,使用情况良好。1996 年在首都机场东跑道和八达岭高速公路 , 1997 年在北京长安街 ,也修建了 SMA 路面 ,另外河北、辽宁、山西、江苏等省也先后修建了 SMA 路面。

(2) O GFC 路面。O GFC 路面又称为大孔隙透水性沥青路面 ,它主要具有以下特点:O GFC 路面即指多孔性排水沥青面层 ,它具有较大的空隙率 ,能迅速让路表降水渗入结构层内 ,从结构层内部排至道路边缘 ,使沥青路表保持相对于燥。使用 O GFC 路面 ,不仅能有效地降低因表面积水引起的水雾、水溅及晴日眩光 ,而且可提供足够的表面粗糙度 ,提高抗滑性能并能降低道路沿线噪音。美国早在 1950 年就开始研究 O GFC ,并在许多州得到了推广应用 ,例如亚利桑那州 95 %州际公路铺筑了 O GFC ,加上非州际公路的铺筑 ,总铺筑面积占道路铺筑面积的26 %。在欧洲 ,德国于 1960 年首次建设此种路面 ,荷兰、法国、瑞士、意大利等国出先后进行了 O GFC路面的铺筑与研究。在亚洲 ,日本、马来西亚、新加坡等国也进行了 O GFC 路面的铺筑与评价工作 ,其中日本于 1996 年底累计铺筑达 800 万 m2 。我国1997 年在杭州 ―金华铺筑了 1 000m 的 O GFC 路面 ,效果良好;1999 年在上海的路至和田路工程、延安中路地面道路和局门路铺筑了试验路 ,其性能良好 ,达到了预期效果。

(3) SUPER 路面。到1998 年,美国利用 Superpave方法的工程项目已达1339 个,代表了全美1/ 3 热拌沥青工程项目。在我国上海浦东南干线和杨高南路立交南段进行了 Super 路面的铺筑与研究,取得了令人满意的效果。乌鲁木齐于2001 年也修建了 Super 改性沥青路面(用于城市快速路) ,西安也进行了 Super 改性沥青路面的铺筑试验,其路用效果还有待于进一步验证。随着时间的推移 ,优良的改性沥青路面结构在新的世纪里,将会在公路领域和机场道面建设中发挥越来越重要的作用。

4 .3 抗裂贴裂缝处理

抗裂贴为 1.3 mm厚的聚合防水膜涂在0.3 mm 厚的抗皱重载型聚丙烯机织物上 ,两种材料经严格工艺碾压制成宽度 97.8mm 的卷材。适于裂缝病害已发展 ,面层边部一定范围内混合料已发生松动 ,而结构层尚好 ,单纯灌缝处理不能较好解决水分浸入的情况。

该方法为将病害处切槽清出 ,灌缝后 ,进行抗裂贴处理 ,加铺新面层。工艺为切槽、清缝、清槽、灌密封胶、涂底层油、铺抗裂贴、加铺新面层。

聚合防水膜涂层、底层油处置以及灌缝处理有效地防止了水分的浸入。聚合防水膜涂层与下部结构层的有效连结 ,以及其较小的厚度 ,保证上面层不会发生荷载疲劳破坏。相当宽度上的聚合防水膜涂层的存在 ,一定程度上分散了裂缝发展可能产生的应力集中。聚丙烯机织物有效地分散了由于聚合防水膜涂层(厚度较小) 的存在 ,加铺层下缘可能出现的拉应力。

对于抗裂贴裂缝处理的研究和使用经验尚不成熟。养护费用的投入和可得效益还需进一步比较和研究。

4 .4其他处理办法

对于路面局部的网裂造成的路面使用性能的丧失 ,通称采用重铺的方法处理。