高粘度改性沥青的开发及应用技术

丁 波 刘智昇

1 排水性沥青路面的概况

随着我国高速公路的快速发展,交通量的不断增大,车辆性能的不断提高,车速的不断增大,道路安全和环境保护问题越来越受到人们的关注。开级配多孔隙排水性沥青磨耗层OGFC是一种孔隙连通的开级配沥青混合料,为路面范围内的降水提供了一条快速排出路面范围的通道,降水通过磨耗层垂直到达不透水的下卧层,然后从侧向排出路面边缘,不产生溅水和水雾,同时大幅度降低路面噪声。但是由于该种混合料的孔隙率大,故其在强度和疲劳耐久性方面不如密级配的混合料;并且由于降水被允许直接进入路面内部从侧向排出路面,故混合料内部长时间遭受雨水侵蚀,这样对混合料抗水损害的能力必然有更高的要求。所以如何在保证排水性沥青路面功能的前提下,保证其强度和耐久性是该种混合料设计的关键所在。影响排水性沥青混合料路用性能的因素很多,例如混合料的级配组成,矿料的性能,沥青的性质和沥青用量等。试验研究表明在相同级配和沥青用量的前提下,沥青的性质对排水性沥青混合料的路用性能有较大影响。开发和选用适合排水性沥青混合料的沥青尤为重要。开级配多空隙排水型沥青路面用沥青应具有的主要特征见表1。

表1 开级配多空隙排水型沥青路面用沥青应具有的主要特征

2 用于OGFC的高粘度改性沥青

沥青的粘滞性(粘性)是沥青技术性质中与沥青混合料路用性能结合最紧密的一种技术性质。OGFC是典型的开级配混合料,粗集料的含量高达70%以上,混合料中粗集料形成骨架结构的同时缺乏细集料的填充。因此,如果采用普通沥青,则难以对粗集料骨架结构产生足够的限制约束作用,混合料的各项力学性能就难以满足要求,所以对于OGFC类开级配的排水性沥青路面应该采用高粘度的改性沥青改善混合料的力学性能。同时由于OGFC的孔隙率很大,沥青与空气的接触面积大,对于沥青混合料的耐久性能沥青的贡献非常大,故我们应该选用抗老化性能好的改性沥青改善混合料的耐久性,提高混合料的耐久性能,而且由于OGFC的排水功能,使它必然长时间经受水的侵害,故对混合料抗水损害的能力有更高的要求。同时OGFC的空隙率大对沥青的温感性十分重要,这样才能在温度发生较大变化时对粗集料骨架结构产生足够的约束和限制。大量的试验研究表明沥青60℃粘度是影响排水性沥青混合料路用性能的关键指标;随着沥青60℃粘度的提高,排水性沥青混合料的抗压强度,劈裂强度,抗弯拉强度明显增大,高温稳定性,水稳定性和低温性能显著提高;同时沥青60℃粘度是影响排水性沥青混合料耐久性的关键因素。所以应选用高粘度改性沥青作为排水性沥青混合料的粘结料。高粘度改性沥青的技术要求见表2。

表2 高粘度改性沥青的技术指标

高粘度改性沥青具有一般不可比拟的性能,60℃时具有非常高的绝对粘度,抗流动性特强;同时高温粘度只轻微增加,能确保施工的和易性。高粘度改性沥青还具有良好的粘韧性和低温性能,对骨料有很强的握裹力及抵抗低温开裂的能力,除可应用于排水降噪路面,还可广泛应用于钢桥面,寒冷区域路面以及SMA路面。

3 高粘度改性沥青研发关键技术

1)研制高性能的改性沥青,须加入较大量(8%～12%)的改性剂,如何保证这些改性剂能与沥青形成稳定的体系,能长时间发挥作用而不致于离析使改性沥青品质降低;2)选择何种化合物作为辅助提高性能的稳定剂,研究其反应机理,在保证改性沥青高性能的前提下,降低其成本;3)高性能改性沥青的反应共混工艺过程的控制;4)对我们现有的改性沥青设备进行改进,使其适应高性能改性沥青的生产。

河南许昌广莅有限公司自主研发生产的高粘度改性沥青完全满足欧美、日本等同类型改性沥青的技术,可完全实现高粘度改性沥青系列化、产品化。国产化的开发与生产,促进高粘度改性沥青技术的推广应用及我国改性沥青技术标准的完善,填补国内高品质高粘度改性沥青技术的空白,排水性路面在我国的大面积推广,有效提高道路行车安全,利于环境保护,改善居住环境。

4 高粘度改性沥青工程应用

2009年10月,铺筑了第一条OGFC试验路,试验路采用河南许昌广莅有限公司开发的高粘度改性沥青。试验路沥青混合料检验指标见表3。

表3 OGFC试验路沥青混合料检验指标

对试验路OGFC混合料的性能检验表明采用路翔高粘度改性沥青的OGFC混合料充分满足国家规范的各项技术要求,尤其是抗车辙性能有了很大的改善,动稳定度(DS)达到6 300次/mm,具有良好的高温稳定性。同时根据试验路路面检测数据可见试验路在使用了近一年的时间后保持了良好的各项使用功能。

OGFC是典型的开级配混合料,粗集料的含量高达70%以上,混合料中粗集料形成骨架结构的同时缺乏细集料的填充。因此,如果采用普通沥青,则难以对粗集料骨架结构产生足够的限制约束作用,混合料的各项力学性能就难以满足要求;大量的试验研究表明沥青60℃粘度是影响排水性沥青混合料路用性能的关键指标,所以对于OGFC类开级配的排水性沥青路面应该采用高粘度的改性沥青改善混合料的力学性能。

[1] 刘林华.改性沥青的发展及其应用[J].山西建筑,2008,34(24):172-173.