特种改性沥青的开发及应用技术

2011-10-26许昌市公路管理局郑玉栋李卫东

河南科技 2011年19期

许昌市公路管理局郑玉栋李卫东

特种改性沥青的开发及应用技术

许昌市公路管理局郑玉栋李卫东

一、高黏度改性沥青

1.排水性沥青路面。开级配多孔隙排水性沥青磨耗层（OGFC）是排水性沥青路面的重要组成部分，它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的通道，排水过程中不产生溅水和水雾，可以大幅度降低路面噪声，但其在强度和疲劳耐久性方面不如密级配的混合料，它对混合料抗水损害能力有更高的要求。实验研究表明，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的主要特征

2.用于OGFC的高黏度改性沥青。沥青的黏滞性（黏性）是沥青技术性质中与沥青混合料路用性能结合的最紧密的一项。OGFC是典型的开级配混合料，对于OGFC该类开级配的排水性沥青路面应采用高黏度的改性沥青，以改善混合料的力学性能。此外，改性沥青还应具有良好的抗老化性能和抗水损害能力。大量的试验研究表明，沥青60℃黏度是影响排水性沥青混合料路用性能的关键指标，应选用高黏度改性沥青作为排水性沥青混合料的黏结料。高黏度改性沥青的技术指标见表2。

表 2 高黏度改性沥青的技术指标

3.高黏度改性沥青研发关键技术。首先，研制高性能的改性沥青，须加入较大量（8%～12%）的改性剂，以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至于离析使改性沥青品质降低。其次，选择合适的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。再次，合理控制高性能改性沥青的反应共混工艺过程。最后，对现有改性沥青生产设备进行改进，使其适应高性能改性沥青的生产。

4.高黏度改性沥青在工程中的应用。2005年10月，广东省铺筑了第一条OGFC试验路，试验路采用河南万里路桥道路材料有限公司开发的高黏度改性沥青。试验路沥青混合料检验指标见表3。

对试验路OGFC混合料的性能检验表明，采用高黏度改性沥青的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，动稳定度达到6 300次/mm，具备良好的高温稳定性。

二、高弹性改性沥青

1.高弹性改性沥青性能。高弹性聚合物改性沥青是由河南万里路桥道路材料有限公司联合长安大学公路学院共同研发并达到国际先进水平的特种路用沥青材料。高弹性改性沥青具有优异的弹性恢复性能以及较高的高温黏度和低温延度，因此，其混合料具备优异的高温稳定性、变形恢复性能、低温抗疲劳耐久性能和抗裂性能。

2.高弹性改性沥青应力吸收隔离层。该层采用弹性恢复性能优异的聚合物改性沥青，沥青含量高，细集料含量高，矿粉用量大；不渗水且柔韧性好，具备优异的变形恢复能力和优良的自愈能力。在混合料级配基本一定的条件下，提高沥青性能是改善提高沥青混合料性能的基本途径。美国SH旺计划研究成果表明，沥青对于高温车辙贡献率为29%，对疲劳贡献率为52%，对温度裂缝贡献率为87%。实践也表明，采用特种高弹性聚合物改性沥青的应力吸收层可有效地防止及减少旧水泥混凝土路面沥青加铺层的反射裂缝。

对于应力吸收层的沥青混合料，沥青的性能决定了应力吸收层性能，沥青技术性能是应力吸收层技术的核心关键所在。新型防反射裂缝和黏结防水的应力吸收层技术的核心就是高弹性改性沥青胶结料的开发研制。金欧特高弹性改性沥青是由河南万里路桥道路材料有限公司联合长安大学公路学院共同承担的科技攻关项目“高弹性改性沥青研究所研发的高弹性改性沥青”。其技术指标见表4。

表 4 金欧特高弹性改性沥青技术指标

金欧特高弹性改性沥青技术先进性主要体现在两个方面：一是旋转薄膜烘箱（RTFOT）老化前弹性恢复（5min内，25℃）达到95%以上，二是旋转薄膜烘箱（RTFOT）老化后弹性恢复（5min内，25℃）达75%以上。

3.高弹性改性沥青在工程中的应用。广东虎门大桥于1997年建成通车，到2006年现有路基段路面出现了较严重的病害，需对该路段进行改造。路面裂缝主要表现为中、下面层碾压水泥混凝土横、纵向缩缝及施工缝的反射裂缝，其中横向反射裂缝是主要部分。

广东虎门大桥引道路基段采用薄层加铺方案是首先保留原有碾压混凝土结构层，铣刨掉原有的5cm沥青混凝土面层，并对原有碾压混凝土结构层进行补强处治，然后在碾压混凝土结构层上铺筑2.5cm厚的高弹性改性沥青应力吸收隔离层，以防止反射裂缝的发生，最后加铺4.5cm厚的AC-l3C沥青磨耗层。应力吸收隔离层胶结料采用路翔高弹性改性沥青。经过一年的时间，在特重交通的考验下，虎门大桥引道路基段改造薄层加铺末见反射裂缝，高弹性改性沥青应力吸收层取得了非常好的效果。

三、高模量改性沥青

1.高模量改性沥青。高模量改性沥青为工厂预制、在保证改性沥青原有优良性能的基础上，采取特殊工艺技术措施制成的高模量沥青。它可以提高路面的抗车辙能力，有效预防高速公路的早期破坏。

在沥青混合料级配确定的情况下，提高沥青结合料的性能是提高沥青混合料模量的有效途径。美国战略公路研究计划（SHRP）在沥青结合料路用性能规范中提出了一个评价沥青结合料高温稳定性的指标——车辙因子。SHRP利用动态剪切流变仪（DSR）对原样及旋转薄膜烘箱（RTFOT）后残留沥青试样分别进行两次动态剪切试验，定义和设置了车辙因子G*/sinδ，它代表总胶结料劲度的高温黏性成分，也可称之为高温劲度，G*是动态剪切复数劲度模量。即沥青性质的黏性成分G*/sinδ越大，即高温时的流动变形越小，抗车辙的能力就越强。G*越大表示沥青的劲度越大，抵抗流动变形的能力越强。从抗车辙的角度考虑，较高的G*和较低的δ是较理想的。

2.沥青模量对车辙的影响。在一定温度和加载速率下，沥青的黏度越大，混合料的黏滞阻力也越大，抗剪切变形能力越强，沥青混合料的抗车辙性能就越好。沥青黏度随温度变化而变化，沥青的温度敏感性越低，形成的沥青混合料就具有越好的高温稳定性能。国内外的研究表明，沥青混合料的模量与沥青路面抵抗车辙的能力成正比。美国NCAT试验路的结果指出，较高模量的改性沥青（PG-76）混合料的车辙较普通沥青（PG-67）在相同条件下低66%，较高模量的沥青混合料车辙较低模量的沥青混合料车辙深度明显降低。重交通条件下提高沥青PG等级是非常重要的，尤其在高温条件下，沥青混合料的模量对车辙的影响比中温时更大。由此可见，提高沥青混合料的模量已成为解决车辙难题的有效手段之一。

3.高模量改性沥青技术性能指标。高模量改性沥青与普通SBS改性沥青相比，车辙因子提高，表明高模量改性沥青的车辙抵抗能力增强；动态模量提高，表明该沥青弹性变形能力较好。损失模量提高，表明产生相同变形时，需要外力功更大；轮载压力更大或相同轮载时需要的荷载持续时间变长，表明高模量改性沥青具有较高的模量和较好的抗车辙能力。金欧特高模量改性沥青技术性能指标见表5。