淺析改性瀝青在我國(guó)的研究現(xiàn)狀

李旭華

1 概述

近年來(lái)，隨著交通量、行駛頻率和車輛軸重的不斷增加，對(duì)公路路面的要求也越來(lái)越高。瀝青路面作為我國(guó)路面的重要結(jié)構(gòu)形式，其有著表面平整無(wú)接縫，行車振動(dòng)小，噪聲低，開放交通快，養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但瀝青路面也有高溫下抗車轍和低溫下抗開裂的能力差等缺點(diǎn)。基于普通瀝青以上缺點(diǎn)難以滿足高級(jí)公路和現(xiàn)代建筑的使用要求，必須對(duì)其進(jìn)行改性研究，通過(guò)研究提高瀝青的感溫性、水穩(wěn)定性和耐久性，使其能夠適應(yīng)嚴(yán)酷的自然和交通條件的要求。

2 改性瀝青的分類及其原理

改性瀝青是指摻加橡膠、樹脂等高分子聚合物、磨細(xì)的橡膠粉或其他填料等外摻劑，并與瀝青均勻混合，使得瀝青的性質(zhì)得以改善而制成的瀝青混合物。

2． 1 改性瀝青的分類

改性瀝青的分類如圖1所示。

改性劑改性:可提高瀝青的高溫穩(wěn)定性、耐疲勞性、低溫抗裂性、耐老化性和改善其粘附性。

物理改性:可提高瀝青的抗磨性和內(nèi)聚力及耐候性。

2． 2 改性瀝青的原理

改性瀝青的原理見(jiàn)圖2。

3 各種改性瀝青在我國(guó)的研究現(xiàn)狀

總的來(lái)說(shuō)，改性瀝青在我國(guó)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段:

1)1964年，我國(guó)低等級(jí)公路采用渣油試鋪表面處理獲得成功。

2)1970年左右，由于渣油稠度低，在夏天時(shí)路面容易出現(xiàn)推壅的病害。我國(guó)采用渣油吹氧稠化和摻特立尼達(dá)稠瀝青等改性的方法，提高結(jié)合料稠度［2］，提高道路的使用性能。

圖1 改性瀝青分類圖

3)20世紀(jì)80年代后期，我國(guó)開展了瀝青中摻丁苯，廢輪胎粉等改變?yōu)r青特性和摻金屬皂等改善瀝青混合料性能的研究工作，取得了一定的成效［2］。

4)20世紀(jì)90年代，我國(guó)改性瀝青的技術(shù)已基本成熟。

圖2 改性瀝青的原理

3． 1 礦物質(zhì)材料改性瀝青

硅藻土改性瀝青是由75%～92%的瀝青和8%～25%的硅藻土構(gòu)成，它解決了瀝青路面因軟化而產(chǎn)生車轍、壅包、松散以及在寒冷的冬天易出現(xiàn)裂縫等技術(shù)難題。

劉大梁等人［3］分別對(duì)DE-99Ⅰ和DE-99Ⅱ硅藻土改性瀝青及其混合料進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)與研究，他們先將基瀝青加熱到170℃，然后按比例加入DE-99Ⅰ和DE-99Ⅱ硅藻土瀝青改性劑，在常溫下放置一段時(shí)間后，對(duì)瀝青及其混合料進(jìn)行了一系列室內(nèi)試驗(yàn)，包括瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、高溫車轍試驗(yàn)、殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)等。試驗(yàn)結(jié)果表明，DE-99Ⅰ和DE-99Ⅱ硅藻土改性瀝青針入度降低，軟化點(diǎn)和135℃粘度提高，脆點(diǎn)降低，說(shuō)明其穩(wěn)定敏感性降低了;瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度等高溫性能得到了顯著改善，但對(duì)其低溫性能無(wú)太大影響［3］。

李曉民等人［4］利用動(dòng)態(tài)剪切流變儀等儀器對(duì)基質(zhì)瀝青改性前后以及老化前后的瀝青膠漿進(jìn)行動(dòng)態(tài)溫度掃描、疲勞性能試驗(yàn)，同時(shí)對(duì)硅藻土改性前后的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性和水溫度性進(jìn)行了綜合評(píng)述。試驗(yàn)結(jié)果表明，在瀝青中加入硅藻土，可顯著提高瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性，可降低硅藻土改性瀝青膠漿的抵抗疲勞損傷能力，可顯著提高瀝青混合料的凍融劈裂能力和水穩(wěn)定性。

PE改性瀝青是以PE(聚乙烯)作為改性劑，我國(guó)在20世紀(jì)90年代初時(shí)從奧地利引進(jìn)了NOVOPHALT技術(shù)，國(guó)內(nèi)的科研人員對(duì)PE瀝青技術(shù)也展開了研究工作，隨著PE改性瀝青在我國(guó)路面工程中的推廣應(yīng)用，一些問(wèn)題也隨之暴露出來(lái)了，如PE改性瀝青的存儲(chǔ)穩(wěn)定性差、低溫性能較差等問(wèn)題。對(duì)于穩(wěn)定性的問(wèn)題人們進(jìn)行了大量的研究，楊錫武在《PE改性瀝青的幾個(gè)問(wèn)題》中指出，可以通過(guò)采用高標(biāo)號(hào)瀝青來(lái)穩(wěn)定PE，在選擇PE時(shí)應(yīng)盡量選取LDPE(低密度聚乙烯)作為瀝青改性劑，也可以通過(guò)改進(jìn)混合工藝用顆粒狀的PE取代回收的PE薄膜作為改性劑來(lái)提高瀝青的穩(wěn)定性。王仕峰等人通過(guò)研究將PE與碳黑共混使得PE與瀝青的密度相接近，達(dá)到使熱儲(chǔ)存后的PE改性瀝青上下部軟化點(diǎn)差減小的目的［6］。EVA是乙烯—乙酸乙烯脂共聚物，其具有較好的柔韌性和彈性，它的熱分解溫度在230℃～250℃之間，而目前瀝青的加熱混合料的拌合溫度均小于180℃，因此EVA在混合料拌合中不會(huì)分解裂化。田慧楓在中海油36號(hào)～190號(hào)瀝青基料中加入不同劑量的EVA改性劑，并分別對(duì)其進(jìn)行了室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著EVA摻量的增加，改性瀝青的高溫穩(wěn)定性有一定提高，且當(dāng)摻量超過(guò)3%時(shí)會(huì)明顯提高改性瀝青60℃粘度。并對(duì)改性瀝青混合料進(jìn)行了馬歇爾車轍、小梁彎拉、劈裂等試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，在瀝青混合料中加入EVA后，其路面車轍減少了1倍～2倍，低溫強(qiáng)度提高，模量減小，能顯著提高混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性等性能［7］。

4 結(jié)語(yǔ)

3． 2 聚合物改性瀝青

3．2．1 SBS聚合物改性瀝青

SBS屬于苯乙烯類熱塑性彈性體，是苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物，而SBS改性瀝青是以基質(zhì)瀝青為原料，加入一定比例的SBS改性劑，通過(guò)剪切、攪拌等方法使SBS均勻地分散于瀝青中，形成SBS共混材料，利用SBS良好的物理性能對(duì)瀝青做改性處理。熊萍等人［5］對(duì)不同種類、不同制備溫度、不同工藝、不同改性劑的SBS改性瀝青進(jìn)行了瀝青常規(guī)三大指標(biāo)試驗(yàn)、SHRP動(dòng)態(tài)剪切流變DSR試驗(yàn)和儲(chǔ)存穩(wěn)定性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)摻入適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定劑和助劑等措施改善改性工藝，是提高SBS聚合物改性瀝青技術(shù)性能的最有效途徑之一［5］。

3．2．2 PE和EVA改性瀝青

我國(guó)對(duì)瀝青及瀝青混合料改性的技術(shù)研究已有近25年的歷史，大部分生產(chǎn)工藝已趨于成熟。我國(guó)對(duì)于改性瀝青的研究工作起步較早，可以說(shuō)基本與國(guó)際發(fā)展同步，但用于改性劑的廢舊塑料和聚乙烯由于相容性和生產(chǎn)的改性瀝青帶有缺陷而沒(méi)有在全國(guó)范圍內(nèi)得到廣泛的推廣和應(yīng)用，改性瀝青研究工作主要停留在實(shí)驗(yàn)室與試驗(yàn)路上，而且各研究工作幾乎是由各高等院校、科研院所獨(dú)立完成的，缺乏像美國(guó)SHRP那樣的大型系統(tǒng)工程。目前，國(guó)內(nèi)改性瀝青成本較高且適合生產(chǎn)改性瀝青的基質(zhì)瀝青較少，使得改性瀝青發(fā)展相對(duì)滯后，在國(guó)際的競(jìng)爭(zhēng)力并不強(qiáng)。

［1］ 黃 彬，馬麗萍，許文娟．改性瀝青的研究進(jìn)展［J］．材料導(dǎo)報(bào)，2010，24(1):137-141．

［2］ 許 超，侯周文，王 奇．改性瀝青的發(fā)展歷程和展望［J］．科技資訊，2007(23):55-56．

［3］ 劉大梁，劉清華，李祖云，等．硅藻土改性瀝青應(yīng)用研究［J］．長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，1(2):7-9．

［4］ 李曉民，張肖寧，李 智．硅藻土改性瀝青膠漿的動(dòng)態(tài)粘彈特征分析［J］．公路，2006(10):145-148．

［5］ 熊 萍，郝培文．SBS聚合物改性瀝青技術(shù)性能及其微觀形態(tài)［J］．重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，26(3):48-54．

［6］ 楊錫武，劉 克，楊大田．PE改性瀝青的幾個(gè)問(wèn)題［J］．中外公路，2008(28):203-207．

［7］ 田慧楓．EVA改性瀝青混合料路用性能的室內(nèi)研究［J］．山西建筑，2006，32(2):165-167．