路面改性瀝青的發(fā)展綜述

周元江

（重慶交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400074）

路面改性瀝青的發(fā)展綜述

周元江

（重慶交通大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 重慶 400074）

由于我國公路建設(shè)的加快，瀝青的需求也越來越多，其改性研究也尤為重要了。本文簡述了路面改性瀝青技術(shù)的發(fā)展歷程、改性瀝青的類型及其特點(diǎn)，總結(jié)了國內(nèi)外改性瀝青的研究現(xiàn)狀以及改性瀝青的發(fā)展前景。

改性瀝青；改性劑；路用性能

1 引言

瀝青是由不同分子量的碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的黑褐色液態(tài)復(fù)雜的有機(jī)膠凝材料。鋪路筑面就是瀝青的一項(xiàng)非常重要的用途。因?yàn)闉r青具有良好的粘結(jié)性、防水性和化學(xué)穩(wěn)定性，而且其資源豐富，價(jià)格低廉，所以在高等級公路建設(shè)上得到廣泛應(yīng)用。但是在實(shí)踐中人們發(fā)現(xiàn)普通基質(zhì)瀝青存在高溫性能差，軟化點(diǎn)低、夏天易流延蠕變；低溫性不佳，針入度高、冬天易脆裂等缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)嚴(yán)重影響其路用性能。近些年來，隨著國家的蓬勃發(fā)展，車流量越來越多，城市道路和高速道路的建設(shè)也越來越多，瀝青的需求量也隨著增多，但是普通瀝青又難以滿足高等級公路的使用要求。因此，如何提高瀝青路用性能成為路用材料研究工作者和瀝青生產(chǎn)廠家普遍關(guān)注的課題，即改性瀝青。所謂的改性瀝青，是指在瀝青材料中添加磨細(xì)的膠粉、橡膠以及高分子聚合物等改性劑或者對瀝青材料進(jìn)行輕度的氧化加工，從而改善原瀝青材料的性能。

2 改性瀝青材料的分類

改性瀝青按改性方法主要可以分為如下兩種：

其一，在瀝青中添加樹脂、磨細(xì)的膠粉、橡膠、以及高分子聚合物等改性材料，即通過改性材料來改變?yōu)r青性能。根據(jù)改性材料的構(gòu)成成分和物理化學(xué)性能，改性材料主要分為三種：礦物質(zhì)填料、添加劑、高分子聚合物[1]。礦物質(zhì)填料主要有硅藻土、石灰、水泥、炭白黑、硫磺、陶土、蒙脫土、膨潤土、軟木灰等，其改性效果是提高瀝青的高溫穩(wěn)定性，改善瀝青路面的高、低溫性能，耐老化性能、抗水損害和抗疲勞開裂性能等。添加劑主要包括抗氧化劑和抗剝落劑，如有機(jī)酸胺型或酚型抗氧化劑或陰、陽離子型或非離子型表面活性劑，可提高瀝青粘附性、耐老化或抗氧化能力，延長瀝青路面的使用壽命[2]。用于路面鋪設(shè)的高分子聚合物瀝青改性材料主要有三種:

（1）橡膠改性材料，例如EPDM、NR、CR、SBR、BR等；

（2）熱塑性的彈性體，例如SIS、SBS等；

（3）樹脂類改性瀝青材料，例如PVC、PE、EVA等。

其二，通過對瀝青材料進(jìn)行氧化加工，提高其整體的性能。

3 改性瀝青國內(nèi)外發(fā)展歷程

3.1 國外改性瀝青的發(fā)展

據(jù)了解，自19世紀(jì)末期法國開始將天然橡膠摻和到瀝青中以來，對改性瀝青的研究應(yīng)用已有百年歷史[3]。從近 50年以來的國外研究來看，國外改性瀝青的發(fā)展主要可以分為如下幾個(gè)階段：（1）20世紀(jì)50年代，瀝青改性材料主要是天然橡膠粉或膠乳，通過直接摻入瀝青混合料中拌和或預(yù)混為天然橡膠瀝青使用；（2）到20世紀(jì)60年代，丁苯合成橡膠（SBR)改性瀝青試驗(yàn)成功；（3）20世紀(jì)70-80年代，除了合成橡膠繼續(xù)應(yīng)用外，另一種改性材料得到了廣泛的應(yīng)用，即熱塑性樹脂改性材料。研究還發(fā)現(xiàn)硅藻土加入瀝青路面混合料中，可以改善瀝青路面混合料的強(qiáng)度、粘性、熱壓縮致密性等，并用于實(shí)際工程，同時(shí)，歐美等發(fā)達(dá)國家成功地把膠粉改性瀝青應(yīng)用于高速公路或高等級公路的修筑；（4）1988年至今，由于高性能面層、重載交通、橋面、瀝青再生等功能需要，提出了將改性瀝青由按材料分類改為按性能分類，廢除了瀝青溫度—粘度關(guān)系曲線[3-5]。

3.2 國內(nèi)改性瀝青的發(fā)展

20世紀(jì)60年代初期，我國在低等級公路上采用渣油作為路面，并在全國范圍內(nèi)進(jìn)行了推廣。但隨著交通量的增加，路面出現(xiàn)了熱季推擁等病害，主要原因是渣油稠度低。為了克服渣油熱穩(wěn)性差的缺陷，1970年前后在全國范圍內(nèi)采用渣油吹氧稠化、摻特立尼達(dá)(TLA)或阿爾巴尼亞稠瀝青等改性的方法，提高結(jié)合料稠度，配制了200＃瀝青，鋪筑以表面處治為主的瀝青面層[4]。隨后國內(nèi)還開發(fā)了勝利100＃，東煉、蘭煉、茂名60＃等瀝青產(chǎn)品。但是這些路面瀝青中石蠟含量較高、低溫延度低，瀝青組分中芳烴、瀝青質(zhì)含量少，并且這類瀝青路面的抗低溫和荷載疲勞能力差。為解決這些問題，我國開始發(fā)展聚合物改性瀝青。70年代后期，化工廠排出的廢料（無規(guī)聚丙烯）成為了很好的瀝青改性材料[6]。到八十年代，我國廣泛開展了聚合物改性瀝青等研究試驗(yàn)工作。1985年[7]，國內(nèi)開展了在瀝青中摻丁苯、氯丁橡膠、廢輪胎粉等改性瀝青和摻金屬皂等改善混合料性能的研究試驗(yàn)工作，取得了成功的經(jīng)驗(yàn)。1986年，我國的SBS生產(chǎn)線在岳陽投產(chǎn)。但是對于路面瀝青材料的發(fā)展還不成熟。直到90年代初，交通部重慶公路研究所與協(xié)作單位成功研制的第一臺橡膠改性瀝青生產(chǎn)設(shè)備，并在廣深一級公路成功鋪筑第一條橡膠改性瀝青路面以及1994年在首都高速公路使用改性瀝青作為路面鋪設(shè)材料，我國聚合物改性瀝青在高速公路上的應(yīng)用才拉開序幕，并取得了一定的成功經(jīng)驗(yàn)。目前，國內(nèi)主要是研究新的改性劑以及提高瀝青改性劑的加工工藝等。使用較多的改性劑主要有SBR、PE、EVA、SBS等。其中使用最多是SBS改性瀝青，主要是其具有抗高溫車轍、抗低溫收縮開裂、抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)，并且其材料費(fèi)用較低、施工方便等。從90年代初到現(xiàn)在，通過各高校院所、研究機(jī)構(gòu)以及大型企業(yè)的研究，我國在改性瀝青方面取得了許多成果，但是由于我國缺少如美國公路戰(zhàn)略系統(tǒng)（SHRP）這樣的大型系統(tǒng)工程，研究的隨機(jī)性會比較大，并且研究成果應(yīng)用于實(shí)際工程的比重也較低。

4 改性瀝青的發(fā)展前景

首先，我國正處于現(xiàn)代化建設(shè)的高速階段，而道路作為國家建設(shè)和發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，其大力發(fā)展是迫在眉睫的。雖然我國目前的道路建設(shè)發(fā)展迅速，但是由于我國幅員遼闊，地域條件差別較大，發(fā)展較晚，所以我國的道路網(wǎng)密度跟發(fā)達(dá)國家相比仍然有一定的差距，而且我國偏遠(yuǎn)地區(qū)或不發(fā)達(dá)地區(qū)的公路仍然是中低級路面。因此，改性瀝青的發(fā)展有很大的市場需求，其次，隨著人們生活水平的提高和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，路面車流量也與日俱增，這就對路面材料的性能有了更高的要求。而改性瀝青可以延長路面的使用壽命，提高路用性能，這為我國的道路建設(shè)提供了質(zhì)量保障。因此，為了滿足現(xiàn)代以及道路的使用要求，大力發(fā)展改性瀝青是非常有必要的。最后，改性瀝青的發(fā)展還有利于環(huán)境保護(hù)。比如，把廢舊橡膠、塑料作為瀝青改性材料，這不僅可以減少資源的大量消耗，而且通過充分利用廢舊材料以減少環(huán)境污染。據(jù)了解，美國的廢橡膠利用率已經(jīng)達(dá)到了80%以上，我國的廢橡膠利用率也有70%左右[6]。所以改性瀝青不僅可為廢舊材料尋找好的出路，降低改性瀝青的成本，同時(shí)還具有良好的社會效益。綜上，改性瀝青有非常好的發(fā)展前景。

5 總結(jié)

從瀝青的發(fā)展歷程我們發(fā)現(xiàn)，到目前為止，雖然有很多材料被用作改性劑來制備性能更加優(yōu)良的改性瀝青，而且大部分的生產(chǎn)工藝趨于成熟，但總體來說，我國改性瀝青的發(fā)展與應(yīng)用還處于初級階段。因?yàn)閷?shí)際瀝青路面還有許多病害需要處治，改性瀝青的路用性能還需要大力提升。同時(shí)，隨著國家交通建設(shè)的大力發(fā)展，改性瀝青的發(fā)展前景非常廣闊。改性瀝青的發(fā)展與道路建設(shè)息息相關(guān)。

[1]馬峰．納米碳酸鈣改性瀝青的DSC分析[J]．鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，27(4)：49-52.

[2]Lewandowski LH.Polymer modification of paving asphalt binders[J].Rubber Chen Technal.1994,67(3):447-480.

[3]鄭偉，趙志勇.改性瀝青發(fā)展綜述[J].技術(shù)與市場，2013,20（8）：211.

[4]許超，候周文，王奇。改性瀝青的發(fā)展歷程和展望[J]。科技資訊，2007（23）:55.

[5]雷雨滋.改性瀝青國內(nèi)外發(fā)展歷程及趨勢[J].山西建筑，2006，32（20）：155-156.

[6]孔憲明，劉國祥.近幾年我國改性瀝青材料與技術(shù)的發(fā)展[J].石油瀝青，2009,23（1）：1-7.

[7]莫菊先．改性瀝青的發(fā)展歷程和展望[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2012，28(4): 59-62．

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