改性瀝青改性劑的應(yīng)用

李紅星

摘要:影響瀝青混凝土路面早期損壞的因素很多,但是隨著交通量的增加,汽車(chē)荷載的增大,傳統(tǒng)意義上的瀝青的質(zhì)量和品質(zhì)遠(yuǎn)不能適應(yīng)這一要求,是值得重視的。為此改性瀝青已成為目前必須全新研究的課題,本文從改性劑類(lèi)型、改性劑選擇、改性劑計(jì)量的確定三方面對(duì)改性瀝青改性劑應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞:改性瀝青;改性劑;瀝青路面

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng),我國(guó)公路建設(shè)進(jìn)入了良好的發(fā)展時(shí)期。高速公路建設(shè)成績(jī)令人震撼,但是瀝青混凝土路面的早期損壞問(wèn)題越來(lái)越普遍。通過(guò)調(diào)查,目前國(guó)內(nèi)絕大部分的瀝青混凝土路面在交付使用兩三年后就出現(xiàn)嚴(yán)重的路面質(zhì)量問(wèn)題,有的甚至當(dāng)年通車(chē)即發(fā)生損壞,損壞主要表現(xiàn)在首先以局部小范圍出現(xiàn),然后再擴(kuò)展為大面積破壞,包括松散、網(wǎng)裂、裂縫、坑洞、局部車(chē)轍、局部泛油等等。

為了改善瀝青性能,通常采用工藝改性、結(jié)構(gòu)改性和改性劑改性等方式來(lái)提高瀝青路面的服務(wù)水平。所謂工藝改性是指在瀝青生產(chǎn)工藝中適當(dāng)調(diào)整工藝程序來(lái)改善瀝青性能,如除去瀝青中蠟的含量來(lái)改善石蠟基瀝青的感溫性、通過(guò)氧化工藝提高瀝青的高溫抗變形能力等。而結(jié)構(gòu)改性技術(shù)是指在瀝青路面結(jié)構(gòu)中增加結(jié)構(gòu)層來(lái)改善瀝青路面的使用性能,如設(shè)置抗反射裂縫延伸的應(yīng)力吸收膜、設(shè)土工格柵加鋪層以提高瀝青路面抗車(chē)轍和疲勞性能等措施。改性劑改性瀝青是指在瀝青中添加合適的改性劑以改善瀝青性能,是目前研究最豐富和深入的改性方法。對(duì)于改性瀝青,其改性劑類(lèi)型的選擇和劑量的確定,對(duì)路用性能有重要的影響。

1 改性劑類(lèi)型

自首次將橡膠粉加入瀝青以來(lái),發(fā)展至今改性劑的選擇范圍越來(lái)越廣泛,目前已形成品牌的已有40多種。常用的改性劑種類(lèi)有以下幾類(lèi):

1.1 礦物填充料

如碎石粉、石灰、水泥、粉煤灰、碳黑及硫黃等細(xì)粉,一般認(rèn)為它們可以增強(qiáng)瀝青混合料的穩(wěn)定性,增加骨料與瀝青的粘結(jié)力等多重效果。

1.2 擴(kuò)善劑

由硫磺或木質(zhì)素粉制成的擴(kuò)善劑,可用以降低瀝青混合料中瀝青用量,以提高經(jīng)濟(jì)性。

1.3 橡膠

包括有天然乳膠、合成乳膠、塊狀共聚體、再生橡膠,如苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯(SIS)、苯乙烯-聚乙烯/丁基-聚乙烯(SE/BS)及丁苯橡膠(SBR)等等。

1.4 塑料

包括有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯醋酸乙酯(EVA)、聚氯乙烯(PVC)、無(wú)規(guī)則聚丙烯(APP)等等。

1.5 聚合物混合改性劑

組合不同的聚合物,提高瀝青混合料抗車(chē)轍、抗變形能力。

1.6 纖維

一般都是在熱拌瀝青廠拌合時(shí)加入,可提高瀝青用量,對(duì)瀝青混合料有增強(qiáng)作用,延緩反射裂縫產(chǎn)生,提高溫度穩(wěn)定性,增加瀝青路面使用壽命。

1.7 氧化劑

氧化物主要用來(lái)增加瀝青的勁度,提高抗車(chē)轍能力。

1.8 抗氧化劑

抗氧化劑則是用來(lái)降低氧化速率,提升混合料的耐久性。

1.9 烴類(lèi)等其他改性劑

一般來(lái)說(shuō),聚合物改性瀝青是目前研究最深入、成果最顯著、使用最普遍的一大類(lèi)改性瀝青,大體可分成四大類(lèi):

①以聚乙烯為代表的熱塑性樹(shù)脂類(lèi),包括聚丙烯(PP)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)等。它們對(duì)瀝青的高溫性能有較大的改善,改性后軟化點(diǎn)大幅提高,但低溫延度不高;

②以丁苯橡膠(SBR)為代表的天然和合成橡膠類(lèi),此類(lèi)改性劑使瀝青低溫性能得到明顯改善,低溫彈性好,但抗老化性能較差,改性后經(jīng)老化試驗(yàn)延度下降幅度很大;

③以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)為代表的熱塑性彈性體,包括氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)和苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)。此類(lèi)改性劑對(duì)瀝青的高、低溫性能均有較大程度的改善,改性后瀝青的高、低溫性能優(yōu)良,彈性恢復(fù)好,抗老化能力和耐候性好,有較強(qiáng)的抗高溫變形和抗磨損性能,是目前國(guó)內(nèi)外使用最廣泛的一種改性瀝青;

④以環(huán)氧樹(shù)脂為代表的熱固性高聚物,這類(lèi)較少適用于路面鋪筑中。

2 改性劑的選擇

改性劑的選擇對(duì)保證路面優(yōu)良性能是十分必要的,許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,如果改性劑選擇不當(dāng),可能使路面產(chǎn)生早期病害,造成不必要的損失,為此,合理選擇改性劑是相當(dāng)重要的。改性瀝青改性劑的選擇應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

依據(jù)不同的氣候條件和當(dāng)?shù)芈访嬷饕『μ攸c(diǎn)選擇。在現(xiàn)行的改性瀝青路面施工規(guī)范中,對(duì)改性瀝青的技術(shù)指標(biāo)提出了嚴(yán)格的要求,其不同的指標(biāo)要求實(shí)際上是根據(jù)我國(guó)“八五”攻關(guān)課題成果得到的瀝青路面氣候分區(qū)而建立的,因而不同的改性劑在不同地區(qū)使用時(shí)的適用性是不同的。在南方,采用SBS、PE、EVA等改性劑效果較好;而對(duì)低溫高寒地區(qū),則選用SBR、SBS改性劑較好,但SBR耐老化性較差;在中部?jī)?nèi)陸地區(qū)、華北、中南、西北地區(qū)等地,高、低溫性能要求均較高,則宜于選擇SBS改性劑為妥。

根據(jù)不同的荷載作用特性選擇。在重載、超載作用嚴(yán)重地區(qū),宜于采用抗車(chē)轍性能好的SBS、PE和EVA等改性劑;對(duì)行車(chē)舒適性要求較高的地區(qū),則選擇抗裂性好、彈性作用強(qiáng)的SBS、SBR為好。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)加工條件選擇。不同改性劑的改性工藝是不盡相同的,依據(jù)工地現(xiàn)有加工條件,選擇合適的改性劑。

進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后確定合適的改性劑。根據(jù)改性劑成本、加工費(fèi)用、改性設(shè)備和配套設(shè)施增加費(fèi)用等,計(jì)算每噸改性瀝青增加的額外費(fèi)用,在滿足路用性能需要的基礎(chǔ)上,選擇性能價(jià)格比優(yōu)良的改性劑。

3 改性劑劑量的確定

劑量是影響瀝青改性效果的主要因素。但聚合物含量較低時(shí),瀝青中的芳香酚可將聚合物幾乎完全溶解,使瀝青與改性劑形成為幾乎單一體,瀝青的性能變化不大;但聚合物劑量增加,則會(huì)出現(xiàn)瀝青與改性劑間的相的分離,表現(xiàn)為改性劑被瀝青中的輕組酚所溶脹,使得瀝青的路用性能得以改善,形成為聚合物的分散體系;改性劑量再增大,尤其是SBS等改性劑,則會(huì)形成相互連貫的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),形成兩相連續(xù)體系,在此劑量下瀝青路用性能變化幅度最大,由此得出改善性能最佳的改性劑量;當(dāng)劑量再繼續(xù)增大時(shí),瀝青相成為非連續(xù)相,聚合物則成為連續(xù)相,此時(shí)改性劑量變化對(duì)瀝青路用性能影響幅度很小,增加劑量對(duì)瀝青性能改善不經(jīng)濟(jì)。

實(shí)際上,在確定合適改性劑量時(shí),也并非必須采用最佳劑量,一般可以得到以下劑量:

依據(jù)規(guī)范或本地區(qū)改性瀝青所應(yīng)達(dá)到的路用性能要求,由此技術(shù)性能指標(biāo)和得到的性能指標(biāo)與改性瀝青劑量間的關(guān)系曲線,得到滿足規(guī)范要求和本工程需要的改性劑量。

根據(jù)性能-劑量關(guān)系曲線,得到對(duì)性能改善效果最明顯的臨界劑量,或稱(chēng)之為性能改善最佳劑量。

考慮改性劑量與改性瀝青存儲(chǔ)性能關(guān)系,在是否添加穩(wěn)定劑、相容劑的情況下,選擇滿足工程需要的性能穩(wěn)定的改性瀝青劑量。

綜合改性瀝青初期費(fèi)用增加和改性瀝青路面服務(wù)水平提高、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用降低、使用壽命延長(zhǎng)、養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用大幅減少等路面使用過(guò)程中全過(guò)程投資與效益分析情況,得到一個(gè)全過(guò)程費(fèi)用分析費(fèi)用與改性劑量間的相互關(guān)系,得到一個(gè)合適的經(jīng)濟(jì)劑量。

綜合以上幾種劑量,最后平衡路用性能、改性效果、經(jīng)濟(jì)效益等情況,最后得出合適的瀝青添加劑量。

結(jié)語(yǔ)

改性瀝青技術(shù)隨著高速公路的建設(shè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,其優(yōu)良性能得到公路界普遍認(rèn)可。但在使用過(guò)程中對(duì)改性劑選擇不當(dāng)或劑量確定不佳,都會(huì)對(duì)瀝青路面性能產(chǎn)生不良影響,致使改性效果失敗,也會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因而在總結(jié)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,快速確定合理的改性劑類(lèi)型及劑量是我們目前必須做的工作。