浅析对公路改性沥青的研究

浅析对公路改性沥青的研究
【摘要】由于国产沥青的性能很差，对沥青进行改性成为提高国产沥青性能最重要的手段之一。

通过对公路改性沥青的特点，形成机理，制作工艺的研究，对改性沥青的加工与应用具有一定的指导作用，可进一步的提高改性沥青的综合性能。

【关键词】改性沥青；形成机理；制作工艺；综合性能
目前，改性沥青广泛应用于高速公路、机场道面、桥面铺装等施工中，特别是sbs改性沥青在应用规模上占据绝对的优势，改性沥青的路用性能改善效果明显是改性沥青得到越来越多应用的主
要原因。

1.改性沥青的主要特点
普通沥青材料由于自身性能的缺陷，早期破坏现象也非常典型，例如：炎热季节沥青路面在重车作用下形成的车辙、推拥的永久性变形，冬季低温开裂和半刚性基层开裂的反射性裂缝，在雨季及春融季节形成的坑槽、松散等水损害破坏，路面抗滑性能的迅速下降以及局部龟裂等病害在高等级公路上时有发生。

改性沥青具体特点如下：在温差较大的地区有很好的耐高温、抗低温能力。

具有较好的抗车辙能力，其弹性和韧性提高了路面的抗疲劳能力，特别是在大流量、重载严重的公路上具有良好的应变能力，可减少路面的永久变形。

其粘结能力特别强，能明显改善路面遇水后的抗拉能力，并极大地改善了沥青的水稳定性。

提高了路面的抗滑能力。

增强了路面的承载能力。

可减少路面因紫外线辐射
导致的沥青老化现象。

能减少因车辆渗漏柴油、机油和汽油而造成的破坏。

因此，改性沥青在国内高等级公路上的广泛应用，已成为不可逆转的趋势。

2.改性沥青的改性机理
2.1 sbs改性的作用机理
在沥青中各组分比例恰当，sbs被均匀分散至沥青中后，随即与沥青发生相互作用，即溶胀现象。

但微粒中每一个分子或链段运动仍有很大的内摩擦，高分子链间形成一种随机的运动网络，它既牵制高分子链的运动，又能给进入微团粒中的沥青组分的分子运动造成阻碍。

这两种作用使每一个微粒有一定保持原形态和变形性的能力。

改性沥青中当微粒分散度足够大且数量足够多时，众多微粒之间也会形成一种宏观的网络。

它既能牵制微粒之间的相对运动，又能给自由沥青间的运动造成阻力。

这种微观及宏观结构的形成及其作用，导致改性沥青粘度明显增大，并且粘度增大的程度明显依赖于进入sbs相的沥青数量以及每个微粒的形变能力以及这种宏观网络的稳定性。

2.2碳酸钙改性的作用机理
在沥青混合料中，沥青与矿料之间的作用是一个复杂的物理一化学交互作用过程，沥青与矿粉交互作用后，沥青在矿粉表面产生化学组分的重新排列，在矿粉表面形成一层一定厚度的扩散溶剂膜，在此膜厚度以内的沥青称为“结构沥青”，在此膜厚度以外的
沥青称为“自由沥青”。

如果矿粉颗粒之间的接触处是由结构沥青膜所联结，这样促成沥青具有更高的粘度和更大的扩散溶化膜的接触面积，因而可以获得更大的粘聚力。

3.改性沥青制作中几个工艺问题的探讨
道路修建材料的质量对于保证路面的修建质量和使用寿命是非常重要的，这是保证公路正常运作和使用寿命的重要保证。

改性沥青的制作质量直接关系到其路用性能，而制作质量的优劣除配方的合理性外，主要取决于制作工艺的合理性。

众所周知，改性沥青的制作是一个比较复杂的工艺过程，不仅涉及机械设备的加工及配合精度，而且在制作过程中要求对加工温度、供料流量及系统压力、改性剂掺配比例、作业流程设置等物化反应及物理量进行合理设置和即时监控。

3.1物化结构的影响
以sbs为代表的改性剂与沥青的相容性是由两者的化学结构及物理特征决定的，在sbs改性沥青的生产过程中，由于sbs在分子类型、分子量分布、结构、粘度等方面与基质沥青有明显的差异，将对改性沥青的使用产生影响。

具体地说线型的sbs相容性要比星型的相对要好。

因为线型的sbs其分子量相对较小，所以对沥青的相容性要好，容易形成稳定的体系。

如果改性剂sbs被分散地越细且溶胀程度越大，则表面吸附的沥青分子数越多，则质量越好。

sbs改性剂与基质沥青的配伍性说明：同样条件下，沥青质含量少、芳香分含量高的沥青其相容
要好。

因此，同一种沥青，其90号应比70号有更好的相容性。

sbs 是丁二烯和苯乙烯的嵌段共聚物，其中丁二烯为软段弹性体，苯乙烯为硬段。

软段作为连续相，使sbs呈弹性状态，硬段分布于丁二烯之间作为分散相起固定和补强作用。

sbs用于沥青改性时，苯乙烯区域被沥青中芳香分溶胀。

丁二烯的链段被溶胀伸长作为弹性键，发生相转移变化。

sbs在沥青中混溶时变成小颗粒后，表面能量增大，吸附沥青中结构相近的组分形成界面吸附层以降低表面能，这种溶胀和吸附的形成，使得sbs稳定地分布在沥青中。

3.2制作温度的影响
sbs在不同品质的沥青中溶胀程度是不同的，而且同一改性剂在相同沥青中，不同的温度下的溶胀程度也是不同的。

温度升高，溶胀程度加快和增大；低温条件下，sbs被溶胀的程度也低且速度慢。

这是因为相容性主要是由沥青的组分决定的，芳香分多时，则相容性要好。

沥青质越多，相容性越差。

沥青的针入度减少，相容性便降低，这说明饱和分对sbs改性沥青的改性效果起较大作用。

sbs的熔点在180℃左右，基质沥青的温度越高，sbs 越易被熔化，并能加快sbs的溶解速度。

但沥青的温度越高，沥青自身也容易老化。

所以，掌握沥青的加热温度也是个关键问题。

不同温度下的sbs改性沥青其针入度、软化点及5℃延度差异较大。

一般讲，由于石油青和sbs改性剂均为典型的高分子物质，它们对于温度均呈非常敏感的特性，为了保证它们在制作过程中不致降低
常规指标，其加热温度要严格掌握。

工程实践证明，ssb沥青改性的加热温度应掌握在175～185℃为宜。

3.3沥青与改性剂的比重差异需要以专用机械强制搅拌方式改善二者的相容性
作为一种高黏度液体，沥青在搅拌罐内通常都处于层流状态。

高黏度液体在层流下难以形成明显的流动，而流体离开搅拌叶后其能量很快释散。

因此需采用大面积的搅拌桨才能推动流体使之达到与sbs改性剂混合的目的。

基质沥青的黏度较大，它与sbs改性剂混合搅拌属高黏度液体的低速搅拌。

为增大搅拌范围，充分推动流体移动，搅拌桨下端应为浆式斜叶，其上为框式锥形叶，旋转半径和端线速度应以搅拌罐的几何外形及有效容积来具体设计。

通常容积为10t的搅拌罐拌桨的端线速度为0.5～0.6m/s为宜。

另外，为消除罐体内液体的打旋现象，使罐内物质能上下轴向流动形成均匀混合，需在罐壁加设挡板。

不加挡板时，罐内中部液体在离心力作用下涌向罐壁并上升，中心部分液面下降形成旋涡，旋涡中心可下降到与拌叶接触位置，降低混合效率，而且中部空谷占用相当容积。

罐壁设挡板后，中空旋涡清除，搅拌平稳均匀。

液体在搅拌作用下形成湍流，效果十分明显。

为了达到较好的搅拌效果，进行这样的设计是十分必要的。

沥青改性制作过程中的工艺合理性及其严格控制是十分重要的，尤其是沥青与改性剂的相容性是影响沥青改性制作质量的关键因素。

在生产实践中一定要做好改性剂与沥青的配伍研究，不能简
单地认为符合质量标准的重交通沥青都能用某一改性剂达到很好的改性效果。

【参考文献】
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[2]杨林江，李井轩.改性沥青的生产与应用.北京：人民交通出版社，2001.
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