排水路面用高粘度改性沥青的研究与应用进展.pdf
《排水路面用高粘度改性沥青的研究与应用进展.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《排水路面用高粘度改性沥青的研究与应用进展.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2 0 1 2年2月 石 油沥 青P E T R O L E U M A S P H A L T 第 2 6卷第 1 期 综述 排水路面用高粘度改性沥青的研究与应用进展 王仕峰 ,马庆 丰 ,李剑新 ( 1 上海交通大学高分子材料研究所,上海2 0 0 2 4 0 ; 2 中油燃料油股份有限公司技术研发中心,青岛2 6 6 5 0 0 ) 摘要:在综述国内外排水路面及其用胶结料概况基础上,重点介绍了高粘度改性沥青的 国内外使用状况,从沥青和改性剂的选择要点、性能评价和标准等方面进行了阐述。比较了 直接投放式高粘度沥青改性荆和成品高粘度改性沥青的差别,展望了将来高粘度改性沥青的 发展及应用趋势。
2、 关键词:排水路面高粘度改性沥青耐久性 排水路面以其优异的排水、降噪和安全功能 于一身而备受关注,而其耐久性差、养护难和造 价高等 问题一直是限制其发展的障碍。对于排水 路面所用典型的开级配沥青混合料 ,粗集料的用 量占7 0 以上 ,在形成粗集料骨架 的同时缺乏 细集料填充 ,且该路面混合料的空隙率很大,沥 青与空气的接触面积大,又 由于路面的排水功能 使它必然长时间经受水的侵害,故要求用于排水 路面的沥青必须具有较强的粘附性 、耐久性 、耐 水 性 、耐 流 动 性 等 一 般 沥 青 不 可 比 拟 的 性 能 枷j 。 纵观国内外大量的研究 ,早期排水路 面所用 的沥青结合料其粘度相对
3、较低,在大交通量的道 路上应用容易产生较多病害 ,近几年逐渐 向采用 高粘度沥青方 向发展。日本在这方面进行 了深人 研究 ,并提出了系统的解决方案 ,获得 了成功, 成为其高速公路路面的主要形式 。 日本大型的建 设公司于 2 0 0 0年前后 ,在我国成功推广应用 了 该技术 。近 几年,随着 经 济建设 的发 展, 我国对排水路面的相关的技术进行了比较深入的 研究 ,在吸收借鉴国外成功经验的基础上 ,已取 得了显著的成果 ,在 国内建成的排水路面工程效 果 良好 ,特别是在上海浦东地区已经开始走向成 熟 。 基于排水路 面用高粘度改性 沥青 的重要性 , 在综述国内外排 水路面及其用胶结
4、 料概 况基础 上, 结合浦东应用的经验,重点介绍了高粘度改 性沥青的国内外使用概况, 从沥青和改性剂的选 择要点、性能评价等方面进行了阐述,比较了直 接投放式高粘度沥青改性剂和成品高粘度改性沥 青的差别, 展望了将来高粘度改性沥青的发展趋 势。 l 排水路面及其胶结料的国内外进展 排水性沥青路面起源于欧洲 ,目的是为了提 高行车安全性和舒适性。这种路面的特点是粗集 料多、空隙率 大 ( 1 5 2 5 ) 、排水 性能好 , 故称为排水性 沥青路面 ( D r a i n a g e A s p h a l t ) 。同 时也因为其大空隙率的特点,称为多孑 L 性磨耗层 ( P o r o
5、u s We a r i n g C o u r s e )或多孔性抗滑层 ( P o r - O U S F r i c t i o n C o u r s e ) 。排水性沥青路 面可降低噪 声 ,故也称低噪音沥青路面 ( L o wn o i s e A s p h a l t P a v e me n t ) 。直到 1 9 9 2年欧洲决定采用多孔隙沥 青路 面 ( P o r o u s A s p h a l t )作为此种材料的统一 名 词,并 规 定 了 连 续 空 隙 率 要 占 2 0 以 E 一 引 1 1 国内研究与应用概况 1 1 1 国内排水路面发展历史 在 我
6、国 , 公路 行业在2 0 世纪9 0 年代后 期开 始研究使用开级配沥青磨耗层( O p e nG r a d e 收稿 日期 :2 0 1 】一1 02 4 。 作者简介:王仕峰,男,剐教授。E m a i l :s h fw a n g s j t u e d u c n 2 石 油 沥 青 2 0 1 2年第 2 6卷 F r i c t i o n C o u r s e , O G F C) ,交通部公路研究所先后 在济青高速公路、京沪高速公路 ( 河北段)铺 设了试验路,随后在北京 、广州等大城市也铺设 了试验路和实体工程。但是我国高速公路交通量 大,超载现象严重,这就对其路用性
7、能提出了更 高的要求。近年来 ,我 国各地相继铺筑 了一些 O G F C的试验路段 ,例如 :2 0 0 0年施工的陕西宝 鸡 一牛背一级公路、2 0 0 2年施工的上海浦东北 路、2 0 0 4年施工的重庆渝林高速公路、2 0 0 4年 施工的广东佛山 3 l 2国道、2 0 0 5年施工的湖北 孝襄高速试验段、2 0 0 6年浦东外环线改造工 程 等 ,2 0 0 9年的浦东中环线及 2 0 1 0年 的世博会道 路 ,2 0 1 1年交通部科 技示范路永武高速上获得 应用 。目前 O G F C路面技术已成为我国公路建设 业界备受青睐和关注的热点技术之一 2 0 j 。 1 1 2 国
8、内排水路面用胶结料概况 在胶结料方面,我国早期使用普通沥青或一 般的改性沥青,路面的抗飞散性一直没有得到很 好的解决。随着 日本经验 的推广 ,于 2 0 0 2年后 大量的使用了高粘度改性沥青胶结料。 在直投高粘度改性沥青方面,以日本的T P S 料为代表 ,进行了大量的研究,并在许多路段上 获得了应用,代表性的如陕西咸 阳机场高速 公 路 、江苏盐通高速 、宁杭高速等。在这方面 ,上 海浦东路桥公司也开发了高性能的 R S T材料, 并在多条路段得到推广应用 ,已显示出优 良的耐 久性。 在成品高粘度改性沥青方面 ,上海 浦东 路 桥 、武汉理工大学、江苏宝利 、广州路翔、浙江 兰亭高科等
9、单位都相继进行了成品高粘度改性沥 青 的开发,并已获得了初步应用 。 1 2 国外研究与应用概况 1 2 1 国外排水路面发展历史 英 国的交通研究实验室 ( T R L )于 1 9 5 0年 末开发 了多孔性沥青路面,并将其应用于机场跑 道,1 9 6 0年开始在公路上修筑试验路,随着改 性沥青的使用,路面性能得到提高。1 9 8 4年以 来英国修筑了各种试验路,目的为了论证这种路 面的降噪效果 和耐久性。欧洲的西班牙、英 国、 法国、荷兰、瑞士 、比利时等国在 2 0世纪 7 O年 代开始使用,比利时 1 9 8 1 年就修筑了3 0 0 X 1 0 m ,荷兰每年铺设这种路面 2 5
10、01 0 m ,而且 计划所有的主要道路都铺设成排水路面。法 国则 着重从提高沥青的耐老化性方面人手改善路面的 耐久性 ,丹麦则着眼于降低噪音,荷兰与丹麦同 样也重视降低噪音,并针对尘土堵塞问题 ,发展 了双层式 的多孔隙沥青 ,上层空隙小 ,具有过滤 大颗粒尘土的作用。下层空隙大,使颗粒可以被 水流冲走 。 美国在 2 O世纪 5 O年代 ,开始使用排水性沥 青路面,也称开级配磨耗层 ( O p e nG r a d e F r i c - t i o n C o u r s e ,O G F C ) ,是一种空隙率为 1 5 一 2 5 的开级配沥青混合料,其目的是用来增加沥 青路面的表面
11、抗滑性能。1 9 7 4年美国联邦高速 公路 ( F H WA)颁布了一套 O G F C的设计方法。 但很多州 因其耐久性 问题而停 止使 用。此 后, O G F C设计方法经过多次改良,包括级配的选定 和不同沥青的使用 。1 9 9 0年 l 2月联邦公路局颁 布了较为完善的设计方法 ,同时各州也制定了自 己的 O G F C设计方法。1 9 9 8年国家沥青路面技 术中心 ( N C A T )对使用 O G F C的各州的实际应 用情况进行了详细调查,发现美国5 0 的州使 用排水性沥青路面成效 良好 ,约 8 0 的州有 自 己的 O G F C混合料配合 比设计与施工 的标 准规
12、 范 ,并且大多数表示使用改性沥青具有 良好的效 果 。2 0 0 0年 N C A T又推荐了新一代 O G F C级 配 组成与设计方法 。 日本则在 2 0世纪 8 O年代开始发展 ,日本真 正实施于 1 9 8 7年 ,1 9 9 3年成立了排水性铺装研 究会,1 9 9 6年 日本道路协会编制 出版 了 排水 性铺装技术指南 ( 草案), 用于指导施工。根 据排水路面铺设前后的事故发生率统计 ,它大大 降低了交通事故 。 1 2 2 国外排水路面用胶结料概况 欧洲在2 0 世纪8 0 年代试用了直馏沥青,但 其耐久性较差。为了增加沥青对集料的握裹力和 防止沥青流淌,全部使用 P E
13、、S B S 、E V A等改 性沥青 ,同时还使用诸如纤维等稳定剂。美国在 较长时间内一直使用直馏沥青 ,受欧洲路面研究 的启发,特别是在美国使用废弃轮胎后,近年使 用改性沥青逐渐增多。 日本从一开始就使用改性 沥青 ,如:改性沥青 型、高粘度改性沥青 、环 氧沥青等 ,也使用纤维等稳定剂。 在直投高粘度改性沥青方面,以 日本的 T P S 第 1 期 王仕峰等 排水路面用高粘度改性沥青的研究与应用进展 3 料为代表 ,进行 了大量的研究 ,在 日本和我 国获 得 了大量应用_ 2 - 3 6 。 在成 品高粘度改性沥青沥青方面 ,日本的 日 沥公司、东亚道路株式会社和昭和沥青等等单位 都有
14、系列化的成品高粘度改性沥青,如用于寒冷 地区的、用于钢桥面的、用于重载的 、用 于交叉 路口的等,显示出其在高粘度改性沥青上的领先 地位 3 7 , 3 8 。 1 3 排水路面对胶结料的要求 使用普通沥青铺筑排水沥青路面 ,其强度明 显不足, 在交通荷载作用下路面容易被进一步压 密而变形, 孔隙率降低。同时由于粘度低, 集料 颗粒表面的油膜比较薄,对老化 比较敏感 ,并且 集料颗粒容易脱粒 , 造成路 面松散。因此在铺筑 排水沥青路面时,采用普通沥青是不能满足要求 的。国外的经验表明,要想获得满意的路面使用 效果, 必须使用聚合物改性沥青,特别是具有高 粘度的改性沥青 J 。排水型路面对沥青
15、性能的 要求如下表 1 所示。排水路面结构见图 1 J 。 表 1 排水沥青 路面所要求的沥青性能 图 1 排水路面结构 从结构组成方面考虑,排水沥青混合料属于 骨架多空隙结构 ,石料互嵌形成骨架。石料之间 以点接触为主 ,具有高 的空隙率 ,致使其耐老化 性能、低温抗裂性能 、耐久性差于同种沥青的密 级配混合料。因此 ,高粘结 、耐老化和高低温陛 能优异的聚合物改性沥青材料对提高排水沥青路 面的性能起到至关重要的作用 4 J 。 2 高粘度改性沥青的制备 2 1 基质沥青的选择 沥青是 由碳氢化合物和这些碳氢化合物的非 金属衍生物组成的极其复杂的混合物。路用沥青 是 由石油加工后得到的产品。
16、按加工方法不 同, 石油沥青又可分为直馏沥青 、氧化沥青 、溶剂脱 沥青和调和沥青等。石油的来源和炼制工艺决定 了沥青的组成和性能。高粘度改性沥青所用改性 剂主要为 S B S ,由于沥青的成分不 同,其对 S B S 的两个嵌段的相容性也不同,这对改性沥青的性 能特别是 6 0粘 度和储存 稳定 性有很 大 的影 响-3 删。实践表明,不同沥青导致的6 O粘度 可以差一个数量级。高粘度改性沥青的 S B S与 沥青配伍的选择,类似于普通 S B S改性沥青, 一 般选择以中东原油为基础炼制而得的沥青。 2 2 改性剂的选择 用于沥青改性的聚合物材料种类繁多 ,大体 上可分为橡胶、热塑性弹性体
17、、树脂和纤维等几 大类 。其中,研究最多的聚合物包括苯乙烯 一 丁 二烯 一苯乙烯 三嵌段共聚物 ( S B S ) 、丁苯橡胶 ( S B R ) 、乙烯 一 醋酸乙烯酯共聚物 ( E V A )和 聚乙烯 ( P E )等 。由于环境保 护方 面的原 因, 近年来许多国家规定 ,改性沥青必须掺加使用部 分废旧塑料及废轮胎胶粉 ,使得有关这方面的研 究和应用也随之显著增加 卜。 由于 S B S改性沥青具有优 良的高温性能和 拉伸性能,目前,高粘度改性沥青主要还是采用 高含 量 的 S B S ( 6 1 2 )改 性 沥 青 制 备 一 。 2 3改性方式 2 3 1 直投式高粘度改性沥青
18、 传统上 ,聚合物改性沥青是通过强剪切使聚 合物分散到沥青中,这一过程能耗大 ,并且聚合 物与沥青在剪切过程中容易发生老化,还需要进 行稳定化以防止聚合物从沥青中离析等缺点,致 使改性过程繁琐、成本较高。 目前,一种新型的直接拌和型高粘度沥青改 4 石 油 沥 青 2 0 1 2年第 2 6卷 性剂获得了推广应用 。该改性剂是一种改性聚合 物,可直接加入到石料中与沥青一起在高温下拌 和,利用石料与沥青的拌和过程产生的剪切力, 使改性剂直接分散到混合料中。该技术不但省去 了改性沥青的制备过程,而且还不必担心改性沥 青 的不稳定 ,因此是一个很有前途的发展方向。 这种改性聚合物是以热塑性弹性体为基
19、体 , 配合粘结性低分子树脂和抗老化剂等成分,经混 合造粒而成。它可以通过普通机械搅拌混合方式 快速分散到基质沥青中, 制备性能优异的改性沥 青,也可以同集料、 普通沥青一起混合,制备改 性沥青混合料,省去预先制备改性沥青的过程。 2 3 2 直投式改性剂的优点和效果 直投式改性沥青的优点和效果如表2所述。 表 2直投式改性剂的优点和效果 加工 容易 软化点高 ;6 0粘度商 优异 的粘 合力 ;石料 问凝聚力大;抗剥离性强 与石料、基质沥青在拌和过程中混合,造价低 容易分散,不需高剪切即能很快在沥青中分散,分散J J l 3 - 温度低 ( 小 于 1 8 0) ,对沥青和聚合物性能损坏小。
20、 高温性能优异,可用于桥面铺装、 排水路面等功能性路面。 石料不 易飞散 ,抵抗水损害。 省去改性沥青加工、储存、运输等繁琐过程。 目前对直投式改性剂还存在如下疑问:1 ) 所投进改性剂 的结 构 ( 改性状态 )无 法确认。 质量的稳定性很难确保,在实验室 内的性能试验 用 l h 左右改性,现场却仅搅拌 l m in左右的时 间;2 )很难应付各种基质沥青的变化;3 )无 法针对其骨料飞散、孔隙挤变等损伤现象进行分 析,无法区分出到底是沥青质量问题还是施工问 题 。目前,浦东路桥建设等公司通过改性剂的设 计、改性剂投放设备改造、基质沥青选择和混合 料微观结构观察等途径较好的解决了以上三个疑
21、 问。由于聚合物和沥青受热历程的减少 ,大大改 善了改性沥青的耐老化性。 因 T P S等进 口材料价 格太高,阻碍 了这类 排水路面的推广 。国内已有多家公司自主研发 了 该类材料,所得改性沥青的性能及混合料的性能 指标 ,已完全达到 日本同类产品水平 。例如上海 浦东建设于 2 0 0 4年 l 2月在上海浦东新区冬融路 铺筑了试验路段 ( 长 7 0 0 m,宽 1 6 r n ) 、2 0 0 6年 铺设了浦东外环线 3 k m、2 0 0 9年世博会机场北 通道和外环线铺设 了 3 0 k m多。 2 3 3 成品高粘度改性沥青 目前,我国研究应用主要集中在普通改性沥 青上,对高粘度
22、改性沥青的研究甚少,特别是关 系到施工质量的稳定性问题没有解决。高粘度改 性沥青中聚合物用量较高,聚合物容易形成连续 相 ,对这种类型改性沥青的稳定方法 ,国内外研 究也较少 我国在钢桥面铺装上使用高粘度改性 沥青, 但仍主要采用现场拌和的方法,改性沥青 的稳定性问题正逐步得到解决。 加 引。成品改性 的优点体现在较好的质量控制方面。 目前,聚合物改性沥青的稳定技术主要采用 化学反应增容的方法 ,提高聚合物和沥青之间的 结合,增加稳定性。但这种方法对高聚合物含量 ( 大于 6 )的改性沥青不太适应 ,因为此 时聚 合物形成连续相,化学反应增容剂会导致聚合物 改性沥青 的粘度增加 ,不容易摊铺施
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 排水 路面 粘度 改性沥青 研究 应用 进展
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【qu****i】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【qu****i】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。