楊文科

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

改性瀝青是一種在普通基質(zhì)瀝青中添加某些改性劑經(jīng)嚴(yán)格混合工藝而成的高品質(zhì)路用瀝青品種，是在上世紀(jì)80年代末期由北歐瑞典等國引入我國的一種路用瀝青新技術(shù)。改性瀝青因添加改性劑品種和比例的不同會(huì)呈現(xiàn)不同的性能，但均以其優(yōu)異的路用特性，特別是能夠顯著提高瀝青的軟化點(diǎn)，降低瀝青路面的早期損壞、提高道路承載能力及有效延長道路的使用壽命[1]著稱于世，得到了國內(nèi)外道路工程學(xué)術(shù)界和管理部門的認(rèn)可。改性瀝青的推廣和規(guī)模應(yīng)用對(duì)于促進(jìn)我國高等級(jí)道路的發(fā)展和相關(guān)交通領(lǐng)域的現(xiàn)代化和技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。

1 公路交通事業(yè)的建設(shè)發(fā)展要求道路性能不斷提高

眾所周知，現(xiàn)代高等級(jí)的路面形式主要由瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面兩大類型構(gòu)成，亦可稱為柔性（前者）路面和剛性（后者）路面。這兩類路面的使用特征是比較明顯的，瀝青路面因其柔性特征具有行車平穩(wěn)、較低噪聲和養(yǎng)護(hù)工藝方便且舊路面材料易于回收再生利用等優(yōu)點(diǎn)，目前作為高級(jí)和次高級(jí)路面的主要結(jié)構(gòu)類型廣泛采用。據(jù)我國交通運(yùn)輸部門統(tǒng)計(jì)，在我國目前等級(jí)道路通車總里程中，瀝青路面占86%以上，而西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家的相應(yīng)比例更高，如地處北美的美國和加拿大等國的等級(jí)道路瀝青路面所占比例在90%以上。

普通路用瀝青（亦可稱為基質(zhì)瀝青）通常為石油煉制的終端產(chǎn)品，由于其材料自身性能的特性，特別是軟化點(diǎn)較低（一般不超過50℃），以其作為黏合劑制作的瀝青混合料鋪設(shè)的道路極易出現(xiàn)早期損壞。這些損壞的典型表現(xiàn)可進(jìn)行如下表述：

a）炎熱時(shí)節(jié)瀝青路面因高溫而軟化，這是因?yàn)樽鳛橐环N黑體物質(zhì)，瀝青是一種良好的吸熱體，但卻因其又是一種不良熱導(dǎo)體[2]而將吸收的熱量集聚起來。這種較為典型的溫室效應(yīng)使得瀝青路面往往高于當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度。筆者曾在2013年6、7月間在山西汾（陽）離（石）高速吳城段進(jìn)行了瀝青路面表面溫度和環(huán)境溫度的檢測，并得出下列曲線所示的基本規(guī)律（圖1）。

圖1 瀝青路面表面溫度和環(huán)境溫度的關(guān)系曲線

b）在車輛的重載荷作用下因?yàn)闉r青較低的軟化點(diǎn)使得道路容易形成以車轍和推擁為基本特征的永久性變形（塑性變形）。

c）在冬季低溫時(shí)瀝青會(huì)因低溫而變脆，此時(shí)路面會(huì)因此出現(xiàn)開裂和半剛性基層開裂形成反射性路面裂縫和坑槽、松散等面積損壞[3]。

d）由于上述原因，通車后路面早期病害頻現(xiàn)、使用性能和服務(wù)壽命大受影響，且道路表層結(jié)構(gòu)原有的抗滑能力會(huì)迅速下降，使得道路的總體行駛安全性嚴(yán)重受損等。

有鑒于這些問題的嚴(yán)重性，而國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展亦使道路的交通流量增長迅速，同時(shí)車輛的大型重載化（作為煤炭和鋼鐵重化工基地的山西省更是如此）亦成為提高營運(yùn)車輛運(yùn)輸效率的趨勢之一。這些現(xiàn)實(shí)都對(duì)道路的使用特性（包括承載能力、行駛舒適性和使用服務(wù)壽命等）提出了越來越高的要求。

2 改性瀝青的工業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)模應(yīng)用成為必然

有鑒于此，提高瀝青路面的使用性能，特別是解決瀝青路面的高溫抗車轍性能、低溫抗開裂性能以及有效提高其承載能力和使用服務(wù)壽命成為擺在我國道路科研、管理部門和工程施工單位面前的緊迫任務(wù)。在這種情況下，通過具體國情的研究并參照國際道路工程學(xué)術(shù)界的成熟成果和經(jīng)驗(yàn)，我國在20世紀(jì)80年代末期開始了路用改性瀝青為代表的新型路面材料與相關(guān)技術(shù)的研制、引進(jìn)和開發(fā)，并取得了大量成果。

改性瀝青因改性劑的不同（如SBS、SBR、橡膠粉等）而呈現(xiàn)不同的品種和品質(zhì)，但國內(nèi)外長期的道路工程使用實(shí)踐證明其中以SBS為改性劑與基質(zhì)瀝青摻配制備的改性瀝青具有更為突出的使用性能。如改性瀝青的三項(xiàng)路用指標(biāo)均優(yōu)于普通瀝青，特別是軟化點(diǎn)大于等于70℃。SBS改性瀝青在高等級(jí)公路（尤其是高速公路）和機(jī)場跑道等工程的應(yīng)用，能夠顯著提高路面的使用性能，提高承載能力，保證和延長路面服務(wù)壽命，同時(shí)能夠有效遏制道路早期病害的出現(xiàn)頻率，從而大大降低了道路日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，收到良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。其主要技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)為：

a）在自然溫差較大（如晝夜溫度差）的地區(qū)使用呈現(xiàn)良好的溫度穩(wěn)定性。

b）體現(xiàn)良好的彈性和韌性，在大流量、重載運(yùn)輸?shù)牡缆飞暇哂辛己玫淖赃m應(yīng)能力，增強(qiáng)了路面的承載能力并具有較好的抗車轍能力。

c）具有較強(qiáng)的黏結(jié)性，從而有效地改善和提高了瀝青路面的遇水穩(wěn)定性和抗水毀能力。

d）致密性好，因此能有效防止和減輕因車輛滲漏柴油、機(jī)油和汽油等輕質(zhì)油分對(duì)道路造成的人為損壞等。

有鑒于此，SBS改性瀝青在國內(nèi)外高等級(jí)公路上得到了廣泛應(yīng)用。自20世紀(jì)80年代末以來，改性瀝青在我國瀝青路面施工工程中的應(yīng)用已由局部到基本普及。國家交通運(yùn)輸部專門制訂了改性瀝青應(yīng)用的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使改性瀝青的制備和使用更為規(guī)范（特別指出的是，由筆者所在山西省交通科學(xué)研究院提出并參與起草的改性瀝青成套設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已通過初步審查，即將頒布全國執(zhí)行）。由于改性瀝青的應(yīng)用，不僅使路面性能有效提高，而且也使道路的現(xiàn)代管理水平得到了進(jìn)一步提高，道路的日常養(yǎng)護(hù)工程量及工程成本大大下降。在改性瀝青應(yīng)用領(lǐng)域，山西省交通科學(xué)研究院早在20世紀(jì)80年代后期即開始了相關(guān)技術(shù)的攻關(guān)，特別是于1986年在太原勝利街路面修建中采用了以氯丁膠乳為改性劑的橡膠改性瀝青道路鋪筑的試驗(yàn)（氯丁膠乳占基質(zhì)瀝青重量的5%～6%）。該段道路于1987年初通車，在長期大交通量和自然光候的雙重作用下，成功使用10余年后，經(jīng)綜合檢測仍處于完好運(yùn)行狀態(tài)，證明了改性瀝青在高等級(jí)瀝青路面的應(yīng)用具有的良好效果。

進(jìn)入新世紀(jì)以來，山西省交通科學(xué)研究院又以自己突出的技術(shù)實(shí)力成功研發(fā)了40 t/h改性瀝青成套設(shè)備注，不僅完成了國內(nèi)多項(xiàng)重點(diǎn)道路施工工程，而且已作為高技術(shù)產(chǎn)品出口北非，投入國際道路施工工程，以此確認(rèn)了自己在改性瀝青制備和應(yīng)用領(lǐng)域的先進(jìn)地位。

3 改性瀝青制備過程的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測

改性瀝青生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)檢測是控制其成品質(zhì)量的重要手段，通過對(duì)制作過程中各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)（瞬間連續(xù)）檢測，可隨時(shí)了解整個(gè)改性瀝青生產(chǎn)設(shè)備的作業(yè)狀態(tài)[4]，其結(jié)果將把影響改性瀝青質(zhì)量的諸多因素予以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除，從而有效地保證其成品的高品質(zhì)。有鑒于此，山西省交通科學(xué)研究院研發(fā)了改性瀝青制備過程的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱PPFM）。

眾所周知，在改性瀝青制備過程中有諸多因素會(huì)直接影響其成品品質(zhì)。其中改性劑的摻加比例、基質(zhì)瀝青的流量以及制作和發(fā)育過程中的作業(yè)溫度等指標(biāo)是重中之重。PPFM通過對(duì)實(shí)時(shí)加入的改性劑和基質(zhì)瀝青稱重計(jì)量的數(shù)據(jù)信號(hào)，自動(dòng)檢測改性劑在改性瀝青中的含量比例；通過置于設(shè)備各檢測部位溫度傳感器信號(hào)，檢測制作和發(fā)育過程中的溫度數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)由各傳感器測得后由可編程控制器PLC和電腦處理放大后即時(shí)進(jìn)行上傳。由于信號(hào)的檢測和傳輸能夠在瞬間完成，這就使得管理人員能夠?qū)r青改性作業(yè)的全過程進(jìn)行即時(shí)監(jiān)督，從而有效地保證改性瀝青的制作嚴(yán)格遵從設(shè)定的工藝、工序和配料比例。

高等級(jí)道路，尤其是高速公路的工程施工受季節(jié)、氣候和環(huán)境溫度影響較大。同時(shí)，施工場地分散，各生產(chǎn)基地間距較大。這些特點(diǎn)使得改性瀝青的制作時(shí)機(jī)和制作數(shù)量很難遵從一定的規(guī)律，不便于管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)管。PPFM的檢測數(shù)據(jù)可由專門設(shè)計(jì)的工控機(jī)及其程序自動(dòng)保存并通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)（GPRS）實(shí)時(shí)上傳至管理人員工作站，且可實(shí)現(xiàn)全天24 h無人化監(jiān)管。管理人員在辦公室即可隨時(shí)閱取改性瀝青制備現(xiàn)場的各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并可根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)改性瀝青的生產(chǎn)制備過程進(jìn)行即時(shí)監(jiān)管，從而有效地保證改性瀝青的成品質(zhì)量。

注：山西省交通科技項(xiàng)目№05-09，山西省2008年度科技進(jìn)步2等獎(jiǎng)。