[发明专利]高性能复合改性沥青

说明书

技术领域

本发明属于公路交通建设领域。

背景技术

近几年来，随着高等级公路网的建成，交通量有了较大的增加，由于公路建设的迅速发展，公路运输完成的客货运量和客货周转量所占比重大幅度提高，促进了我国国民经济的快速增长。但随之而来的重载、超载现象日趋严重，特别是一些较为重要的国道主干线的交通组成中重载车的比例较大，而且超载现象非常严重，同时受季节性冰冻地区的地质、水文、气象等自然及人为因素的影响，致使沥青路面过早地出现车辙、拥包、坑槽等早期损坏。影响道路的使用性能、行车舒适性，而且大大降低路面的使用寿命，导致路面服务功能下降，影响正常运营，增加了养护费用的投入，造成巨大的经济损失，更有甚者，危害人的生命安全。重载、超载作用下全国高等级公路出现早期车辙损坏的调查结果，触目惊心！东北某高速公路于2000年建成通车，工程总投资120多亿元，使用设计年限为15年，仅仅过了3年，全线多处出现明显的车辙，车辙凹陷深度最大的达13厘米，由于大规模重载超载运输，这些路段不得不提前12年进入大修，造成的经济损失是可想而知的。京珠某段路线全长109.93公里，投资56.6亿元，于2003年4月建成通车。通车不久，就出现严重车辙。最深处达80mm，平均20～30mm。2003年以来，北京由于重载作用造成的直接经济损失达7.6亿，而且重载超载现象使公路提前进入大修期，公路维护成本大大增加，影响了通行效率，而且部分路段车辙深度达14cm，严重影响了行车安全。根据实际调查，其中一个主要原因是重载、超载车的作用。通过对部分高速公路的病害现场调查数据分析，路面的早期损坏主要以车辙和网裂(龟裂)为主，车辙是路面结构各层永久变形的累积，沥青路面的永久变形不仅直接影响路面平整度、使用性能、行车舒适性，而且大大降低路面的使用寿命，造成巨大的经济损失，更有甚者，危害人的生命安全。因此，如何解决路面早期损坏，延长路面的使用寿命，防止病害的发生已成为公路建设亟待解决的问题。

另外受季节性冰冻的影响，使沥青路面产生低温抗裂，路面结构使用寿命达不到设计年限，并出现早期损坏，其影响因素较多，主要是荷载、降水和气温的综合作用。在季节性冰冻地区，每年冬季有一次大冻融循环期(-20℃以上)，此期间从入冬到开春要有十几次水的反复冻融循环，虽然温度不低，累计作用却很大。研究人员对华北地区已建高速公路沥青面层的横向裂缝观测表明，重交沥青面层、改性沥青面层和改性沥青SMA面层通车3年后的裂缝数量，每公里长路段，裂缝少者约30-40条，多数为40-50条。东北某高速公路采用两层SBS改性沥青，通车第一年每公里裂缝就达到30-40条，可见季节性冰冻地区就更为严重了。

已有研究表明，路面裂缝的存在使路面的结构强度损失1/3以上，裂缝的养护费用在沥青路面的日常养护中占有较大比例；裂缝的减少将大大节约中、小修保养费用。如能有效减少或防止裂缝的发生，避免了雨水的下渗，可延长路面的使用寿命长达5年以上，同时将使路面的结构寿命得以延长。使路面大、中修周期增长，节约养护费用。

为使沥青混凝土面层具有较好的使用性能耐久，减少路面的早期损坏，除路面有足够的承载能力、使路面不会产生结构性破坏外，还必须解决沥青混凝土面层本身可能产生的一些早期破坏，特别是表面层严重辙槽、早期水破坏、沥青混凝土表面层产生严重低温裂缝、沥青混凝土层产生疲劳开裂。因此，沥青混凝土的高温抗永久形变能力要强，使沥青混凝土层能承受重载车辆的反复作用，不易产生严重的辙槽；同时还要减少严重温度裂缝和增长沥青混凝土层的疲劳寿命。

沥青混合料主要由矿料和沥青两大类材料组成。试验证明，沥青混凝土的使用性能和耐久性主要取决于沥青的质量、矿料类型和质量、矿料级配组成，沥青是沥青混凝土中必不可少的重要组成部分，是决定沥青混凝土物理-化学性质的最关键因素。

在公路沥青路面建设中，为了改善其物理力学性能，采用各种改性沥青混合料做面层，即在沥青中掺入改性剂。所用的改性剂类型有多种，如炭黑、高钙粉煤灰等微填料类改性剂，聚脂纤维、石棉纤维等纤维类改性剂，树脂、橡胶等高聚合物类改性剂和硫磷类改性剂等。当然这些改性剂并不是适用于任何条件，有些可以改善其流变性，如高聚合物类改性剂和微填料类改性剂，适用于高低温相关悬殊的地区；有些可以增加抗拉强度，如纤维类改性剂，适用于低温干燥地区。上述所有这些改性剂都是人工按比例掺配的，有些有毒害作用，例如聚乙烯纤维、石棉纤维等，对人体的健康有害，当然对环境的保护也不利。