
通过对改性沥青的研究和推广应用,人们对改性沥青有了较深的认识,使我国改性沥青事业发展很快:2000年以前,每年使用不到2万t ,2000年已经达到了10万t。2001年由于沥青表面层施工数量不多,可能增加不会太多,但2002年又将是沥青路面表面层铺筑的高峰期,改性沥青的使用量将急增,有些省计划将所有的高速公路沥青路面表面层都修改设计为改性沥青,有的省一年就需要5万~6万t,这样,2002年改性沥青使用量预计有可能达到40万~50万t。
这样大规模地采用改性沥青是始料不及的,对此必须有清醒的头脑,一方面提倡在必要的时候应用改性沥青,另一方面指出在使用改性沥青中的一些错误的认识,必须有一个正确的用法,防止造成新的经济上的损失。
改革开放以来,我国高速公路的建设飞速发展。预计到2003年,高速公路将超过20000 km,其中大部分是沥青路面。但是,正如原交通部副部长李居昌在中国公路学会2001年年会上说的那样,高速公路早期损坏也很严重,是我们面临的一个重大技术问题。
采用改性沥青有两个目的:
为防止和减轻沥青路面出现早期损坏,适应于严重交通条件的需要,使路面保持正常的使用状态。
期望在一些政治、经济十分重要的道路上,通过采用改性沥青的技术途径,以全面提高沥青路面的使用性能,减少维修养护费用,减少维修养护对交通的影响,延长路面的使用寿命。
应该说,改性沥青的这两个目的都是正常的,但是必须严肃指出的是,对第一个目的,即企图通过使用改性沥青防止沥青路面早期损坏,必须有正确的认识和充分的估计。因为,对我国大多数发生早期损坏的高速公路来说,不能把发生破坏的原因都归罪于沥青的质量。而主要原因是在沥青路面的结构、设计、施工、管理及集料质量上。
因此,正确地使用改性沥青,同时改变不合理的沥青路面结构,提高沥青路面使用性能,综合采取措施,已成为当前公路建设的重大课题。
现场加工模式基本上是在沥青拌和厂工地,由一台改性沥青制作设备制作改性沥青供应一台拌和机的联机制作模式。我国最早使用的NOVOPHALT技术是现场加工的代表。现在,主要的厂家有路安特、国创、路翔、美仑、兰亭、永固大道等。这种现场制作、现场使用的方式的最大优点是基质沥青的品种、质量、改性剂品种、添加量清晰明确,一般不会出现弄虚作假的情况,只要检查其磨细的程度,改性沥青的质量一般有保证。通常情况下,它不考虑在使用过程中的改性剂的离析问题,可以适用于SBS、PE等各种难加工及与沥青相容性很差的改性剂,改性效果也比较显著。为了满足工程的需要,不少工程自行购买了改性设备,除了少数是直接从国外进口的原装设备外,大部分是从国内一些改性沥青设备制造商购置的,例如国创公司、兰亭集团等,国创公司也可以根据用户选择国产的或者德国的胶体磨,北京经销德国胶体磨的GSD公司配套生产加工设备,也有一些单位从国外进口胶体磨主机,自行加工管道、沥青罐等附属设备。
目前现场加工模式有用户(承包商)自行购置改性沥青设备自己现场加工的方式,及租赁改性沥青设备委托设备拥有者代为加工的两种方式,基本上是同一种模式,不过加工设备的主权归属不同而已。
现场加工模式的缺点是不能贮存,因为它通常不使用稳定剂,要求当天生产的改性沥青当天使用完,所以其生产率低,设备利用率低。通常一台设备最多只能供应一台3000型的拌和机。随着改性沥青的应用不断增加,这种现场制作的方式越来越不能满足工程大规模施工的需要,一台制造设备连接一台拌和楼,一旦设备发生故障,拌和搂也只能停工。另外,为了连接改性设备,需要管道、加热设备、贮存罐,在电力方面还有所要求。凡此种种,拌和厂总感到麻烦,不容易接受;尤其是近年来改性沥青的使用量有较大增加,有时一条高速公路100多km甚至200-300 km 全面采用改性沥青往往对需要几十台改性设备进行现场加工的模式感到很麻烦。如果采用委托加工,改性设备拥有者又会对同时需要很多改性设备感到力不从心。
另外,一个很重要的观点需要说明,我们以前常说,采用现场加工方法时,在通常情况下,可以不考虑使用程度中的改性剂的离析问题,规范也没有要求离析指标。这也是相对而言的,是指在还没有离析的情况下与混合料拌和,对离析的影响较小。但是,实际上,即使拌和前没有离析,在拌和后至碾压成型的过程中,随着沥青结合料的温度逐渐降低,改性剂和基质沥青的离析是不可避免的,试验观察已经证明了这一点。所以从提高改性效果的角度出发,也应该采取措施防止离析。
另一种改性沥青的方式是在固定的工厂生产成品改性沥青供应施工现场的方式。近年来这种模式发展特别快,尤其是国外的一些厂商如美国科氏公司、壳牌、埃索、韩国SK、泰国泰普克、加拿大POLYPIKALT公司等都已经把改性沥青产品推销到中国,除了韩国SK公司外,其他公司基本上是在中国设厂加工制造的。例如科氏公司在湖北鄂州,壳牌公司在天津、乍浦和马尾,泰普克在河北廊坊、黄骅,加拿大P0LYPHALT在辽河炼厂等相继独资或与中方合资建立了工厂,生产成品改性沥青。目前我国许多省市都已经有了各种规模的改性沥青生产厂,所生产的成品改性沥青,已在高速公路上得到了应用。其中有些公司,如江苏省江阴科斯密特种沥青有限公司聘请了法国专家、青岛的广源发集团引进了国外技术生产。国内公司原来立足于现场改性的公司,如北京和湖北的国创公司、路翔公司等也成功地生产了成品改性沥青,开始走现场改性及生产成品改性沥青同步发展的遭路。
成品改性沥青的最大优点是使用十分方便,它与使用普通的沥青相比,除了温度控制需要提高要求外,其余没有丝毫差别。
但成品改性沥青的缺点是用户对基质沥青、改性剂的品种剂量不知情,尤其是成品改性沥青的离析问题有相当风险。近年来用户和改性沥青厂家常常为质量问题发生纠纷,基本上都是离析问题。外国厂商在中国加工的进口改性沥青也不例外,几乎所有厂家都曾经有过离析超标的现象。
按规范规定,成品改性沥青在使用过程中必须不断地检测质量,它不得低于规范的技术要求,实际上所有的成品改性沥青随着贮存期的延长,多多少少都会有质量降低的情况。
另外,从价格上讲,成品改性沥青的价格比现场改性的要高出很多,尤其是国外厂商的进口改性沥青,价格就更高。
归纳起来,现场加工模式有基质沥青的品种、质量、改性剂品种、添加量清晰明确,一般无弄虚作假,且价格成本低的优点。但不能贮存,生产率低,设备利用率低,易对工程进度造成影响,实际使用比较麻烦。而工厂定点生产成品改性沥青的模式又恰恰有使用方便、可以存放、不离析的优点,但用户对基质沥青、改性剂的品种和剂量不知情,存放期太长可能变质。因此可以设想,取两种模式之长处,克服两种方法的短处,将两种方法结合起来,变成现场加工成品改性沥青的模式。这是笔者设想的一种新模式,它在国外虽有所耳闻,但在国内尚未尝试过。
具体来说,就是在工程沿线设置一个可移动的改性沥青生产厂,生产可存放的成品改性沥青,贮存在贮罐中,贮罐的容积根据工程需要设置,根据各标段的需要送到拌和楼使用。由于产品可以贮存,便可以规模化地生产,充分利用改性沥青制造设备的能力,且工程单位对基质沥青、改性剂一目了然,还可以派人监理,尤其是价格可以大大降低。这个加工站可以在做够一定数量后搬家,移动到其他工程去。甚至可以冬季到南方,夏季到北方,效率大大提高。笔者希望,对此模式感兴趣的单位可以对此作一些有益的尝试,以取得经验,逐步推广。
由于我国的改性沥青规范是首次制订,当时使用得很不普遍,而且即使是现在,使用已经比较多了,也不可能把世界上可能产生的改性剂都制订出标准来近年来,我们经常遇到一个问题,即某种改性剂,并不是规范规定的SBS、SBR、PE等,但是工程单位,尤其是监理单位硬是要求套用某一种标准,而某一个指标可能达不到要求,造成使用上的困难。例如,山东省现在使用的麦克改性沥青、特立尼达湖沥青(TLA)、印度尼西亚布顿岩沥青等,由于其中含有一些细粉,延度指标往往较差,由此产生使用上的矛盾,甚至影响了这些规范没有规定的改性剂的应用。
我国的改性沥青规范还需要完善,在使用改性沥青技术要求的同时,必须考虑到这些具体情况,辩证地使用标准。在我国还没有标准时,可以参照国外的相应标准,在工程中应用,同时进行研究,以便制定符合我国实际情况的标准。
现在有些工程要求按美国Superpave方法进行改性沥青试验,对PG规格是否适用于改性沥青,即使在美国也有一些争议。一些州的2000年规范,在采用PG标准的同时,又有不同程度的变化,增加了一些常规指标,对改性沥青一般另有标准,所以我们在使用时应该慎重。从目前的情况看,直接把它作为招标文件的指标还为时过早。有的省采用此标准作为招标文件,不恰当地排除了许多厂家,使招标过程变成了走过场。
另外,评价改性沥青或改性沥青混合料性能的试验方法应该尽可能统一,现在这个问题比较突出。
国外一些改性沥青的标准采用的是与我国不同的指标,使用中应该逐步研究转换为我国常用的试验方法和标准,不要总照搬照套国外标准。我们不反对采用国外的方法做试验,但必须按照我国的试验规程方法进行验证。例如美国往往采用25℃(100 g,5s)针入度和4℃(200 g,60s)针入度反映改性沥青的温度敏感性,而我国通过多年的研究,已经明确采用不同温度的针入度求出的针入度指数PI值评价温度敏感性。还有,改性沥青的弹性回复性能,不同国家的试验方法也不一样。在改性沥青混合料的高温抗车辙性能方面,国外有多种车辙试验机,评价指标也不一样。例如德国汉堡车辙试验机、法国的LCPC型的车辙试验机等,其试件尺寸、成型方法、试验过程、评价指标都不一样。有的是轮胎成型,有的在水浴中试验,与我国不一样。实事求是地说,当初我们并没有对这些试验机作过比较,所以并不是说,我国现在的试验机比其他型号的好。但我国的实际情况是,经过十余年的推广应用,目前采用的试验机已经相当普及,已经成了我国标准的试验方法,想改也不现实了,更何况国际上采用这种型号试验机的国家也不少。所以作为一个国家,还是应该统一一个标准的方法。
现在我国使用的改性沥青,几乎都集中在SBS改性沥青方面,剂量大体为4.5% ~5%左右,由于其独特的高温稳定性、低温柔性和弹性恢复性能而受到普遍好评。总的来说,是无可非议的,但是,千篇一律地这样做,也说明我们在改性沥青方面,还不够成熟。
我们必须明确,对不同的改性剂来说,有不同的特点,功用也不一样。即使同一种改性剂,譬如SBS,不同的类型,线型或者星型,其功用也不一样。根据不同的气候条件,不同的交通情况,选择不同的改性剂品种,不同的改性剂型号,甚至不同的剂量,是一门很深的学问。笔者在以前介绍改性沥青的发展方向的文章中曾经指出,SBS是当前我国改性沥青的主要发展方向,且星型的要优于线型的。我们在一些工程上采用的SBS剂量是4.5%,但是决不等于说,不管天南地北,不管什么目的,都只能采用一种改性剂,只能采用一个型号,都应该采用一个剂量。事实上,改性沥青的品种很多,在东北严寒地区,线型SBS的抗裂性能可能优于星型的SBS。而且某些改性设备,加工星型改性剂有困难,或者效果不好,那就不一定咬死了只能采用星型的。所以,根据不同的情况,选择不同的改性剂是十分重要的。首先要明确改性的目的,是以提高高温性能为主,还是以提高抗裂性能为主,或是以提高与石料的粘附性、增强抗剥离性能为主,或是为了延长路面的使用寿命等等。同时要考虑成本价格,考虑加工能力,考虑施工性能,综合选择改性剂。
关于改性沥青的剂量,在这几年开始阶段,为了使改性效果比较明显一些,使工程单位容易认识到改性沥青的优越性,所以采用的剂量较高,一般用到4.5%以上。但是在国外,大量使用的并没有这样高,例如在美国往往采用3%~4%。有些州规定了SBS的最低剂量为3%。实际上,目前我们的改性沥青在指标上与标准要求的指标相比有较大的富余,完全有可能根据不同的情况,对要求高的采用较高的剂量,对要求低的采用较低的剂量。
除了聚合物改性沥青外,天然沥青用于道路沥青改性的应用是近年来我国改性沥青的新发展。自从1999年江阴长江大桥采用特立尼达和多巴哥湖沥青(TLA)配制的浇筑式沥青混凝土铺筑后,国人对TLA有了新的认识。另外,印度尼西亚的天然布顿岩沥青也开始在我国应用。这些虽然规范中没有规定,但也不妨碍其使用
在改性沥青成本中,基质沥青占了很大比例。为了节省成本,许多工程在制造改性沥青时,已经逐步转向国产的符合重交通道路沥青技术要求的沥青作为基质沥青。例如北京市,无论高速公路和城市干线道路,除了特殊情况外,无论改性与否,历来采用符合要求的国产沥青,并没有迷信进口沥青。制造改性沥青的基质沥青,更是使用国产沥青。在价格上,国产沥青的基础上只需增加800~1000元/t的改性费用制造改性沥青,与其他省进口普通沥青相比增加的成本不多,这对发展改性沥青十分有利。正因为如此,才能较早地在所有高速公路、城市主干线上全部采用改性沥青。
现在许多省也已经开始采用国产沥青改性,使改性成本大大降低,笔者认为这是一个值得推广的成功经验。关于基质沥青与改性剂的配伍性、相容性问题,已经在许多文章中有过介绍。从道理上讲,大家已经知道,但是,实际使用时却往往不注意这一点。现在有一些工程,基质沥青是甲方供料,进货时根本不考虑与改性剂的配伍性问题。这对于现场改性沥青,效果好坏很容易从指标上发现。对成品改性沥青来说,即使是一些名牌的外国大公司,也发生过到工地后离析的问题。可以说,改性剂离析是目前成品改性沥青的最大的问题。所以,在选择基质沥青和改性工艺时,必须特别注意这一点。
目前在某些地方,改性沥青的市场比较混乱。首先,迷信品牌,不注重质量的问题十分严重。按国际惯例,世界上各沥青销售商并不见得只卖本公司的沥青,在签订购销合同后,经销商完全有可能转卖其他公司生产的产品,只要达到合同指标就行,这在很大程度上取决于价格和供货时间。普通沥青如此,改性沥青也是如此。尤其是许多外国公司经销的改性沥青并不是在国外生产的,而是在国内生产的,实际上已经多次发现某些名牌公司经销的改性沥青是从价格较低的其他公司转买的,或者采用其他公司的沥青作为基质沥青生产改性沥青的。可是价格却按照高价的进口沥青计算。有的经销商就是利用人们对名牌产品的迷信,高价销售,一吨改性沥青的差价可达数百元,甚至上千元。我们应该当心沥青也会有假冒伪劣产品混入市场。
另外,一些工程单位对改性沥青质量的检验很不重视。道路用户绝不能单纯相信经销商在投标时提供的改性沥青样品的检验单,所有的沥青检测部门,目前都只能对送检的样品负责,至于样品是谁的?什么时间在哪个厂生产的?用的什么牌号的改性剂?采用多少剂量?都是无法考证的。我们只能依据质量检测结果评定是否合格。更不用说,现在已经发现有伪造检测单位公章,或在复印件上偷梁换柱,变更检测日期等违法情况。因此,各地在购买成品改性沥青,或者在现场生产改性沥青时,都必须严格按照规范要求进行抽样检测,如果自己检测有困难,应该送有关部门检验,决不能盲目迷信。
为使改性沥青技术更好地得到发展,必须配套研究与应用有关的问题。例如,改性沥青层的路面结构及厚度问题就很重要。如前所述,现在除少数工程采用上面层和中面层两层改性外,一般都是只对表面层改性,厚度普遍为4cm。这无疑对提高沥青路面的各项使用性能都有相当好处,但其局限性也是很显然的。
尤其是对高温稳定性,重载和超载严重的路段,车辙、推拥变形是常见的病害,其主要原因是沥青面层的几层没有形成整体,抵抗荷载产生的水平力的能力不足。车辆作用下产生的水平剪切应力从上而下逐渐增大,大约在7~10 cm深度处出现峰值,即受水平力作用最严重的是中面层,甚至下面层,荷载越重,影响越深。仅仅对表面层改性,并不能解决问题,这应引起设计单位的足够重视。
总的来说,我国改性沥青的应用还处于起步阶段。改性沥青的生产和应用中还有许多问题需要研究。希望各生产单位、使用单位,在应用改性沥青时加强试验研究,使道路改性沥青的应用得到更好的发展和更合理的使用。
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