沥青路面质量现状及耐久性研究

随着国民经济和交通运输的快速发展，交通大流量、车辆大型化、重载超载及渠化交通等逐渐成为现代交通的鲜明特点和必然趋势。全球气候的持续变暖，公路使用条件变得日益苛刻，传统沥青路面已难负重任，许多公路沥青路面建成不久，各种病害也随之而来，即使采用重交沥青，仍不能满足现代交通的需要，车辙、温缩、开裂、坑槽等早期破坏情况时有发生。
提高沥青路面在其服役期内的使用品质，延长使用寿命，适应道路交通的不断发展，有效的方法是改善沥青路面铺筑混合料——沥青混合料的路用性能。总结归纳目前常用的改善沥青混合料路用性能的技术，主要有以下几种：
级配改良
级配是指矿质混合料的各种粒径范围颗粒重量的分配比例。级配对沥青混合料路用性能有着重要的影响。通过改良级配可以使沥青混合料具有良好的高低温及疲劳等性能，但混合料在施工过程中的离析却往往使这种改良效果得不到充分的发挥，导致级配改良可能成为一把双刃剑，在提高沥青混合料高低温及疲劳性能的同时降低其抗水损坏能力，或者相反。
沥青改性
对沥青进行改性来提高沥青混合料路用性能的方法由来已久。早在1873年Samue Wgite就申请了天然橡胶改性沥青的专利。从此以后，道路工程师一直试图在沥青中加入改性剂，改善沥青特性。尤其是近十年，世界范围内改性沥青特别是聚合物改性沥青的研究、生产和应用达到了前所未有的高潮。但沥青与改性剂的相容性、改性沥青的热储存、运输稳定性及路用性能改善的局限性等难题依然无法克服，应用成本较高。
沥青混合料改性
沥青混合料改性是指在沥青混合料生产过程中，直接将外掺剂加入拌和楼中，与矿质混合料干拌一定时间后再与加入的沥青一起搅拌从而改善沥青混合料的路用性能。用于沥青混合料改性的外掺剂主要有单一外掺剂如纤维、废旧橡胶粉、废旧塑料、硅藻土等和专用复合外掺剂如PRI抗车辙剂（法国）、DUROFLEX抗车辙剂（德国）、SEAM添加剂（美国）等。使用外掺剂生产的改性沥青混合料因其技术性能优良、生产施工简单、经济上合理等特点在我国的路面工程铺筑中已逐渐被认同和采用，应用范围不断扩大。
不同技术的复合使用
不同技术的复合可以最大程度地发挥单种技术的优点，克服不利因素，例如级配进行改良的同时使用改性沥青或者使用外掺剂，工程实际采用最多。
尽管改善沥青混合料路用性能的技术措施有多种，但重点仍是通过各种手段对沥青混合料进行改性。值得注意的是：国际上最新的前沿沥青混合料改性技术已从“沥青的改性”逐渐发展为“混合料的改性”。

§1.2 沥青混合料改性的研究现状
沥青混合料改性技术的发展历史也是其外掺改性剂的发展历史，迄今为止，研究最多的外掺剂有废旧橡胶、纤维、废旧塑料、硅藻土和PRI、DUROFLEX抗车辙剂等专用外掺剂。这些外掺剂在国内外都有研究应用，其对沥青混合料路用性能进行改善的显著特点是：在混合料生产时，加入到矿质混合料中，通过干拌一定时间后与加入的沥青搅拌来改善沥青混合料的性能。
1、 国外的应用及发展
废旧橡胶粉。通过外掺废旧橡胶粉对沥青混合料进行改性的技术最早可追溯到20世纪60年代。当时，瑞典两个公司开发了一种通过在沥青混合料中掺加橡胶粉而进行改性的干法表面层混合料工艺，并命其产品名称为RUBITTM[1]。70年代后期该工艺引进美国后，由四季铺面公司（ALL SEASONS SURFACING CORPORATION）申请了专利产品PLUSRIDETM[1]。由于存在橡胶颗粒与集料或沥青不能完全相容、混合料压实困难等原因[2 3 4]，此工艺技术的应用受到限制，未能得到大面积推广应用。随后的十年，道路工程师通过不断发展该技术，开始将废橡胶粉用于密实断级配沥青混合料的改性，同时在佛罗里达、纽约、安大略省等地铺筑了众多试验路段，效果良好[5 6]。90年代后，美国政府迫于废旧轮胎对环境的压力，通过ISTEA法案，极大地促进了废旧橡胶粉对沥青混合料进行改性的利用，至此废旧橡胶粉改性沥青混合料进入了新的阶段[7]。
纤维。在沥青混合料改性的研究应用中，纤维是使用最多的外掺添加剂。其应用最早可追溯至二十世纪中后期[8]六十年代，澳大利亚、加拿大等国家首先在沥青混合料中添加纤维材料来对混合料进行改性，随后许多欧美国家兴起了纤维加强沥青路面技术的研究高潮。在美国、加拿大、澳大利亚、德国、比利时、奥地利、日本等国，许多工程中都采用纤维做外掺剂铺筑沥青路面。经过大量的研究和工程实践，纤维在欧美等国家得到不断的推广和应用。经过近40年的发展[9]，纤维外掺剂也已从最初的石棉纤维（已被禁用）发展为今天各种不同材质的纤维类型，包括木质素纤维、有机聚合物纤维、玻璃纤维、矿物纤维等，并形成了相应专利产品，如GoodRoad®、FiberPave®、ARBOCREL®等，相关配套设备也已相当完善。
废旧塑料。废旧塑料对沥青混合料进行改性的研究最早可追溯到20世纪80年代中后期。起初，人们为了解决废旧塑料对环境的污染问题，尝试将废旧塑料替代部分矿料加入到沥青混合料中，结果发现废旧塑料对沥青混合料高温性能有改善作用。在此基础上一种新的沥青混合料外掺改性剂STARFLEX®由此产生。1988年，瑞典的Pigois对该改性剂对沥青混合料性能的改善进行了研究，结果表明[10]：STARFLEX对沥青混合料的高温性能有提高。1993年，美国的Bayomy对低密度聚乙烯在沥青混合料中的改性效果进行了研究，结果表明[11]：低密度聚乙烯对沥青混合料的高温和疲劳性能有改善作用。2005年，伊朗的Abolfazl Hassani对废塑料替代部分矿料用于沥青混合料的可行性进行了分析研究，结果表明[12]：废旧塑料可以替代部分矿料，沥青混合料的高温性能可得到提高。
PRI、DUROFLEX等专用添加剂。沥青混合料改性专用外掺剂的开发研制始于90年代末[13]，因其对沥青混合料路用性能改善显著，很快便成为研究热点。自20世纪60年代以来，通过外掺添加剂对沥青混合料路用性能进行改善，虽然进行了大量的试验研究，但最终的研究结果却表明：外掺添加剂对沥青混合料路用性能的改善幅度不如通过对沥青进行改性。直到90年代末，美国在沥青混合料改性技术方面取得的突破，使研究者得到了很大的鼓舞和启发。通过借鉴美国的成功经验，欧洲许多公司在开发研制沥青混合料专用外掺改性剂的产品中获得了成功，此后又开发了用于改善沥青混合料高温性能的产品，主要有壳牌SEAM[14]、德国的DUROFLEX[15]、法国的PRI PLAST[16]。这些产品的共同特点是：使用简单方便，提高沥青混合料路用性能显著，在某些方面甚至超过了改性沥青。
国外对沥青混合料改性技术经过近四十多年的研究应用，已形成了从材料、工艺到相应配套设备等一整套成熟技术和使用经验，将为沥青混合料改性技术的推广普及提供便利条件。
2、 国内的应用及发展
与国外相比，国内对沥青混合料改性技术的研究起步较晚，自90年代初以来，对外掺废旧橡胶粉用于沥青混合料改性的研究主要是西部交通科技项目“废旧橡胶粉用于筑路的技术研究”[17]，之后交通部公路科学研究所曾蔚研究了废旧橡胶粉沥青混合料的低温性能[18]，曹卫东、吕伟明等人研究了橡胶粉沥青混合料的设计和性能[19]。对于外掺纤维沥青混合料的研究则最多，研究成果也最丰富[20 21 22]。自1998年以来，外掺纤维沥青混凝土先后在我国四川、河南、新疆、宁夏、山东、江苏、河北和内蒙等地的路面工程中得到了应用，且使用效果良好。而对于废旧塑料改性沥青混合料的研究则几乎空白。除此之外，我国还对硅藻土、废旧玻璃等用于沥青混合料的改性进行了研究[23 24 25]，特别是硅藻土。然而大部分实际应用仍集中在硅藻土改性沥青范围，混合料应用较少。
我国对沥青混合料改性专用外掺添加剂的认识是在国外产品进入中国市场开始的。2006年，深圳海川公司博士后工作站与欧洲道路试验室合作共同开发了Rad Spunrie车辙王抗车辙剂[26]，并在国内铺筑了多条试验路，使用效果良好。此外，法国PRI公司也和我国企业合作在上海建立了生产基地。由于外掺剂研制开发的技术为各公司单独拥有，更为详细的技术细节尚处于保密阶段，所以目前进行的相关研究大多数为应用技术研究。由此，综合各类专用外掺添加剂产品的特点，加强国产同类产品的开发研制，尽快实现国产化，已十分迫切。
纵观国内外研究发现：外掺添加剂可以用于各种类型的沥青混合料中且使用方便、施工工艺简单，对施工单位技术水平的要求不高，比较符合我国的国情，同时增加费用不大，对路面各项性能的改善又可兼顾，因此具有广阔的应用前景。