自融雪、抗滑、排水、降噪多功能沥青路面技术的开发

高粘高弹改 性沥青
基质沥青
96
47.2
1.56
0.1
76000
—
26
—
19
—
99
—
0.4
—
55
8
0.01
0.12
71
68
SBS改性 沥青 75 0.3 — — — 94 0.5
30
0.06 76
日本高粘度改 性沥青 88.5 /
大于50000 大于20 大于15 97 1.8
53
0.054 68
三、工程应用
• 冻结延时剂主要为酮醛缩合物，冰层软化剂为山梨酸醇脂肪酸 酯类、月桂醇聚醚硫酸酯，稳定剂为水泥或石灰。
• 所选用组分均为对环境影响小的无机或有机材料，制备出来的。 融雪剂具有环保性。
• 冰点下降剂
降低水盐混合溶液的化学势能，降低溶液的冰点。
冰点温度/℃
-45
-40
-35
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
-30
-25
-20
-15
-10
橡胶高粘高弹改性沥青
检测结果
技术指标
单位
橡胶高
粘高弹改性 沥青
普通橡胶 沥青
日本高粘度 改性沥青
针入度（25℃、100g、5s） 0.1mm
45
55
80
软化点（TR&B）
℃
96
68.8
92
延度（5℃、5cm/mim） cm
65
21.2
51
60℃粘度
Pa·S
86000
64000
65000
弹性恢复
%
98
排水降噪防滑沥青路面材料是一种具有相互连通空隙的开级 配沥青混合料，空隙率一般为15%~25%，构造深度大，显著 降低噪声，提高雨天路面的排水和防滑性能。
排水降噪防滑沥青混合料是路面材料的发展方向！
排水降噪防滑沥青路面
普通沥青路面
多孔沥青路面
—采用开级配的矿料级配设计方法，内部具有大量的连通孔 隙，能够有效吸收噪声、消除轮胎泵浦效应，具有降低噪声 污染，增强路面抗滑安全、排除路面积水多种功能的一种沥 青路面材料。
• 河南省最早于08年底引进了瑞士技术和材料(Verglimit)，并在G107 郑州K709+100-K709+296的索须河桥面上进行了试验段铺筑。
• 陕西省也于08年底引进日本技术和材料（Mafilon），并在沪陕高 速秦岭段K71+435~K74+300铺筑了试验段；
• 两者都是在一般路面结构中掺加进口融雪剂，路面虽具有一定的融 雪功能，但有以下不足：
本课题的研究成果在唐山205国道改造进行了实际工程 应用。
半柔性路面施工（左：大孔隙混合料基体；右：铺设完成的半柔性路面）
自融雪、排水、抗滑、降噪沥青路面
测试项目
马歇尔密度 理论密度
空隙率 动稳定度 浸水残留稳定度 冻融劈裂强度比
单位
— — % 次/mm % %
生产过程取样均值
2.082 2.619 20.4 8213 91.1 90.8
要求：与沥青密度接近，增塑效率高， 挥发性较低，低温柔软性较好
要求：具有软化点适中，与 沥青相容性好以及较强的高 温粘结性和稳定性。
配合比优化设计， 并造粒
高粘高弹改性剂造粒外形
15%橡胶改性沥青 SBS改性沥青
橡胶高粘高弹改性沥青
不同类型改性沥青5℃弹性恢复结果
自主研发的橡胶高粘高弹改性沥青低温下表现出更好的弹性恢复能力， 同时其瞬间回弹率也是最好的，说明能够更好的消耗车载作用的能量， 吸收裂缝处的应力，防止裂缝反射的蔓延，更加适应于北方寒冷地区
冰层软化剂对冰面硬度的影响
冰层软化剂掺量 针入度
0%
2%
3%
4%
5%
6%
0.1mm 0.5 mm 22.4 mm 34.7 mm 44.2 mm 50.8 mm
• 稳定剂
改善融雪剂的吸潮问题，提高融雪剂的储存稳定性问题。可 以采用水泥和石灰。
• 环保型融雪剂配方
高效环保型融雪剂的配方设计
项目 比例
自融雪、排水、降噪、抗滑 多功能沥青路面
高模量路面材料
路面基层
融雪排水降噪沥青路面、半柔性路面材料的制备技术、 施工工艺及其质量控制技术
环保高效型融雪剂的研制
• 本研究采用环境危害小的氯化钙作为冰点下降剂主剂，复合冻 结延时剂、冰层软化剂、稳定剂通过混合粉末制备成高效环保 型融雪剂材料，能够有效降低水的冰点，并具有延迟结冰，软 化冰层，稳定性优良，与沥青有良好相容性，并对沥青路面水 稳定性能进行补偿的特点 。
提高铺装沥青混凝土的抗裂能力 ● 纤维加筋沥青混凝土 ● 橡胶沥青混凝土
技术指标
6%掺量SBS改 15%掺量橡胶 橡胶沥青要
性沥青
沥青
求
针入度（25℃、100g、5s） /0.1mm
软化点（TR&B）
/℃
延度（5℃、5cm/mim） /cm
60℃粘度 弹性恢复 韧性（25℃） 粘韧性（25℃） 离析软化点差
生产配比
2.088 2.619 20.2 8143 93.1 91.2
温拌沥青路面
温拌沥青混合料的优点
节约能源 降低废气排放 延长可施工时间（夜晚、 冬季） 减少沥青老化 改善施工环境（温度、烟尘） 提前开放交通时间
沥青混凝土温拌技术研究 热拌沥青混合料135－165℃ 温拌沥青混合料120－135℃
3、乳化分散沥青降粘温拌技术
代表：Evotherm
温拌技术路线
1、石英砂活化工艺及参数的确定； 2、分子筛结构形成机理及网络结构设计； 3、分子筛性质的考察； 4、针对温拌应用对分子筛的改性； 5、分子筛改性效果的测定； 6、分子筛作为温拌剂的性能研究。
工艺流程
石英砂 过滤、洗涤
活化 晶化
调模 陈化
合增韧技术，开发出橡胶高粘高弹改性沥青，以满足 SAMI及面层铺装层混合料性能
橡胶高粘高弹沥青的开发
改性剂 选择（SBS+ 橡胶粉）
要求：与沥青具有 良好的相容性，具 有较高的拉伸强度 和高温抗拉伸能力。
增容稳 定组分
增粘组分
增韧组分
要求：与沥青相容性较好， 具有与沥青将近的密度，并 能够较好的溶解其他改性组 分
特点
连通空隙
排除路面积水
表面粗糙
吸收噪声 消除泵浦效应 减少水雾和眩光
防水漂 抗滑性能好
降噪性能好
改善路面 的行车安 全性与舒 适性。
车载作用下融雪、破冰
二、技术成果介绍
研制这种材料需要解决的关键问题
多孔沥青 混合料
高粘高弹 改性沥青
灌注式半 柔性路面 材料开发
高效低腐蚀性沥青混合料融 雪添加剂的开发
– 融雪后积水不能迅速排走，当温度下降至-10℃ 以下时路面易 结冰；
– 对混合料性能有一点影响，尤其是日本技术。 – 不具备排水、抗滑、降噪能功能。
立项背景
与水泥路面相比，沥青路面具有行车舒适、噪声低、维修 方便等优点，是我国目前和未来应用最广泛的路面材料。
普通沥青路面均存在排水性能差、降噪效果不理想、眩光、 防滑性能不好，雨天易发生交通事故。
橡胶高粘沥青应力吸收层
沥青路面美观、行车舒适、维修方便已经成为道路铺装 的主流材料，越来越多的旧水泥路面改造工程选择沥青路
面（白加黑改造）。
旧水泥路面往往裂纹满布，在旧水泥路面上加铺沥青路 面易出现裂缝反射至面层的问题，为了充分发挥沥青路面 的优势，提高沥青路面使用寿命，白加黑的核心问题就是 防止反射裂缝，而橡胶应力吸收层可以有效解决该问题。
• 橡胶沥青应力吸收薄膜中间层（SAMI-AR）
原有路面或桥面
沥青加铺层
橡胶沥青应力吸收层简称SAMI，采用碎石封层模式： 用热橡胶沥青喷洒在现有的路表面，然后立即撒布单一粒级（9~12mm） 的封层集料，再进行碾压，将集料嵌入沥青膜。
橡胶沥青应力吸收层（SAMI）
应力吸收层
στ
橡胶沥青应力吸收层可大大改善层间应力状态，避免推移、坑槽现象 的产生，延缓反射裂缝的发生。
融雪路面研究应用现状
路面防冰雪灾害技术有被动抑制技术和主动抑制技术两大类； 被动抑制技术包括人工和机械除雪、洒融雪剂、外加热融雪等。 缺点：
• 一是融雪剂中的有害物质强烈腐蚀道路材料、设备和机动车辆， 影响路面的使用性能，造成一定程度的环境污染；
• 二是播撒不均匀，浪费较大； • 三是固体状态的盐与固体状的冰雪不能很快融合，特别是环境温
技术指标
动稳定度/次 马歇尔稳定
/mm
度/kN
ARHM-13(W)
SMA-13 AC-13
5719 7102 4397
10.6 8.7 12.3
劈裂强度 /MPa
1.20 1.15 1.07
冻融劈裂强 度比/%
90.4 90.5 90.4
疲劳性能
研究结果表明ARHM-13(W)沥青混合料的疲劳寿命优于AC-13C，与 SMA-13沥青混合料疲劳性能接近，在应力比为0.3时，达到了28939次， 具有优异的疲劳性能。
度较低时，自身很难快速溶解、融化须借助车辆轮胎的碾压才起 作用，所以融雪持续时间长、效果差。而且对于冰雪期较长的北 方地区明显不适用。
盐化物融雪路面研究应用现状
• 国外在研究主动抑制冰雪冻滑技术比我国早，有代表性的是利用氯 盐降低冰点原理的融雪路面技术，瑞士和日本已经形成了自己的产 品，分别为Verglimit和Mafilon。
自融雪、抗滑、排水、降噪多功能沥 青路面技术的开发
一、背景介绍
积雪结冰导致路面湿滑，引起交通事故，高速公路经常因 路面积雪结冰而关闭。
机场路面，积雪结冰会降低机场道面的摩擦系数，许多机 场在冬季因此而关闭，在我国北方尤其突出。
隧道出入口匝道、桥梁等关键部位，路面的积雪、冰冻更 易造成严重的交通事故 。
冷拌沥青混合料 30～70℃
温拌施工技术与其他施工技术摊铺温度区别
热拌沥青混合料175℃ 温拌沥青混合料130℃
低温摊铺施工，施工温度为0℃
温拌沥青技术分类
1、有机降粘型温拌技术
代表：Sasobit、Asphaltan-B、EC-120….
2、发泡沥青降粘型温拌技术
代表：WAM-Foam、Aspha-min、Advera….
90
97
粘韧性（25℃）
N·m
37
17.9
25
韧性（25℃）
N·m
25
25.1
17
采用橡胶高粘高弹沥青混凝土罩面应用研究
通过质量百分率(%)
配合比设计研究
矿料级配曲线图
110 100
90 80 70 60 50 40 30 20 10
0 0.075 0.15 0.3
连续级配
间断级配
0.6 1.18 2.36 4.75 9.5 13.2 16 筛孔尺寸(mm)
改性
干燥
包装
路面应用
产品
研究成果
小试产品的外观形貌
混合料温拌性能研究
空隙率 饱和度 稳定度
/%
/%
/KN
流值 残留稳定 冻融劈裂强 动稳定度
/mm
度比/%
度比/% /次∕mm
空白 4.3
67
8.244
3.4
88.7
85.4
1233
温拌 4.4
67.3 8.483
3.1
90.2
84.1
1617
实验条件说明：采用AC-13级配，70号沥青，油石比为4.8%，按照JTJ052-2000标准方法 进行检测。 温拌实验条件：沥青加热温度：155℃；矿料加热温度：140℃；拌合温度： 140℃；成 型温度：130℃。 空白实验条件：沥青加热温度：160℃；矿料加热温度：180℃；拌合温度：170℃；成 型温度：160℃。
氯化钙 46.8
冻结延时剂 7.8
软化剂 5.4
稳定剂 40
2、高粘度改性沥青优化
利用胶体磨高 速碾磨分散技术， SBS磨细至微米级
研究内容及主要技术成果
添加树脂增粘剂进 一步提高沥青粘度。
SBS/橡胶粉 增粘增容树脂
基质沥青
胶体磨高速碾磨分散 （微米级）
高粘高弹 沥青母液
高速剪切
高粘高弹改 性沥青
添加抗氧剂、稳定剂 确保沥青的储存稳定性 和抗老化性能。
抗氧剂、稳定剂
研究内容及主要技术成果 工业化生产出的高粘高弹改性沥青技术指标为：
技术指标
软化点/℃
针入度指数
60℃粘度 /Pa·s
粘韧性 /N·m 韧性 /N·m
弹性恢复/%
离析/℃
TFOT 后残留物
延度（5℃、 5cm/mim）
质量损失
针入度比
/Pa•s /% /N.m /N.m /℃
59.2
90.2
52.4 45000
98 19.2 26.3 1.5
55
68.8
21.2 64000
90 17.9 25.1 —
30~70
＞65 ＞20
— ＞60
— ＞20
—
• 但是传统胶粉改性沥青使用性能并不是很好，不如普 通的SBS改性沥青难以满足SAMI的性能，为此研发复
常用的沥青路面 AC、SMA、Superpave均为 低空隙率密实型结构，有 相关的设计方法，目前没 有针对橡胶沥青的级配范 围和设计方法。国外的使 用经验表明当胶粉掺量较 大时，橡胶沥青就不适合 应用于普通密级配。故而 有必要结合当地的气候特 点，对不同级配类型橡胶 沥青混合料进行研究。
路用性能
-5
0
30
25
20
15
10
掺量/%
不同浓度氯化钙溶液冰点温度图
• 冻结延时剂
提高冰晶成核所需的能量，延长溶液结冰时间。
冻结延时剂对水溶液冰冻时间的影响
冻结延时剂掺量
0%
2%
4%
6%
8%
冰冻时间
0.5min
4.5h
12.5h
28h
—
• 冰层软化剂
加入冰层软化剂后，冰的表面不在是致密的，而变得蓬 松，成了层状分布。