沥青路面柴油污染的影响与处治研究

沥青路面柴油污染的影响与处治研究摘要：公路上燃油汽车漏油情况时有发生,对路面造成不同程度的污染,影响路面的强度。本文就沥青路面柴油污染的影响、沥青及其混合料的抗油蚀性能进行分析，并总结出可以采取的相应对策。关键词：沥青路面油蚀性能研究对策绪论沥青是石油中最重的部分，是原油经过处理以后的产品，沥青很容易在燃料油等轻质油分中溶解。容易产生燃料油泄漏的地方主要有以下几点。(1)汽车的使用产生的燃料油泄漏。目前国内的汽车仍主要以汽油、柴油作为主要的燃料，不仅排放大量的有害物质污染大气环境，而且燃油对沥青路面的破坏也不容忽视。一般道路由于经常穿越村庄和农作物密集区域，村民活动频繁，一些农用车经常停在路面上，且车况又差，经常出现漏油，在发动机开启的情况下更为严重。高等级公路采用渠化交通，由于各种因素，高等级公路上行驶的部分汽车车况较差，常常出现漏油现象，更有甚者，一些车辆在路上出现故障以后，就地进行修理，大量的汽油、柴油洒落在路表面，使沥青路面严重遭受汽油、柴油等有害油源的浸蚀，使沥青路面表层甚至几层沥青面层出现软化、松散，最终出现坑洞等破坏现象，从而加速了沥青路面的破坏。(2)沥青拌和站加入的燃油。在沥青混凝土拌和站的拌和以及沥青混凝土的运输过程中，为了防止沥青混凝土粘在拌和锅及运输车上，在拌和锅内壁及运输车的内侧通常都会刷一些柴油，这部分油分虽然数量比较少，但是对沥青混凝土也会有一些影响。(3)沥青混凝土道面的机场的航空燃料的泄漏。在沥青混凝土机场的路面，由于给飞机加油等操作，也会产生漏油现象，使得沥青变软，由于飞机在等待过程中荷载持续作用在路面上，容易产生较大的永久变形。世界备航空公司所使用的航空燃料主要有两大类：航空汽油和喷气燃料。随着航空工业和民航事业的发展，航空汽油逐步被喷气燃料所代替，国内外普遍生产和广泛使用的喷气燃料多属于煤油型，通常称之为航空煤油。本文就针对沥青路面柴油污染的影响与处治方面的研究做一下概述。1沥青路面柴油污染的影响当沥青路面受到汽油和柴油等有害油源的侵蚀后,沥青很容易在轻质油中溶解,造成沥青膜从石料表面脱离,使沥青与石料的粘结力下降,导致表层甚至几层沥青面层会出现软化而松散,从而在荷载、高温和雨水综合作用下,造成沥青混合料掉粒、松散,继而形成坑槽、推移变形等早期损坏现象,严重影响路面性能及行车安全。同时,路面因频繁维修和养护带来较大的经济损失。油污染现象已越来越引起道路管养部门的重视。油蚀破坏的鉴别非常简单，只需在损坏处掰下一颗石子用鼻子闻一闻看是否有柴油或汽油味，如果有味则说明是油蚀破坏。油蚀破坏一般具有以下特征：①主要表现：为沥青与石料的粘结力下降，甚至沥青膜完全从石料表面脱离，混合料变得松软，承载力下降；②损坏过程：首先是在被油蚀的范围内出现松软，沥青被挤压向表面汇集，同时由于沥青与集料的粘附力下降，在汽车的真空吸力作用下混合料变得松散，集料很快从路面表面脱落，最终形成坑洞；③破坏形式：以软化、松散、坑洞为主；④损坏周期短。查旭东关于“油蚀对TLA改性沥青混合料水稳定性的影响”研究中指出，油蚀后，不同掺量的TLA改性沥青混合料的马歇尔稳定度、残留稳定度、劈裂强度和残留强度比均显著下降,平均下降幅度在20%左右。同时,油蚀浸水残留稳定度在55%～70%之间,油蚀冻融残留强度比在60%～80%之间。可见，油蚀对TLA改性沥青混合料的水稳定性和低温抗裂性能具有显著的劣化作用。宋志宇关于“油蚀对TLA改性沥青高温性能的影响分析”研究中指出，油蚀后，TLA改性沥青的高温性能明显下降。这是由于油蚀后沥青中的沥青质及胶质等有效成分被溶解，改变了沥青结构，使得改性沥青中纯沥青的劲度模量降低，减弱了沥青高温抗变形能力，从而降低了沥青的高温性能。2沥青及其混合料的抗油蚀性能分析沥青及其混合料的油蚀性能影响因素有很多，如混合料类型，沥青种类及参量，改性剂类型及参量，混合料的孔隙率，柴油侵蚀时间，柴油侵蚀温度等。我国在近年来注意到油蚀对路面的影响，不少学者开始做这方面的研究，现将主要结论其总结如下：（1）低标号沥青比高标号沥青具有更好的抗油蚀性能，改性沥青比基质沥青具有更好的抗油蚀性能。东南大学黄晓明针对可能产生燃料油泄露的场合，对50号、70号基质沥青及SBS改性沥青进行了沥青混合料浸油后的质量损失、车辙试验及劈裂试验，并对沥青胶结料进行了浸油后的动态剪切流变试验。从而分析得知，沥青在经燃料油浸泡后性能会有较大的下降，低标号沥青比高标号沥青具有更好的抗油蚀性能，改性沥青比基质沥青具有更好的抗油蚀性能。分析其理论依据：根据沥青的来源不同，沥青分为天然沥青、石油沥青和焦油。石油沥青主要由沥青质和可溶质两部分组成。沥青及沥青混合料受燃料油浸蚀后，沥青本身的性能有较大下降，同时沥青与石料的粘结力下降，沥青膜容易从石料表面脱离，从而混合料的性能也有较大下降。沥青质相对于可溶质来说更不易被溶解，所以低标号的沥青由于其沥青质含量高而使得被柴油浸泡后各项性能比高标号沥青下降幅度小。沥青经过改性以后，由于改性剂自身融胀吸附大量的轻质组分，使得原沥青中的油分含量相对减少，同时沥青与集料之间的粘附力有所增加，这使得改性沥青遭受汽油、柴油的浸蚀后的性能相对基质沥青来说下降幅度要小很多。（2）混合料类型，改性剂种类及参量，柴油侵蚀时间，柴油侵蚀温度，剪切速度等的不同也会导致其油蚀性能的不同，找到它们之间的最佳切合点。李明国关于“沥青混合料抗油侵蚀能力分析”中，他以广东地区较常采用的SMAl6和AKl6A抗滑层混合料类型，分析不同改性沥青及沥青改性前后混台料的抗油浸蚀能力。得出以下结论：在2种级配类型混合料中，高聚物化学网构改性沥青混合料的油蚀系数最大，即其抗油浸蚀能力最强，PE、SBS改性沥青抗油浸蚀能力则差别不大；对于相同的沥青，SMAl6混合料的抗油浸蚀能力优于AKl6A型混台料。对于SMAl6和AKl6A型这2种类型混合料，由于SMA是一种由粗集料形成骨架沥青玛蹄脂添充其间的骨架密实型结构，相对于AKl6A型结构，集料之间的嵌挤力和内摩阻力均比较大，而且其沥青用量大，当遭受同样的油蚀时混合料的强度要高，即SMAl6混合料抗油浸蚀能力好于AKl6A型混合料。徐进关于“TLA改性沥青及其混合料的油蚀研究”中，他选取了柴油浸蚀时间、柴油浸蚀温度、剪切速度和TLA掺量4个因素及相应的4种水平，采用L16(45)正交试验表安排并进行了油蚀试验。TLA作为改性剂添加到沥青中，可以改善沥青的高温稳定性、感温性以及抗老化性能。通过极差法分析了各因素和各水平对质量损失的影响程度，结果表明各因素对质量损失影响的大小排序依次为：TLA掺量柴油浸蚀温度柴油浸蚀时间剪切速度，并得出TLA掺量为30％～40％时抗油蚀效果最显著。（3）改性沥青对混合料抗油蚀性能的改善程度，取决于混合料的空隙率水平，4%～5%的空隙率是改性沥青最能发挥作用的区间，7%～8%的空隙率是改性沥青发挥作用的合理上限。曹林涛的关于“沥青混合料的抗油蚀性能”研究中指出，改性沥青对劈裂强度的提高程度并不是随空隙率一层不变的,它取决于空隙率水平：空隙率为1%～2%时,强度提高约空20%，空隙率为4%～5%时,强度提高约50%，空隙率为6%～8%时,强度提高约20%，空隙率为11%左右时,强度提高相对较小,大约10%。也就是说,改性沥青对混合料性能的改善,存在一个合适的空隙率区间,在这个空隙率区间内,改性沥青的作用得以充分发挥。4%～5%的空隙率是改性沥青最能发挥作用的区间,7%～8%的空隙率可能是改性沥青发挥作用的合理上限。这表明,沥青作用的发挥与混合料的空隙率有关,当空隙率位于高位时,空隙率对强度的影响居于首位,沥青的作用难以体现；当空隙率适中时,沥青的作用得以体现；当空隙率较小时,空隙率对强度的影响再次居于首位,沥青的作用难以体现。目前有人主张密级配混合料现场空隙率控制在7%以内闭,而该空隙率是改性沥青发挥抗油蚀作用的合理上限,因此,可以把用于抗油蚀性能评价的试件空隙率定在7%。（4）添加沥青路面防水抗油剂能够极大地提高沥青混凝土的水稳定性和抗油污性能。武汉理工大学吴少鹏借助自制的采用自制的硅树脂溶液，添加渗透剂和增粘剂后合成出一种渗透型硅树脂沥青路面防水抗油剂，渗水试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、抗油性能试验以及表面构造深度试验的结果表明，防水抗油剂能够极大地提高沥青混凝土的水稳定性和抗油污性能，同时不影响路面的抗滑性能，半年后对试验路段的渗水系数等跟踪检测，结果证明了其良好的路用性能。使用时，防水抗油剂能够迅速渗透沥青面层，2～6h固化成膜后(取决于环境温度)，将内部的空隙堵住，由此可以防渗水、抗老化、耐油污，减少外界水分、空气等对沥青路面路用性能的影响。3对策研究3.1管理方面路政以及路面养护单位要制定有效的预警、处治机制，保证在漏油发生之后做出快速反应。对已建成的道路而言，及时处理产生的病害才能防止路面病害的扩大化。另外，由沥青路面油蚀发生的原因可知，要想从根本上解决漏油带来的危害，必须从施工阶段就开始重视，在施工中根据其成因采取有效的措施，同时建立健全有效的质量保证体系，强化施工管理，完善施工工艺和施工方法，提高施工质量。对于渠化交通的沥青路面表层，为了减少路面遭受车辆漏油的浸蚀，道路管养部门应加强运营管理，减少车辆在路面上的停臂、维修；汽车用户应提高车辆的运营状况，避免行驶过程中出现故障和漏油。路面修建时建议采用改性沥青及SMAl6型混合料以提高抗油浸蚀能力，减少油蚀破坏。同时应大量推广使用低公害能源(如压缩天然气)替代汽油、柴油作为汽车燃料。3.2技术方面首先，在施工过程中所使用的沥青路面表面层混合料应该具备以下特性：①对于基质沥青而言，低标号的沥青由于沥青质的含量较高而比高标号的沥青抗油蚀能力稍强；②改性沥青比基质沥青的抗油蚀能力强，改性沥青受燃料油浸蚀后不仅各项性能下降幅度小，残留数值也比较大，因此从抗油蚀的角度来看，应当首选改性沥青。在改性沥青的研究上，国内学者曹林涛等通过室内劈裂强度试验，考察油污染腐蚀对沥青混合料性能的影响，并且给出抗油蚀评价方法的建议以及改善混合料抗油蚀能力的措施。他们利用油蚀劈裂强度这一指标对沥青混合料经油蚀后的影响，并在试验进行前给出了与冻融劈裂试验强度比TSR指标相似的定义，油蚀劈裂强度比ISRO指标：油污染腐蚀条件下的劈裂强度与未经受油污染腐蚀条件的劈裂强度之比。相关试验表明，油蚀劈裂强度随空隙率的增大而减小，随着空隙率的增大，油污染腐蚀对劈裂强度的影响趋于显著，控制路面现场空隙率水平是降低油污染腐蚀影响程度的有效措施之一；采用改性沥青也能提高混合料抗油蚀性能。值得注意的是，改性沥青对混合料抗油蚀性能的改善程度，取决于混合料的空隙率水平。其存在一个合理的空隙率适用区间，4％～5％的空隙率是改性沥青最能发挥作用的区间，7％～8％的空隙率是改性沥青发挥作用的合理上限；油蚀劈裂强度试验，可以用来评价混合料的抗油蚀性能，用于试验的马氏试件空隙率可以定为7％，目前TSRO临界值可以定为70％。其次，在高等级公路设置紧急停车道，以便于在发生漏油现象时可以及时停靠在专用车道。除了设置紧急停车道外，在修建加油站及其他一些储备油料的地方的沥青路面时也要考虑增强路面的抗油蚀能力。结语本文通过对沥青路面柴油污染的影响、沥青及其混合料的抗油蚀性能分析，总结了可以采取的管理措施和技术方法。沥青路面柴油污染造成的坑槽破坏是其沥青路面最容易产生的早期破坏之一，因此通过研究找到一种行之有效的方式来处理目前道路严重油污染现象，具有显著的经济和社会效益。参考文献：1.徐进.TLA改性沥青及其混合料的油蚀研究[D].长沙：长沙理工大学道路与铁道工程系，20082.张锐，黄晓明.沥青及沥青混合料抗油蚀性能分析[J].公路，2006(5)：173～1753.王菁，王晓鹏.车辆漏油对沥青路面的影响及对策研究[J].企业技术开发（学术版）,2010,29(8):87～894.李明国，牛晓霞.沥青混合料抗油浸蚀能力分析[J].公路，2002(1):75～775.宋志宇