沥青在机场道面的应用是随着航空事业的发展而发展的。第一次世界大战前，一些发达国家曾用沥青修建了表面处治式或沥青贯入式及双层沥青表面处治式机场道面。到了20世纪40年代，喷气式飞机研制成功并大量投入使用，这种飞机发动机喷出的高温高速气流，扩散到道面上的温度可达150℃，速度可达60m/s，为了满足新型飞机的特殊需要，出现了采用沥青混合料修建的高级道面，很快许多国家的机场跑道纷纷采用沥青混合料修建，我国也用沥青混合料修建了多个机场。由于沥青道面没有接缝和维修方便简捷，因此受到人们的欢迎。

随着航空事业的发展，军用和民用飞机的总质量和轮胎压力不断提高，因此飞机对机场道面提出了更高的要求，不仅要求道面有足够的承载力(即满足强度要求)，而且要求道面具有良好的使用品质，即道面平整性好的同时，还要求有一定的粗糙度以保证飞机滑行平稳舒适，易于刹车制动，道面潮湿或雨天不产生飘滑现象，保证飞机安全。人们发现普通沥青混凝土耐久性差，使用一段时间后，容易产生松散、裂缝和老化等问题，已不能适应飞机的这些新要求。为了适应飞机发展的需要，许多国家对沥青进行研究，采取对沥青改性的方法提高其性能，改善使用品质。通过长期不懈的努力，已研制出多种性能优良的改性沥青并在机场工程中应用，表现出了明显的效果。因此，越来越多的机场采用改性沥青混凝土修建飞机跑道。

20世纪80年代初，我国在西北地区的多个军用和民用机场采用橡胶粉改性沥青修建飞机跑道，由于对改性沥青的研究处于探索阶段，有成功的经验，也有失败的教训。20世纪90年代后，我国对改性剂、改性沥青及其加工设备、改性沥青混合料的性能指标等方面进行了大量的研究工作，并开始引进改性沥青技术。特别是奥地利的NOVOPHALT技术在桂林机场道面应用之后，我国曾先后采用改性沥青对多个军用及民用机场进行改造，如首都机场道面东西跑道、广州白云国际机场、沈阳军区空军某机场、兰州军区空军某机场等都采用改性沥青混凝土对飞机跑道进行改造。目前，我国改性沥青的基础理论研究、加工生产设备及其技术的研究已经取得了可喜的成绩，改性沥青在机场道面的应用越来越被人们重视和广泛应用。

1　机场对改性沥青道面的技术要求分析

1.1　影响改性沥青道面使用寿命的因素分析

修建一条改性沥青跑道，要评价其综合效果，在确定投资的条件下，应该关心的是使用品质和寿命。由于机场是供飞机起飞、着陆、滑跑以及进行飞行前准备和维护保养的场地，因此机场在使用过程中，承受荷载作用，使改性沥青道面结构破坏；另外还有自然因素的作用，也使改性沥青道面耐久性降低，过早发生损坏。因此，影响改性沥青道面使用品质、寿命的因素可以从飞机和自然条件这2个方面进行分析。

1.1.1　飞机作用产生的影响

不同的飞机对道面的作用不同，不同的使用过程产生的作用力不同，因而对道面的影响也不同。民用机场和军用机场比较，大部分情况下，荷载相对较大，因而民用机场飞机荷载对道面的影响作用大，概括起来飞机对道面的作用因素如下：

(1)飞机起飞、着陆、滑行和停放时产生的荷载；

(2)飞机粗暴着陆(冲击)以及发动机工作时滑行(在跑道不平整处)和停放时产生的动荷载；

(3)喷气式和滑轮螺旋桨式发动机的喷气和空气气流，发动机工作时产生的荷载及对改性沥青的作用。

1.1.2　自然环境产生的影响

一个繁忙的机场，假如每天有1000个架次的飞机起降，每一个架次飞机通过跑道某一给定的地点，平均作用时间不到0.02s，这就是说机场道面在一天内受飞机荷载作用的时间不到20s，说明飞机对机场道面的实际作用时间很短。而飞机跑道修建在地表层，时刻都直接承受自然因素的影响，特别是军用机场，荷载相对较小，使用频率低，荷载对道面作用不是第一主要因素，因此自然条件对道面的作用是首先要考虑的因素。全国各地自然气候条件差异很大，其影响程度不尽相同，但概括起来主要表现在如下几个方面：

(1)温度变化产生的稳定的周期(似稳定)荷载，使改性沥青面层夏天动弹性模量降低抗车辙性变差，而冬天动弹性模量增大抗裂性能下降；

(2)道面下层基础(如半刚性基层)温度的变化(2种材料温度系数不同)引起的温度应力，还有温度～湿度引起的冻胀力；

(3)阳光、紫外线和空气的作用引起改性沥青的老化；

(4)雨、雪、雾等的作用即湿度问题，引起改性沥青的水损害。

1.2　改性沥青道面的技术要求

改性沥青道面主要供飞机起飞着陆滑跑用，它除了直接承受飞机轮胎作用，还受大气环境的作用。而沥青材料的物理和力学性质受气候因素和时间因素的影响很大，这是沥青道面使用性能的一个重要特点。根据这一特点，通过对沥青道面使用影响因素的分析可知，为了保证飞机使用的安全性和舒适性，最大可能地发挥其投资的经济效益，改性沥青道面必须满足以下技术要求。

(1)高温稳定性。

沥青道面的强度和刚度随着温度的升高而显著下降，在炎热的夏季，机场沥青道面表面温度可达60℃以上，为了保证沥青道面在高温季节受轮胎荷载的反复作用，不致产生诸如波浪、推移、车撤、泛油、粘轮等病害，要求改性沥青具有良好的高温稳定性，以使所铺筑的沥青混凝土道面具有足够的强度和刚度。

(2)低温抗裂性。

沥青混凝土在温度降低时，将产生体积收缩，如果收缩变形受阻，沥青混凝土内部将产生拉应力，当拉应力超过沥青混凝土的极限抗拉强度时，沥青道面将发生开裂。对于在水泥混凝土道面上采用改性沥青层盖被，低温抗裂性尤为重要；否则，改性沥青道面将产生反射裂缝。因此，要求改性沥青跑道具有较低的劲度和较高的抗变形能力。

(3)耐久性。

沥青道面在自然环境中将受到温度、阳光、空气、水等因素的作用，随着时间的延长，沥青混凝土将失去粘性，逐渐变脆，以致由于轮胎荷载及其他因素的作用而发生碎裂，乃至沥青与矿料脱离，使道面发生松散损坏。而机场跑道表面不得有任何松散浮动物(如小石子)，以免吸入飞机发动机打坏机件而造成事故，这就要求沥青道面表面整体性好。同时飞机发动机的高温气流对沥青道面也有一定的影响，因此，要求改性沥青不但具有良好的抗老化性能，而且还应具有较强的粘结性能即与石料具有良好的粘附性。

(4)表面抗滑性。

现代条件下无论是军用飞机，还是民用飞机，都要求机场道面能满足各种气象条件下的起飞和着陆，这就要求机轮与道面间有足够的摩阻力。改性沥青道面表面要有合适的粗糙度即有一定的抗滑性，这是防止飞机制动时打滑和方向失控的主要保证措施，在潮湿道面上的起飞或着陆滑跑抗滑性显得尤其重要。

(5)表面平整度。

道面表面的平整度决定飞机滑跑的稳定性和舒适性。当道面不平整，飞机滑跑通过时，将产生冲击和震动，随着平整度的变化和恶化，不仅影响乘客的舒适性，货场的完好性，而且还会影响飞行员操纵飞机和判读仪表，以及引起机件的震动与磨损，危机飞行安全。因此，平整度是机场道面表面要求的重要指标。

只有满足机场对改性沥青道面的上述要求，才能保证飞机的安全性和舒适性，才能使道面保持良好的使用状态，延长使用寿命，创造社会(军事)效益。

2　改性剂的类型与选择

2.1　改性剂的类型

从国内外的试验研究、产品开发、实际工程应用情况来看，改性沥青的品种很多，但是由于价格、性能、资源和生产工艺等多种原因，真正能实现工业化生产，大规模用于机场的改性剂并不多。目前主要集中在高分子聚合物上，采用的方法是应用一种或几种改性剂对基质沥青进行单一改性或复合改性，加工成设计要求的改性沥青。根据改性材料的性质，机场道面可以选用以下几种改性剂。

(1)热塑性橡胶类材料，主要有苯乙烯—丁二烯—苯乙烯共聚物(SBS)，苯乙烯—异戊二烯—苯乙烯共聚物(SIS)。

(2)橡胶类材料，主要有丁苯橡胶(SBR)，废旧轮胎磨细加工的橡胶粉等。

(3)热塑性树脂类材料，主要有低密度聚乙烯(LDPE)和乙烯—醋酸乙烯共聚物(EVA)。

2.2　改性剂的选择

在具体工程中，改性剂选择哪一种类型及型号，改性剂的添加量为多少?对什么基质沥青进行改性? 要达到什么技术要求?是一件技术性很强的事情，需要经过一系列地调查分析和试验研究，并通过技术经济分析来确定。这项工作越细致越扎实，其改性效果越好。不能简单地说哪个品种的改性剂好与不好，可用与不可用，应当根据机场所处的地区气候条件、飞机类型与机场等级和投资情况、改性沥青设备条件、机场的设计要求等条件综合考虑。

(1)根据机场道面使用要求选择改性剂。

不同的机场，飞机类型可能不同，使用要求、荷载大小等都不同。对于大中型机场，荷载相对较大，提高其抗车辙、拥包等永久变形能力是重点，宜使用热塑性橡胶类(SBS)或热塑性树脂类(PE、EVA)等改性剂；而对于中小型机场，使用频率和荷载都较小，因此，气候因素和舒适性是考虑的主要因素，提高抗裂性和耐久性是重点，可考虑选择热塑性橡胶类(SBS)或橡胶类(SBR)。

(2)根据当地气候条件选择改性剂。

我国的气候条件复杂多变，且北方与南方差异很大，而机场又分布在全国各地，因此，改性剂的选择必须根据气候条件确定。对于南方高温地区，突出的问题是解决高温稳定性，可以选择SBS、PE、EVA等改性剂对沥青进行改性。而对于北方低温寒冷地区，抗裂的性能要求较高，选择SBS、SBR等改性剂改性效果比较好。在我国许多内陆地区如西北、华北、中南等地区冬季寒冷，夏季炎热，低温抗裂和高温稳定性都是要考虑的问题，从目前研究和使用情况来看，选择SBS改性剂或复合改性的效果比较好。

3　改性沥青加工方式与选择

大多数改性剂与基质沥青不能很好地相容，要将改性剂完全分散在沥青中，达到对沥青进行改性来提高性能，必须采取特殊的设备，专门加工生产改性沥青。通过十多年的研究开发和推广，目前已有多种改性沥青的加工生产设备和使用方式。

3.1　搅拌法

搅拌法是事先将改性剂按比例投入沥青中通过机械强力搅拌，使改性剂颗粒均匀分散在基质沥青中，然后再加入拌和机与混合料一起拌和后使用。这种方式用于沥青相容性较好的聚合物，如EVA，对于SBS、PE等相容性较差的改性剂，不宜采用这种方法。但EVA的品种很多，醋酸乙烯(VA)的含量越大，熔融指数越小，熔融后的粘度越大，改性效果越好，但是在沥青中的加工分散越困难。因此，这种方法仅适用于VA含量较高，熔融指数较大的EVA产品。

3.2　母料法

母料法是在专门的工厂采取适当的改性沥青设备，加工生产成改性剂含量高的改性沥青母料，在施工现场根据改性沥青母料中的改性剂的含量，按比例与基质沥青混合，再用搅拌设备或循环搅拌，直到混合均匀再使用。

3.3　现场加工法

现场加工法是采用成套的改性沥青专用设备在施工现场加工改性沥青，随加工随应用。这种方法采用的成套设备有胶体磨和高速剪切设备等2种，其基本原理一般都要经过对改性剂融胀、分散磨细和继续发育3个过程。改性剂经过融胀过程后(SBS充油将使融胀变得很容易)，才能又快又好地磨细分散，这一过程后的改性沥青在进入储存缸中不停地搅拌，搅拌过程使之继续发育，最终形成所希望的改性沥青。对于目前应用较多的热塑性橡胶类如(SBS)和热塑性树脂类(PE)等改性剂，使用这2种专用改性设备，成本较低，改性效果好。

3.4　成品改性沥青

成品改性沥青是由一些公司开发研究的改性沥青产品，工厂用专业化的改性沥青加工设备，加工生产成一定品牌和型号的成品改性沥青。具体工程可根据要求在市场上采购，也可提出技术要求再由工厂专门生产。目前，外国的产品较多，我国也有一些产品，大部分成品改性沥青一般都是桶装，这种产品运输储存方便，也有在工厂生产并储存，使用时用大型油罐车运至施工现场。

3.5　橡胶粉改性沥青

橡胶粉改性沥青是在沥青中加入一定比例的橡胶粉及活化剂对沥青进行改性后形成的产品。这种产品可与骨料拌和而成改性沥青混合料，再用于机场道面工程中；或将橡胶粉直接喷入沥青混合料拌和锅内进行拌和来生产橡胶粉改性沥青混合料。不管何种方式，只要在沥青混合料中掺有橡胶粉，统称为橡胶粉改性沥青混合料。橡胶粉的种类较多，主要有胶鞋鞋粉，废旧轮胎粉，辊筒粉等多种，活化剂可用多熔基苯酚二硫化物、420活化剂即烷基酸化合物等。

4　工程实例实用分析

二十多年以来，我国先后在多个机场应用改性沥青修建飞机跑道，多种改性剂和各种改性沥青的加工方法都曾尝试过。在此选取改性沥青道面使用良好和存在问题的具有代表性的几个机场工程实例进行分析总结，详见表1。

表1　机场应用改性沥青工程实例

4.1　橡胶粉改性沥青应用分析

20世纪80年代以来，西北地区的甘肃中川、宁夏银川、空军某部等多个机场曾先后利用橡胶粉改性沥青，用来改造翻修飞机跑道。表1中的兰空A机场工程实践表明，橡胶粉改性沥青混合料具有较好的弹性和韧性，强度高，耐冲击抗老化性好，具有较好的耐磨光性，另外还具有很好的抗温度敏感性，工程造价低，是有一定应用前景的改性沥青材料。施工时若将橡胶粉直接喷入拌锅中的方法改性效果差，应先将橡胶粉投入沥青中，加热混融再机械搅拌，或采取高速剪切或胶体磨加工，这样橡胶粉经过进一步的融胀与粉碎，在沥青中均匀分散，改性效果更好。

表1中的新疆伊宁机场，改性沥青道面发生过早损坏，分析其原因是施工工艺不当造成的[1]。因此橡胶粉改性沥青施工中值得注意的问题是：橡胶粉颗粒要细，它和活化剂的掺配比例要恰当，搅拌温度要适宜，投放橡胶粉和活化剂的温度要通过试验确定并严格控制；否则，将影响改性效果，造成沥青过早老化，道面发生早期破坏。

我国每年形成的废旧轮胎数量惊人，除橡胶和其他行业使用外，还有相当的余量(超过10万t)[2]，这种把橡胶粉用来对沥青进行改性的做法既可以废旧利用，减少环境污染，又可改善沥青性能，是一举两得的事情。

4.2　现场加工改性沥青应用分析

表1中的桂林机场、兰空B机场分别采用PE和SBS改性剂，改性沥青的生产方法采用现场加工，分别是胶体磨和高速剪切设备，使用情况良好。分析其优点是加工方便，不需要储存，将改性剂磨细分散后不等它离析或凝聚，便投入拌和机与混合料拌和使用，改性剂和沥青不易老化，改性效果好，因此这种方法是机场改性沥青的首选方案。但是施工中值得注意的是研磨和剪切并不是时间越长越好，颗粒越细越好。这2种设备加工改性沥青的工艺要求应针对选择的改性剂的品种、基质沥青及使用要求等因素在正式生产前进行试验、调试，探索并确定出一套具体的融胀—分散—存放一发育的合理工艺过程。分散过程尤为关键，无论是胶体磨的间隙、温度和遍数，还是剪切机的转速、时间和温度等参数都将对改性沥青的产量和质量有很大的影响。

4.3　母料法改性沥青应用分析

空军曾在华北和东北的几个机场使用母料法对沥青进行改性，在施工中曾发现一些问题，使用后也发现有早期损坏等问题，如表1中例4的北空某机场使用情况就不好。这种方法存在的主要问题是改性沥青母料人工切碎比较困难，采用热切设备需要增加投资，与基质沥青掺配及搅拌投资也较高，而且二次加热加工(长时间搅拌)容易老化，对改性剂及沥青的性能都有影响，进而影响改性效果；还有工程应用的基质沥青与母料中的基质沥青不一致时存在与沥青的相容性等问题；母料法改性沥青的投资也不低。因此，母料法生产的改性沥青不宜在机场跑道中使用。

4.4　成品改性沥青应用分析

表1中例6的济空某机场2000年应用成品改性沥青对跑道进行盖被改造，工程应用表明，成品改性沥青在施工过程中只需将温度适当地提高，其他使用要求和普通沥青的施工没有什么区别，使用起来简单。改性沥青性能优良，但是也存在一些不足：(1)总造价比施工现场加工法要高，这主要是厂商在改性沥青制作时，加入了多种外掺剂来防止改性剂离析的问题；(2)桶装沥青需要脱桶装置及脱桶费用；(3)若改性沥青长期放置，改性效果将有一定的影响。综合分析，成品改性沥青适合于中小型机场的应用，特别是军用机场跑道的改造，由于工程量较小，改性沥青用量不大，不需要安装专门的改性沥青加工设备，故投资相对也不大，但经济(军事)效益很明显。

5　结语

通过对我国二十年来改性沥青在机场道面的应用情况进行分析可知，改性沥青用来修建飞机跑道具有很多优点，能满足各种飞机的使用要求。建议大中型机场可选用SBS、PE、EVA等改性剂，采用胶体磨或高速剪切设备现场加工法生产改性沥青，为了节约投资也可选用橡胶粉改性沥青；中小型机场，特别是军用机场旧跑道改造可选用成品改性沥青，具有施工简单、飞机可不转场、机场不停航和效益明