（交通运输工程专业论文）改性沥青胶结料路用性能关键指标研究.pdf

i i l l l llllllil i l l llu 1 1 1 1111 1 1 1 1 11 1 1 i i y 17 5 3 17 8 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：! 量亟苎 日期：母培加 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：f 壶垦墨导师签名 日期：。口夕力知 摘要 摘要 本论文从总结江苏省改性沥青产品体系及评价方法入手，分析现行评价体系下的各类检 测数据为基础，有效的室内和室外试验比对数据为依据，力争建立快速改性沥青评价体系。 本论文选用江苏省常用的3 - 4 种改性沥青胶结料，首先研究了检测指标的发展历史，并 结合考虑内在性能和混合料性能对比确定了论文研究的指标体系分类，即高温稳定性指标、 低温稳定性指标、温度敏感性指标、老化性能指标等四类。 其次在大量室内相关试验的基础上，探讨分析了原材料检测数据，包括传统指标( 针入 度、软化点、延度等) 、s h r p 指标( d s r 、b b r 、d t t 等) 和新的性能指标( 重复蠕变等) ，结 合相应混合料性能试验结果( 车辙试验、小梁弯曲试验、混合料“冻断 试验等) 进行对比 分析。按照原材料指标与混合料指标的匹配性、试验方法的操作性、普及性、适用性形成施 工指标、关键指标、升级指标，施工指标为现场易于推广、普及性高、能初步表征改性沥青 性能的指标；关键指标为表征改性沥青性能的主要指标；升级指标为改性沥青与其混合料性 能较为接近的指标，作为性能确定或性能仲裁时使用。 最后结合多年大量的现场检测数据( 指在检测中能够产生具体数据的指标) ，通过神经网 络模型分析几个指标之间的潜在联系和可预测性，拟定用于现场施工控制的技术要求、常规 指标，用于快速的推定沥青性能的优劣，从而加快现场检测工作效率。 关键词：改性沥青路用性能关键指标 东南大学工程硕士论文 a b s t r a c t f r o mt h es t a r to fm o d i f i e da s p h a l tp r o d u c t i o na n da s s e s s m e n tm e t h o d ，o nt h eb a s i s o fa n a l y s i s i n ge a c hk i n do ft e s t i n gd a t ao fc u r r e n ta s s e s s m e n ts y s t e m ，a c c o r d i n gt o t h ee f f e c t i v ed a t ao fi n d o o ra n do u t d o o r c o m p a r i n gt e s t ，t oe s t a b l i s ht h ef a s t a s s e s s m e n ts y s t e mo fm o d i f i e da s p h a l t t h ep a p e rc h o o s e s3 - 4k i n d so fm o d i f i e da s p h a l tb i n d e ri nj i a n g s up r o v i n c eu s e d f r e q u e n t l y ，f i r s t l y ，s t u d yo nt h eh is t o r i c a ld e v e l o p m e n to ft e s t i n gi n d e x ，c o m p a r i n g i n t r i n s i cp e r f o r m a n c ea n da s p h a l tp e r f o r m a n c et od e t e r m i n et h ef o u rc l a s s i f i c a t i o n o ft h ei n d e xs y s t e mi nt h i sp a p e r ：h i g ht e m p e r a t u r es t a b i l i t yi n d e x ，l o wt e m p e r a t u r e s t a b ili t yi n d e x ，t e m p e r a t u r es u s c e p t i b i l i t yi n d e x ，a g e dp e r f o r m a n c ei n d e x s e c o n d l y ，o nt h eb a s i so ft h ei n d o o rr e l a t i v et e s t ，d i s c u s s i n ga n da n a l y s i s i n gt h e t e s t i n gd a t ao fr a wm a t e r i a l i n c l u d i n gt r a d i t i o n a li n d e x ( p e n e t r a t i o n ，s o f t e n i n g p o i n t ，d u c t i l i t y ，e t c ) ，s h r pi n d e x ( d s r ，b b r ，d t t ，e t c ) a n dt h en e wp e r f o r m a n c e i n d e x ( d u p l i c a t ec r e e p ，e t c ) ，c o m b i n i n gw i t ht h er e s u l to ft h er e l a t i v em i x t u r e p e r f o r m a n c et e s t ( r u t t i n gt e s t ，t r a b e c u l a rb e n d i n gt e s t ，m i x t u r e f r e e z i n go f f ”t e s t ， e t c ) t oc o n t r a s t i v ea n a l y s i s a c c o r d i n gt ot h em a t c h i n gb e t w e e nt h er a wm a t e r i a li n d e x a n dt h e m i x t u r ei n d e x ，t h eo p e r a t i n ga n dp o p u l a r i n ga n ds u i t i n go ft e s tm e t h o d ，t of o r m t h ec o n s t r u c t i o ni n d e x ，t h ek e yi n d e x ，t h eu p g r a d ei n d e x t h ec o n s t r u c t i o ni n d e xi st h e i n d e xw h i c ho n s i t e p r o m o t i o ne a s i l y ，p o p u l a r i z a t i o nh i g h l y ，c o u l dp r e l i m i n a r y i n d i c a t o rt h ei n d e x o fm o d i f i e da s p h a l tb i n d e rp e r f o r m a n c e t h ek e yi n d e xi st h ei n d e x w h i c hc o u l di n d i c a t o rt h em a i ni n d e xo fm o d i f i e da s p h a l tb i n d e rp e r f o r m a n c e t h e u p g r a d ei n d e xi st h ei n d e xw h i c hh a sc l o s e rp e r f o r m a n c eb e t w e e nm o d i f i e da s p h a l t b i n d e ra n dt h er e l a t i v em i x t u r e ，u s e dw h e np e r f o r m a n c ed e t e r m i n a t i o na n dp e r f o r m a n c e a r b i t r a t i o n f i n a l l y ，a c c o r d i n gt ot h el a r g en u m b e ro fo n s i t et e s t i n gd a t af o rm a n yy e a r s ， t h r o u g ht h en e u r a l n e t w o r km o d e l a n a l y s i s i n g t h el a t e n tr e l a t i o na n dt h e p r e d i c t a b i l i t yb e t w e e nt h ei n d e x e s ，t os k e t c ht h es p e c i f i c a t i o na n dt h en o r m a l i n d e x u s e do n s i t ec o n t r 0 1 e s t i m a t i n gf i ta n du n f i tq u a l i t yo fm o d i f i e da s p h a l tb i n d e r p e r f o r m a n c e t h u sq u i c k e n i n gt h ee f f i c i e n c yo fo n - s i t et e s t k e y w o r d s ：m o d i f i e da s p h a l t ：r o a dp e r f o r m a n c e ；k e yi n d e x n 目录 目录 摘要。i a b s t r a c t 第一章绪论 l 1 1 研究背景l 1 2 国内外研究概况l j 2 j 国外研究概况n 川埘j j 22 国内研究概况3 1 3 研究内容和方法3 第= 章江苏省改性沥青产品体系及评价方法。5 2 1 江苏省改性沥青产品体系5 2 2 我国道路沥青产品标准发展过程6 2 3s b s 改性沥青现行评价方法“匐6 2 4 改性沥青原材料试验结果一l l 2 4 1 沥青考规指标一j j 2 4 2 沥青化学指跚j j 2 5 本章小结1 3 第三章改性沥青胶结料高温性能指标 1 4 3 1 自豪材料1 4 a1 i 沥青易结料1 4 a1 2 集料及配合比“ a1 3 馒合料高温性麓斌验j ， 3 2 高温评价指标1 5 3 2 1 软化点j ， 7 2 2 卯1 二牯度、1 3 5 c 糕度j 7 a2 3 动态剪切流鸾( g * s i n6 ) 1 8 a2 4 重复蠕变试犁w 2 4 3 3 本章小节2 9 第四章改性沥青胶结料的低温性能指标3 0 4 1 原材料。3 0 4 1 i 彩歹霉争屋李g 钧咩。3 d 4 1 2 集料及配合比如 t1 3 湿合料低温性髓试验如 4 2 低温评价指标3 3 4 2 ，延度3 3 4 。2 2 弯曲梁亩被试验b b r 。3 8 4 2 童直接拉伸试验d t t 彳j 4 2 4 脑界开裂温度彳， 4 3 本章小节4 2 第五章改性沥青胶结料温度敏感性指标 5 1 原材料4 4 5 2 温度敏感性指标4 4 曩2 ，针久度指数p ，私 2 2 针入度粘度指教( p v n ) 御4 8 2 - 3 复数模量指效c g t s ) 4 9 5 3 三种指标的对比。5 0 5 4 本章小结一5 l 东南大学工程硕士论文 第六章沥青的老化性能指标5 2 6 1 沥青老化的机理5 2 e ，不同阶段的老化兜 e ，2 老化对沥考分子结构的影耐加 6 2 试验室模拟沥青老化的方法5 3 2 ，模拟短期老化的方_ 法 最2 2 模拟长期老化的方法5 7 6 3 评价沥青抗老化性能的指标5 8 e3 1 质量变化j 1 9 6 3 2 沥青质舍i 、2 5 针入度比s6 0 粘度比5 9 6 4 本章小节6 0 第七章神经网络数据分析 7 1 人工神经网络简介6 2 7 2b p 网络原理6 2 7 2 ，印网络兰割咿柳。以 7 2 2 卯网络学习规删柳卯 7 2 3 选择依据酊 7 3 各指标的试验结果及分析一6 5 z3 ，多车数据的对一分析酊 7 3 2 指标的一对一分析6 7 7 3 3 指标的二对一分析卯 7 3 - 4 指标厅争三对一分析猡 7 。3 5 针入度、针入度比进行数据归一化磊一对一分析7 0 第八章江苏省高速公路沥青胶结料指标体系研究 8 1 江苏省高速公路现行沥青胶结料指标体系：7 2 8 2 本课题建议沥青指标体系一7 3 8 2 ，本漂题建议沥青指标体系刀 8 2 2 沥青皎结料升级指标体系7 4 8 2 3 沥青皎结料施i 控制指标7 s 8 3 本章小结。7 5 第九章结论 6 9 1 本课题研究结论一7 6 9 2 进一步建议7 6 致谢 参考文献 7 7 7 8 rr，。i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 从1 9 9 1 年我省建设第一条高速公路以来，我省的公路事业进入了以高等级公路为 主的新阶段，至2 0 0 8 年底，我省高速公路通车里程已达到3 8 0 0 公里。在多年的建设 中，沥青路面以其良好的行车舒适性及其他优点，得到了越来越广泛地应用，然而车 辆大型化、超载，交通渠道化等，使得沥青路面出现了种种病害，特别是炎热季节在 重车作用下造成的车辙、拥包等永久性变形，冬季低温开裂和半刚性基层反射裂缝等 都逐渐显现出来。随着建设规模的逐步扩大，广大道路工作者在级配、原材料、机器 设备的各方面研究突破，都得到可喜的成就。江苏的道路工作者在沥青路面的研究上 也取得了傲人的成绩，沥青路面的建设质量在全国一直处于先进水平，使沥青路面的 质量、使用寿命大大提高。 近几年，江苏目前只在部分路段下面层采用进口普通沥青，其余均采用改性沥青， 单2 0 0 6 年使用的改性沥青量就达到了1 9 万吨。本论文以江苏高速公路路面的建设使 用情况为基础，改性沥青作为研究对象，探讨沥青材料在使用过程中暴露出的许多问 题和令人困惑的现象。沥青产品都是经过各级检测，符合规范标准的，但为什么还会 出现众多病害? 在道路的建设过程当中，对沥青的技术指标已经随着生产工艺的进步 和对材料本身性能的研究而得到大大的提高，沥青产品指标体系也不断完善，那沥青 技术指标体系中是否存在关键指标，是该检测体系更具操作性的本质? 目前，沥青产品规范采用的为j t gf 4 0 2 0 0 4 标准( 以下简称“0 4 标准 ) ，该标准 通过结合温度分区和使用要求全面的划分沥青产品，并具体各类沥青的指标要求。本 论文认为沥青是一个多分子聚合物，其内部以化学键来稳定整体结构，0 4 标准指标之 间是存在一定相互关系的，单方面的强调某一指标，必然会破坏原沥青整体性能的和 谐性，即使通过某种稳定剂进行优化，也是不稳定的。因此，有必要结合混合料的路 用性能，针对道路使用的条件，研究改性沥青的关键指标。期望建立改性沥青胶结料 的关键指标体系，以能对路面混合料选材、延长使用寿命等方面提供有利的参考。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况m n 刁 美国自1 9 8 7 年1 0 月实施公路战略研究计划( s h i 冲) ，于1 9 9 3 年6 月完成，其中 l 东南大学工程硕士论文 主要成果之一是s u p e rp a v e 设计方法，其包括一个基于路用性能的胶结料规范，该规 范以沥青胶结料的物理和流变性质为基础，从高温抗车辙性能、低温抗裂性能、耐疲 劳性能、抗老化性能等路用性能的基础上提出的评价指标，另外还采用t 2 8 3 对混合料 的水稳定性进行评价，从而初步形成了胶结料性能规范的构架。美国s h r p 研究组为 了确定影响路面性能的因素组成，对已建成和在建的十几条公路的路面状况展开详细 调查，分析芯样中沥青胶结料的各项指标，包括针入度、软化点、粘度、温度敏感性、 劲度、延度和其它流变性质与路用性能的关系。该胶结料规范目前已经被广泛认同， 混合料使用效果较好，但对广大的生产单位来说过于复杂，操作性普及不强。因s h r p 研究中认为水稳定性除了受到沥青胶结料影响之外，更大程度上受到石料本身的酸碱 性影响，因此本论文也从高温抗车辙性能、低温抗裂性能、耐疲劳性能、抗老化性能 等几个方面分类分析沥青指标，且在此不赘述水稳定性能。 图1 - 1s h 阳性能规范建立流程图 欧洲标准化组织从1 9 9 0 年起，几乎与s h r p 在同一时期进行了沥青标准的研究、 修订工作，于1 9 9 9 年统一了仍然属于经验性的沥青结合料针入度标准。c e n 对每一种 性能做各种指标的试验，建立相互的联系，提出认为能够充分反映沥青路面性能的指 标和试验方法。标准所采用的指标仍然集中在目前常用的指标上，并按稠度将道路沥 青分成3 个类型。分析c e n 标准可见，欧洲较为重视通常采用的针入度、软化点、脆 点、粘度、闪点、溶解度、老化试验前后的质量变化等，而且把蜡含量作为重要指标 列入标准。 2 第一章绪论 1 2 2 国内研究概况 我国先后完成了“七五 国家科技攻关专题“重交通道路沥青在高等级公路工程 中的实用技术 研究、“八五 国家重点科技项目“道路沥青及沥青混合料路用性能的 研究专题。我国“八五 攻关专题充分吸收国外先进技术，尤其是美国公路战略研 究计划( s h l 冲) 的最新成果，并考虑我国现状，在对国内广泛使用的几种代表性沥青 的使用性能进行深入研究的基础上，于1 9 9 4 年提出了道路沥青路用性能气候分区，以 及建议的重交通石油沥青技术要求，研制了配套的仪器设备及试验方法，并在2 0 0 4 年 进一步完善、颁布执行了j t gf 4 0 2 0 0 4 公路沥青路面施工技术规范。规范规定了改 性沥青的1 1 项指标的技术要求，除p i 指数可作为选择性指标外，其余均为常规指标。 近年来，由于人们对道路沥青认识的不断深入，沥青路面结构变化和气候、行车载荷 变化等方面数据的积累分析对沥青性能提出新的要求，伴随一系列新型智能分析仪的 开发，该指标体系受到了挑战。同时，完成该全套指标的试验周期较长，最快约需要 6 0 小时，而结合改性沥青的生产性状和检测频率要求，对使用单位来说人力物力等方 面要求太高，工作量也很大。本论文期望建立改性沥青胶结料的关键指标体系，一方 面可以缩短检测时间，另一方面也更贴近生产实际，以便于实际生产。 本课题将在我国改性沥青技术标准的基础上，以与路用性能相关为出发点，通过 大量文献调研和室内、室外试验结果对比验证，初步提出能反映路用性能的若干关键 指标，并期望建立改性沥青的快速评定体系。 1 3 研究内容和方法 本论文从总结我省改性沥青产品体系及评价方法入手，分析现行评价体系下的各 类检测数据为基础，有效的室内和室外试验比对数据为依据，建立快速改性沥青评价 体系。 本论文采用江苏省常用的3 - 4 种沥青胶结料，首先根据相应试验数据通过不同分 析方法对现行指标体系进行分类探讨，定出关键指标；其次在大量研究工作的基础上， 通过室内完成所有相关指标的试验，包括传统指标( 针入度、软化点、延度等) 、s h r p 指标( d s r 、b b r 、d t t 等) 和新的性能指标( 重复蠕变等) ，再结合同混合料性能试验 结果( 车辙试验、小梁弯曲试验、混合料“冻断 试验等) ，定出与混合料性能试验结 果最为接近的升级指标，作为性能确定或性能仲裁时使用；最后结合数据模型分析拟 定用于现场施工控制的技术要求、常规指标。 3 “ 东南大学工程硕士论文 施工指标为现场易于推广、普及性高的、能初步表征改性沥青性能的指标；关键 指标为表征改性沥青性能的主要指标，范围及代表性能较施工指标广；升级指标为改 性沥青与其混合料性能较为接近的指标，普及性不高，但在路用性能判定上较为准确。 表1 1 为本课题在研究过程中进行的相关胶结料试验项目和混合料的验证所采用的试 验项目。 表1 1本课题主要进行的胶结料及混合料试验项目 类别高温性能低温性能感温性抗老化性能疲劳性能 沥青软化点延度针入度针入度 p a v 试验粘度 b b r 粘度粘度动态剪切 动态剪切 t f o t 重复蠕变 r t f o t p a v 混合料 车辙试验小梁弯曲 试验冻断试验 4 第二章江苏省改性沥青产品体系及评价方法 第二章江苏省改性沥青产品体系及评价方法 江苏省高速公路目前主要用的改性沥青为s b s 改性沥青，0 7 年开始局部路段也采 用了1 8 的橡胶沥青，由于对橡胶沥青原始数据不足，本论文仅就s b s 改性沥青来研 究。s b s 改性沥青是以道路石油沥青为原料，经适宜的工艺如高速减切、发育、s b s 、 改性剂等过程得到的符合道路沥青产品标准技术要求的产品。 江苏省高速公路近年来采购的s b s 改性沥青均为工厂化集中生产的，目前尝试的 橡胶沥青为现场拌和的，与其他石油产品的生产过程相比，其生产方法相对简单，所 机密的为各厂家的改性剂配方问题。由于沥青的组成非常复杂，并且测定化学结构的 试验方法对试验仪器和环境条件要求较高，因此在道路沥青的评价体系中，所采用的 一般是与使用性能有关，但又较容易操作的试验方法。 2 1 江苏省改性沥青产品体系 江苏省高速公路现行采用的指标大部分参照2 0 0 5 年1 月1 日实施的公路沥青路 面施工技术规范( j t gf 4 0 2 0 0 4 ) 中i c 、i d 区执行，具体技术要求和试验方法见表 2 1 。 表2 1 江苏省高速公路s b s 改性沥青技术要求 改性沥青全套试验项目 技术要求试验方法 针入度( 2 5 c ，1 0 0 9 ，5 s ) ( 0 i c m )5 0 - 8 0 t 0 6 0 4 软化点( t r & b ) 不小于( ) 6 0 t 0 6 0 6 延度( 5 c m m i m ，5 )不小于( c m ) 3 0 t 0 6 0 5 针入度指数 - 0 2 - 1 0t 0 6 0 4 弹性恢复不小于( ) 7 0t 0 6 6 2 溶解度不小于( ) 9 9 ot 0 6 0 7 闪点 不小于( ) 2 3 0t 0 6 1 1 离析不大于( ) 2 5t 0 6 6 1 动力粘度( 6 0 )不小于( p a s ) 8 0 0t 0 6 2 5 运动粘度( 1 3 5 ( 2 )不大于( p a s ) 3 0t 0 6 2 5 质量损失不大于( ) o 6t 0 6 0 9 薄膜加热试验 针入度比不小于( ) 6 5t 0 6 0 4 ( 1 6 3 ，5 h ) 延度( 5 ) 不小于( c m ) 2 0t 0 6 0 5 5 东南大学工程硕士论文 其中，针入度指数和质量损失指标标准有所提高，同时增加了6 0 度动力粘度指标， 但就近几年的检验数据来看，针入度、软化点、弹性恢复、溶解度、闪点、动力粘度、 运动粘度、质量损失几个指标的合格率均为1 0 0 ，原样延度、针入度指数、老化延度 出现不合格的频率稍高，又以针入度指数的不合格率为最高，这也说明该指标的制定 存在问题，在本论文后有具体章节详细阐述。 2 2 我国道路沥青产品标准发展过程 随着我国沥青生产工艺的技术进步和稠油资源的开发，沥青产品标准不断提高， 到1 9 8 4 年，单家寺稠油的开发和交通部门新路面结构的提出，促进了我国道路沥青产 品标准的进步。为此，中国石油天然气集团公司( 当时是中国石油天然气总公司) 与 交通部门联合承担了国家“七五 重点攻关课题，提出了高速公路沥青国产化的任务， 同时，中国石油化工集团公司( 当时是中国石油化工总公司) 下属的主要沥青生产厂 联合攻关，优化原料资源和生产工艺，开发出性能优良的道路沥青产品。经沥青生产、 科研和应用部门的联合攻关，在1 9 9 4 年，形成了我国第一个用于高速公路路面的沥青 产品标准，即g b t 1 5 1 8 0 9 4 。由于不断改善和更新的路面结构对沥青提出了更高要求， 国产稠油资源的开发和进口原油的增加也使得沥青产品的质量不断提高，因此于2 0 0 0 年对高等级道路沥青技术标准进行了修订，即现行重交通道路沥青标准 g b t 1 5 1 8 0 2 0 0 0 ，并将高等级道路沥青更名为重交通道路沥青。 2 3s b s 改性沥青现行评价方法n 3 1 产品的评价方法是对产品的使用性能和产品质量进行控制的基础。在评价体系中， 包含了获取代表性样品的沥青取样法，表征沥青温感性能的针入度指标，表征高温性 能的软化点、粘度指标，表征沥青变形能力的延度指标，表征抗老化性能的旋转薄膜 烘箱试验指标，表征沥青纯度的溶解度及表征沥青使用安全性的闪点指标等。 1 、改性沥青取样法 在样品的检验过程中，获取有代表性的样品，是一切工作的基础。改性沥青外型 多呈粘稠液体，取样的步骤和方法根据试样储存地点、储存容器而有所不同，取样器、 盛样器、取样量和取样时间都要严格按照取样方法进行，以保证样品的代表性。 目前使用的公路工程沥青及沥青混合料试验规程中的t 0 6 0 1 2 0 0 0 。该标准方 6 第二章江苏省改性沥青产品体系及评价方法 法对沥青生产、储存或交货验收地点的取样，对从沥青储罐、槽车、罐车、撒布车、 油轮驳船或桶中，取粘稠液体、半固体或固体沥青样品作了详细的规定，为了保证样 品代表性，样品必须注意保护，防止污染，同时也要注意采样时保护操作人员的人身 安全。 2 、改性沥青针入度测定法 针入度是检验沥青稠度和划分沥青标号的最古老最普及的试验方法，至今仍普遍 沿用。我国的沥青针入度测定法等效采用a s t md 5 ，规程编号为t 0 6 0 4 2 0 0 0 。标准试 验条件是，将一根严格规定尺寸和形状的不锈钢针，在2 5 和载荷重量为1 0 0 9 条件下， 垂直贯入沥青试样5 s ，试样被贯入的深度以0 1 m m 为单位，测定值为针入度。这项试 验的条件性极强，必须严格遵守试验规程，才能保证试验结果的重复性和再现性。为 了提高试验精度，必须严格控制试验温度、试样在室温下冷却的时间和在试验温度水 浴中保温的时间，定期检查针的形状和载荷重量。 3 、改性沥青软化点测定法 沥青软化点测定法和针入度测定法一样，软化点也是检验沥青稠度和划分沥青标 号的指标之一，方法至今已有9 0 多年的历史。由于沥青组分极为复杂，从固态到液态 没有明显的熔融相变过程，所谓软化点，是指在一定条件下，沥青达到某一稠度时的 温度，因此软化点又称等粘温度。软化点是随试验条件变化的，必须使所有条件都标 准化，并严格操作，才能取得可以对比的结果。我国等效采用a s t md 3 6 ，制定了沥 青软化点测定法t 0 6 0 6 ，方法对试样的尺寸、球的重量、试验过程中的加热方法和升 温速度都给出了严格的要求。在软化点测定过程中，控制升温速度是控制试验结果准 确性的最关键因素。升温速度大于规定的速度时，由于温度上升不能热及沥青试件的 内部，试件不能软化下落而使得测得的软化点偏高，如果升温速度小于规定的速度， 试验结果受试件蠕变的影响，使得测得的试验结果低于正常值。 4 、改性沥青延度测定法 延度也是一项既古老又常用的表征沥青延展性和变形能力的技术指标，是人们常 说的拉、扎、落中“拉 的内容，该方法标准化至今已经有6 0 多年的历史。试验是将 规定形状的试件按照规定的试验程序处理后，放在试验温度下的水中，以一定的拉伸 速度拉伸至沥青丝断裂时的长度。我国等效采用a s t md 1 1 3 制定了国家标准t 0 6 0 5 。 7 东南大学工程硕士论文 5 、改性沥青针入度测定法 该指标表征改性沥青的温度敏感性，其为3 个或3 个以上不同温度的针入度值回 归求得，对试验条件要求很高，为减少误差，回归相关系数不得小于0 9 9 7 。江苏省试 验水平，达到回归相关系数的要求很容易，但就目前数据显示即使相关系数达到 0 9 9 9 9 ，试验的误差依然很大，则形成从理论上讲p i 指数是一个表征改性沥青性能的 一个重要指标，但实际使用、标准制定、判定上分歧较大。本论文在后面也将有所讨 论。 6 、改性沥青弹性恢复测定法 弹性恢复是评价热塑性橡胶类聚合物改性沥青的弹性恢复性能，即用延度试验仪 拉长一定长度后的可恢复变形的百分率。能简单的反映沥青的高温稳定性，近似的反 映力气能够本身的抗车辙能力。 7 、改性沥青的闪点 沥青的闪点是各国沥青质量的安全性指标，是评定施工安全性时使用的。我国等 效a a s h t ot 4 8 采用克利夫兰式开口杯法( c o c 法) 。 8 、改性沥青粘度测定法 改性沥青的粘度是表征沥青在粘性区内流变特性的重要指标。测定某一温度下的 粘度，或测定不同温度下的粘度，可以考察沥青对温度的敏感性。6 0 c 的粘度可以表 征道路沥青的流变特性，并可以作为按粘度分级的规格指标；1 3 5 ( 2 的粘度可以表征施 工和易性能。表征沥青粘性的物理量很多，针入度( 等温粘度) 、软化点( 等粘温度) 可以间接地表征沥青的粘稠性质，而动力粘度、运动粘度、恩氏粘度等则以不同的物 理量直接表征沥青粘度的大小。 。 我国参照a a s h t o 建议标准制定了t 0 6 2 5 2 0 0 0 改性沥青运动粘度测定法( 6 0 、 1 3 5 ) 。 9 、溶解度测定法 石油沥青的溶解度是指沥青中溶于三氯乙烯( 或苯、甲苯、三氯甲烷等) 的组分 质量的百分比。原油经过常减压蒸馏所得的沥青( 直馏沥青) ，除非原油中含有杂质， 几乎没有不溶于以上溶剂的组分。因此，石油沥青的溶解度试验，旨在鉴定沥青在制 造、运输及使用过程中是否发生局部过热或局部氧化现象，或者是否掺入了杂质组分。 我国等效采用a s t md 2 0 4 2 制定了t 0 6 0 7 1 9 9 3 石油沥青溶解度测定法。 8 第二章江苏省改性沥青产品体系及评价方法 l o 、旋转薄膜烘箱试验 旋转薄膜烘箱试验( r r f o t ) 是模拟道路沥青在与集料热拌合过程中受到热和空 气的作用，发生一系列物理、化学变化，最终使沥青硬化的过程。通过测定道路沥青 试验前后物理性质( 如蒸发损失、针入度、软化点、延度、粘度、分子量等) 和化学 性质( 如化学组成、结构、官能团等) 的变化，考察沥青在热拌合过程中，可能引起 的沥青性质的变化程度。 我国等效采用a s t md 2 8 7 2 ，制定了国家标准沥青旋转薄膜烘箱试验法 t 0 6 1 0 1 9 9 3 。 在旋转薄膜烘箱试验中，膜厚为5l am 1 0pm ，在1 6 3 温度下加热7 5 m i n ，沥青 性质的变化程度相当于针入度8 0 1 0 0 的沥青在1 5 0 c 温度下与集料拌合过程所引起的 变化。这沥青膜厚更接近于实际拌合过程膜厚，旋转薄膜烘箱试验过程中，沥青膜处 于连续的旋转过程中，接触空气的沥青膜不断更新，并强制通入新鲜空气，从而大大 地缩短了试验时间。大量试验结果表明，对于在试验温度下流动性较好的沥青，薄膜 烘箱试验和旋转薄膜烘箱试验结果相当，可以互相替代，但目前江苏省内不推荐使用 代替。 1 1 、密度和相对密度 石油沥青的密度是试样在规定温度下单位体积的重量，用g e m 3 表示。相对密度 是试样在规定温度下的质量与同体积水的质量之比。人们经常称相对密度为比重，相 对密度为无单位物理量。 我国等效采用a s t md 2 3 2 0 制定了国家标准石油沥青比重和密度测定法 g b t 8 9 2 8 。石油沥青密度测定依沥青外观形态采用不同的试验方法，对于液体沥青可 以采用比重计法，对于半固体或固体沥青通常采用比重瓶法。 以上1 1 种评价方法构成了我国道路沥青现行的评价体系，已经被沥青的科研、生 产和应用部门所接受并且有效地指导了沥青的生产和应用。由于上述试验方法都是条 件性的，因此分析人员对方法的理解程度、分析过程中的技巧、试验环境的控制、试 验仪器的技术条件( 如带搅拌的软化点测定仪、带自动控温加循环沥青针入度测定仪 等) ，都会引起明显的结果差别( 见表2 2 、表2 3 ) 。表2 2 是某年组织检测单位、现 场项目办、监理组、施工单位等九家试验室对同一样品的检测数据汇总表，表中显示 各数据基本在规范所规定的再现性误差范围内，其中针入度指数的回归系数在0 9 9 9 9 9 东南大学工程硕士论文 以上，但从数据本身而言，还是存在差异的，说明了试验方法的条件性是很敏感的。 表2 2 九家试验室对同个样品的检测结果表 针入度 老化试验 延度软化点运动粘度 ( i f o r u m ) p i 值( s c m m i n ) 5 ( 环球法 ( p 缸s ) 1 3 5 离析 2 5 ，5 s ， 质量损失针入度比老化延度 ) l o o g 6 1o 1 1 94 0 99 02 0 8o 4o 1 68 5 22 7 5 6 2- 0 1 8 73 7 38 8 52 0 6o 20 1 38 3 0 62 8 1 6 2 5 0 0 3 3 6 8 6 52 1 0 2 o 0 18 42 5 6 0 80 1 34 18 5 4 | o 5o 0 27 6 2 4 6 0 5- 0 1 8 64 0 88 62 0 72 5o 0 29 9 32 3 8 6 1 4- 0 1 0 44 0 68 3 32 1 5o 4o 0 58 3 73 0 5 6 1 70 0 33 6 48 7 82 2 5o 70 0 68 3 3 2 6 3 5 70 0 33 98 5 4i 9 9 30 3o 0 68 0 12 7 5 9- 0 0 7 43 69 0 52 0 81 3o 0 l9 22 3 表2 3 是同一试验人员，采用不同试验设备，在同一试验条件下对同一普通沥青( 未 找到改性沥青的试验结果，但两者结果相同，故此采用这组数据说明结果而已) 样品软 化点的试验结果，更加说明沥青胶结料试验是条件性的，比较敏感。 表2 3 不同试验条件对同种普通沥青软化点的检测结果对比表 试验单位试验方式结果( ) a 手工搅拌、电热管烧杯内加热 4 7 74 7 6 4 7 9 b磁力搅拌、电热管烧杯内加热4 7 14 7 1 4 6 9 c 不搅拌、烧杯底部加热 4 8 64 9 14 8 4 d 电动叶片搅拌，烧杯底部加热 4 9 04 9 04 9 2 上述两个表，也表明改性沥青是绝对的温感性原材料，其性能是随温度变化的， 不同来源的沥青，其性质随温度的变化规律是不同的，因此沥青的性质随温度变化出 现峰值时所对应的温度也是不同的，则体系中用软化点、5 。c 延度、2 5 。c 温度的针入度 和模拟沥青热拌合过程中的抗老化能力，来表征实际可能出现的- 3 0 - - 9 0 的温度区 间是不全面的。且，沥青产品的使用性能不仅体现在使用时的瞬间，还反映在路面的 整个服务期内，其路面服务过程中性质变化机理和规律与热拌合过程也是决然不同的， 因此，以点的结果表征面的性能是不科学的。本论文不能更改目前使用的评价体系， i o 第二章江苏省改性沥青产品体系及评价方法 但对其中的个别指标进行了深入探讨。 2 4 改性沥青原材料试验结果 本次研究收集了江苏省高等级公路上常用四种s b s 改性沥青产品作为研究对象， 沥青名称分别采用m a 一姗表示。 2 4 1 沥青常规指标 沥青技术指标见表2 4 。 表2 4 试验沥青的基本性能指标 沥青 针入度( 2 5 针入度比延度( 5 c ，c m )软化点粘度( p 乱s ) 名称 ，0 1 m m ) ( 2 5 ) 原样老化后 ( ) 6 0 1 3 5