（市政工程专业论文）SEAM沥青混合料路用性能评价与改善技术研究.pdf

北京建筑工程学院硕十论文摘要 摘要 采用马歇尔试验、车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温约束冻断试验、弯曲疲劳试验 等对s e a m 沥青混合料的路用性能进行相关的试验研究，并与基质沥青混合料和s b s 改性沥青混合料的 相关性能进行了系统对比评价。 针对s e a m 沥青混合料性能研究的不足，对s e a m 沥青混合料低温抗裂性能、抗水损害性能进行了研 究并提出改善措施；通过对s e a m 高含蜡量沥青混合料和s e a m 棱角性差矿料沥青混合料路用性能的评价， 分析棱角性差矿料及高含蜡沥青在路面中应用的可行性。 研究表明： 1 ) s e a m 可以显著提高沥青混合料的高温稳定性。 2 ) 低温约束冻断试验是研究s e a m 沥青混合料低温抗裂性能的有效手段，破断温度直观明确，建议 作为评价s e a m 沥青混合料低温抗裂性能的指标。研究表明，在沥青混合料中添加s e a m 改性剂并不会降 低沥青混合料的低温抗裂性能，采用提高s e a m 沥青混合料结合料用量的措施可有效改善其低温抗裂性 能。 3 ) 在沥青混合料中添加s e a m 会影响沥青混合料的抗水损害性能。通过增加沥青用量、添加抗剥落 剂、提高混合料拌合成型温度等措施可有效改善s e a m 沥青混合料抗水损害性能。 4 ) s e a m 能够改善棱角性差的矿料及高含蜡量沥青的路用性能，扩大了这些低质量材料的应用范围。 5 ) 采用控制应力法进行的疲劳实验表明，s e a m 沥青混合料的抗疲劳性能与基质沥青混合料相当。 本论文对s e a m 沥青混合料的路用性能进行了评价与改善，完善了s e a m 沥青混合料技术，为今后 s e a m 沥青混合料的实际应用提供了参考。 术 关键词：s e a m 沥青混合料：路用性能；评价方法；低温约束冻断试验；疲劳试验；性能改善技 北京建筑工程学院硕士论文 a b s t r a c t c o r r e l a t i o ne x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n so nt h er o a dp e r f o r m a n c eo fs e a ma s p h a l tm i x t u r eh a sb e e n c a r r i e do u tb yu s i n gm a r s h a l lt e s t 、w h e e lt r a c k i n gt e s t 、i m m e r s i o nm a r s h a l lt e s t 、t s rt e s t 、t s r s t ，r b t 、 f a t i g u et e s ta n ds oo n ，a n dh a sas y s t e m a t i cc o m p a r i s o no ft h ep e r f o r m a n c eo fa s p h a l tm i x t u r ea n ds b s m o d i f i e da s p h a l tm i x t u r e t h ei m p r o v i n gm e a s u r e so ft h el o wt e m p e r a t u r ec r a c k i n gr e s i s t a n c ea n dt h em o i s t u r es t a b i l i t y p e r f o r m a n c eo fs e a ma s p h a l tm i x t u r ei sp u tf o r w a r db yi n v e s t i g a t i o no np e r f o r m a n c eo fs e a ma s p a h a l t m i x t u r e a n a l y s i n gt h ef e a s i b i l i t yo fl o wa n g u l a r i t ym i n e r a la g g r e g a t ea n dh i g h w a xa s p h a l ti n t ot h ep a v e m e n t b ye v a l u a t i o no ns e a mh i g h - w a xc o n t e n t e da s p h a l tm i x t u r ea n ds e a ml o wa n g u l a r i t ym i n e r a la g g r e g a t e a s p h a l tm i x t u r er o a dp e r f o r m a n c e t h ef i n d i n g so ft h er e s e a r c ha r ea sf o l l o w i n g s ： 1 ) s e a mc a np r o m i n e n t l yi m p r o v et h eh i g h - t e m p e r a t u r es t a b i l i t yo fa s p h a l tm i x t u r e 2 ) t s r s ti sa ne f f e c t i v er e s e a r c ho nt h el o wt e m p e r a t u r ec r a c k i n gr e s i s t a n c ep e r f o r m a n c eo fs e a m a s p h a l tm i x t u r e e x p l i c i tf r a c t u r et e m p e r a t u r ei ss u g g e s t e da st h ed i r e c t o ro fe v a l u a t i n gt h el o wt e m p e r a t u r e c r a c k i n gr e s i s t a n c ep e r f o r m a n c eo fs e a ma s p h a l tm i x t u r e t h er e s e a r c hs h o w st h a ts e a mc a nn o td e c r e a s e t h el o wt e m p e r a t u r ec r a c k i n gr e s i s t a n c ep e r f o r m a n c eo fa s p h a l tm i x t u r e i n c r e a s i n gt h ed o z eo fs e a ma s p h a l t m i x t u r ec a ne f f e c t i v e l yi m p r o v et h el o wt e m p e r a t u r ec r a c k i n gr e s i s t a n c ep e r f o r m a n c e 3 ) t h em o i s t u r es t a b i l i t yp e r f o r m a n c eo ft h ea s p h a l tm i x t u r em i x e ds e a mi sd e g r a d e dt os o m ee x t e n t t h e s t u d ys h o w st h a tt h r o u g hi n c r e a s i n gt h ed o z eo fa s p h a l t ，a d d i n ga n t i s t r i p p i n ga g e n ta n di m p r o v i n gt h em i x t u r e m o l dt e m p r a t u r ec a ni m p r o v et h em o i s t u r es t a b i l i t yo ft h es e a m a s p h a l tm i x t u r ee f f e c t i v e l y 4 ) s e a m i se n a b l et oi m p r o v et h er o a dp e r f o r m a n c ew i t l ll o wa n g u l a r i t ym i n e r a la g g r e g a t ea n dh i g h - w a x a s p h a l t ，a n dt oe n l a r g et h ea p p l i e dr a n g eo ft h e s el o wq u a l i t ym a t e r i a l s 5 ) t h ef a t i g u et e s tw h i c hs t r e s sc o n t r o lm e t h o d ss h o w st h a tt h ea n t i - f a t i g u ep e r f o r m a n c eo fs e a ma s p h a l t m i x t u r ei sc l o s et oa s p h a l tm i x t u r e t h ee v a l u a t i o na n di m p r o v e m e n to ft h ep e r f o r m a n c eo fs e a ma s p h a l tm i x t u r ei sd e m o n s t r a t e di nt h i s p a p e r , s ot h a tp e r f e c t e ds e a ma s p h a l tm i x t u r et e c h n i q u ea n do f f e r r e dr e f e r e n c eo ft h ef u t u r ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o no ft h es e a ma s p h a l tm i x t u r e k e y w o r d s ：s e a ma s p h a l tm i x t u r e ；r o a dp e r f o r m a n c e ；e v a l u a t i o nm e t h o d ；t s r s t ；f a t i g u et e s t ； p e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n tm e a s u r e s 北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的 个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结 果由本人承担。 学位论文作者签名i 竭卡 日期：山o g 年j 胡了。日 北京建筑i 程学学化论文第t 绪论 第一章绪论 1 1 课题的提出 1 1 1 课题研究的背景 j 珩青路面网仃乍舒适、养护方便而得到j - 越来越_ 泛的应用但随着轴载及变通量的不断增大，咀 及我国的气候和交通荷载条件恶化，车辆超载严晴，优质的道路石汕沥青等原材料缺乏等蟓刚，拌通沥 斤混台料所铺筑的沥青路面山丁其t 程性能所限，往往不自满足健耳j 要求而小现早明损坏，导致维修频 繁。为r 项防泐青路而的早埘府等，许多地厉的路面采川制层乃至= 层改性沥卉，而故性沥青的价格昂 贵致使1 。f 造价叫显增加。所有这些小仅对社会、交通造j 兑r 很人的影响，在经济上也遗戚r 稂人的 损失。 而s e 心浙青混合料技术可咀充分的缓解上述公路建吐中的牙盾和问题，即可以满足交通功能要求 同时义不会增加a 多投资。 1 1 2s e a m 及s e a m 沥青混合料的特点 s e a m 是s u i p h u r e x t e n d e da s p h a tm o d l f i e r 的简称，即硫磺稀秆澌青政性剂，是经过特别处理 舯石油炼$ 副产晶，由硫磺、烟雾抑制制、型性臻加刺霸j 气眯漆加删等蝌戚，主要成分为硫磺。常温f 为半球状黑褐色嗣体颗粒如幽】1 所示，运输时既不需要高温贮造，也不需耍贮罐，- u 同石料样储 存j 地输。 囊 蚓ii 自然状志f 的s e m 顺粒 s e a m 掺加到浙1 溉台丰l 中不仪址沥古段性剂，i n j 月足沥青泄舟料的徭j j u 刑，也即除rs e & i 对洳肯 有改性教粜外，j 巫对整个洲青泄台料柯改n 川。在洳- f 混台 拌和过程中，将其直接加入拌和仓 1 】l 投f t 定比驯的沥青，按常规 法拌 l 后形成s e a m 沥_ ；彳混合料，同时逃0 对沥青混合料进彳了政肚的 目的，从而提高沥卉混合料的路川性能。 种步研究 啊，s e a m s e a m 沥青混卉料肯如r 特点： 1 ) 存储 i 埋输方便。s e m 的物理特性使得其可咀逆刮较远的地n 升il k 时间存储； 2 ) 抖年简单。在浙卉7 m 台料拌丰过样中，s e k m i 儿l j 日料同进八十l - f i 楼中搅爿。， 3 ) 对澌肯混丰= ，性掭加s e & i 的沥青灌台料儿有超人的强度刊优良的抗高温卞辙性能，能够适 脚重裁交通川特非，t 踏的应川，如重城交通、公室1 道、 1 爬坡凳路、机场和集袋箱必散地嚣“1 。 4 ) 节省沥肯。沥青混合丰= f b 适世添舢s f 州可以特f 3 0 5 0 的沥青，从而缓斛高峰时期的沥青川 扯。 5 ) 甘约能源。s e 柚拉术能够扩大沥青性能的湍垃拉j h ，其拌用拔骓压滞艘帕要求均比一般沥青混 合料低2 0 - - 3 0 ，n 一定f d 度上竹能游。 北京建筑工程学院硕士学位论文 s e a m 沥青混合料路用性能评价与改善技术研究 1 1 3 课题研究的意义 s e a m 可以根据需要替代高达4 0 的沥青，可以相应地节省材料资源，并使沥青混合料的路用性能得 到改善，尤其是高温抗车辙能力，提高非常明显。初步研究还表明，s e a m 能较好地克服含蜡沥青和一 些温度稳定性差的沥青在路用性能方面的不足口，是一种经济、简单而实用的改性手段，使得国产沥青 有了更大的应用空间，节省了昂贵的改性设备及改性剂的费用。此外，s e t 姐! 同沥青相比，便于储运， 可节省燃料费用约1 0 。 因此，对于优质沥青及矿料十分缺乏而路面车辙损坏现象又十分普遍和严重的我国，s e a m 的研究 与应用，无疑提供了简单而实用的解决方案，将使路面寿命周期的费用减少1 0 左右，具有很高的社会 效益、经济效益与实用价值。 1 2 国内外研究与应用现状 1 2 1 国外对s e a m 的研究与应用 硫磺改性起源于美国和加拿大，在上世纪7 0 年代硫磺改性沥青在美国、加拿大就应用很广泛。 1 9 7 4 一1 9 8 1 年期间在美国和加拿大用s e a ( 单纯用硫磺改性技术简称为s e a ) 技术修筑了1 0 0 个公路项 目，并取得了成功，试验路的成功经验促进了s e a 商业化，硫磺的需求量激增。 但是硫磺的最大缺点是其对环境的污染，因为直接加入单质硫副作用太大，单质硫磺的熔点为1 1 5 ，相对较低，在高温熔融状态下容易产生硫蒸汽s 0 2 ，h 2 s 等有刺鼻气味的有害气体。加之上世纪8 0 年代早期硫出现全球性短缺，价格飞涨，在烟雾和气味问题仍然没有解决之前，s e a 的用量越来越少。 随着石油化工科学技术水平的提高，炼油厂的燃料脱硫以及来自含硫天然气和油砂的高硫产量带来 了全球硫的供过于求，硫的价格持续下降。给硫磺作为沥青改性剂的再次应用带来了巨大的机遇。 此时美国洛克邦得公司在硫磺中增加一种烟雾抑制剂制成s e a m 颗粒，s e a m 是在北美s e a 技术的基 础上发展的新型低嗅环保型专利沥青混合料添加剂产品，它成功解决了s e a 在发展和应用中遇到的困 难。通过研究发现s e a m 是在硫磺中添加了烟雾抑制剂，在1 5 0 c 以下不产生h 2 s 、s 0 2 ，硫蒸汽的浓度也 很低，产生的气味对人的副作用比起其他改性剂的副作用要小许多。同时s e a m 中的添加剂提高了硫磺 的质量和s e a m 改性沥青混合料的强度和耐久性，使得s e a m 改性沥青混合料与其他常规沥青混合料相比， s e a m 沥青混合料路面几乎看不到泛油现象，抗车辙性能明显提高，路面横向裂纹少而轻，道路的使用 寿命较长，维修费用低。对一些石料质量较差的沥青混凝土，适量添加s e a m 则对其有明显的补强作用。 美国联邦公路局又通过对早期使用s e a 技术的公路项目( 一般都运行了1 0 2 0 年) 进行了调研， 并对s e a 技术的长期路用性能给予评估，认为使用适当高添加量的s e a 技术的路面路用性能较普通沥青 路面有一定的提高，路面使用寿命延长1 。这些表明了今天s e a m 技术的稳定性和可靠性。作为目前唯 一能够替代沥青的材料，s e a m 开始得到大面积应用。 壳牌( 加拿大) 公司对s e a m 沥青混合料技术进行了研究，并制定了相应得混合料设计方法和施工 指南。 s e a m 技术在国外已有多年的应用历史，应用于大量工程项目。 上世纪7 0 年代末到8 0 年代初s e a 技术在北美得到了广泛应用。仅在美国，就铺筑了大概2 0 0 0 英 里的道路，加拿大也有相当广泛的使用，1 9 8 2 年在加拿大铺筑的一条s e a m 路面，在1 9 9 4 年进行路况 调查时发现，在使用了1 2 年后，s e a m 路面行车道的车辙深度为1 1 1 m m ，而相邻的同时期铺筑的普通沥 青路面行车道车辙深度已达2 1 6 m m 。 2 0 0 0 年以来，s e a m 技术已经在美国内华达州应用于多条重要干线和拉斯维加斯市政道路的大修工 程。 2 0 0 2 年，s e a m 技术应用于旧金山奥克兰港的集装箱码头。同年在加拿大温哥华p t c 硫磺码头也在 2 北京建筑工程学院硕士学位论文第一章绪论 用s e a m 技术进行大面积铺装。 2 0 0 5 年，s e a m 技术应用于加拿大卡尔加里的市政道路改造。 2 0 0 6 年用于加拿大温哥华市的道路大修等。 综上所述，国外通过近年来对s e a m 沥青混合料的研究，明确了它在改善沥青路面高温抗车辙性能 等方面的巨大作用。在实际工程中得到了应用，初步形成了s e a m 混合料设计方法和施工指南。但对s e a m 沥青混合料的低温抗裂性能、抗水损害及抗疲劳性能方面的研究还不多。 1 2 2 国内对s e a m 的研究与应用 s e a m 沥青混合料技术在我国的研究与应用属于初步探索阶段，研究与应用还很滞后。6 0 年代，我 国曾在渣油中添加硫磺使其变稠，并在甘肃酒泉修建了这种渣油路面。国内对s e a m 的研究从2 0 0 0 年开 始起步的，s e a m 技术第一次引进到我国，并对其进行了一定的研究。2 0 0 1 年天津市政设计研究院对硫 磺改性沥青混合料设计应用技术进行了研究 6 1 02 0 0 4 年黑龙江交通科学研究所对s e a m 的路用性能进行 了初步的研究，肯定了s e a m 的推广价值口1 。 2 0 0 5 年同济大学对s e a m 改性沥青混合料进行了设计，确定了s e a m 沥青混合料配比设计方法，可 采用两种方法进行s e a m 沥青混合料设计既替代公式法和常规m a r s h a l l 法。替代公式法：采用传统的马 歇尔设计方法确定相应基质沥青混合料的最佳油石比，然后采用公式( 1 ) 确定s e a m 结合料的最佳含量， 继而分别确定s e a m 和沥青的含量阳3 。 ( s e a m+ 沥青) 结合料 = 而丽了i - 二可丽 竽墨等可- 丽( 1 ) 式中：a = 常规沥青混合料设计中的沥青含量( 基于总混合料重量计算) ：r = s e a m 替换比( 一般 r = i 5 1 7 ) ，建议取1 7 ；p s = 总结合料中s e a m 的重量比。除了采用以上方法设计s e a m 沥青混合料 外，还可以直接采用常规m a r s h a l l 法( 马歇尔5 点法) 设计s e a m 沥青混合料的配比。通过室内马歇尔试 验、车辙试验、抗剪切试验、粘度试验、冻融劈裂试验、模量试验和浸水试验，比较系统地分析了s e a m 对沥青及沥青混合料性能的改性效果。 2 0 0 6 年壳牌( 中国) 公司对s e a m 沥青混合料技术进行研究，制定了初步的施工技术指南。指出单 质硫磺不是有毒物质，在很多领域都有应用，但是热硫的危险性与其他的热液体是相同的。硫磺和沥青 都是易燃物质，并且硫磺在空气中产生二氧化硫，在高温下发生化学反应生成硫化氢等有毒气体，而 s e a m 主要成分为硫磺，因此在进行s e a m 沥青混合料操作过程中必须注意如下几点p ： 1 ) 室内操作时必须将s e a m 沥青混合料温度控制在1 5 0 c 以下，以免产生过多的有毒气体； 2 ) 在室内进行有关s e a m 操作时必须保持试验室的良好通风状况，操作人员尽量避开下风头； 3 ) s e a m 颗粒的烟雾抑制剂长时间高温下会逐渐分解而释放出有害气体，所以室内拌和好的s e a m 沥 青混合料不宜过久恒温保存。 4 ) 不管是在实验室还是拌和楼，进行s e a m 沥青混合料作业的人员都要求佩带安全保护眼睛和防尘 面具，并避免一次连续工作一个小时； 5 ) 加强检测。在工作区最好配备二氧化硫、硫化氢浓度测试仪，随时测定浓度，及时监控现场情况， 特别是注意拌和温度不失控。 s e a m 技术在很多工程项目，尤其是对高温稳定性能要求很高的路段得到了应用。 2 0 0 1 年，为提高路面抵抗高温车辙抗变形能力，在天津市公路局下辖的干线公路的日常大、中修 中使用了s e a m 沥青混合料技术。 2 0 0 2 年，s e a m 技术应用于北京1 1 0 旧线( 运煤专线) 的大修试验段，在儿年的运行中经受住了重 车的考验，目前路面基本没有车辙。 2 0 0 3 年，s e a m 技术应用于陕西西安宝鸡高速公路的大修试验段，经过几年的运营，效果良好。 3 北京建筑工程学院硕士学位论文s e a m 沥青混合料路用性能评价与改善技术研究 2 0 0 3 年，s e a m 技术应用于黑龙江省哈尔滨市到尚志市干线公路的立交联络线铺装。 2 0 0 4 年，s e a m 技术应用于江苏省南通港口重载堆场的沥青路面铺装。使用情况表明，s e a m 沥青路 面抵抗重载车轮( 包括铁轮) 的稳定性能效果良好。 2 0 0 4 年至2 0 0 6 年，s e a m 技术应用于宁波市江北区公路局新建干线公路的新材料试验路段。 2 0 0 5 年，s e a m 技术应用于云南安宁楚雄高速公路的新材料试验段，目前使用效果良好。 2 0 0 5 年，s e a m 技术用于内蒙古自治区海拉尔牙克石一级公路的新材料试验段，效果良好。 2 0 0 5 年，s e a m 技术开始用于天津高速公路的维修。 2 0 0 7 年，s e a m 技术应用于河南省郑石高速公路新技术试验段，并取得了良好的使用效果。 国内对s e a m 沥青混合料的研究还处于初级阶段，是在国外研究应用的基础上对s e a m 沥青混合料简 单的性能检测与技术应用，对s e a m 沥青混合料缺乏系统研究。 1 3s e a m 技术研究的不足 通过对s e a m 沥青混合料研究与应用现状的分析可知，s e a m 沥青混合料技术在国内的研究还很少， 只是个别单位对s e a m 沥青混合料的配合比设计、路用性能及施工方面进行了初步的探索，而且大多数 仅仅停留在某一类型混合料性能检测层面，只是对s e a m 技术的简单应用。并且多数研究与应用只注重 了s e a m 沥青混合料优良的高温抗车辙性能而忽略了对s e a m 沥青混合料其它路用性能改善，因此，s e a m 技术在很多方面还有待进行深入地研究： 1 ) s e a m 沥青混合料低温抗裂性能 通常采用的低温小梁弯曲破坏试验方法和弯曲破坏应变的评价指标并不能够全面反映沥青混合料 的低温开裂性能；因此要提出新的试验方法和评价指标，对s e a m 沥青混合料低温性能进行评价，并对 改善低温性能进行深入研究： 2 ) s e a m 沥青混合料抗水损害性能 s e a m 沥青混合料能够提高混合料的水稳定性，但国内的一些检测发现，其抗水损害性能并没有相 应的提高，仅与普通沥青混合料水稳定性能相当。因此需对s e a m 沥青混合料抗水损害性能重新进行评 价，并提出相应的改善措施； 3 ) s e a m 对高含蜡量沥青和棱角性差矿料性能改善 s e a m 对高含蜡量沥青和棱角性差矿料沥青混合料路用性能的改善研究，此方面的研究国内还没有 涉及： 4 ) s e a m 沥青混合料抗疲劳性能评价 对s e a m 沥青混合料抗疲劳性能的相关研究较少，需深入研究。 针对上述s e a m 沥青混合料技术研究的不足，本论文从以下方面着手进行研究： 1 ) 确定s e a m 沥青混合料低温性能的评价方法和指标，对其性能进行评价，提出改善措施； 2 ) 分析s e a m 沥青混合料抗水损害性能不足的原因，提出改善措施，进行性能评价； 3 ) 评价s e a m 对高含蜡量沥青混合料路用性能的改善； 4 ) 评价s e a m 对棱角性差矿料沥青混合料的路用性能的改善； 5 ) s e a m 沥青混合料抗疲劳性能的评价研究。 1 4 本论文的研究内容与方法 本论文针对s e a m 沥青混合料研究的不足，以改善s e a m 沥青混合料低温抗裂性能、抗水损害性能为 出发点，提出改善措施：通过对s e a m 高含蜡量沥青混合料和s e a m 棱角性差矿料沥青混合料路用性能的 评价，分析棱角性差矿料及高含蜡沥青在路面中应用的可行性；并对s e a m 沥青混合料的抗疲劳性能进 行对比研究。研究内容总体上主要包括以下几个方面： 4 北京建筑工程学院硕士学位论文 第一章绪论 1 ) 提出评价s e a m 沥青混合料低温抗裂性能的试验方法与评价指标：评价s e a m 沥青混合料的低温 抗裂性能 通过对现有沥青混合料低温抗裂性能的试验方法与评价指标的分析，提出适合s e a m 沥青混合料低 温抗裂性能的试验方法和评价指标，采用提出的试验方法评价s e a m 沥青混合料低温抗裂性能，并与基 质沥青混合料和s b s 改性沥青混合料的低温抗裂性能对比，提出改善低温抗裂性能的措施。 采用以下方法进行s e a m 沥青混合料低温抗裂性能的评价与改善： ( 1 ) 对p e n 6 0 8 0 + s e 燃和p e n 8 0 l o o + s e a m 沥青混合料进行低温抗裂性能试验，并与p e n 6 0 8 0 沥青 混合料、p e n 8 0 1 0 0 沥青混合料及s b s 改性沥青混合料的低温抗裂性能进行对比，全面评价s e a m 沥青 混合料的低温抗裂性能，分析不同种类沥青对s e a m 沥青混合料低温抗裂性能的影响。 ( 2 ) 采取调整s e a m 沥青混合料的级配类型、结合料用量等措施，来改善s e a m 沥青混合料的低温抗 裂性能，并分析这些措施对s e a m 沥青混合料低温抗裂性能改善的效果。 2 ) 研究s e a m 沥青混合料抗水损害的性能，提出改善抗水损害性能的措施 研究s e a m 沥青混合料抗水损害性能，试验分析造成s e a m 沥青混合料抗水损害性能不能够提高的 原因，通过采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对s e a m 沥青混合料进行抗水损害性能评价，提出改善 提高s e a m 沥青混合料抗水损害性能的措施。 水损害与原材料、矿质混合料级配、油石比、矿料粗细比例、路面施工条件等都有很大关系。所谓 的水损害是指沥青路面在水和车轮动荷载的共同作用下，沥青膜从石料表面剥落，沥青混合料出现掉粒、 松散，继而形成坑槽等的损坏现象d o 。 因此，可通过以下措施进行s e a m 沥青混合料的抗水损害性能的改善： ( 1 ) 要严格选取原材料采用干净、干燥、碱性或憎水性型集料，采用粘度较高的沥青( 考虑使用 改姓沥青) ，选择骨架一密实型级配结构类型，合适油石比等措施来改善s e a m 沥青混合料的抗水损害性 能。 ( 2 ) 在s e a m 沥青混合料中添加消石灰、水泥等矿物添加剂，分析其对提高抗水损害性能的影响。 ( 3 ) 在s e a m 沥青混合料中添加不同品种的抗剥落剂来提高其抗水损害性能。 3 ) 研究s e a m 对高含蜡量沥青混合料路用性能的改善 研究s e a m 对高含蜡沥青混合料路用性能的改善效果，确定s e a m 高含蜡量沥青混合料在路面应用 中的可行性。 高含蜡量沥青在我国产量高，但由于其温度敏感性太高，因而，其虑用受到了限制。s e a m 如果能 改善高含蜡量沥青的温度敏感性，则对于优质沥青严重不足的我国意义重大。将全面评价s e a m 高含蜡 量沥青混合料的路用性能，以判断其在高等级道路中应用的可行性。以使其满足基质沥青混合料的相关 技术要求。 s e a m 对高含蜡沥青混合料路用性能的改善评价从以下几方面入手： ( 1 ) 对混合料高温稳定性能的评价，采用车辙试验； ( 2 ) 对混合料低温抗裂性能的评价，采用低温弯曲试验： ( 3 ) 对混合料抗水损害性能的评价，采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验。 4 ) 研究s e a m 对棱角性差矿料沥青混合料路用性能的改善 研究s e a m 对棱角性差矿料沥青混合料路用性能的改善，进行s e a m 棱角性差矿料沥青混合料高温稳 定性能、低温抗裂性能和抗水损害性能的评价。 评价在棱角性差矿料沥青混合料添加s e a m 后混合料的路用性能，分析s e a m 棱角性差矿料沥青混合 料在路面中应用的可行性。如果其性能满足普通沥青混合料的相关技术要求，则可以考虑使用。 s e a m 对棱角性差矿料沥青混合料路用性能的改善评价从以下几方面入手： 5 北京建筑工程学院硕士学位论文s e a m 沥青混合料路用性能评价与改善技术研究 ( 1 ) 对混合料高温稳定性能的评价，采用车辙试验； ( 2 ) 对混合料低温抗裂性能的评价，采用低温弯曲试验； ( 3 ) 对混合料抗水损害性能的评价，采用浸水马歇尔试验试验和冻融劈裂试验。 5 ) 研究s e 柚沥青混合料的抗疲劳性能 采用应力控制模式的重复弯曲疲劳试验，分析评价s e a m 沥青混合料疲劳特性，并与基质沥青混合 料进行对比，做出s e a m 沥青混合料抗疲劳性能相应评价。 6 北京建筑t 程学院徊 学f t 镕立 第一章s e a m * 青混科配卉议计 第二章s e a m 沥青混合料配合比设计 2 1s e a m 对沥青及沥青混合料的改性机理 2 1 1s e a m 对沥青性能的改性机理 s e a m 颗杜中的 ：要成分址单质硫磺硫磺足沥青的减阡l 剂使沥青的轴胜降低易拌和同时沥 青具有根商的抗酸性，硫磺为石油提取物与沥青打根好的相容性，与集料有很好的粘结性能通过简单 的机 1 | c 拌台，在日料的剪埘作川f 就能使硫磺咀常细的颗粒均匀地分散刘沥青混台料里部分硫磺与 浙青有化学键的结合，溶解在沥青- h 惶批台物的体积增多，硫磺在此时成为沥青材料的增带荆，同时 返部分硫磺作为沥青稀1 ；荆，使粘稠的沥青t 监得稀释“。 当沥青中仅仅有溶解状志的单质硫时其对泥台料的强度的影响是1 f 常有限的。只有当沥青中n a 的硫磺的量大大超过沥青对硫的溶解度时。些溶解币了的。“多余”的单质硫才会影响s e a m 沥青漉台 料的强度，使s e a m 混料的并方面力学性能得刮提高，这一部分“多余”的硫磺分散在沥青相中。溶 解和分敞的硫磺蛀终都形成结晶，惶沥青软化点提高，作为结构强度增渔剂，逃到沥青改性的被粜“。 并且硫磺结晶的数量】8 i i 着s e m1 浙青的重量比j 自加而增加，剧2l 为s e a m n 沥青r 1 ，溶艄! 与结晶比例。 二毒量 一 一 一 熔融状态的单质硫液滴扯沥青相r p 的分散的细度和均匀性对以后竹质硫品格的生妊和对澌青混合 料强度增j j u 的作用有显莆的影响。加拿人的d e m e 曾做过s e a m 微滴分散试验，发现硫磺微滴分散在沥青 中越均匀，浙青改性敛果越蚶”，削22 力熔融硫在浙青中的分敞状忐。如果s e a m 加 沥青混什料后 得不到允分的拌合，会膨响s e a m 沥存泄台料的强度s e a m 混台 ： 小求成让表现山的笄种力学性能的段 * 将都凡十r 析 ，表21 为硫磺馓滴自杆讣聃1 j 不良什敞时的q 歇尔试骑肘此。 幽22 熔融状态的硫以微小的渡滴丹触0 洒青巾 黼 北京建筑t 程学院砸十学位论文s e a m 青月台科路用性能评价，改善技术研究 由收2l 可知，硫磺微滴良蚶均匀分敝在沥青相中能够提高马戤尔稳定度，增加沥青# 拾料的密度， 降低泄合料的卒隙率。这一系列的效果对增强沥青蹄而质量，盘e 长沥青路而寿命都有壹处。l 此es e a m 沥1 f 批台料产牛过剧中麻进行s e a k i 、沥青月i 集料的充分拌和，慊证s e a m 沥青混台料的生产质量。 2 2 1s e a m 对沥青混合料的改性机理 s e a m 掺加刮沥青混台料中不仪魁浙肯段性荆而h 足洲青混合料的沭加剂，即除了s e 删对澌肯的 政性被果外还对整个洲青混合料有改性作”。其原理是：由r 单质醢的熔点为1 1 5 ，比较低，当 s e a m 沥青混台科的$ & 垭低f 硫的熔点时，升i 孜的硫_ f | _ 溶解在沥青中的硫最终会析出，井形成品体网状 结构，这种网状结构将沥青、_ 料等相互l j 结证一起，j b 戚个严密的整体网络结构，外且随着混合料 中s e a h i 的比例增加，返种嘲络不断增高，从而使路面结构增强，稳定度捉断，尤其足对沥1 f 路面的高 温稳定眭政善十仆明品。h23 为硫品怫牛成的网状结构h 目23 “m ，“微 硫悼h “镕m s e a m 沥青混台料中单质硫帕品格牛k 址需要定的n f 问的，哪此s e a m 混合料f j 弄种性能做普不足 像普通浙肯混舟料和聚舟物改性浙青她台料样，仵性台科冷印成型后r u 以血印榆测的，而是剌水泥棍 凝f ：样，她台科试件n 成型肝需要较长的养牛时问才可咀检测s e a m 的馥善怍h j “。| 。s e a m 捏音科 强度般 养牛l4 d 厉稳定， 变化s e a m 的掺量i 以获得全刚性、p h 性、棠性等再种性能的沥青面层。s e a m ：沥青- s 0 ：5 0 时， 可以获得报墁的伞n f l 混台料，按j ! 【体积比计算，s e a m 人约替代了4 0 矗：右的沥青。这种面崖材料儿有 优异的抗下辙性能，但柔性根低，同时由f - s e a m 含量高灌台料摊铺后硬化比较早，必颂迅述操作， 冉：不低下1 10 cr 迅速迓剑所需的压实带立；s e m l ：沥青4 0 ：洲_ | 时，获褂的址半刚性的混合料，人约 l 以代管3 0 左i - 的沥青。这种混合料的稳定度比常蛳的沥青旭台料高，田此铺筑的路面且柯较高的抗 车辙性能，同时义能保持足够的柔_ _ 堑卡较好的抗疲j 7 性能，s e , a ：沥青： 0 ：7 0 的得剑的足“柔性”混 台料，经计算w r 以代替2 0 左i 一的渤青，这种魁台料与常州沥青混合料陆能基本相似，惺应刊稳定性略 蚶一些“。由此1 4 见使j i js e a m 沥青混台料l 忖，采川刊么样的比例，婴根据修建道路的功能需婴和路 而设计的强度、刚度等要求米选抒。 考虑剖以上方面及s e a m 沥青混台丰 的实际应川本论文采i ijs e m1 沥青的质彗比为4 0 ：6 0 ，并 北京建筑工程学院硕士学位论文 第二章s e a m 沥青混合料配合比设计 以此比例进行混合料的配比设计，并确定s e a m 沥青混合料养生时间为1 4 d 。 2 2s e a m 沥青混合料拌和温度和成型温度 因硫磺在7 0 左右开始软化变为胶状体，至1 1 5 1 2 左右完全液化，其与热沥青混合、接触后加以溶 解，并在拌和时快速降低沥青胶结料的粘度，使混合料变得容易拌和、摊铺和碾压。因此可以推断s e a m 沥青混合料的拌和温度和成型温度低于常规沥青混合料。确定s e a m 沥青混合料的拌和温度和碾压温度 具体方法如下： 1 ) 将盛有已知重量s e a m 颗粒的容器置于1 2 0 - 1 4 0 的烘箱中使其融化，在融化后的容器中加入 既定比重的沥青胶结料，并置于高速搅拌器中搅拌约5 分钟。 2 ) 在不同温度下，使用旋转粘度计测量s e a m 颗粒沥青胶结料的粘度。然后绘制粘度和温度关系图， 用于确定粘度为1 7 0 + - 2 0c s t ( o 1 7 0 0 2 p a s ) 情况下的s e a m 沥青混合料拌和温度及粘度为2 8 0 3 0 c s t ( 0 2 8 0 0 2 p a s ) 情况下的s e a m 沥青混合料成型温度。 采用结合料重量比为s e a m ：沥青= 4 0 ：6 0 ，按照以上方法，根据公路工程沥青及沥青混合料试验 规程中的t 0 6 2 5 _ _ 2 0 0 0 沥青布氏旋转粘度试验( 布洛克菲尔德粘度计法) ，测得( s e 删+ 沥青) 结合料 1 1 4 时的粘度为：0 7 p a s ，8 0 时粘度为：1 1 p a s ，绘制粘温曲线如图2 4 。 图2 4s e a m 沥青结合料粘温曲线 从图2 4 可知( s e a m + 沥青) 结合料的拌和温度为1 3 3 1 3 0 ，击实成型温度为1 2 7 1 2 4 。 在试验室对s e a m 沥青混合料的拌和温度和成型温度进行研究，试验表明，s e a m 沥青混合料的拌和温度 可以控制在1 3 0 1 4 0 ，成型温度可以控制在1 2 0 1 3 0 ，而基质沥青混合料的拌和温度为1 7 5 1 5 5 ，击实成型温度为1 5 0 - 一1 3 0 。c 。多次试验发现，s e a m 沥青混合料的拌和温度和击实成型温 度比没有添加s e a m 的沥青混合料均要低2 0 c 3 0 。c 2 1 ，其主要原因就是s e a m 对沥青进行了稀释，降低 了沥青的粘度，节省了沥青混合料加热拌和的能量投入。 2 3s e a m 沥青混合料的配合比设计方法 s e a m 沥青混合料的配合比设计采用规范规定的热拌沥青混合料配合比设计方法，最佳结合料 ( s e 埘+ 沥青) 用量仍然采用马歇尔试验五点法确定，但由于沥青混合料中掺加s e a m 的密度以及掺加的 比例不同，获得的混合料性质不同，因此其配合比的确定又与常规沥青混合料的设计方法又有所不同， 其( s e a m + 沥青) 结合料最佳用量的确定有两种方法，分别是常规混合法和代替公式法。 2 3 1 常规混合法 常规混合法是将s e a m 和沥青按照预先确定的比例进行充分混合，然后将s e a m 和沥青的混合物视为 一个整体，作为结合料，采用热拌沥青配合比设计方法进行常规的马歇尔试验，确定结合料的最佳用量。 9 北京建筑工程学院硕士学位论文 s e a m 沥青混合料路用性能评价与改善技术研究 再按照s e a m 和沥青的比例分别确定s e a m 和沥青的用量。 2 3 2 代替公式法 代替公式法是采用规范规定的热拌沥青混合料配合比设计方法确定相应基质沥青混合料的最佳油 石比，然后采用公式( a ) 确定s e a m 结合料的最佳用量，再按照s e a m 和沥青的比例，分别确定s e a m 和沥 青的用量n ”。 s e a m 沥青混合料代替公式法配比设计步骤如下： 1 ) 采用热拌沥青混合料配合比设计方法 t t t 对基质沥青混合料进行马歇尔试验，求出基质沥青混 合料的最佳油石比； 2 ) 将求得的最佳油石比转化为沥青含量并代入( a ) 式，求得( s e a m + 沥青) 结合料的含量； 3 ) 根据( s e a m + 沥青) 结合料的最佳含量，以及初定的s e a m 、沥青的重量比例，分别计算s e a m 、沥青 的含量： 4 ) 根据2 ) 计算的s e a m 、沥青的含量和设计的集料级配制作马歇尔试件，测试其马歇尔稳定度等其 他指标，检测是否满足技术要求； 5 ) 调整s e a m 、沥青的重量比，重复步骤4 ) 直至满足混合料的技术要求，此时所求得的s e a m 、沥青 的含量即为s e a m 沥青混合料的最佳配比。 ( s e a m + 沥青) 结合料= 而丽万i = i 石五1 0 了0 0 i a 了r 万_ 五i 丽( 口) 式中： a 常规沥青混合料设计中的沥青含量( 基于总混合料重量计算) o r i s e a m 替换比( 一般r = i 5 1 7 ) ，建议取1 7 ； p s 总结合料中s e a g 的重量比( ) 。 2 3 3 ( s e a m + 勃j j 青) 结合料密度的计算 s e a m