（道路与铁道工程专业论文）应力吸收层结合料性能及其关键评价指标研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fd o c t o r c a n d i d a t e - z h o uy a n s u p e r v i s o r ：p r o f c h e ns h u a n f a c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 司连 铷锑：弦 w 。年月鸠日 卅。年石月，；日 摘要 设置改性沥青混合料应力吸收层是刚性、半刚性基层沥青路面抗反射裂缝措施之 一，其延缓反射裂缝性能的关键是其高性能特种改性沥青及其优良的混合料性能。目前， 我国尚未对改性沥青混合料应力吸收层结合料进行系统研究，也缺乏相应的技术规范或 指南，影响了这项新技术的进一步推广和应用。因此，对改性沥青混合料应力吸收层特 别是其结合料的性能进行深入系统的研究，并提出相应的技术要求是目前亟待解决的关 键问题。论文以西部交通建设科技项目复合式路面应力吸收层研究为依托，通过对 改性沥青混合料应力吸收层结合料及其混合料性能进行系统研究，分析了影响应力吸收 层结合料性能及其混合料性能的因素，结合生产实践，推荐出相应的评价改性沥青混合 料应力吸收层结合料的关键指标与标准。 ( 1 ) 分析了改性沥青混合料应力吸收层结合料所用基质沥青类型、化学组分、标 号、改性剂类型、剂量、改性工艺、存储条件等因素对其性能的影响。通过微观结构观 测和宏观性能试验，解释了各改性剂之间的相互作用机理，提出了高性能应力吸收层沥 青结合料的改性方案和加工工艺，制备出高温稳定性和耐老化性能优良，弹性恢复性能 以及低温抗裂性能卓越的改性沥青混合料应力吸收层结合料。 ( 2 ) 针对现有规范中普通改性沥青评价指标体系的不足，结合应力吸收层的功能 要求，推荐了相应的应力吸收层结合料的技术要求，并选择有代表性的s b s 改性、s b r 改性、q p 改性、g c 改性、t p s 改性、s a m 改性以及s t r 改性沥青等几种改性沥青结 合料，进行了老化前后的感温性能、高温性能、低温性能、粘韧性以及弹性恢复等性能 的对比研究。结合老化前后沥青宏观性能指标的变化规律，采用凝胶渗透色谱和灰关联 法对改性沥青的老化机理进行研究发现，沥青相老化前后的分子量及分散度变化是影响 改性沥青宏观性能的最显著因素。 ( 3 ) 针对应力吸收层在路面结构中的受力特点，在相关研究的基础上提出了评价 改性沥青混合料高温性能的贯入试验方法，通过数值模拟与试验研究，分析了加载压头 直径、试件形状、加载速率、试验温度、改性沥青类型、级配类型等因素对贯入试验结 果的影响，推荐了应力吸收层沥青混合料高温抗剪指标。通过对沥青结合料技术指标与 其混合料高、低温性能进行灰关联分析，分析了应力吸收层结合料对其混合料性能的影 响，提出了应力吸收层结合料的关键评价指标。 关键词：反射裂缝，应力吸收层，改性沥青，评价指标，凝胶渗透色谱，灰关联法， 沥青混合料 s e t t i n gs t r e s sa b s o r b i n gl a y e r 、析t hm o d i f i e da s p h a l ti so n eo ft h em e a s u r e so f a n t i 。r e f l e c t i v ec r a c k i n gi ns e m i - r i g i do rr i g i db a s ea s p h a l tp a v e m e n t i t ss p e c i a lm o d i f i e d a s p h a l ta n dm i x t u r ea l ec r i t i c a lt ot h ep e r f o r m a n c eo fa n t i r e f l e c t i v ec r a c k i n g b u ta t p r e s e n t ，s y s t e m a t i cs t u d ya n dt h es p e c i f i c a t i o no rg u i d ef o rs t r e s sa b s o r b i n gl a y e ra s p h a l t b i n d e ri nc h i n aa l es t i l l b l a n k , t h i sb r i n g sd i f f i c u l t i e sf o rt h ep o p u l a r i z a t i o na n d a p p l i c a t i o no ft h i sn e wt e c h n o l o g y t h e r e f o r e , f u r t h e rr e s e a r c ho nt h ep r o p e r t i e so fs t r e s s a b s o r b i n gl a y e ra s p h a l tb i n d e ri sn e e d e da n ds p e c i f i c a t i o nf o r t h ea s p h a l tb i n d e ri su r g e n t r e l y i n go nw e s tt r a f f i cc o n s t r u c t i o np r o j e c tr e s e a r c ho nc o m p o s i t ep a v e m e n to fs t r e s s a b s o r b i n gl a y e r ，s y s t e m a t i cs t u d i e so na s p h a l tb i n d e ra n dm i x t u r ew e r ec a r r i e do na n d i n f l u e n c i n gf a c t o r so nt h ep e r f o r m a n c ew e r ea n a l y z e d b a s e do nt h ep r o d u c t i o np r a c t i c e ， k e yc o n t r o li n d e xa n de v a l u a t i o ns t a n d a r df o rs t r e s sa b s o r b i n gl a y e ra s p h a l tb i n d e rw e r e p r o p o s e d ( 1 ) f a c t o r st op e r f o r m a n c eo fs t r e s sa b s o r b i n gl a y e ra s p h a l tb i n d e rw e r ea n a l y z e d ， s u c ha sb a s ea s p h a l t , c h e m i c a lc o m p o n e n t s ，a s p h a l tg r a d e ，m o d i f i e rt y p ea n d d o s e ， m o d i f i c a t i o nt e c h n o l o g ya n ds t o r a g ec o n d i t i o n s b a s e do nt h em i c r oo b s e r v a t i o na n d m a c r oe x p e r i m e n t s ，m e c h a n i s mo fi n t e r a c t i o n a m o n gm o d i f i e r sw a ss t u d i e da n d e x p l a i n e d t h e ns a t i s f a c t o r ym o d i f i c a t i o np r o g r a ma n dt e c h n o l o g yw e r ep r o p o s e d s t r e s s a b s o r b i n gl a y e rm o d i f i e da s p h a l th a sg o o dh i g ha n dl o wt e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c e ，a g i n g r e s i s t a n c ea n de x c e l l e n te l a s t i cr e c o v e r yp r o p e r t i e s ( 2 ) a i m i n ga tt h es h o r t a g eo fe x i s t i n ge v a l u a t i o ns y s t e mf o rm o d i f i e da s p h a l t , a n d c o m b i n e i n gw i t hf u n c t i o nr e q u i r e m e n t s ，t e c h n i cr e q u i r e m e n t sf o rs t r e s sa b s o r b i n gl a y e r b i n d e rw e r er e c o m m e n d e d m e a n w h i l er e p r e s e n t a t i v em o d i f i e da s p a h l tw e r es e l e c t e d ， s u c ha ss b sm o d i f i e da s p h a l t ，s b rm o d i f i e da s p h a l t , q pm o d i f i e da s p h a l t ，g cm o d i f i e d a s p h a l t ，t p sm o d i f i e da s p h a l t ，s a mm o d i f i e da s p h a l ta n ds t rm o d i f i e da s p h a l t ，a n d p e r f o r m a n c e so ft h e s ea s p h a t sa th i g ha n dl o wt e m p e r a t u r e ，t e m p e r a t u r es u s c e p t i b i l i t u , t o u g h n e s sa n dt e n a c i t ya n de l a s t i cr e c o v e r yc a p a b i l i t yb e f o r ea n da f t e ra g i n gw e r e i i i s t u d i e da n dc o m p a r e d c o m b i n e i n gw i t ht h ec h a n g e so fm a c r o s c o p i cp r o p e r t i e si n d e xf o r a s p a h l tb i n d e rb e f o r ea n da f t e ra g i n g ，a g i n gm e c h a n i s m so fm o d i f i e da s p h a l tw e r e s t u d i e db yg e lp e r m e a t i o nc h r o m a t o g r a p h ya n dg r e yr e l e v a n tm e t h o d a n dt h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a tc h a n g e si nm o l e c u l a rw e i g h ta n dd i s p e r s i o nd e g r e eo fa s p h a l tb e f o r ea n d a t t e ra g i n ga r et h em o s ti m p o r t a n tf a c t o r si n f l u e n c i n ga s p h a l tm a c r o s c o p i cp r o p e r t i e s ( 3 ) c o n s i d e r i n gt h ef u n c t i o no fs t r e s sa b s o r b i n gl a y e ri nt h ep a v e m e n ts t r u c t u r e ， p e n e t r a t i o nt e s tf o ra s p h a l tm i x t u r ea th i g ht e m p e r a t u r ew a sp r o p o s e do nt h eb a s i so f r e l e v a n tr e s e a r c h c a l c u l a t i o nc o m b i n e dw i t ht h et e s t , t h ei n f l u e n c eo ft e s te o n d i f i o n s s u c ha sd i a m e t e ro fp r e s s u r eh e a d ，s p e c i m e ns h a p e ，l o a d i n gr a t e ，t e m p e r a t u r e ，a s p h a l ta n d g r a d i n gt y p ew a sd i s c u s s e d f i n a l l y , as h e a ri n d e xf o ra b s o r b i n gl a y e ra s p h a l tm i x t u r ea t h i g h tt e m p e r a t u r ew a sr e c o m m e n d e d i na d d i t i o n , g r e yr e l e v a n tm e t h o dw a su s e dt o a n a l y z et h er e l a t i o n s h i p b e t w e e na s p h a l ta n dm i x t u r ep e r f o r m a n c e ，a n dt h ek e y e v a l u a t i o ni n d e xf o rs t r e s sa b s o r b i n gl a y e r a s p h a l tb i n d e rw e r er e c o m m e n d e di nt h e p a p e r k e y w o r d s ：r e f l e c t i v ec r a c k i n g ，s t r e s sa b s o r b i n gl a y e r , m o d i f i e da s p h a l t ，e v a l u a t i o n i n d e x ，g e lp e r m e a t i o nc h r o m a t o g r a p h y , g r e yr e l e v a n tm e t h o d ，a s p h a l t m i x t u r e i v 目录 1 1 研究及应用3 7 9 1 4 1主要研究内容1o 1 4 2 技术路线lo 第二章改性沥青影响因素分析1 2 2 1 聚合物改性沥青机理1 2 2 2 影响沥青改性效果的因素1 4 2 2 1基质沥青组分及配伍性研究1 4 2 2 2s b s 改性剂影响18 2 2 3 相容剂影响2 3 2 2 4 稳定剂影响2 4 2 2 5 复合改性影响2 6 2 2 6 加工工艺影响2 8 2 2 7 存储稳定性研究31 2 3 改性效果检验3 5 2 4 本章小结。3 6 第三章应力吸收层结合料性能研究3 8 3 1 应力吸收层结合料感温性指标。3 8 3 1 1 针入度指数3 9 3 1 2 针入度粘度指数4 3 3 1 3 粘温指数4 4 3 2 应力吸收层结合料高温性能指标。4 5 3 2 1常规试验4 5 3 2 2 动态剪切流变试验4 7 3 3 应力吸收层结合料低温性能指标4 9 3 3 1 常规试验4 9 3 3 2 测力延度5 1 3 4 弹性恢复和粘韧性5 7 3 4 1弹性恢复5 7 3 4 2 粘韧性5 9 v 3 5 应力吸收层结合料综合性能评价6 0 3 6 本章小结6 1 第四章应力吸收层结合料老化机理分析6 3 4 1 凝胶渗透色谱6 3 4 2 改性沥青老化前后g p c 谱图。6 4 4 2 1 改性剂的老化6 5 4 2 2 沥青的老化7 0 4 3 灰关联法7 3 4 4 分子量分布的变化对改性沥青老化性能的影响分析7 4 4 5 本章小结8 2 第五章应力吸收层结合料关键评价指标研究。8 4 5 1 试验原材料8 4 5 2 温度对抗压回弹模量的影响8 7 5 3 沥青结合料对混合料高温性能的影响8 8 5 3 1高温贯入试验8 8 5 3 2 加载压头与试件规格的计算分析8 8 5 3 3 贯入试验参数的确定9 3 5 3 4 各因素对贯入试验结果的影响“9 5 5 3 5 沥青结合料指标对高温抗剪性能的影响1 0 1 5 4 沥青结合料对混合料低温性能的影响1 0 6 5 4 1 弯曲破坏试验1 0 6 5 4 2 弯曲蠕变试验。1 1 0 5 4 3 沥青结合料指标对低温抗裂性能的影响11 2 5 5 应力吸收层沥青结合料关键评价指标推荐113 5 6 本章小结1 1 5 结论1 18 l 主要研究结论1l8 2 主要创新点1 2 0 3 进一步研究的建议1 2 0 参考文献1 2 1 攻读学位期间取得的研究成果1 2 9 g c谢13 0 v 1 长安大学博士学位论文 第一章绪论弟一早珀下匕 路面白上世纪7 0 年代末在我国应用以来，已有3 0 多年的历史，因 的强度，能够有效增加路面承载力，为面层提供稳定的支撑，并能 充分发挥沥青面层行车舒适的优点，因此被广泛应用于我国高等级公路新改建工程中。 我国半刚性基层沥青路面一般多采用石灰、粉煤灰、水泥等水硬性结合料处治稳定碎砾 石等基层材料1 1 ，这类材料在强度形成过程中，易产生干缩或温缩变形，在材料内部易 产生收缩裂缝【2 】。而刚性基层沥青路面集中两种路面结构的优点，基层可大大提高路面 结构的承载力，沥青面层可有效改善路面行车的舒适性，刚柔并济，大大提高路面的使 用性能。但为了解决刚性基层的收缩裂缝问题，一般己经在板面隔一定间距预制了各类 接缝，在温度循环变化和交通荷载的交互作用下，半刚性基层或刚性基层原有裂缝( 接 缝) 边缘易于移动变形，引起与裂缝对应位置的沥青混凝土加铺层底部产生应力集中， 从而形成反射裂缝。 另一方面，伴随着社会经济的快速发展和交通量的增加，对道路使用性能提出了 更高要求，许多高等级公路进入改造或维修阶段，低等级路面也面临着升级为高等级路 面的任务。我国每年约有1 2 的路面要大修，国家交通发展战略由以前的“重在建设” 转变为“建养并重 。无论是旧路维护还是低等级公路改造升级，在原有路面上加铺新 沥青面层是普遍采用的措施。但是，如果不采取特殊的防治措施而直接在原有路面上加 铺沥青面层，原有旧路面的横向裂缝、纵向裂缝、龟裂、板角开裂以及结构缝等会很快 的反射到沥青加铺面层上来，形成反射裂缝。 因而，无论在新建半刚性基层或刚性基层沥青路面中，还是在旧路加铺结构中均 存在反射裂缝问题，如何防止或延缓反射裂缝的产生是目前公路界面临的一项核心课 题。反射裂缝的存在一方面破坏了路面的整体性和连续性，影响了路面的使用品质和路 表的美观；更为严重的是，裂缝的存在为路表水提供了下渗通道，路表水通过裂缝进入 基层、路基，大大削弱了路基的强度和刚度，在大量行车荷载反复作用下，产生冲刷和 唧泥现象，使裂缝加宽，裂缝两侧的沥青面层碎裂，加速沥青路面的破坏，严重影响沥 青路面的使用性能。 国内外道路工程界对防止或减缓沥青加铺层反射裂缝的措施仍在试验及探索过程 中，目前采用的主要方法有以下几种，如：增加沥青层厚度、设置碎石裂缝缓解层、在 l 第一章绪论 沥青加铺层与水泥混凝土路面板间设置土工布、土工格栅、改性沥青油毛毡、钢丝网或 改性( 橡胶) 沥青应力吸收薄膜( s a m i ) 等【3 。5 】。这些措施对防止或减缓反射裂缝具有 一定的效果，但均有不足之处。有效地防止和减少沥青路面基层的反射裂缝应该从其结 构本身入手，其中设置改性沥青混合料应力吸收层防止反射裂缝的发生，得到了国内外 研究者的一致推崇。与前几种方法的根本区别是它从问题的本质出发，改变了以往强行 阻隔裂缝产生的做法，不在基层材料配合比及沥青层的厚薄上做文章，而是对裂缝进行 积极的引导，为工程界提供了全新的选择。 改性沥青混合料应力吸收层采用特种改性沥青制备，沥青含量高达9 左右，形成 富沥青砂粒式沥青混合料，设置于沥青面层与半刚性( 或刚性) 基层之间。该混合料的 抗裂抗渗功能主要通过特种改性沥青高弹、超柔韧性，以及高含量沥青混合料的自愈合 能力和能量消散作用实现。其技术优势主要集中在六个方面：卓越的延缓裂缝扩展能 力。该沥青混合料由高弹性聚合物改性沥青和特殊级配的集料组成，成型后密实、粘结 力强、不渗水，与基层有良好的结合性能，能随之变形而变形，具有优良的自愈能力。 结构密实，能有效防止路表水下渗和毛细水上升，避免路面或路基产生水损害。良 好的层间粘结作用。采用特种改性沥青，沥青含量高达9 左右而成为富沥青混合料， 将沥青面层和基层连接成一个整体。优良的抗疲劳性能。应力吸收层混合料具有适宜 的模量，体现出优越的变形特性及疲劳耐久性，确保路面结构的稳定性。施工技术相 对简单，质量更易控制。该混合料可利用普通沥青混合料的施工设备及合适的工艺参数 进行施工，即可保证其铺筑质量。可大大节约施工时间，便于后期路面养护和再生利 用等。 美国科氏公司的s t r a t a 技术在美国旧路面沥青罩面中成功应用后，于2 0 0 1 年 首次在我国湖北武黄高速公路旧路面加铺中应用，后来在湖北汉宜高速公路旧水泥混 凝土路面加铺工程和北京、山东等地的旧路维修中逐渐大面积推广，取得了良好的使 用效果。但是一般改性沥青难以达到应力吸收层改性沥青的技术要求，需采用科氏公司 提供的特种s t r a t a 沥青材料，价格较高，并要在其工程技术人员的指导下实施，初 期建设成本比较高，限制了其全面推广。而且，其结合料的评价指标采用s h r p 指标体 系，混合料采用维姆稳定度等指标，与我国规范规定指标不相符。而鉴于目前我国半刚 性( 或刚性) 基层沥青路面的修建以及水泥混凝土路面的维修任务十分繁重，其中防 反射裂缝措施又是其维修质量保证的关键，因此迫切需要研制适合我国国情特点的应 2 长安大学博上学位论文 力吸收层材料，制定适合我国国情的应力吸收层评价指标体系，以便大面积推广应用 应力吸收层技术以适应中国道路修建。 1 2 应力吸收层结合料国内外研究及应用 应力吸收层混合料实质是一种富沥青的沥青砂，沥青结合料性质对于应力吸收层 混合料的路用性能有着至关重要的影响 6 - 9 ，应力吸收层沥青结合料国内外研究及应 用汇总见表1 1 所示。 ( 1 ) 应力吸收层结合料在国内的研究及应用 长安大学【1 她1 】从2 0 0 1 年就开始对应力吸收层沥青结合料改性方案和应力吸收层 材料特性进行研究，已先后在湖北汉宣高速公路、山东济聊高速公路、桂海高速公路、 青银高速公路山西段路面改造工程以及济福高速公路河南商菏段、子洲一靖边高速公 路等新建道路中加铺应力吸收层实体工程，并编制了s a m p a v e 应力吸收层改性沥 青及混合料设计施工技术指南，经过多年的野外观察，至今未发现反射裂缝。其应 力吸收层高性能改性沥青结合料的技术要求如表1 1 所示。 除了对闪点、老化后弹性恢复提高要求外，长安大学对应力吸收层改性沥青的 1 3 5 粘度指标要求提高到2 2 3 2 p a s ，而不是按照施工难易程度为不大于3 p a s ，这 对保证改性沥青的高温品质是极其重要的。根据工程实际应用证明，应力吸收层改性 沥青粘度较大，其混合料的摊铺碾压等温度均高于一般改性沥青，所以提高应力吸收 层改性沥青的粘度范围要求是合理的。 哈尔滨工业大掣3 ，2 2 】根据沥青指标与混合料疲劳寿命关系，归纳出应力吸收层混 合料所用高粘改性沥青结合料的指标要求，并在吉林省长春榆树市科尔沁右翼前旗一 铁力公路c 标段铺筑了3 0 5 米的二级公路试验段。其应力吸收层改性沥青虽然采用了 6 0 粘度、1 5 及2 0 针入度、粘韧性等多指标进行控制，但未对老化后的沥青指标做 出明确的规定。 成都市一环路【2 3 】1 日水泥混凝土路面改造工程中，应力吸收层采用美国科氏沥青公司 泸州分公司提供的专用罐装沥青，其技术要求基本采用科氏公司推荐的指标要求( 见表 1 1 ) ，只是对针入度、5 延度、老化后5 延度以及软化点等指标稍做调整，而沥青 的实际试验结果远高于所提出的技术要求。 , q - o v ，一、 、 田 镫 noko 9 o- n 口 n t 中 可 口小 o 卜、 中 n 一 aoon n o0 o 口 卜、 n v i 胃 凛啦 。o 兮 - n nn 乜 l r 、 n 寸o x 一 v v nn n 蜷舄 寸口 a 靼 o 生鎏 小 甘 o 小 nn n i i 卜 一 o 卜 o 喂召 - noo乜 g曼 oo g 、 口 蝴 0 h 天 n o9 nn 斌谴 v o n oi n 西卜 晕煅 。 口 oo n - n - n v 、 卜 衬 卜 nv i i i 惺追 0 i i v i n j 雩 匦 oi no n 小oo n 卜 v 小 卜 、口 v 2 no n 小n o 乜 一 ov 、 蛙蜊 口卜n v 小 n 9 v n口 趁袒 n o 矧制 gi n on小o o v 、 o 醛恒 彳 口v 、小 n寸 n天 ：2 n nv v n oo寸oo o 赣旨 卜口寸 w 卜、 曷v i n口 锓1 i l i i l i 叹尝 ono 寸 o 口 o o 口n v 卜 vv n 茌苣 寸 粒瑙 m r - ,寸 ? 加褪 n- n l i i 一 o oo n 弗 。o v 、 o o 芎n9 1 寸卜 o 一 o 藻 o v 、 n v n n0 n 昏o i n 强扑 卜卜i n小 中 芎 一 i ni n 半k n nv n口 一 g l 基 g g 逞 殳 鋈 鋈 薹 型 兰划 p 怒 捌 蜊 c o c o 黑c o 太 p一 兰炼9 0 # 。 第二章改性沥青影响因素分析 针入厦软化点5 c 延厦 图2 2 改性剂与基质沥青配伍性试验 沥青是一种成分极其复杂的有机高分子化合物，采用不同原油炼制而成的沥青其 组分显然是不同的，即便是同一种原油，因炼制工艺的不同所得沥青的组分比例也不尽 相同。因此，这种通过比较同种改性剂对不同基质沥青改性效果的方法存在很大的缺陷， 正确的思路应该是对同一种沥青进行改性【6 5 1 。为了进一步验证复合改性剂与盘锦沥青的 配伍性，对盘锦沥青其它标号的化学组分进行了进一步的验证，试验结果见表2 2 所示。 表2 2 盘锦沥青各标号化学组分 沥青沥青试各组分+ 瓶( 沥青质+ 饱和分)( 饱和分+ 芳香 标号 样重儋 瓶重g 各组分含量 重鹰 ( 胶质+ 芳香分) 分) 1 0 2 4 91 1 3 0 1 9 61 1 3 1 5 0 6 沥青质 1 2 7 8 盘锦 1 0 2 4 911 4 8 8 3 41 1 5 2 3 l o 饱和分 3 3 9 2 8 7 6 26 7 1 7 0 # 1 0 2 4 9l3 6 9 6 7 813 7 3 0 7 9 芳香分 3 3 1 8 1 0 2 4 9l3 7 4 3 9 613 7 6 4 5 7 胶质 2 0 1 l 1 0 1 4 012 0 2 9 5 212 0 3 7 7 8 沥青质 8 1 5 盘锦 1 0 1 4 01 2 1 6 8 8 012 2 0 5 7 6 饱和分 3 6 4 5 8 0 5 16 9 5 l 9 0 # 1 0 1 4 0 1 6 0 1 0 2 016 0 4 3 7 2 芳香分 3 3 0 6 1 0 1 4 010 7 9 5 8 41 0 8 18 4 9 胶质 2 2 3 4 1 0 0 6 1 11 3 0 1 7 ll1 3 0 8 8 5 沥青质 7 1 盘锦 1 0 0 6 1l1 4 8 8 1 51 1 5 2 2 9 7 饱和分 3 4 6 1 7 1 5 4 6 8 5 2 l l o # 1 0 0 6 1 l1 6 9 6 4 0 1 1 7 3 0 5 2 芳香分 3 3 9 l 1 0 0 6 ll3 7 4 3 7 613 7 6 8 2 9 胶质 2 4 3 8 1 2 1 2 01 1 8 3 6 6 l l1 8 4 3 9 5 沥青质 6 0 6 盘锦 1 2 1 2 01 2 1 6 8 9 11 2 2 0 8 2l 饱和分 3 2 4 3 6 2 5 66 9 7 1 3 0 # 1 2 1 2 01 6 0 1 0 1 016 0 5 5 2 8 芳香分 3 7 2 8 1 2 1 2 010 7 9 5 9 510 8 2 5 3 2 胶质 2 4 2 3 l w c o r b e t t 认为沥青中饱和分的含量不能过多，否则，将使沥青中分散介质的芳香 1 6 长安大学博士学位论文 度过低，不能形成稳定的胶体分散体系：沥青中芳香分的存在有利于提高沥青中分散介 质的芳香度，使胶体体系易于稳定；胶体本身具有良好的塑性和粘附性，是沥青中必不 可少的组分，它能使沥青质稳定的胶溶于胶体体系中；沥青质的存在对改善沥青的高温 性能有利，但沥青质含量过高，会降低沥青的延度。一般认为，沥青质是液态组分的增 稠剂，胶质对改善沥青的延度有显著效果，芳香分对沥青质有较好的胶溶作用，形成稳 定的胶体结构，而饱和分则是软化剂 6 6 1 。 由表2 2 可以看出：随沥青标号的增加，沥青质含量降低，沥青组分指数c i 值下降， 而盘锦1 3 0 # 基质沥青的c i 值降到7 0 以下，但各标号的沥青芳香分的含量均在3 3 以 上。 沥青的标号，不仅影响到沥青与聚合物的相容性，还影响到改性后的性质。研究认 为：随着针入度的减小，相容性降低，网状结构形成所需要的聚合物量增加，搅拌的时 间会延长，温度敏感性也增强，所以改性宜采用高标号的沥青。另外，高标号沥青修筑 的沥青路面，低温柔性好，不容易发生温度裂缝，即使产生也会在较高的温度下弥合。 正是由于上述原因，采用高标号低粘度的沥青，可发挥高分子聚合物改善沥青高温抗变 形能力好的特点；而低粘度沥青低温柔性好的特点也能得到保持和加强，从而达到同时 改善高、低温性能的改性效果。为了研究沥青标号对改性沥青性能的影响，采用同种复 合改性剂分别对四种标号的基质沥青进行改性，改性前后对比结果见表2 3 所示。 表2 3 沥青标号对改性沥青的影响 一 针入度( 1 0 0 9 ，5 s ， 软化点延度e r a 2 5 ) o 1 m i l l 沥青类型 改性前改性后改性前 改性后改性前( 1 0 ( 2 )改性后( 5 ) 7 0 # 盘锦 7 5 55 8 84 8 79 4 3 1 0 02 8 3 9 0 # 盘锦 8 4 17 1 84 5 68 7 4 1 0 04 2 7 1 1 0 # 盘锦 1 0 7 38 1 54 4 58 1 o l o o6 1 9 1 3 0 # 盘锦 1 2 9 48 8 04 6 3 7 5 1 1 0 06 4 8 将各标号沥青改性后的三大指标绘于同一图中，对比结果如图2 3 所示。 1 7 第二章改性沥青影响因素分析 7 0 # 9 0 # 沥青标号1 1 0 # 1 3 0 # 图2 3 各标号盘锦沥青改性效果对比图 由图2 3 可以看出，在掺加相同的改性剂剂量情况下，随着基质沥青标号的增大， 复合改性沥青的延度和针入度会增大，而软化点下降；其中，标号从7 0 撑11 0 # 增大 时，5 c 延度增加趋势最为明显；而从1 1 0 # 1 3 0 # 增大时，5 延度增加程度明显变 弱。也就是说，随着标号的增加，延度并不是呈线性增长，但软化点下降较为明显。 因此，用复合改性来改善沥青的综合性能时，要根据实际情况选择合适的基质沥青标 号，标号越高，要达到同样的软化点需要相应的增加改性剂的剂量，成本也会增加。 根据图2 3 显示的改性结果，11 0 # 改性和1 3 0 # 改性沥青低温延度明显改善，均大于 6 0 c m 且相差不大，但1 3 0 # 改性沥青的软化点为11 0 # 改性沥青软化点的9 3 。从改性 效果和经济角度考虑，l1 0 # 改性沥青更优于其它标号的改性。 但是，从表2 2 可以看到，1 3 0 # 基质沥青的c i 值为6 2 5 6 ，而其它标号均在7 0 以上，均不满足基质沥青c i 值为2 6 - - 3 2 的选择条件，但改性效果却较好，因此无 法从c i 值的大小判定本复合改性剂对沥青的改性效果。而盘锦沥青各标号的饱和分 与芳香分含量均在6 5 以上( 其中芳香分含量均在3 3 以上) ，远大于兰炼9 0 # ( 含 量为6 0 3 ) ，为复合改性剂能够较好的溶胀提供了充分的轻质组分，这也是盘锦沥 青改性效果较好的原因所在。 2 2 2s b s 改性剂影响 s b s 最大的特点是它的高弹性，高温下不软化，低温下不发脆，目前道路沥青改性 使用最多的是s b s 改性沥青，图2 4 为s b s 结构示意图。 1 8 加 绚 士学位论文 图2 4s b s 热塑性弹性体结构示意图( 上图为星型，下图为线型) ( 1 ) s b s 改性剂的种类 由于不同s b s 微观结构上的差异，即使对同一种沥青进行改性，s b s 吸附在表面 的组成也不完全一致，数量上也不完全一样。因此一种s b s 加入后，沥青相性质与原沥 青相比向好的方面转化，换一种改性剂则转化不明显或者相反。这就是沥青对改性剂具 有选择性的原因。为了选择与基质沥青相容性好的改性剂，选择多种s b s 改性剂进行配 伍性试验，其中s b s 1 、s b s 2 、s b s 3 、s b s - 4 、s b s 一5 、s b s 6 、s b s 7 、s b s 8 八种 改性剂的外观及技术指标见表2 4 所示。 表2 4s b s 改性剂技术指标 指标 s b s 1s b s 2s b s 3s b s - 4s b s 5s b s - 6s b s 7s b s 8 结构星型线型线型星型星型线型星型 线型 外观碎粒状碎粒状碎粒状碎粒状碎粒状碎粒状碎粒状碎粒状 嵌段比s b 3 0 7 04 0 6 03 0 7 03 0 7 03 0 7 03 0 7 0 2 2 7 8 3 0 7 0 采用同一种基质沥青和其它助剂的情况下，上述八种改性剂改性后的三大指标如表 2 5 所示。 从表2 5 可以看出线型s b s 与星型s b s 对于改性沥青各方面性能具有不同的影响。 星型结构的s b s 对于改性沥青的高温性能影响较大，对于本试验中的改性沥青，星型结 构s b s 改性后软化点比基质沥青提高幅度大，普遍在7 0 以上( 只有s b s 5 低于7 0 ) ； 低温性能影响较小，5 延度普遍低于7 0 c m ，只有s b s 5 大于1 5 0 c m 。而线型结构s b s 对于改性沥青的低温性能改善良好，低温延度普遍达到1 2 0 c m 以上( 只有s b s 6 偏低) ， 但软化点提高的幅度较小，只有s b s 6 达到7 0 c 以上。 1 9 第二章改性沥青影响因素分析 表2 5s b s 改性效果对比 s b s 类型 针入度( 1 0 0 9 ，5 s ，2 5 c ) 0 1 m m 软化点5 延度c m 基质沥青 l l o 64 3 45 5 8 s b s 18 4 48 3 16 1 8 s b s 21 0 9 56 3 41 2 4 3 l s b s 38 7 6 6 4 2 1 5 0 s b s - 48 0 38 5 15 2 1 9 s b s 58 5 36 3 0 1 5 0 s b s - 67 5 17 4