（道路与铁道工程专业论文）我国沥青指标的试验评价及附加指标的研究.pdf

东南大学硕士学位论文 摘要 路面是公路的重要组成部分，路面工程质量对道路使用性能具有特重要的意 义。沥青路面以其优越的路面使用性能得到了全世界范围内的广泛应用。在我国， 因国民经济高速发展而带来的交通量迅速增长、车辆大型化、超载严重、交通渠 化等问题，使沥青路面出现了早期的破坏。尽管导致沥青路面的破坏因素很多， 但是，沥青胶结料的性能是其中重要的一部分。目前，各国指标体系完全不一致， 而且我国沥青指标体系也有待进一步完善。所以，通过对我国沥青指标进行试验 与评价，提出附加指标具有重要的现实意义。 首先，论文在系统的分析了国内外沥青性能指标体系以及分级依据的基础 上，对基质沥青和改性沥青进行了常规试验，包括三大常规指标( 针入度、延度、 软化点) 、粘度等，从而对我国现有的沥青关键性能指标进行分析和评价。 其次，沥青在高温下的粘滞性与沥青路面力学行为联系是最密切的。因此， 根据粘度的物理含义，开发了符合粘度原始意义的稠度仪，提出稠度附加指标， 认为4 5 或6 0 。c 稠度能更好的反映沥青的粘弹性特性，与路面性能有较大的相 关性，能更好的评价沥青的高温性能。为了更好的评价沥青的低温性能，本文在 延度试验的基础上，开发了新型测力延度仪。通过测力延度试验，不仅能有效测 出延度，而且能测出试样在拉伸过程中力、功的变化。通过对曲线的分析，可以 看出，与单一的延度相比，测力延度能更好的评价沥青的低温性能。通过与s h r p 低温劲度的相关性分析，确定补充的测力延度评价指标如下：( 1 ) 基质沥青：有 效拉伸柔量d l f o ( 能量w l 或斜率比ik o 瓜li ) ；( 2 ) 改性沥青：能量比w 2 ，w 1 ， 柔量d f z 或应力差值比口l _ f z ) ( f o f z ) 等。 第三，通过老化实验，分析了常用的沥青老化指标以及s h r p 试验中不同老 化因素对沥青性能的影响，揭示了老化时间、热、氧及水对沥青老化过程的影响 以及改性剂的老化规律。 最后，通过混合料试验，进一步证实了本文所提沥青性能附加指标的合理性。 本文通过试验分析研究，对沥青的性能进行了一定的探讨，为新指标在沥青 性能上的应用提供了的一定的依据。 关键词：沥青指标体系稠度测力延度s h r p 老化混合料 _ 窖 y 东南大学硕士学位论文 a b s 仃a c t a b s t r a c t t h ep a v e m e n ti sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n ti nr o a d ，i t sq u a l i t yi sm o r ei m p o r t a n te s p e c i a l l y a p p l i c a t i o n so fa s p h a l tp a v e m e n ta r es p r e a di nt h er a n g eo f t h ew o r l da si t ss u p e r i o rr o a d p e r f o r m a n c e t h en a t i o n a le c o n o m yd e v e l o p e da tt o ps p e e dr e s u l t e di nt h et r a f f i cr a p i di n c r e a s e d ， t h et e n d e n c yo fl a r g e - s c a l e da n do v e r l o a d e dv e h i c l ea n dt r a f f i cc h a n n e l i z a t i o na n ds oo nb r o u g h t a b o u ta s p h a l tp a v e m e n tf a c e do ns e v e r et e s t t h o u g ht h ef a c t o r st h a tr e s u l ti nd e s t r o ya r ev e r y m u c h ，t h ep e r f o r m a n c eo fa s p h a l ti sa ni m p o r t a n tp a r t i nt h ec u r r e n t ，t h ei n d e xs y s t e mo fa l l c o u n t r i e si s n td i f f e r e n ta n dt h ei n d e xs y s t e mo fo u rc o u n t r yn e e d sf u r t h e rp e r f e c t s ot h r o u g ht e s t a n da n a l y s i s ，i th a si m p o r t a n tr e a l i s t i cm e a n i n gt op u tf o r w a r dt h ea d d i t i o n a li n d e x f i r s t l y , a c c o r d i n gt ot h es y s t e m a t i ca n a l y s i so ft h ea s p h a l ti n d e xs y s t e mo fa l lc o u n t r i e s ，s o m e t e s t so fu n m o d i f i e da s p h a l ta n dm o d i f i e da s p h a l ta r ed o n e t h r e eg e n e r a li n d e x s ( p e n e t r a t i o n ， d u c t i l i t y , s o f t e n i n gp o i n t ) ，v i s c o s i t y , a n ds oo n ，a r ei n c l u d e d s e c o n d l y ，t h er e l a t i o no fv i s c o s i t ya n dp a v e m e n tp e r f o r m a n c ei sm o s tc l o s e s oa c c o r d i n g t o p h y s i c sm e a n i n go fv i s c o s i t y ，t h ec o n s i s t e n c ym a c h i n ei sd e v e l o p p e d 4 5 。co r6 0 * cc o n s i s t e n c y t e s ts h o wt h ec o n s i s t e n c yo f u n m o d i f i e da s p h a l ta n dt h er e g r e s s i o nv i s c o s i t yo fm o d i f i e da s p h a l t c a na p p r a i s e sm o r eu s e f u l l yt h ea s p h a l th i g h t e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c e t oa p p r a i s em o r eu s e f u l l y l o w t e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c e ，f o r c e d u c t i l i t ym a c h i n ei sd e v e l o p p e d t h r o u g hf o r c ed u c t i l i t yt e s t ， i tc a nn o to n l yo b t a i n st h ed u c t i l i t yb u ta l s ot h ef o r c ea n dw o r k t h r o u g ha n a l y z i n gc u r v e ，i ic a nb e f o u n dt h a tm e a s u r i n g s t r e s sd u c t i l i t yc a na p p r a i s eu s e f u l l yt h el o w - t e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c eo f a s p h a l t c o m p a r e dw i t ht h es t i f f n e s so fs h r p ，t h ei n d e xo ff o r c ed u c t i l i t yd e t e r m i n e di sa sf l o w ( 1 ) u n m o d i f i e d a s p h a l t ：u s e f u lc o m p l i a n c ed 1 f 0 ( e n e r g yw 1o ri n c l i n e dr a t er a t i o k o k 11 ) ； ( 2 ) m o d i f i e da s p h a l t ：e n e r g yr a t i ow j 厢l ，c o m p l i a n c ed f z o r ( f l f z ) ( f 0 一f z ) ，e t c t h i r d l y , t h r o u g ha g i n gt e s t ，g e n e r a la g i n gi n d e x sa r ea n a l y z e d w i t hs h r pt e s t ，t h ea g i n g r e g u l a t i o no fa s p h a l ta n dt h ei n f l u e n c eo fa g i n gf a c t o ra r ea n a l y z e d t h ee f f e c to fa g i n gt i m e ，h e a t ， o x y g e na n dw a t e ri si n d i c a t e d ，a n dt h ea g i n go f m o d i f i e da d d i t i o ni si n v o l v e d f i n a l l y ，t h r o u g hm i x t u r et e s t ，t h er a t i o n a l i t yo fa d d i t i o n a lp e r f o r m a n c ei n d e xi sf u r t h e r c o n f i r m e d t h r o u g ht e s ta n da n a l y s i s ，t h ea s p h a l tp e r f o r m a n c ei sd i s c u s s e d t h i si sab a s i sf o rt h eu s eo f n e wi n d e xi no u rc o u n t r y k e yw o r d s ：a s p h a l ti n d e xs y s t e mc o n s i s t e n c yf o r c e d u c t i l i t y s h r pa g i n gm i x t u r e 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： j ：日期：刎 1 6 2 2 2 8 3 4 4 0 4 6 原样沥青 闪点温度，t 4 8 最低 2 3 0 粘度，a s t md 4 4 0 2 最大，3 p a s ， 试验温度。c 1 3 5 j v 东南大学硕士学位论文第一章概述 动态剪切，t p 5 g + s i n6 ，最小， 5 2 1 0 0 k p a ，试验温度 1 0 r a d s ， r t f o t ( t 2 4 0 ) 或t f o t ( t 1 7 9 ) 残留沥青 质量损失，最大， 1 0 0 动态剪切，t p 5 g s i n6 ，最小， 2 2 0 k p a ，试验温度 10 r a d s ， 5 2 p a v 残留沥青( p p l ) p a v 老化温度。c 9 0 动态剪切，t p 5g s i n6 ，最大， 5 0 0 0 k p a ，试验温度 1 0 r a d s ， 2 52 21 91 61 31 07 物理硬化指数报告 蠕变劲度，t p ls ，最大， 3 0 0 m p a ，m 值，最小，0 3 0 0 ，试 061 21 82 43 03 6 验温度 6 0 s ， 直接拉伸，t p 3 破坏应变，最小， 061 21 82 43 03 6 1 o ，试验温度 1 0 m m m i n ， 规范按沥青适用的温度区间将沥青分为7 个等级和3 7 个亚级。适用的最高路面温度从 4 6 到8 2 ，按6 一档分为7 档，最低路面温度从1 0 到4 6 ，也按6 一档分为7 档， 除去一些不可能的温度组合外共有3 7 种类别。这种按适用温度对沥青进行分级是前所未有 的。原先使用气温，后改为路面温度。高温设计温度以一年中连续7 天最高路面温度平均值 为指标，低温设计温度以年最低路面温度为指标。 规范一反往常试验方法相同、不同等级沥青取不同标准值的做法，而采用各项指标的要 求值为一常数，不同等级沥青采用不同试验温度的做法。 s h r p 新沥青规范最根本的特点是明确了各项指标与路用性能的直接相关性。此规范还 有一个特点就是首次考虑了沥青在路面使用过程中的长期老化。 ( 2 ) 加拿大沥青新标准 加拿大著名学者m e l e o d 长期来对沥青的性能做了深入的研究，在以针入度指数p i 作为 温度敏感性指标的基础上，又提出了针入度粘度指数p v n 指标。1 9 9 0 年8 月终于形成了国 际上第一个以温度敏感陛为主要指标的沥青新标准。 该标准沥青等级仍按2 5 c 针入度分级，在同一标号中又按温度敏感性大小分为a 、b 、 c 3 级( 见表1 2 ) ，其余指标仍为习惯用的常规指标，但没有软化点、延度、密度、脆点等 指标。因此，加拿大沥青新标准中粘度成了唯一的分级指标。 表1 2 加拿大1 9 9 0 年新沥青标准对粘度的最小要求2 1 针入度( 2 5 ) 6 07 08 01 0 01 2 01 5 02 0 03 0 04 0 0 6 0 ( p a s ) 2 1 01 7 51 5 01 1 59 27 05 03 12 1 5 a 级 1 3 5 。c ( m m 2 s ) 。4 0 03 6 03 3 02 9 02 5 52 2 51 8 51 4 51 2 0 6 0 ( p a s ) 1 5 01 2 51 1 0 8 5 6 85 3 3 9 2 4 5 1 7 5 b 级 1 3 50 c ( m m 2 s )3 1 02 8 02 6 02 2 52 0 01 7 51 4 51 1 59 5 6 0 ( p a s )1 1 09 07 55 54 33 22 31 4 58 8 c 级 1 3 5 。c ( m m 2 s )2 3 52 0 51 8 51 5 01 3 01 0 78 46 04 6 2 东南大学硕士学位论文第一章概述 加拿大在运输协会( t a c ) 的赞助下建立了加拿大的s h r p 项目，即c s h r p 项目。在 1 9 9 8 年c s h r p 关于s u p e r p a v e 推广的调查显示，所有省的s u p e r p a v e 项目已经完成或正在 进行中，两个省已经采纳了s u p e r p a v e 沥青胶结料性能规范，大多数省预计不久将来也会采 纳。 ( 3 ) 欧洲c e n 沥青新标准 继美国s h r p 之后，欧洲也开始了他们的公路战略研究计划e u r o s h r p 。他们认为 “s u p e r p a v e 建立在路用性能基础的规范提出了一个很好的方法，特别是对改性沥青，然而 这些新的试验方法在正式应用之前必须经过验证；如果没有可靠的s u p e r p a v e 混合料性能分 析预测，现在的s u p e r p a v e 技术不可能比欧洲现行技术好”。以德国、法国及西欧为主的 欧洲标准化组织c e n ( c o m i t ee u r o p e a nd en o r m a l i s a t i o n ) 制定了欧洲统一的沥青标准。c e n 技术委员会t c l 9 ( 石油产品及其试验方法) 经过多次修改，到1 9 9 9 年提出了一个仍然属于 经验性的沥青结合料标准建议的最终稿c e n l 2 5 9 1 ，各项指标仍采用常规指标，并按稠度将 道路沥青分为3 个类型。其中第一类为常用的道路沥青，以2 5 针入度为分级指标，其2 0 0 0 年最终建议稿如表1 3 所列。 表1 3 道路沥青针入度分级标准第九稿之表1 ( c e nt c l 9s c lw g i n 8 0 ) 3 1 沥青等级2 0 3 03 0 ，4 53 5 5 04 0 ，6 05 q ，7 07 0 1 0 01 0 0 1 5 01 6 0 ，2 2 02 5 0 3 3 0 强制性性质指标 针入度( 2 5 c ，1 0 0 9 5 s ) 0 1 m m2 0 3 03 0 4 53 5 5 04 0 6 05 0 7 07 0 1 0 0l o o 1 5 01 6 0 2 2 02 5 0 3 3 0 软化点( 环球法) 5 5 6 35 2 6 05 0 5 84 7 5 54 6 5 44 3 5 13 9 - 4 73 5 _ 4 33 0 3 8 r t f o t质量变化 0 5o 5o5050 50 8081 01 0 戥m a x , - t - t f o t 残留针入度比， 5 55 35 35 05 04 64 33 73 5 老化后m i l l 残留物 老化后软化点， 5 75 45 24 94 84 54 13 73 2 的性质m i n 闪点( c o c ) ，m i n 2 4 02 4 02 4 02 3 02 3 02 3 02 3 02 2 02 2 0 溶解度，m i n 9 99 99 99 99 99 99 99 99 9 选择性性质指标 含蜡量m a x采用d i n 法为2 2 或采用a f n o r 方法4 5 动力粘度( 6 0 ) ，m i n p as4 4 02 6 02 2 51 7 51 4 59 05 53 01 8 运动粘度( 1 3 5 ) ，m i n m m z s5 3 04 0 03 7 03 2 52 9 52 3 01 7 51 3 51 0 0 脆点：f r a a s s ) ，m a x55781 01 21 51 6 i u t o t1 软化点升高， 8889991 01 11 1 旦圮 m a x t f o t 2 软化点升高， 老化后m a x1 01 11 11 11 11 11 21 21 2 残留物 脆点，m a x 5- 5781 01 21 51 6 的性 3 软化点升高， 质，符m a x1 01 11 11 11 11 11 21 21 2 合右边针入度指数p i ， 4 个条 m m一1 51 5- 1 51 5- 1 5- 1 5- 1 51 5 件之一m a x+ 0 7+ o7+ o7+ o7+ o 7+ o7+ o 7+ o7 东南大学硕士学位论文第一章概述 该标准将指标分为强制性指标和选择性指标两种是一个鲜明的特点，而且有的指标在不 同的国家采用不同的试验方法和标准( 如含蜡量) 。 ( 4 ) 澳大利亚沥青标准 澳大利亚自1 9 7 0 年起采用稠度作为沥青的分级指标，之后经过多次修改，修改的主要 内容是结合工程，提出主要的沥青指标，并进行深入研究，而不是照顾到全面，所以其沥青 分级很简单，主要考查指标是6 0 。c 和1 3 5 。c 稠度、针入度、闪点和老化。如表1 4 。 表1 4 澳大利亚沥青技术规范 g r a d e p r o p e r t y c l a s s5 0c l a s s1 7 0c l a s s3 2 0c l a s s6 0 0 m l nm a xm l nm a xm mm a xm l nm a x 粘度6 0 0 c p a s 4 06 01 4 02 0 02 6 03 8 05 0 07 0 0 粘度1 3 5 。cm n l 2 sm i n 0 2o 30 2 50 4 50 4 0 0 6 50 6 00 8 5 针入度2 5 。c1 0 0 9 ，5 s o 1 m m1 3 06 24 02 0 闪点o c 2 5 02 5 02 5 02 5 0 三氯乙烯不溶性物质 3 0 3 0 - - - 2 0 1 0 0 0 m m5 0 0 1 0 0 0 m m2 5 0 5 0 0 m m 3 02 0 3 0 2 0 2 1 5 9 肛2 1 5 9 o 2 1 5 年极端最低气温 9 0 9 0 3 7 o一2 1 53 7 02 1 53 7 0 1 0 8 0 6 0 4 0 1 0 0 8 0 6 0 4 0 1 0 针入度( 2 5 ) 0 1 m m 1 2 01 0 01 0 08 01 4 01 2 01 0 08 01 2 0 针入度( 3 个以上温度) 0 1 m m测定 高温性能要求的针入度指数，不 1 01 21 4 小于 高温稳定性指标t 8 0 0 ，不低于 t 咖要求值= 5 0 ( 2 9 0 3 1 - 1 9 p 2 5 ) x ( p i + l o ) ( 2 0 - p i ) + 2 5 低温洼能要求的针入度指数，不 1 01 21 41 61 01 21 41 61 2 小于 5 东南大学硕士学位论文第一章概述 低温抗裂性能指标t 12 ，不高于 t l2 要求值= 2 5 5 0 ( 1 9 p 2 5 - 0 0 7 9 2 ) ( p i + 1 0 ) ( 2 0 - p i ) 1 0 c 延度，不低于c m3 02 01 51 03 02 01 51 02 0 抗老化性残留针入度比， 能指标 不低于5 25 56 06 55 25 56 06 55 5 t f o t后 残留延度( 1 0 ) ， ( 1 6 3 ，5 h 1不低于c m 865486546 施工安全指标闪点，不低于( ) 2 3 0 沥青质量蜡含量( 蒸馏法) ， 综合指标不大于 3 0 ( 根据要求可提高至2 o ) 此沥青技术要求建议稿中的核心指标是由3 个温度( 1 5 、2 5 、3 0 或5 ) 下的针 入度计算得来的p i 值。若高温性能和低温性能对沥青p i 值的要求不一致时，取大者。沥青 除了满足p i 的要求外还需要满足评价高温和低温性能的当量软化点t 8 0 0 和当量脆点t 1 2 以 及1 0 时延度要求值。 建议稿中的温度分级是借鉴s h r p 成果提出的，但又有所不同。“八五”提出的温度 范围不是沥青适用的一个最不利温度界限；提出的温度范围与具体指标没有任何联系；温度 区划的依据不是路面温度，而是气温。所以，和s h r p 相比较来看，“八五”提出的气候 分区在选用沥青时的作用并不是很大。 ( 3 ) 我国新的沥青指标体系 经过十多年的高等级公路建设，目前我国已对现代交通条件下的沥青性能要求有了比较 深刻的认识，在借鉴国内外研究成果的基础上，将于2 0 0 5 年提出一套新的沥青指标体系。 在该体系中废除了原体系中的重交通石油沥青和中轻交通石油沥青的划分，而将石油沥青分 为a 、b 、c 三级，如表1 1 0 所示。 表1 1 0 道路石油沥青的适用范围 沥青等级适用范围 a 级沥青各个等级的公路，适用于任何场合和层次。 b 级沥青高速公路、一级公路沥青下面层及以下的层次，二级及二级以下公路的各 个层次； 用作改性沥青、乳化沥青、改性乳化沥青、稀释沥青的基质沥青。 c 级沥青三级及三级以下公路的各个层次。 在沥青性能评价指标中仍以传统的三大指标为主，同时加入了针入度指数、6 0 粘度及 1 0 延度等指标；在沥青的选用上，提出了以公路所在气候分区为标准的沥青选用原则。并 提出，沥青路面采用的沥青标号，应按照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结 构层中的层位及受力特点、施工方法等，结合当地的使用经验，经技术论证后确定。对高速 公路、一级公路，夏季温度高、高温持续时间长、重载交通、山区及丘陵区上坡路