（道路与铁道工程专业论文）SBS改性沥青混合料配合比优化及施工技术研究.pdf

摘要 随着我国国民经济的发展，道路交通不断发展，对路面的要求也愈来愈高， 传统的沥青路面己不能适应现在的需求，出现了诸多问题。改性沥青作为一种有 效提升沥青品质的途径，得到认可并广泛应用，其中s b s 的独特性能，使其成为 沥青改性剂中适应性最强、效果最好的改性剂，具有广阔的应用前景。为此，本 文按照公路沥青路面施工技术规范( j t g f 4 0 2 0 0 4 ) 的要求，并结合佛山的气候 特点和实际要求，依托佛山一环城际快速干线沥青路面工程，对壳牌7 0 # 沥青进 行了s b s 改性研究和沥青混合料配合比及施工工艺和质量控制技术研究。 首先，进行了不同掺量的s b s 改性沥青试验，表明随着s b s 掺量的增加， 改性沥青的感温性能和高温性能得到明显改善，并确定s b s 的合理掺量为6 ； 其次，进行了中面层改性沥青混合料a c 2 0 c 的配合比设计； 再次，根据公路沥青路面施工技术规范推荐的级配范围，选取了9 5 r a m 、 4 7 5 m m 、2 3 6 m m 和0 0 7 5 m m 等4 个关键筛孔的通过率与油石比5 种因素及相应 的5 种水平，选用l ：，( 5 6 ) 正交试验表安排并进行了马歇尔试验，对表面层s b s 改 性沥青混合料a c 1 3 c 的级配范围进行了优化。通过极差分析法和方差分析法分 析了各因素和各水平对各马歇尔试验指标的影响程度和规律，结果表明，2 3 6 m m 通过率是稳定度和矿料间隙率的最关键影响因素，油石比是空隙率、流值和沥青 饱和度的最关键影响因素。确定了满足各指标要求的s b s 改性沥青混合料a c 13 c 的级配范围。并根据a c 1 3 c 的级配优化结果进行了s b s 改性沥青混合料的配合 比设计。 a c 1 3 c 和a c 2 0 c 的各项性能试验结果表明s b s 改性沥青混合料的高温稳 定性、低温稳定性、水稳定性以及抗滑和抗渗水性能都满足规范要求并有一定的 富余。 最后，提出了s b s 改性沥青混合料的施工方法、关键技术和质量控制措施及 标准，在佛山一环城际快速干线进行了试验路段的施工，并进行了现场施工质量 监控。结果表明，施工过程中拌和楼油石比和级配控制较好，施工过程组织良好， 压实效果优良，通车一年多来，试验路使用效果良好。 总之，本研究提出的s b s 改性沥青及混合料的配合比、性能评价指标、施工 工艺和关键技术及施工质量控制标准，为s b s 改性沥青及混合料的进一步推广应 用提供了合理的参考。 关键词：s b s 改性沥青；s b s 改性沥青混合料；正交试验；配合比设计；路 用性能；施工工艺 a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m i c ，t h et r a f f i cr o a d sa r ed e v e l o p i n ga n dt h e r e q u i r e m e n t so ft h er o a d sa r eb e c o m i n gh i g h e ra n dh i g h e r t h et r a d i t i o n a la s p h a l t p a v e m e n tc a n n o tm e e tt h en e e d so ft h em o d e r nr e q u i r e m e n t t h em o d i f i e db i t u m e ni s t h ee f f e c t i v em e t h o dt oi m p r o v et h ep r o p e r t i e so ft h ea s p h a l t t h i sm e t h o di sa p p l i e d w i d e l ya n dg o o dr e s u l t sa r er e c e i v e d t h eu n i q u ep e r f o r m a n c ee n d u e st h es b s w i t h t h es u p e r i o rp r o p e r t i e sa n dt h es b si st h em o s tu s e f u lm o d i f i e r a c c o r d i n gt o t e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n sf o rc o n s t r u c t i o no fh i g h w a ya s p h a l t p a v e m e n t ，a n dt h ec l i m a t ec h a r a c t e r ，t h es h e l l 7 0a s p h a l ti sm o d i f i e db ys b s t h e r e s e a r c h e so fa s p h a l tm i x t u r eg r a d a t i o na n dc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g ya n dq u a l i t y c o n t r o lt e c h n o l o g ya r ef o l l o w e d ： f i r s t l y ，t h ee x p e r i m e n t so fd i f f e r e n tc o n t e n t so fs b s m o d i f i e da s p h a l ta r ec a r r i e d o n ；t h er e s u l t s s h o wt h a tt h et e m p e r a t u r es u s c e p t i b i l i t ya n dh i g h t e m p e r a t u r e c a p a b i l i t yo fs b sm o d i f i e da s p h a l ta r ei m p r o v e do b v i o u s l yw i t hi n c r e a s eo ft h es bs c o n t e n t s t h e r e f o r e ，t h ee c o n o m i c a lc o n t e n to fs b s i ss y n t h e t i c a l l yd e t e r m i n e da s6 ， t h em o d i f i c a t i o ne f f e c t sa r ew e l la n dm e e t st h en e e d so fd i f f e r e n tp e r f o r m a n c e i n d e x e s s e c o n d l y ，5f a c t o r ss u c ha st h ep a s s i n gr a t eo f4s i e v es i z e so f9 5 m m ，4 7 5 m m ， 2 3 6 m ma n d0 0 7 5 m ma n da s p h a l t a g g r e g a t e - r a t i oa n d5r e l e v a n tl e v e l sa r es e l e c t e d a c c o r d i n gt ot h er e c o m m e n d e dg r a d a t i o nr a n g ef r o m “t e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n f o r c o n s t r u c t i o no fh i g h w a ya s p h a l tp a v e m e n t s ”( j t gf 4 0 - 2 0 0 4 ) a n d t h ef i e l dg r a d e so f a g g r e g a t e t h e n ，t h eo r t h o g o n a la r r a yl 2 5 ( 5 6 ) i sc h o s e nt oa r r a n g ea n dc a r r yt h r o u g h m a r s h a l le x p e r i m e n t s w i t ht h em e t h o d so fr a n g ea n a l y s i sa n dv a r i a n c ea n a l y s i s ，t h e p a p e ra n a l y z e dt h ee f f e c td e g r e e sa n d l a w so fm a r s h a l li n d e x e sc a u s e db ya l lk i n d so f f a c t o r sa n dl e v e l s ，t h er e s u l t si n d i c a t et h a t2 3 6 m mp a s s i n gr a t e ，i st h em o s ti m p o r t a n t i n f l u e n c e f a c t o r t o s t a b i l i t y a n dv o i d s i nm i n e r a la g g r e g a t e ，a n dt h e a s p h a l t a g g r e g a t e r a t i oi st h em o s ti m p o r t a n ti n f l u e n c ef a c t o r t ov o l u m eo fa i rv o i d s ， f l o wv a l u ea n dv o i d sf i l l e dw i t ha s p h a l t a tt h es a m et i m e ，i ta n a l y s e st h eo p t i m a l c o m p o u n d i n go fe a c hf a c t o ra n d l e v e lw h i c hm e e t st h em a r s h a l le x p e r i m e n ti n d e x e s ， t h e r e b y ，i td e t e r m i n e s a c 1 3 cg r a d a t i o nr a n g eo fs b sm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r e w h i c hm e e t sr e q u i r e m e n to fa l lk i n d so ft e c h n i q u ei n d e x e s t h i r d l y ，t h em i xd e s i g no fs b sm o d i f i e da s p h a l ta n do r d i n a r ya s p h a l tm i x t u r e l i a r ec a r r i e do na c c o r d i n gt ot h er e s u l t so fa c - 13c g r a d a t i o no p t i m u m ，a tt h es a m et i m e ， t h em i xd e s i g no fm i d d l es u r f a c el a y e rs b sm o d i f i e da s p h a l ta n do r d i n a r ya s p h a l t m i x t u r ea r ep u tu pa c c o r d i n gt ot h er e c o m m e n d e dg r a d a t i o nr a n g eo fa c - 2 0 ci nt h e s p e c i f i c a t i o n s t h e r e b y ，t h ep a p e rt e s t st h ep a v e m e n tp e r f o r m a n c e so fa c 一13ca n d a c - 2 0 cw i t ht h eo p t i m a lr a t i oo fm i x t u r e ，a n dc o n t r a s t st h ep e r f o r m a n c e so fs b s m o d i f i e da s p h a l tm i x t u r ea n do r d i n a r ya s p h a l tm i x t u r e t h ee x p e r i m e n t si n d i c a t et h a t ， b ya d d i n gs b sn a t u r a la s p h a l t ，a tt h es a m es i t u a t i o n ，n om a t e ri nt h em i n e r a lo ri nt h e g r a d a t i o n ，t h em o d i f i e da s p h a l tm i x t u r e sh i g ht e m p e r a t u r es t a b i l i t y ，l o wt e m p e r a t u r e s t a b i l i t y ，t h ew a t e rs t a b i l i t ya sw e l la ss k i dr e s i s t a n c ew i t ht h ei m p e r m e a b i l i t yc a na l l b ei m p r o v e do b v i o u s l y t h e n ，t h es b sm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r ec o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e s ，t h ek e y t e c h n i q u e s a n dt h eq u a l i t yc o n t r o lm e a s u r e sa n ds t a n d a r d sa r ep u tf o r w a r di n a c c o r d a n c ew i t ht h ei n d o o rt e s tr e s u l t s h e r e b y ，t h et e s tr o a d so ft h em i d d l es u r f a c e l a y e ra c 2 0 ca n dt h et o pl a y e ra c i3 ca r ec o n s t r u c t e di nf o s h a ne x p r e s s w a yo ft h e f i r s tl o o pa r o u n dt h ec i t y ，a n dt h eq u a l i t yc o n t r o lt of i e l dc o n s t r u c t i o ni sc a r r i e d t h r o u g h t h ec o m p a c t i o ne f f e c t ，s t r e n g t ha n ds t i f f n e s so ft h ep a v e m e n t sa r ee x a m i n e d a n da n a l y z e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o n s t r u c t i o np r o c e s si sc o n t r o l l e dw e l li n g r a d a t i o na n da s p h a l t - a g g r e g a t e r a t i oi nt h eb l e n d e r ，t h ec o n s t r u c t i o no r g a n i z a t i o na n d t h ec o m p a c t i o ne f f e c t t h ep a v e m e n tp e r f o r m a n c e so ft r i a lr o a d sh a v eb e e ns a t i s f i e d a b o u to n ey e a rs i n c et h er o a d sw e r eo p e nt ot r a f f i c a n y w a y ，t h er e s e a r c h e so fs o m ei n d e x e s ，s u c ha sr a t i oo fm i x t u r e ，p e r f o r m a n c e e v a l u a t i o ni n d e x e s ，c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e s ，k e yt e c h n o l o g i e sa n dc o n s t r u c t i o n q u a l i t yc o n t r o ls t a n d a r d sf o rt h es b sm o d i f i e da s p h a l ta n di t sm i x t u r ep r o v i d et h e r e a s o n a b l er e f e r e n c ef o r t h ef u r t h e ra p p l i c a t i o n so fs b sm o d i f i e da s p h a l ta n di t s m i x t u r e k e yw o r d s ：s b sm o d i f i e da s p h a l t ；s b sm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r e ；o r t h o g o n a l d e s i g n ；m a t c hr a t i od e s i g n ；p a v e m e n tp e r f o r m a n c e ；c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e s i i i 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 岛、擎吕 日期：y 据 月陟日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密ii ，在 年解密后适用本授权书。 2 、不保密l i 。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：易，肇吕 吼矿少年p 影日 导师签名日期：删年二月j - - 同 1 1问题的提出 第一章绪论 随着国民经济的迅猛发展，我国公路建设事业取得了举世瞩目的成就。截至 2 0 0 7 年底我国公路通车总里程达3 5 7 3 万公里，其中高速公路5 3 6 万公里。2 0 0 8 年我国将新建高速公路5 0 0 0 公里，完成“五纵七横”国道主干线系统收尾工作。 沥青路面作为一种无接缝的连续式路面，以其足够的力学强度、对行车荷载的良 好承受能力、行车平稳低噪音、不扬尘维修养护简单且实现机械化施工等特点在 现代高等级公路中占有很大比例。据统计在我国已建成的高等级公路中，9 0 左 右采用的是沥青混凝土路面【lj 。但是随着高速公路网的形成和交通量与日俱增， 且超限超载车的比例增加较快，沥青路面的病害也日趋严重。主要表现在半刚性 材料由于脆性和对温度、湿度的敏感性，在形成和使用过程中会因温度与湿度的 变化产生温缩、干缩裂缝，当沥青面层较薄时往往会扩展到面层形成反射裂缝【2 】； 我国的道路沥青主要采用石蜡基原油炼制，沥青的温度敏感性较大，修成的路面 往往夏天泛油发软，冬天发脆开裂，遇雨松散、坑槽，早期破坏严重。这种情况 与我国公路建设的需求极不适应。因此，普通沥青及传统的施工方法己不能满足 沥青路面高强、稳定、安全、耐久的性能要求，改性沥青的使用已成为提高沥青 和沥青混合料性能的主要手段，使沥青路面在大交通量作用下，仍能保持良好的 使用状态，并延长使用寿命。 为此，本文结合佛山一环城际快速干线的s b s 改性沥青路面工程，通过s b s 改性沥青混合料的配合比优化设计及其施工工艺及质量控制技术的研究，为同类 工程提供参考。 1 2国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况 自18 9 8 年法国开始在沥青中掺配天然橡胶对沥青进行改性以来，对改性沥 青的研究应用已有一百多年的历史【2 】。近五十年来，国外改性沥青的发展大体经 历了以下几个阶段： ( 1 ) 1 9 5 0 - 1 9 6 0 年，沥青改性材料主要是天然橡胶粉或胶乳，通过直接掺入 沥青混合料中拌和或预混为天然橡胶沥青使用。 ( 2 ) 19 6 0 - 1 9 7 0 年，丁苯合成橡胶( s b r ) 改性沥青试验成功，一般采用胶 乳形式直接在混合料拌和过程中按比例现场掺配使用。19 6 9 年国际合成 橡胶生产协会( h s r p ) 召开首届橡胶沥青国际会议。 ( 3 ) 1 9 7 1 1 9 8 8 年，除合成橡胶继续应用外，热塑性树脂( e v a 、e e a 、p e ) 得到了广泛应用。在路面工程中，改性沥青由“特殊材料”变为“一般 材料。 ( 4 ) 1 9 8 8 年至今，由于高性能面层、重载交通、桥面、沥青再生等功能需要， 提出了将改性沥青由按材料分类改为按性能分类，废除了沥青温度粘度 关系曲线。 可以根据改性材料掺配工艺、改性剂种类等不同分类方法对改性沥青进行分 类。按改性材料掺配工艺不同可分为：( 1 ) 预混型：将改性材料用工厂或现场加 工的方法，预先混入基质沥青中，制成改性沥青成品，再按一般沥青混合料的生 产工艺生产改性沥青混合料。该法优点是基质沥青和改性剂混合均匀，质量容易 控制，是常用的改性沥青类型；( 2 ) 现场拌和型：将粉剂或乳化剂改性材料，在 沥青混合料拌和过程中直接按比例加入拌和容器中，一般采用先喷沥青再改性剂 的拌和程序，因此严格来说得到的是掺有改性剂的沥青混合料，并非使用了改性 沥青。由于乳液中常含有5 0 左右的水分，在拌和过程中水份的蒸发会降低混合 料温度，加之乳液水蒸汽对机具的腐蚀作用，因此现场拌和型的应用已趋减少。 按改性材料分类：( 1 ) 热塑性橡胶类：即热塑性弹性体，主要是苯乙烯类嵌段共 聚物，如苯乙烯丁二烯苯乙烯( s b s ) 、苯乙烯异戊二烯苯乙烯( s i s ) 、苯乙 烯聚乙烯丁基聚乙烯( s b ) 等嵌段共聚物及聚烯烃等，由于它兼具橡胶和树脂 二类改性沥青的性质，故也称橡胶树脂类。由于s b s 的良好的弹性( 变形的自 恢复性及裂缝的自愈性) 成为目前世界上最引注目的道路沥青改性剂。( 2 ) 橡胶 类：如天然橡胶( n r ) 、丁苯橡胶( s b r ) 、氯丁橡胶( c r ) 、丁二烯橡胶( b r ) 、 异戊二烯( i r ) 、乙丙橡胶( e p d m ) 、丙烯腈丁二烯共聚物( a b r ) 等，其中s b r 胶乳是世界上应用最广泛的改性剂之一，氯丁橡胶( c r ) 具有极性，常作为煤沥 青的改性剂使用。( 3 ) 树脂类：热塑性树脂，如乙烯醋酸乙烯酯共聚物( e v a ) 、 聚乙烯( p e ) 、无规聚丙烯( a p p ) 、聚氯乙烯( p v c ) 、聚苯乙烯( p s ) 、聚酰胺 ( p a ) 、乙烯丙烯类共聚物( a p a o ) 等；热固性树脂也有作为改性剂使用的，如 环氧树脂( e p ) 等。e v a 由于其醋酸乙烯酯的掺量及熔融指数m i 的不同，不 同牌号e v a 的性能有较大的差别。无规聚丙烯a p p 由于其价格低廉，用于改 性沥青油毡较多，其缺点是与石料的粘结较差。 改性剂的选择是一个技术很强的工作，要根据所在地区的气候条件、交通条 件、经济实力、改性沥青设备条件及当地沥青路面的主要破坏形式、改性的目的 等综合确定。虽然试验过的改性材料甚多，但真正在工程实践中得到认可的却是 有限的。其发展过程与材料科学的发展是分不开的。 s b s ( 苯乙烯丁二烯苯乙烯嵌段共聚物，s t y r e n e b u t a d i e n e s t y r e n e ) 是目前 2 国内外应用最为广泛的一种改性剂，s b s 中存在由刚性的聚苯乙烯段构成的硬段 ( t g 为8 0 ) 和柔性聚丁二烯段构成的软段( t g 为8 0 ) ，由于常温下相容 性较差，两相独立存在而成为网状结构。刚性的聚苯乙烯段以物理交联点的方式 存在，增加了拉抻强度和较高温度下的抗拉伸能力，赋予s b s 一定的耐高温性； 而柔性的聚丁二烯链段赋予s b s 良好的弹性和低温性能。s b s 在沥青中分散后， 从沥青中吸收软沥青质而溶胀，从而在沥青中形成弹性网络结构，这种结构具有 较好的弹性、塑性和延伸性，从而有效地改善沥青的性能。 研究表明，s b s 的掺入量有一临界值，这一临界值随着基质沥青的性质有所 变化，但在临界掺量前后，改性沥青的性质会出现明显变化【”。 s b s 改性沥青具有独特的优点，如脆点温度很低，低温性能好；常温下粘度 大，能抵抗车辙，在高温时粘度迅速降低，具有良好的施工性。通过混合料试验， 表明s b s 改性沥青的抗车辙能力大大提高，低温开裂温度降低，抗疲劳性能和粘 附性能得到提高。正因为s b s 改性沥青同时兼具较好的高温稳定性、低温抗裂性 和良好的施工性，s b s 改性剂己逐渐替代e v a 等，成为主导改性材料，目前在欧 美和日本的道路改性剂中占4 0 以上的比例，因此这是一种最有发展前景的改性 剂。 1 2 2 国内研究概况 我国从2 0 世纪8 0 年代初开始采用改性沥青，在9 0 年代开始在工程中应用。 在8 0 年代初，国内的企业还没有一家能够生产s b s 材料，所以用的全是进1 ：3 的 s b s 。到了8 0 年代中期，我国石化公司自行设计制造的s b s 生产设备开始发挥 作用，分别在北京和岳阳建立了两个基地。1 9 8 4 年我国从德国、美国、奥地利、 意大利引进了国外的s b s 改性沥青油毡生产线，并进行了消化吸收。19 8 6 年交 通部组织科研单位对高等级公路用改性沥青及混合料进行了试验与研究。这些举 措对我国改性沥青的应用起到了决定作用。我国优质重交沥青、改性沥青技术研 究起步较晚，在国际沥青市场上的竞争力较弱。自19 9 2 年我国首次应用改性沥青 铺设机场道路以来，进口沥青一直占据国内道路沥青的较大份额。如珠海的f 1 赛车跑道是用壳牌改性沥青修建的；首都机场高速路、八达岭高速公路是由奥地 利r f 集团的n o v o p h a l t 复合改性沥青修建的。近年来，我国的改性沥青技术得到 了较大的发展，至今已有欢喜岭、兰亭、东海、盘锦等品牌的改性沥青在高等级 道路中得到应用。近年来，随着我国汽车工业的发展，道路建设的紧迫性更显突 出，聚合物改性道路沥青，提高公路使用寿命，减少日常养护费，提高行车平稳 舒适感和安全感，提高车速和通行能力，增加客货运营量，降低油耗，降低轮胎 和机件磨损等已摆在科研单位和施工单位面前，与国外相比，我国现有的几种改 性沥青其质量水平基本上与之同类型改性沥青相当，但由于改性沥青的性能指标 在很大程度上依赖于改性前的原沥青质量，进行绝对值比较是不合理的。为了提 高沥青混凝土路面的使用性能除研究采用新型沥青混合料路面结构并采用具有更 好路用性能的道路沥青外，还应致力于研究采用改性沥青及改性沥青混合料技术。 通过选用聚合物s b s 、p e 、s b r 等改性剂对重交通道路沥青进行改性，并测定改 性沥青的各项技术指标，对改性沥青混合料路用性能进行系统的研究，指导工程 实践，才能达到标准化、规模化生产，充分发挥其在公路建设中的作用。我国高 等级公路用的重交通道路沥青需求量大，但国产沥青的产量及质量都跟不上，仍 需进口优质沥青。因此，研究改性沥青及改性沥青混合料提高沥青混凝土路面使 用性能具有广阔的市场前景，研究这一关键技术是十分必要的，它不仅可满足某 些特殊路段更高的使用性能的要求，同时还可以更有效地利用国产沥青，补充优 质稠沥青的不足，减少进口沥青。目前，采用改性沥青混合料技术来提高沥青混 凝土路用性能的研究，在我国方兴未艾，s b s 改性沥青混合料在高速公路中应用 前景广阔。随着交通量的迅速增加，车辆大型化、超载严重，沥青混凝土路面面 临严峻考验。使用普通沥青铺设的路面易产生严重车辙、开裂、坑槽等早期破坏。 路面使用某些聚合物改性沥青进行薄层罩面后，可大大延长养护周期，降低养护 费用。高等级公路的路面尤其需要使用聚合物改性沥青，延长路面使用寿命，减 少养护罩面次数，保证公路畅通。 1 3本文主要研究内容 本论文的主要研究内容是研究s b s 改性沥青混合料在佛山一环城际快速干 线沥青路面中的应用，通过理论分析和工程实践，确定合理的s b s 改性沥青配比 及s b s 改性沥青混合料的配合比设计和施工工艺与质量控制，以利于s b s 改性 沥青混合料更好地推广应用。主要研究内容如下： ( 1 _ ) s b s 改性沥青的配比研究，确定s b s 改性剂的最佳剂量； ( 2 ) 中面层( a c 2 0 c ) 配合比设计和表面层( a c 1 3 c ) 配合比的优化设计； ( 3 ) s b s 改性沥青混合料路用性能研究； ( 4 ) s b s 改性沥青混合料施工工艺研究； ( 5 ) s b s 改性沥青混合料施工质量控制研究； ( 6 ) 试验路工程应用研究。 1 4 本文的研究思路 ( 1 ) 根据规范要求，对原材料进行物理力学性能试验，从而选择适当的原材料。 对所选基质沥青( 普通沥青) 和s b s 进行针入度、软化点和延度三大指标试验， 检验原材料性能指标。为了便于指导施工，在参考国内外使用s b s 的经验及规范， 4 并且结合佛山当地的气候条件等因素的基础上，提出s b s 改性沥青的技术要求。 ( 2 ) 分别采用0 、4 和6 三种s b s 掺量制备s b s 改性沥青，然后进行不同 掺量的s b s 改性沥青的三大指标试验、粘度试验，研究s b s 掺量对基质沥青感 温性、高低温性能等技术性质的影响，从而确定s b s 的最佳掺配量。 ( 3 ) 根据s b s 的最佳掺配比制备改性沥青，并进行s b s 改性沥青混合料的目标 配合比设计。首先对a c 2 0 c 的s b s 改性沥青混合料按规范推荐级配进行配合比设 计，确定最佳沥青用量。对表面层a c 13 c 采用正交试验进行级配优化，得出一个 最佳级配范围，并综合正交试验结果分析各因素对试验指标的影响。根据优化所 得级配范围进行a c 13 c 的s b s 改性沥青混合料配合比设计。 ( 4 ) 对最佳s b s 改性沥青用量条件下的沥青混合料a c 2 0 c 和a c 1 3 c 进行路 用性能试验，检验提出的配合比的沥青混合料的路用性能。 ( 5 ) 对s b s 改性沥青混合料的施工工艺进行研究，提出s b s 改性沥青混合料 的生产、拌和、运输、摊铺和碾压等旌工指南和质量控制标准： ( 6 ) 按照提出的施工工艺和质量控制标准对试验路段进行施工监控； ( 7 ) 试验路使用效果检测。 第二章原材料试验和s b s 改性沥青性质研究 2 1 原材料试验 2 1 1 基质沥青和改性剂 ( 1 ) 基质沥青 本研究中采用的基质沥青是壳牌7 0 5 5 沥青，其技术性质如表2 1 所示。 表2 1 基质沥青技术指标 指标 壳牌7 0 #指标 壳牌7 0 5 8 t s o o 5 1 8 2 针入度( 0 1 m m ) 2 5 6 0 t i 2 1 4 4 7 3 5 1 5 0 2 5 针入度比( )7 1 8 5 7 8 薄膜加热后1 0 延度2 0 1 延度( c m )2 5 10 0 5 延度 5 7 3 5 1 0 0 含蜡量( )2 6 软化点( ) 5 0 5 密度1 5 c ( g c m 3 ) 0 9 9 6 不同地区的气候条件有很大的不同，我国“八五”国家科技攻关专题道路 沥青及沥青混合料路用性能研究已经按气温、雨量等指标提出了我国沥青路面 使用性能的气候分区，而且对不同的气候区提出了非改性沥青的技术要求。对改 性沥青也是一样的，改性沥青的不同等级的技术要求是根据不同气候区进行选择 的依据。广东佛山市的气候属于i 4 区，即七月平均最高气温大于3 0 c ，年极端 最低气温大于9 c ，因而对高温稳定性要求较高，所以改性沥青必须符合i d 等 级的技术要求。 综合以上的试验、计算结果可知：为了适应该地区的气候条件和荷载条件， 必须对原样沥青进行改性。 ( 2 ) s b s 改性剂 选用的s b s 改性剂为湖南岳阳化工厂生产的y h 7 9 1 线型s b s 。 6 2 1 2 集料试验 本研究采用的粗、细集料均为广东珠海洪达石场生产的花岗岩，按照公路 工程集料试验规程( j t j0 5 8 2 0 0 0 ) 的要求对粗集料进行了压碎值、磨耗损失、 表观相对密度、吸水率、坚固性、软石含量、针片状含量以及粘附性等试验，对 细集料进行了表观相对密度、坚固性、砂当量等试验，试验结果如表2 2 和表2 3 。 试验结果表明，所有指标都符合规范提出的技术要求。 表2 2 粗集料的主要技术性质 技术指标单位试验值技术要求 压碎值 15 12 6 洛杉矶磨耗损失7 32 8 表观相对密度2 7 2 6 吸水率 0 8 2 0 坚固性 1 5 1 2 软石含量2 53 针片状颗粒含量 1 9 1 2 与改性沥青的粘附性级 55 表2 3 细集料的主要技术性质 技术指标单位试验值 技术要求 表观相对密度2 6 82 5 坚固性( 0 3 m m 部分) 1 31 2 砂当量 7 0 36 0 2 。l 。3 填料 填料采用广东云安的新会3 2 5 号水泥、海丰县石灰厂的消石灰和龙门县恒锋 石灰粉厂的矿粉。对水泥、消石灰和矿粉相应的主要技术指标试验结果如表2 4 。 表2 4 水泥、消石灰、矿粉的主要技术指标 试验结果 试验项目单位技术要求 水泥消石灰矿粉 表观密度g c m 3 3 1 0 5 2 5 0 62 7 0 22 5 含水量 0 4 50 4 8o 4 3 1 外观， | 无团粒结块无团粒结块无团粒结块 无团粒结块 2 2s b s 改性沥青的技术性质研究 综合国内外对各种沥青改性剂的研究和应用，本项目选用s b s 改性剂。为了 确定在壳牌7 0 # 沥青中s b s 改性剂的合理掺量，通过在基质沥青中分别掺入s b s 改性剂掺加量分别为4 和6 ，研究不同剂量的添加剂对基质沥青性能的影响。 2 2 1s b s 掺量对沥青针入度的影响 对具有不同s b s 掺量的沥青进行了5 、2 5 和3 5 三个温度下的针入度的 试验。同时，由于评价沥青感温性的指标采用针入度指数p i ，所以对这三个温度 下的针入度( p ) ，按公式i g p = a t + k 进行线性回归，然后按( 2 1 ) 式计算针入度 指数p i ： p i ：2 0 - 5 0 0 a ( 2 1 ) l + 5 u 爿 计算得到相应的针入度指数p i 。不同s b s 掺量的改性沥青的针入度试验结果 以及相应的针入度指数见表2 5 所示。 表2 5不同s b s 掺量的沥青的针入度 s b s 掺量( ) 技术指标 o4 6 3 5 15 01o o9 0 针入度 2 5 6 0 4 54 0 ( 0 1 m m ) 5 877 a0 0 4 2 6o 0 3 8 80 0 3 7 1 回归方程： k0 6 9 5 60 6 9 5 40 6 6 3 4 i g p = a t + k r 20 9 9 9 5o 9 9 8 70 9 9 9 7 针入度指数p i o 4 1 5 30 2 0 4 1o 5 0 7 9 沥青等级 a h 7 0i c i d 由表2 5 可以看出，线性回归的相关性系数r 均大于o 9 9 5 ，即试验结果是可 信的，掺入s b s 改性剂p i 值均增大，随s b s 掺量从0 至6 ，p i 值由原来的0 4 15 3 增大到0 5 0 7 9 ，沥青胶体结构由溶凝型向凝胶型胶体结构较变，这表明，改性后 沥青的温度敏感性变小，即沥青经过改性后，沥青受温度变化的影响小，温度敏 感性低。 沥青材料的温度敏感性是决定沥青使用时的工作性以及应用于路面中的服务 性的重要指标，也是沥青路用性能指标的核心。 2 2 2s b s 掺量对沥青动力粘度的影响 粘度是沥青的重要性质，从国外的研究情况看，6 0 的粘度与沥青在路面中 的使用性能和施工的要求有直接的关系，因而在国外有用粘度来划分沥青等级。 而我国普遍使用的针入度与沥青的使用性能并无直接的关系，根据国外的研究结 果，粘度与同温度和同剪切速率时的针入度之间有良好的相关性，可根据不同温 度时的针入度用( 2 2 ) 式来计算各温度时的粘度： ，g ( 志) 训取l g ( 2 地( 志) q 2 根据不同温度时测定的针入度值，计算得到的粘度如下表： 表2 6不同温度下的计算动力粘度 ：竺 s b s 掺量 ( ) 温度 o46 3 5 ( 1 0 5 ) p a 。s0 2 6 9 60 6 5 0 7 0 8 2 7 5 2 5 ( 10 5 ) p a s2 1 8 8 94 5 8 7 66 2 9 1 9 5 ( 10 5 ) p a s1 2 1 5 3 62 0 7 5 2 22 0 7 5 2 2 6 0 p a s1 7 8 4 8 49 7 1 4 0 7 7 5 1 8 按照美国a s t md 5 9 7 6 9 6 改性沥青标准，6 0 的粘度要大于5 0 0 p a s 从 上表可知：该沥青属于i d 的等级。 国外研究建议以针入度一粘度数p v n 来评价沥青的感温性。 用( 2 3 ) 式进行计算： p v n ：一1 5 ! ：兰1 2 二! ：1 2 q ! 兰! 璺! 二! 曼翌 1 0 5 - 0 2 2 3 4 x l g p 式中：n 一一6 0 时的绝对粘度( p a s ) 表2 7 不同s b s 掺量沥青的针入度粘度数p v n 沥青的p v n 值 ( 2 3 ) s b s 掺量( ) 技术指标 o46 p v n1 3 5 5 50 2 7 9 9 0 1 1 3 4 由表2 7 可知：只有加6 s b s 的改性沥青属于低温度敏感性沥青，即温度稳 定性好。 9 2 2 3s b s 掺量对沥青低温性能的影响 沥青的低温性质对沥青混合料的低温抗裂性能有重要的影响。沥青的低温性 质包括沥青的低温脆性和低温延度。根据我国“八五”国家科技攻关专题道路 沥青及沥青混合料路用性能研究的研究结果，结合国外学者提出的试验结果， 表明沥青在弗拉斯脆点温度时的针入度为1 2 ，因而利用针入度为1 2 时可以推算 弗拉斯脆点温度，并称其为当量脆点t 1 2 。当量脆点t 1 2 按( 2 4 ) 式进行计算： 互，：1 9 1 2 - k( 2 4 ) 彳 式中k 、a 同上。根据针入度试验的彳，k 值，计算得到的当量脆点丁1 2 为： 表2 8不同s b s 掺量沥青的当量脆点t 1 2 和低温延度 s b s 掺量 ( ) 技术指标 046 当量脆点丁i 2 ， 1 4 4 71 4 9 51 5 7 5 延度( 5 ，5 c m m i n ) ，c m 7 8 2 2 2 57 7 2 5 从表2 8 可以看出：没有改性的沥青的低温延度只有7 8 ，其低温抗裂性能较 差；而加6 s b s 时，延度提高了近1 0 倍。且6 s b s 改性沥青的当量脆点最低， 充分说明加了6 时的沥青具有良好的低温抗裂性能。 2 2 4s b s 掺量对沥青高温性能的影响 沥青的高温性质对沥青混合料的高温稳定性能有重要的影响。沥青的高温性 质包括沥青的软化点和延度。根据我国“八五 国家科技攻关专题道路沥青及 沥青混合料路用性能研究的研究结果，结合国外学者提出的试验结果，表明沥 青在当量软化点温度时的针入度为8 0 0 ，因而利用针入度为8 0 0 时可以推算当量 软化点温度。对沥青材料高温稳