（道路与铁道工程专业论文）储存式冷铺沥青混合料的设计及应用研究.pdf

摘要 摘要 沥青路面在使用中将不可避免的出现坑槽，影响着道路的服务水平。目前 主要采用热拌沥青混合料或者乳化沥青混合料，其中热拌沥青混合料的修补方 式对温度敏感，不适宜在低温冬季使用，同时其对于远离拌合厂、或者地点分 散豹小坑槽修补不经济，另外对于急需快速恢复通行的重要路段境槽修补也无 法实现；而乳化沥青的修补方式，由于普通乳化沥青的破乳需要较长的时间， 另外其粘结性能较差也导致乳化沥青混合料易在行车的作用下飞散，导致修补 失效，这些闻题表明改善现状坑槽修枣 的必要性。 储存式冷铺沥青混合料是一种在生产后可储存起来，使用时可不受季节、 环境的限制进行修补施工的混合料。本研究先对国内外相关文献进行分析，在 初步掌握了其性能的基础上提出了本文的研究内容及技术路线，并提出拟解决 的关键技术即冷铺结合料的配制技术。 由于储存式冷铺沥青混合料并无完全的性能标准，因此在密切联系修补实 践的基础上，通过对比分析不同阉家提出的性能评价标准，指出了各评价方式 所代表的本质以及数据背后的经验性成分，提出了易于操作的分层评价方法。 本研究的冷铺沥青混合料采用的结合料为液体沥青，结合料采用6 0 b r e a k f i e l d 动力粘度作为结合料的控制标准。在结合料配制过程中，选取了三 种基质沥青，选用了两种沥青改性剂、三种石油溶剂进行结合料的配制，并通 过试验确定不同基础沥青随石油溶剂添加量变化的粘度变化曲线，并对残留沥 青性能进行了分析，从而为冷铺沥青混合料结合料的配制提供了多种实现路径。 对冷铺沥青混合料的研究紧扣性能评价标准及结合料的配制相关章节，在 选定冷铺沥青混合料的级配类型爱，按照冷镳沥青混合料的性能评价方法对不 同结合料配制的混合料进行了对比试验研究，并对影响冷铺沥青混合料各种性 能的影响因素进行了研究，对冷铺沥青混合料中沥青添加剂的应用目的进行了 深入的分析。 关键词：储存式冷铺沥青混合料、基础沥青、石油溶剂、6 0 c 动力粘度、性能 评价 a b s t r a c t a b s t r a c t p o t h o l e ss e r i o u s l yr e d u c es e r v i c el e v e lo fa s p h a l tp a v e m e n t t i l ln o w , h o t m i x e d a s p h a l tm i x t u r eo re m u l s i f i e da s p h a l tm i x t l l r ea r em a i n l yu s e dt ot r e a tt h e s ep o t h o l e s d u r i n gw h i c ht h eh o t - m i x e dw a yi ss e n s i t i v et ot e m p e r a t u r e ，s oi ti s n ts u i t a b l ef o r w i n t e ru s e ，o rf o rt h o s es m a l ld i s p e r s e do n e s ，a l s oi ti s n tf i tr e p a i r i n go ft h o s en e e d r e o p e n i n gq u i c k l y w h i l et h ee m u l s i f i e da s p h a l tw a y , b e c a u s eo fi t sl o n gs h a p i n gt i m e ， a n di t sn o t - s o - g o o da d h e s i o n ，t h em i x 眦w o u l de a s i l yg e tl o o s e n e d a l lt h e s e p r o b l e m si n d i c a t et h en e c e s s i t yo fi m p r o v i n gt h ep r e s e n tp o t h o l er e p a i r i n g w a r m - m i x e da n dc o l d - p a v e da s p h a l tm i x t u r ec o u l db es t o r e da f t e ri ti sp r o d u c e d ， a n dc o u l db eu s e dw i t hn ol i m i tt ot e m p e r a t u r e a f t e rt h ep e r f o r m a n c eo ft h i sm i x t u r e w a sg r a s p e di n i t i a l l y , i t sr e s e a r c h i n gc o n t e n ta n d r e s e a r c h i n gw a y w e r er a i s e d ，a n dt h e k e yp r o b l e mi sd i s p e n s i n go f t h i ss p e c i a lb i n d e ri sa l s or a i s e d i nt h i sr e s e a r c h ，t h r o u g ha n a l y z i n gt h o s ec r i t e r i o n sr a i s e db yd i f f e r e n tc o u n t r i e s ， t h ee s s e n c eo fe a c hc r i t e r i o na n dt h ee m p i r i c a le l e m e n tc o n t a i n e db e h i n dt h ed a t aw a s p o i n t e do u t ，a l s oan e we v a l u a t i o nw a y e a s i e rt oo p e r a t ew a sr a i s e d t h eb i n d e ru s e di sc u t - b a c ka s p h a l t ，a n dd y n a m i cv i s c o s i t ya t6 0 ( 2i su s e da st h e c o n t r o ls t a n d a r d i nd i s p e n s i n go ft h eb i n d e r , t h r e em a t r i xa s p h a l t ，t w oa d d i t i v e s ，a n d t h r e ep e t r o l e u ms o l v e n t sa r eu s e dt od e f m et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nd y n a m i c v i s c o s i t ya t6 0 co ft h ec u t b a c ka s p h a l ta n dd o s a g eo fp e t r o l e u ms o l v e n t a f t e rt h a t ， d y n a m i cv i s c o s i t ya t6 0 co ft h er e m a i n i n ga s p h a l tw a sa n a l y z e d r e s e a r c ho ft h i s s p e c i a lb i n d e rw a st op r o v i d em o r eo p t i o n st od i s p e n s ei t p e r f o r m a n c eo ft h em i x t u r ew a sd i s c u s s e d a f t e rt h eg r a d ef o rt h i sm i x t u r ew a s f i x e d ，a c c o r d i n gt ot h ec o n t r o lc r i t e r i o n s ，ac o n t r a r yo fp e r f o r m a n c eo ft h o s em i x t u r e s t h a tu s e dd i f f e r e n tb i n d e r sw a sd o n e ，a n di n f l u e n c i n gf a c t o r so fp e r f o r m a n c eo ft h i s m i x t u r ew a ss t u d i e d ，a l s oa i mo f u s i n gt h o s ea d d i t i v e sw a sd e e pd i s c u s s e d 【k e yw o r d s ：w a r m - m i x e da n dc o l d p a v e da s p h a l tm i x t u r e 、b a s ea s p h a l t 、p e t r o l e u m s o l v e n t 、d y n a m i cv i s c o s i t ya t6 0 c 、p e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：今也钗 埘年弓月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，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，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：信迎狄 砂嘭年弓月 日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题的提出及研究意义 沥青路面因其行车舒适、地质条件适应性强、维护方便等诸多优点被广泛 用予高等级公路及城市道路中。在己建成的高速公路中，大部分采用的是沥青 混凝土路面。但是，沥青材料在行车荷载及环境因素的反复作用下，由于其自 身材料的特性使路砸不可避免的要出现坑槽。 坑槽的出现不仅会影响道路的美观，焉显影响道路的正常交通，造成车辆 行驶颠簸，影响安全性和舒适性。另外，各种车辆为避开路面上的坑槽就有可 能借用相邻车道，造成车辆不断的合流与分流，无形中增加了车流的冲突点， 尤其在交通密集的道路、桥梁等，尤其是夜阗行车时，这既增加事故的发生率， 又影响着道路的通行能力，使原本紧张的道路汝源不能得到充分的利用。因此， 路面坑槽应该得到快速、及时的处理。 目前，路面坑槽的修补大都采用热拌沥青混合料，但是由于沥青混合料本 身的滋度敏感特性，因此在低温的冬季，热沥青由于温度急速下降面弓| 起其糙 度快速的增长将给混合料的修补施工造成困难，同时修补质量也不能得到保障， 具体体现在沥青粘度上升后混合料不易压实以及修补层与原路面间的联接不牢 上。因此对于一般的道路养护部门，在冬季严寒的时间，路面坑槽往往暂时不 管，待到天气暖和的季节再用热拌沥青混合料进行统一修补，这样冬季行车的 安全性就不能得到保障。另一方面，热拌沥青混合料处理坑槽的修补方式对于 远离拌合厂的坑槽或者是对地点分散的小坑槽的修补，极为不便，既造成能源 的浪费，同时由予生产量太小拌合厂感觉无利可图使得部分路面坑槽并不能得 到及时的修补，这将给道路通行带来很大的危害。 在江西省公路科研项目储存式冷铺沥青混合料在江西省的应用研究中， 课题组了解到江西省沥青路厦的养护主要采用热沥青灌入式修补，即事先将坑 槽作处理后，往其中洒入热沥青作粘层油，褥将级配碎石填入坑中，蒋洒沥青 压实。经调查，这种修补方式可以收到一定的效果，但是缺点在于其沥青用量 难以准确控制，由于沥青用量偏大而引起的泛油很普遍，造成该处的抗滑性能 第1 章绪论 较差，同时也影响道路的美观，另外，这种修补方式在冬季施工时同样要遇到 热拌沥青混合料修补的问题，同时每次修补都需要在养护车后携带热沥青及集 料，这无疑增加了施工的劳动强度。因此，储存式冷铺沥青混合料的试验研究 将对改善这种养护方式提供一种可能。 因此，如果能开发一种可预先储存一定时间的路面修补材料，在碰到路面 小坑槽时，可及时地直接在环境温度下进行修补，等混合料铺到坑槽中进行简 单的压实后，又可以快速的开放交通，并且经路用证明该种材料可与原路面形 成较强的连接，具有较好的耐久性，则这种材料对于路面养护将具有很重大的 意义。 储存式冷铺沥青混合料，是一种通过在沥青中掺加改性剂使生产出的混合 料可以先储存起来，待到需要时可不受季节限制地用于坑槽修补的沥青混合料。 因此，只要其性能可以满足要求，无论从维修便利性或者快速性来看，都可以 很好地弥补热拌沥青混合料维修方式的不足。 在此之前，国内已经对储存式冷铺沥青混合料进行过一定的研究，并已经 有成熟产品的销售，但是储存式冷铺沥青混合料中的关键技术，即添加剂的配 方不对外公开，因此在已有的相关文献中对其论述大同小异。另外，由于其独 特的性能要求，而需要往其中加入几类添加剂，使得混合料的性能影响因素也 变得复杂，同时根据不同路用需求对其中各种影响因素的调整也会有所不同。 所以，本研究除了尝试进行储存期可达三个月的储存式冷铺沥青混合料的试配 之外，还希望进行不同的尝试对其性能进行一定的把握，并从中得到一些关于 该种沥青混合料配制的一些规律和启发。 另外，储存式冷铺沥青混合料的修补方式若确实在技术、经济等方面可行， 则在道路养护中可在重点地点储存备用一些冷铺沥青混合料，以提供快速修补， 并在远离拌合厂的边远地区或城市分散点备料进行道路坑槽的及时养护，这将 给道路养护提供极大的便利。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 冷铺沥青混合料的分类 就国内外已有对冷铺沥青混合料的研究来看，其类型主要有以下三类： 2 第1 章绪论 第一类为乳化沥青型，即采用乳化沥青和集料拌合后储存，使用时取料修 补。由于乳化沥青破乳前粘度低，因此混合料初期的强度低，可以获得较好的 储存性，但是普通乳化沥青的破乳时间不好控制，因而其储存性能及强度成型 时间两方蟊均要碰剜较大闷题，嚣此乳诧沥青型冷镳沥青混合料的关键在于可 以精确控制破乳时间的乳化沥青； 第二类为液体沥青类，即采用石油溶剂对沥青进行稀释后配制成液体沥青， 再与集料在一定温度下拌合成冷镰沥青混合料，国内孙对冷铺沥青的研究较多 地采用了这种方式，本研究中也主要针对液体沥青型冷铺沥青混合料进行相关 试验研究； 第三类为反应树脂类，即采用环氧沥青拌制混合料并选用适合的固化剂， 先将混合料镳入待修坑槽后，将霾化剂均匀洒入修补路块中，其强度成型梳理 为：借助添加剂不同组分间的化学反应，形成具有一定强度的固态化合物并以 网状分散在混合料中增加冷铺沥青混合料的强度，并通过反应释放的热量加快 混合料中溶剂的挥发，从蔼加快混合料的成型，这种类型的冷镶沥青混合料可 较大地提高冷铺沥青混合料的成型强度，使修补路块快速地开放交通，但是由 于环氧树脂的使用较为复杂，因此这种方式将增加成本和施工难度，也要求施 工工人具有一定技术水平。 1 2 2 国内外研究现状 囡外在上个世纪的五六十年代就开始了冷铺沥青混合料的研究，它既可用 于道路基层，又可用于路面修枣 ，沥青结合料既有采用乳纯沥青型，也有采用 液体沥青型。近年来，加拿大、美国、英国、日本等国家也来华推销过冷铺沥 青混合料，力图在国内打开市场。但是起初这些国家来我圈销售的冷铺沥青混 合料的价格都比较高，通常都在5 0 0 0 元人民币吨的价格以上，超出用户麓承 受能力。就冷铺沥青混合料的设计来看，最其代表性的是美豳和前苏联。 前苏联所用的结合料主要为稀释沥青，工艺过程为热拌冷铺。他们研究认 为，冷铺混合料的性质与沥青结合料的粘度、矿质集料的比面、结合料用量等 因素有关。为保证混合料良好的储存性及工作髓，其最大的特点就是矿粉用量 高达1 5 0 o , 3 0 ，因此修补处表面比较光滑，不能达到应用的粗糙度，同时高的 矿粉用量也使得冷铺沥青混合料的成本大为提高。 3 第1 章绪论 美国对于储存式冷铺沥青混合料的结合料也主要采用稀释沥青，其设计主 要考虑以下三个因素：残留沥青的性质。残留沥青应能形成较大粘接力，并 对集料有良好的粘附性，能够抵抗雨水的侵蚀而不脱落。沥青的粘度。沥青 粘度应便于混合料拌和和施工操作，其最大粘度宜不超过6 p a s 。沥青结合 料的凝结速度。结合料的用量、旌工时的天气( 风速、温度、湿度) 均影响稀 释沥青的凝结速度。一般地，溶剂愈轻，气温愈高，则挥发愈快；溶剂含量愈 多，则挥发时间愈长；湿度愈高，则凝结愈慢。对砂石料要求是采用机制碎石、 机制砂，而集料级配基本与热拌沥青混合料相似。 加拿大t c g 材料公司推出一种名为q p r 2 0 0 0 的储存式沥青混合料。它是将 沥青、稀释剂、聚合物以及经过挑选的集料，以一定的方法配制而成的冷铺沥 青混合料。它所用的沥青结合料是一种稀释的改性沥青，而集料主要推荐使用 碱性石料轧制的碎石，为适应不同场合需要，其级配也分为多种系列，但无论 是哪种级配，基本上均属于开级配骨架结构，且级配范围宽，矿粉用量少，甚 至基本不用，而沥青用量为4 5 5 5 ，这说明他们的冷铺料粒料表面的沥青膜 比较厚，这是由于加拿大地处寒带，需要更多地考虑提高提高混合料的低温性 能。 英国e m c o l 国际有限公司推出的路面修补材料，也是由石油溶剂稀释配制 而成的沥青结合料，再与砂石料拌制成混合料。混合料规格主要分为标准级以 及特细级，标准级最大粒径为6 m m ，用于修补深度在1 0 m m 以上的坑槽；另一 种称为特细级，最大粒径为3 m m ，用于修补浅表面的破损，如路面脱皮、水泥 混凝土路面板的边角和伸缩缝等。但是这种材料在短时间内即会出现很大的蠕 变变形，随着时间的延长，蠕变量减小，到三个月后蠕变量几乎与热拌沥青混 合料相当。 日本昭和沥青工业株式会社常温沥青拌和材料。他们根据不同季节的气温 高低分别使用两种型号的混合料。所用沥青结合料也为改性液体沥青。由于材 料本身有自粘性，使用时可以不用涂粘层油。他们自称可以全天候使用，即使 在寒冷天气也不会失去粘性。他们认为一般的冷铺材料修补坑坑槽，经过一年 后的使用即会松散，残存率仅为3 5 0 0 - 4 0 ，而他们的残存率却可以达到 8 5 - - 0 0 。他们将常温材料用于高速公路、干线道路以及一般道路，还用于机 场滑行道、铁路与公路交叉口处、桥面，此外还用于管线开挖后的恢复，公园 道路、停车场铺面等场合的修补。 4 第1 章绪论 螽湾勇宗企业股份有限公司、台湾腾钜凯工业有限公司等在2 0 0 0 年翁后也 进行了储存式沥青混合料的开发，并称之为“常温固沥土”。据介绍，这种材料 在坑槽修补后6 个小时即能硬化。如果是这样，那说明这种冷铺沥青混合料采 用的结合料配方有其特殊性，即结合料所含溶剂的挥发性好，因此其储存也要 求采用不透气的塑胶袋包装，储存期限为3 个月。 同济大学的吕伟民教授也曾于2 0 0 0 年进行冷铺沥青混合料的研究，并于6 月中旬在江扬北路大桥用于坑槽修补。坑槽用冷镳料填补藤，仅人工进行了夯 实，丽经过行车碾聪后已与原路蕊结合在一起而几乎分不歼，取得了较好的使 用效果。本课题组也曾于2 0 0 5 年在内蒙古盐渍土环境下进行了冷铺沥青混合料 应用于坑槽修补的实践，经过一年多的观察，混合料与原路面结合良好，并未 出现松散等破坏，说明该种冷镳沥青混合料有较好的路用性髓。 总体而言，欧美国家早己开始进行储存式冷铺沥青混合料的研究，并且已 得到广泛的应用。囡外除英国产晶成分上有其特殊性，前苏联、加拿大、美国、 日本等匿家的冷铺沥青混合料，在材料组成上基本属于圊一类型；在使用性能 上欧美国家的冷铺沥青混合料优予前苏联的冷铺沥青混合料。我国在这种材料 上也进行过一定的研究，并有相关产品及添加剂的销售，如北京科宁冷补。 | l 。3 本课题的研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容 储存式冷铺沥青混合料的性能影响因素多，本课题对储存式冷铺沥青混合 料进行一系列的研究，希望通过储存式冷铺沥青混合料的试配、室内及现场使 用评价，寻求出各种影响因素闻的相互关系，并对机理分橱、结合料配置、集 料配合比设计方法、生产工艺及性能评价等方面进行较为深入的研究，并对储 存式冷铺沥青混合料的生产施工及后续研究提供一定的技术基础。具体的研究 内容如下t l 储存式冷铺沥青混合料强度形成枫理及规律； 2 储存式冷铺沥青混合料的性能评价方法； 3 储存式冷铺沥青混合料中结合料的设计； 4 集料级配对储存式冷铺沥青混合料性能的影响； 5 第1 章绪论 5 储存式冷铺沥青混合料的拌制工艺及施工工艺； 6 所设计的储存式冷铺沥青混合料与其它冷铺沥青混合料的比较； 7 储存式冷铺沥青混合料在路面修补中的性能研究。 1 3 2 研究方法和技术路线 本课题在现有研究成果的基础上，通过对冷铺沥青混合料进行一定的前期 室内试验，进一步从理论上掌握冷铺沥青混合料的性能特点，接下来通过更大 量的室内试验，对冷铺沥青混合料的材料组成、配合比设计、性能评价及施工 工艺等开展系统的研究。 研究的技术路线图如下所示： 图1 - 1 本研究技术路线图 6 第1 章绪论 理论分析、资料收集：包括国内外对储存式冷铺沥青混合料的研究，主要 为级配类型的选择及结合料的配制方法及相关性能参数的选择； 结合料、集料准备：冷铺结合料为几种添加剂共同作用改性得到的结合料， 因此在进行混合料性能试验之前须对结合料中掺添加剂的类型、掺量的影响进 行分析；而集料准备主要为级配的初选； 室内试验：室内试验包括各基础材料本身的技术参数，冷铺沥青混合料的 试拌，最佳沥青用量的确定等； 混合料性能判别：包括混合料的工作性能、马歇尔稳定度、残留稳定度的 检验，工作性能采用经验方法，而后两者采用马歇尔试验方法： 试验路验证：包括冷铺沥青混合料在储存期内的工作性能，实际路面坑槽 修补的效果观察； 混合料的设计方案：包括不同季节下冷铺沥青混合料的配制方案； 同类产品比较：查阅相关文献，将本文设计的冷铺沥青混合料与不同冷铺 沥青混合料的相关指标进行比较； 应用分析：包括冷铺沥青混合料的现场拌合方案，以及应用的问题分析。 7 第2 章试验方案及方法 2 1 试验方案 第2 章试验方案及方法 为了研究冷铺沥青混合料的性质，先须进行冷铺沥青混合料的配制，因此 需要进行以下试验，具体试验目的、试验过程及试验结果在第五、六章中介绍： 一、材料性质分析 1 、a h 5 0 、a h 7 0 、a h 9 0 三种基质沥青的指标分析； 2 、集料的基本物理指标分析； 3 、添加剂的掺加影响分析； 4 、溶剂的初选及掺量分析； 5 、适合于冷铺沥青混合料的溶剂掺量范围确定； 6 、残留沥青的性质。 二、冷铺沥青混合料的性能分析 1 、结合料的最佳用量； 2 、不同基础沥青拌对冷铺沥青混合料的初始马歇尔强度分析； 3 、不同溶剂类型对冷铺沥青混合料的初始马歇尔强度分析； 3 、不同溶剂类型对冷铺沥青混合料的残留稳定度影响分析； 4 、冷铺沥青混合料的成型强度试验； 2 2 材料的组成及其技术要求 2 2 1 基质沥青 为了更好的把握冷铺沥青混合料结合料的配制技术，室内试验中采用了三 种基质沥青：a h 5 0 、a h 7 0 、a h 9 0 ，分别对其进行基本技术指标分析，结果 如下表： 表2 - 1 三种基质沥青基本指标 8 第2 章试验方案及方法 指标动力粘度 针入度2 5 延度1 5 ，c u 软化点 沥青种类( 6 0 ，p a s ) 中石化a h 一5 0 5 1 1 5 0 5 0 2 2 7 0 中海a h 一7 06 3 1 5 04 9 52 2 5 广石化a h 一9 0 8 9 1 0 04 6 51 8 4 附江西省南昌沥青供应站对三种基质沥青检测指标分析，如下表： 表2 - 2 中石化5 0 号沥青的技术指标 测试项目 实测结果质量指标 针入度( 2 5 c ，l o o g ，5 s ) ，1 l o m 5 54 0 一6 0 延度( 1 5 ，5 c m m i n ) ，c m不小于 1 5 08 0 软化点( 环球法) ( ) 5 0 34 9 闪点( c o o ) 不低于 3 2 42 6 0 含蜡量( 蒸馏量) ( ) 不大于 1 52 2 密度( 1 5 c ) ( g c m 3 ) 1 0 3 6 实测记录 溶解度( 三氯乙烯) ( ) 不小于 9 9 7 69 9 5 t f o t 质量损失( 1 6 3 ，5 h ) 不大于 0 0 30 8 0 8 t f o t 后针入度比( ) 不小于 6 5 56 3 t f o t 后延度( 2 5 ) ( c m ) 不小于 45 7 表2 - 3 中海7 0 号沥青的技术指标 测试项目 实测结果质量指标 针入度( 2 5 c ，l o o g ，5 s ) ，1 i o h 6 76 0 一8 0 延度( 1 5 c ，5 c m m i n ) ，c m不小于 1 5 01 0 0 软化点( 环球法) ( ) 4 9 74 4 5 4 闪点( c 0 c ) 不低于2 9 52 3 0 含蜡量( 蒸馏量) ( ) 不大于 1 7 83 密度( 1 5 ) ( g c m 3 ) 1 0 1 1 实测记录 9 第2 章试验方案及方法 溶解度( 三氯乙烯) ( ) 不小于 9 9 9 09 9 0 t f o t 质量损失( 1 6 3 c ，5 h ) 不大于 o 1o 8 t f o t 后针入度比( ) 不小于 6 25 5 t f o t 后延度( 2 5 c ) ( c m ) 不小于 1 2 0 实测 表2 - 4 广石化9 0 号沥青的基本指标 测试项目实测结果质量指标 针入度( 2 5 c ，l o o g ，5 s ) ，1 1 0 m m 9 18 0 1 0 0 延度( 1 5 ，5 c m m i n ) ，c m不小于 1 0 01 0 0 软化点( 环球法) ( ) 4 6 44 4 5 4 密度( 1 5 1 2 ) ( g c m 3 ) 1 0 1 1实测记录 针入度指数p i 一0 5一i 5 “+ 1 0 t f o t 后针入度比( ) 不小于 5 55 0 t f o t 后延度( 2 5 ) ( c m ) 不小于 1 1 62 0 本研究中选取了三种基质沥青进行冷铺沥青混合料的配制，目的为了更广 泛的了解冷铺沥青混合料的配制方法，同时也扩大该种混合料的选材范围，以 扩大其适用范围。 2 2 2 石油溶剂 在本研究中，采用石油溶剂进行结合料的配置，因为石油溶剂可以与沥青 有很好的相溶性。 石油工业中对石油溶剂也有其特定的技术指标，但是在本研究中，关注的 是石油溶剂本身的粘度以及其挥发性能，粘度可以初步判定结合料可能被稀释 的最低状态；挥发性能则可以判定混合料储存的难易、成型的快慢，通过闪点 来衡量，石油溶剂的闪点越高，储存性能越好，施工越安全，但是混合料成型 越慢，反之，储存性能降低，施工风险提高，混合料成型快。 我们调查分析了数种常用石油溶剂并将其性能列于下表，本研究将主要采 用0 号柴油作为配制冷铺沥青混合料的石油溶剂： 1 0 第2 章试验方案及方法 表2 - 5 石油溶裁酶相关指标 油品标号及相关指标动力粘度2 0 c ，p a s 闪点，闭口 燃点，理论 0 号柴油 2 5 5 6 8 6 52 2 0 9 e 号汽油| 5 04 1 5 5 1 3 煤油 |4 58 0 8 4 从闪点的高低可以看出，三种油品的挥发性能关系为：汽油 煤油 0 号柴油。 相关资料显示，汽油燃点较高，儇是在予其极强的挥发性能，使其蒸汽在很低 的温度即可以在有明火的条件下燃烧，因此在采用低闪点的溶剂进行冷铺结合 料的配制时，需尽可能的降低拌合温度，同时应保证通风良好以降低空气中油 品的蒸汽浓度，减小事故的风险。 进行不同石油溶剂进行试验的雪懿是为了受宽地把握沥青的稀释性能，以 获得满足使用要求的冷铺沥青混合料。 2 2 3 改性剂 由于石油溶剂的加入，使沥青的粘度及粘结性能均下降，由于沥青本身的 局限性，路用试验表明直接采用基质沥青配制的冷铺沥青混合料不能满足使用 要求，因此需要对基质沥青进行某方面的改性以使冷镳沥青混合料可以满足实 际路用要求。 以下是几类道路沥青中常用添加剂的对照表： 表2 - 6 几种常用改性沥青性能比较 融表格中比较褥知，s b s 改性沥青具有双向改性的特征，在国内许多文献 中也提到采用s b s 改性沥青进行储存式冷铺沥青混合料的醚置，因此本研究将 尝试采用s b s 改性沥青进行储存式冷铺沥青混合料的配制。试验用s b s 改性沥 青的基本技术指标如下： 第2 章试验方案及方法 表2 - 7 本研究采用s b s 改性沥青的技术指标 淤 针入度2 5 延度1 5 ，c m软化点 c 沥青种类 s b s 改性沥青 3 8 1 0 09 2 注：本试验用s b s 改性沥青为成品沥青 另外，本研究中还采用石油树脂，主要用于增加冷铺沥青混合料的粘结性 能，机理在于该种树脂在生产中通过强极性基团的引入增加其活性，从而达到 增加粘附力的目的，该种树脂与油品能有很好的相溶性，其相关技术指标如下： 表2 - 8 本研究用石油树脂相关指标 种类项目实测物理指标 软化点1 0 06 0 1 0 0 石油树脂相对密度 o 9 8o 9 8 熔融粘度，2 0 0 ( 2 1 7 0 2 5 0 3 0 0 1 0 4 0 日本提出评价指标采用马歇尔试验方法，针对冷铺沥青混合料应用的各个 阶段提出了相应的指标要求。三个指标中，初期稳定度与使用稳定度与常规热 拌沥青混合料的稳定度之间具有可比性，通过对比可知冷铺沥青混合料的稳定 度要低于普通热拌沥青混合料的稳定度。其中对作业稳定度的规定也采用了稳 定度的控制方式，但是其本质还在于依靠经验，建立起“疏松 与稳定度之间 的关系，这是不可避免的。 另一方面，本研究认为，在冷铺沥青混合料的设计中决定混合料工作性能 2 0 第4 章冷铺沥青混合料的性能评价指标 的主要在于结合料的类型及结合料的用量，两混合料的马歇尔稳定度则是由结 合料及级配两方面共同决定，因此尽管采用作业稳定度在0 5 - 0 8 k n 之间的混 合料也可能具有较好的疏松性，但是采用稳定度来控制冷铺沥青混合料的工作 性能本身是值得商橇的。 4 2 冷铺沥青混合料的工作性能评价 冷铺沥青混合料的工作性能，之前的研究普遍认为其包含疏松性及压实性 两个方面，因此对其评价也是将两者采用统一指标合并考虑，对冷铺沥青混合 料工作性能的评价，国外已有以下几种方法： 4 2 1 前苏联 前苏联采用以下方法评价混合料的疏松性：在温度为8 0 和荷重0 5 k g c m 2 下，匿实3 m i n ，将混合料翩成蕊锥形试件( 离6 3 m m 、上底直径4 5 m m 、下底直径 5 3 m m ) ，在1 5 温度下放置4 h 。脱模后以3 k g 锤重、落距6 c m 锤击，以试件破坏 时的锤击次数作为疏松性指标。而压实性则在常温下( 1 5 - - - ，2 0 ) 下，分别以 4 0 0 k g c 盹和o 5 k g c m 2 压力刽各辩d = 5 0 蕊的试件，测定其容重，以两者容重的 比值表示其压实性。 4 2 2 西班牙 两班牙c a n t a b r i a 大学提出的一种磨耗方法。经过适当改进后，来评定混合 料的疏松性和压实性。即将1 k g 沥青混合料在1 5 c 的温度下证反面锤击2 0 次制成 马歇尔试件，称重恁在1 5 1 2 的温度下保温4 个小时，然后将试件放入洛杉矾磨耗 机( 不放入钢球) ，旋转1 0 0 转后从滚篱中取出最大的一块，称重，按下式计算磨 耗损失率： q = ( q 1 - 0 2 ) 0 1 1 0 0 ( 4 1 ) 式中： 旷磨耗损失率； q l 一为原件重量； 2 1 第4 章冷铺沥青混合料的性能评价指标 q 2 一为磨耗试验后试件重。 他们指出如果混合料压实性能差，试件损失率必然大；相反，如果混合料 疏松性差，易结块，试件损失率必然很小。并规定，为兼顾两者，q 值宜取在5 2 0 的范围内。 4 2 3 美国 美国德克萨斯运输部对定量评价修补沥青混合料的工作性进行了研究，并 提出了他们的试验方法和评价标准。他们采用了两种实验方法来，一种方法是 试件在轻型击实成型后进行单轴无侧限压缩试验，另一种方法是对试件进行三 轴压缩实验( 标准t e x 一1 1 7 一e ) 。老化后的工作性也通过上述两种方法评定，通过 对老化过程与压缩实验的敏感性的研究，他们进一步提出了两种老化方案： 方案( a ) ：将7 千克的松散沥青混合料放在盘子当中铺成5 0 r a m 厚的一层，然 后放入1 2 0 的强制通风烘箱中老化4 8 d , 时； 方案( b ) ：采用同样的老化方法但是老化时间为9 6 个小时。试件的尺寸是直 径为1 5 2 r a m ，高度为1 5 2 r a m 的圆柱形体，采用的轻型击实方法是模拟混合料在库存 时的压实并且能使成型的试件在自身的重量下不会崩溃瓦解。 1 三轴压缩试验法 它们通过结合野外的实际情况，认为方案a 比较适合于冷铺沥青混合料的工 作性能评价，并提出满足工作性能的冷铺沥青混合料老化前后的破坏包络线应 在下图的包络线范围内： 第4 章冷铺沥青混合料的性能评价指标 挠势强度，k p a 侧限强度，k p a 图4 一l 建议破坏包络线标准 2 单轴无侧限雁缩试验 此外，他们采用无侧限抗压单轴压缩试验方法也进行了一系列的研究，并 提出了相应技术标准为： 满足工作性的混合料老化前的无侧限抗压强度应小于2 0 0 k p a ； 满足工作性的混合料老化后的无侧限抗压强度应不大于10 0 0 k p a 。 4 2 4 现有评价的分析 _ 以上三种工作性能评价方法均采用菜一力学指标合并考虑冷铺沥青混合料 的工作性能，即疏松性及压实性，并提出了相应的取值范围。当然这些评价方 法本身都是可行的，只是在实际应用中颇为不便。另外，冷铺沥青混合料的疏 松性其本质是人工对混合料进行操作的难易程度，因此在采用试验方法评价这 种难易程度时，尽管各个国家均用指标掩盖了其中经验的成分，但是其本质还 是通过试验手段建立起疏松性这种主观感觉与指标数据间的关系。同时，前面 提到，影响冷铺沥青混合精疏松懂主要在于结会料的粘度及用量上，因此，采 用力学的方法势必将级配的因素一并考虑在内，也不能十分准确的把握疏松性 这样一种主观感觉。 经过反复的比较，本研究主张将冷镳沥青混合料的工作性能分开考虑，即 第4 章冷铺沥青混合料的性能评价指标 本节评价的工作性能只是冷铺沥青混合料的疏松性能，而压实性能则交由初期 强度、成型强度及抗水损性能几个方面考虑。 4 2 5 疏松性的评价 本研究采用的对疏松性的评价方法是：采用经验的方法判定冷铺沥青混合 料的疏松性，即将一定量的混合料经过设计储存期后，在设计应用温度下，用 小铲敲击结团的混合料，看人工是否容易打开团块，以打开团块的难易程度评 价混合料的疏松性能。如进行冬季一5 的冷铺沥青混合料疏松性评价，即先将 约l k g 混合料拌出后，按设计的储存条件储存时间放置，之后将混合料取出，人 工用小铲看看是否能分开结团的混合料，若分开结团的混合料较困难，则表明 该种混合料在冬季一5 的设计温度下其疏松性是不够的，需要重新调整结合料 配方。 4 3 冷铺沥青混合料的初期强度评价 为了实现冷铺沥青混合料快速修补的目的，要求冷铺沥青混合料在修补好 路面坑槽后即开放交通，因此冷铺沥青混合料需要达到一定的初期强度，即混 合料应具有较好的压实性。根据冷铺沥青混合料的性能特点，本研究采用马歇 尔稳定度评价冷铺沥青混合料的初始强度。 方法如下：将拌制的冷铺沥青混合料经过设计储存期后，取出后在常温下 正反面各击实7 5 次成型马歇尔试件，将试件置于6 0 c 水浴中3 0 4 0 m i n ，然后测 定其马歇尔稳定度，通常此初期稳定度值较低。 查阅相关资料，以下几种冷铺沥青混合料进行的初始马歇尔强度测试结果， 见下表： 表4 - 2 几种冷铺沥青混合料初始强度 性能加拿大宁枫 日本百和冷补同济大学u p m ( 美国) l 初始稳定度( 1 ( n ) 1 91 82 22 1 可以看出它们的初始强度差别不大， 较好的工作性能其结合料的粘度均不高， 为了提高混合料抗行车荷载的能力， 主要是因为冷铺沥青混合料为了获得 因而稳定度也在较低的水平。 要求冷铺沥青混合料的初始强度满足 第4 章冷铺沥青混合料的性能评价指标 一定要求，以承受行车荷载。如有些冷铺沥青混合料在常温下成型的马歇尔试 件在脱模后有极少数试件由于自重而稍有变形，这种强度将不能满足车辆行驶 要求，需要调整混合料的设计。 4 4 冷铺沥青混合料的成型强度评价 冷铺沥青混合料在镶筑之赢，随着行车盼逐渐噩密及环境的作用，混合料 中的添加剂将逐渐挥发，结合料逐渐恢复基础沥青的性质，瑟瑟粘结力c 值逐渐增 大，因此混合料的强度也将逐渐提高。为了保证冷铺沥青修补的路面的耐久性， 即在夏季高温季节行车荷载反复作用下，不致产生较大的变形，要求混合料应 具有一定的强度。对冷铺沥青混合料成型强度的评价仍采用马歇尔稳定度的方 法。 前文中提到日本提出的使用稳定度大于3 o k n ，主要是针对常温状态下使用 的沥青混合料，面对于高温状态下使用的沥青混合料应提出较高的要求。 长安大学在同名论文中采用加速试件成型的方法测定混合料的成型强度， 即用烘箱加热的方法促进溶剂的挥发。其试验采用两种试验方案： 方案1 ：将储存好的松散沥青混合料放入盘子中，均匀摊铺成厚5 0 r a m 的层， 放入1 0 5 c 烘箱中2 碡h 爱取_ 出，立即按标准马歇尔试件成型方法击实成型，冷却 后脱模，放入6 0 c 水浴中保温3 0 - 4 0 r a i n ，测定其6 0 c 马歇尔稳定度。 方案2 ：将储存的松散沥青混合料先击实成型为标准马歇尔试件，不脱模横 向放嚣于1 0 5 c 的烘箱中2 4 h 后取燃，立鄙两露分别击实2 5 次，冷却后脱模，采 用上述相同方法测其6 0 c 马歇尔稳定度。 表4 3 成型稳定度实验结果 l攒标方案1方寨2 l l 成型稳定度( 赋) 4 。1 22 1 8 同济大学采用相同组成配合比的混合料作标准马歇尔实验，考虑到溶剂尚 未完全挥发，要求稳定度大于5 。o k n 。这种方法也是采用高啦冷铺沥青混合料实 际击实溢度的方式，以加速混合料孛溶剂的挥发从焉达至l 混合料强度迅速提高 的目的。 公路沥青路面施工规范j t gf 4 0 - 2 0 0 4 中对冷补沥青混合料成型强度的试验 第4 章冷铺沥青混合料的性能评价指标 方法：称混合料11 8 0 9 装入马歇尔试模中，双面各击实5 0 次放入1i o 。c 烘箱中2 4 h ， 取出后再双面各击实2 5 次，再连同试模在室温中竖立放置2 4 h ，脱模后在6 0 。c 恒 温水槽中3 0 4 0 m i n ，测试马歇尔稳定度，并要求此稳定度值不得低于3 k n 。规范 中对此成型强度的取值偏小，因为在高温1 i o 。c 烘箱中2 4 h 后，溶剂已有较大部 分的挥发，参考相关文献，建议此成型强度不低于4 k n 。 4 5 冷铺沥青混合料的水稳定性 抗水损坏能力是冷铺沥青混凝土的薄弱环节，一方面因为冷铺结合料本身 粘度较低( 不超过2 0 p a s ) ；另一方面由于冷铺沥青混合料在路面坑槽修补中 是逐渐压密的过程，即其初期空隙率较大，地表水容易渗入导致损坏，因此要 求其具有较强的抗水损能力。室内试验表明，采用基质沥青配置的冷铺沥青混 合料尽管其初期强度与改性沥青配置的混合料差别不大，但其抗水损坏能力与 改性沥青配制的混合料具有一定差距，这也是各种冷铺沥青混合料生产商尽可 能的完善其结合料配方以满足路用性能要求的原因之一。 对于评价路面水稳定性破坏的方法，采用浸水马歇尔实验。该方法要求试 件分成两组，其中一组直接进行马歇尔试验，在6 0 水浴中放置3 0 4 0 m i n 后测 其稳定度m s ，另一组在6 0 水浴中浸泡4 8 d , 时，测其饱水稳定度m s l ，试件的浸 水残留稳定度按下式计算： p = m s l m s x l 0 0 ( 4 2 ) 式中：州件的浸水残留稳定度，； 朋6 0 试件的初始马歇尔稳定度，k n ； 尬l 试件浸水7 2 d , 时的稳定度，l ( n 。 同济大学模拟连续三天下雨的路用状况，将马歇尔试件在常温下浸水三天， 测其马歇尔强度m s ，并以残留马歇尔强度来评价混合料的水稳性，即 p 2 m s l m s 1 0 0 ，规定p x - 于7 0 。 有文献认为应降低马歇尔试件的浸水温度以提高其浸水残留稳定度，本文 仍建议采用6 0 ( 2 水浴，但是在进行水稳定性试验前可将试件脱模后置于4 0 c 的 烘箱中养护1 2 h ，以使试件表面的溶剂挥发后再进行浸水试验，残留稳定度p 值 应大于7 0 。 第4 章冷铺沥青混合料的