（材料学专业论文）安全环保型沥青混合料tsem在隧道路面中的应用.pdf

摘要 目前隧道路面大多采用水泥混凝土路面形式，现在沥青混合料路面表面平整性高、 行车平稳舒适、耐磨、抗滑性能好，降噪性能好以及施工期短等优点，正越来越多地运 用到高速公路、桥面铺装和隧道路面铺装中。针对隧道路面的环境特点和对路面的特殊 性能要求，本文研制了一种安全环保型沥青混合料；旨在通过研究改善沥青路面的一些 特性，使沥青路面在发挥自身性能优势的同时，又能满足隧道安全性，降噪性，抗滑性 的需要。本文主要是通过试验来研究出集抗滑、降噪、阻燃、高粘度等优点于一体的改 性沥青，然后进行安全环保型沥青混合料的配合比设计，并且对这种混合料的特殊性能 做出研究。结果表明，隧道运用沥青路面不仅可以完全发挥其优良的性能，而且根据隧 道路面的特殊要求可以设计出功能更加完善的沥青路面。 本为采用的研究方法和手段主要是试验研究。通过试验数据分析安全环保型沥青混 合料的优势所在。 关键词：隧道，沥青路面，改性剂，温拌剂，阻燃，配合比设计，路用性能 a b s t r a c t i np r e s e n t ，t h et u n n e lr o a dm o s t l yu s e st h ec e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n tf o r m ，h o w e v e r , t h e a s p h a l tp a v e m e n ts m o o t h n e s s 晰t 1 1l l i g ht r a f f i ca n dc o m f o r t a b l e ，w e a r a b l e ，a n dt h ea d v a n t a g e o fa n t i s l i d i n g ，n o i s er e d u c t i o na n ds h o r tc o n s t r u c t i o np e r i o d s oa s p h a l tp a v e m e n ti sm o r ea n d m o r eu s e di nt h eh i g h w a y , t h ef l o o r i n ga n dt h er o a dt u n n e l a sr e g a r dt ot h et t m n e lr o a d s u r f a c e se n v i r o n m e n tc h a r a c t e r i s t i ca n dt h ep a v e m e n t ss p e c i a lp e r f o r m a n c er e q u e s t s ，t h i s a r t i c l eh a sd e v e l o p e do n ek i n do fs e c u r i t ye n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na s p h a l tm i x t u r ew h i c h e n a b l e st h ea s p h a l tp a v e m e n tn o to n l yd i s p l a yo w np e r f o r m a n c es u p e r i o r i t y , b u ta l s os a t i s f y t h et u n n e ls e c u r i t y , t h en o i s er e d u c t i o n ，a n t i s l i d e sn e e d t h i sa r t i c l em a i n l yd e v e l o p sak i n d o fm o d i f y i n ga s p h a l tw h i c hh a st h ec o l l e c t i o no fa n t i s l i d e ，n o i s er e d u c t i o n ，f i r e - r e t a r d i n ga n d h i g hv i s c o s i t yi nb o d y ，t h e nc a r r i e so nt h em i x t u r ed e s i g na n dm a k e st h er e s e a r c ht ot h i sk i n d o fb l e n d ss p e c i a lp e r f o r m a n c e t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tt h i sm i x t u r en o to n l ym a yd i s p l a yi t s f i n ep e r f o r m a n c ec o m p l e t e l y , m o r e o v e rm a ym a k et h ef u n c t i o nm o r ep e r f e c ta c c o r d i n gt ot h e t u n n e lr o a ds u r f a c e ss p e c i a lr e q u e s t t h er e s e a r c ht e c h n i q u ea n dt h em e t h o du s e di n t h i s a r t i c l ei sm a i n l yt h r o u g ht h ee x p e r i m e n t a ls t u d y t h r o u g ht h et e n t a t i v ed a t aw ec a na n a l y s i s s e c u r i t ye n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nn o i s er e d u c t i o na s p h a l tm i x t u r e ss u p e r i o r i t y k e yw o r d s ：r o a dt u n n e l ；a s p h a l tp a v e m e n t ；m o d i f i e r ；w a r mm a t e r i a l s ；f i r e r e t a r d i n g ； m i x t u r ed e s i g n ；p a v e m e n tp e r f o r m a n c e i l 1 1 本课题的提出及研究意义 第一章绪论 随着我国公路建设的迅速发展，公路隧道不断增多，隧道火灾已经成为一个国际性 的难题，隧道内部一旦发生交通事故，引起车辆火灾，将造成严重的人员伤亡与经济损 失。1 9 9 9 年3 月位于法国与意大利之间的勃郎峰隧道火灾，死4 1 人，毁车4 3 辆；1 9 9 9 年5 月2 9 日发生的奥地利t a u e mm o t o r w a y 隧道火灾，死亡1 2 人，伤5 0 人；2 0 0 0 年 1 1 月，奥地利沙尔茨堡州基茨施潭霍恩山隧道发生火灾；2 0 0 1 年3 1 2 国道商南境内琥 珀山隧道火灾( 图1 1 ) ；2 0 0 3 年6 月，韩国首都汉城发生一辆公共汽车与一辆吉普车在 隧道里相撞而引发的火灾，约3 0 人受伤；2 0 0 5 年9 月2 9 日台州东山隧道发生火灾；2 0 0 6 年浙江甬金高速公路仅通车7 天就因为隧道车辆火灾而封闭维修；2 0 0 6 年3 月广州京珠 高速公路温泉隧道发生火灾( 图1 2 ) ；2 0 0 9 年3 月，由辽宁本溪开往桓仁满族自治县方向 的客车在三架岭隧道发生火灾( 图1 3 ，图1 4 ) 。近年来我国高等级公路建设发展迅速， 交通量与车辆状况复杂，隧道内部交通事故愈加频繁，事故后果愈加严重。因此隧道内 防火问题成为沥青路面研究的重点。 图1 1 图1 3 图1 2 图1 4 另一方面，隧道内部环境封闭，在路面施工期间，隧道的通风性能比较差，即使在 隧道口安装鼓风机，但由于隧道洞口尺寸过大，污染空气的排放效果往往比较差。没有 第一章绪论 良好的通风条件，热拌沥青混合料施工时产生的浓烟很难迅速排除，隧道内的温度高， 空间封闭，也无法散热，这严重影响施工人员的身体健康，还会直接影响隧道路面的施 工质量。而且，由于浓烟在隧道内积聚，造成隧道内局部含氧量过低，施工人员必须佩 戴防毒面具并且增加轮班工作人员；另外，隧道内的热量无法散失，造成摊铺机油温、 液压油温及水箱温度过高，无法正常运行，影响施工进度与质量。因此，从施工角度考 虑，隧道路面沥青混合料在施工时应尽量较少烟尘的排放，采用温拌沥青混合料可以在 施工中能大大改善工人的施工环境。 随着公路隧道长度的不断增加，内部的封闭程度愈深，车辆行驶的噪声污染愈严重，噪 声危害的加重，严重影响了人们的身体健康，对行车安全也会产生一定的影响，因此，隧道 内降噪也成为路面设计中必须要考虑的问题。 1 2 安全环保型沥青路面的国内外研究现状 1 2 1 温拌沥青路面的国内外研究现状 随着各个国家对于温拌沥青技术的日益重视，沥青温拌应用技术的研究和开发也日 益成为道路技术界的关注热点。 温拌技术发源于欧洲，2 0 0 0 年h a r r i s o n 和c h r i s t o d u l a k i 在第一届国际沥青路面大会 上首次报道了胶结料降粘型和沥青发泡型两大主流温拌技术，随后，这两种技术陆续研 发成功并投入使用。2 0 0 3 年，在联邦公路管理局( f h w a ) 组织下，成立了温拌沥青技 术工作小组( w m a t w g ) ，该小组对温拌技术在欧洲的应用状况进行了考察，研发成 功了表面活性平台温拌技术并首次应用。2 0 0 4 年，以美国沥青技术研究中心( n c a t ) 为代表的著名研究机构，展开了温拌沥青技术的室内外研究工作。2 0 0 5 2 0 0 6 年末，在 著名的n c a t 环道中嵌入了温拌试验段。2 0 0 7 年，美国组织了一个半官方的赴欧温拌 技术考察团，该考察团制定了推动温拌技术发展的技术路线和行动纲要。 我国对温拌技术的研究工作始于2 0 0 5 年4 月，由交通部公路科学研究院、同济大 学、北京路桥路兴物资中心合作尝试研究温拌沥青混合料，同年9 月，在北京国道1 1 0 辅线首次成功实施温拌试验路。截至到2 0 0 7 年，温拌技术已经成功应用于城市道路， 高速公路和城市快速道路薄层铺装等。2 0 0 8 年，温拌技术全面进入到隧道路面，超薄磨 耗层以及低温施工的商业应用阶段。 温拌技术在隧道中的工程应用状况： 2 0 0 6 年5 月，台金高速公路长大7 5 公里的苍岭隧道全线贯通，其中有1 公里采用 2 长i j ，i ：，：穆：；一： 的是基于乳化平台的温拌沥青技术。 2 0 0 8 年7 月，江西武吉高速公路中长5 4 公里的九岭山隧道全线贯通，该隧道在国 际上首次采用了沥青混凝土温拌阻燃技术。 河南郑州至石人山高速高路的始祖山隧道采用的是温拌沥青路面。 瑞赣高速公路中的陕山隧道、于都隧道和钟山隧道继武吉高速、昌樟高速成功进行 试验段施工后首次大规模应用温拌沥青技术。2 0 0 8 年，瑞赣高速公路的这几个长大隧道 相继顺利贯通。 蒙新高速公路采用的是s e a m 硫磺改性温拌技术。 湖南常吉高速公路采用的是添加温拌剂的改性温拌技术。 1 2 2 阻燃沥青路面在国内外的研究现状 阻燃沥青的研究最早可以追溯到1 9 8 7 年，制备的阻燃沥青主要用于屋面阻燃油毡。 在国内，在上世纪9 0 年代就开始阻燃沥青方面的研究，随着我国大型公路隧道的大规 模建设，石油化工、道路交通领域的学者在沥青路面阻燃技术方面展开了大量的研究， 取得了一定的研究成果，也在一些工程中得到了应用；总结隧道沥青路面的阻燃技术研 究成果，在沥青及沥青混合料阻燃技术的研究中采用的阻燃方法主要有：1 ) 在沥青中 加入阻燃剂，提高沥青的阻燃性能；2 ) 采用多孔结构的开级配沥青混合料排除隧道火 灾中的液态燃烧物质；3 ) 用不可燃的矿物纤维代替工程上可燃聚酯纤维、木质纤维， 尽可能减少混合料中可燃成分的用量。 沥青阻燃技术的应用现状： 2 0 0 3 年1 2 月，贵州的六盘山至黄果树公路中的锅圈岩隧道采用的是克拉玛依石化 公司生产的s b s 阻燃改性沥青材料铺筑的路面。 2 0 0 5 年1 0 月，湖北泸蓉西高速公路宜长段女娘山隧道使用了阻燃沥青路面材料。 2 0 0 5 年2 月，何唯平等人公开了一种密级配的阻燃沥青混合料。这种起阻燃效果的 改性沥青混合料是由1 - 1 0 份的阻燃沥青和8 0 - 9 5 份的碎石矿粉混合料组成，其中， 阻燃沥青包括2 0 - 4 0 的改性沥青、2 - 3 0 的卤系阻燃剂、2 4 的含磷无机化合物 和1 0 2 0 的抑烟剂；碎石矿粉混合料是6 0 - 8 0 的粒径为4 7 5 1 3 2 m m 范围内的碎 石、9 - 2 5 的粒径为0 0 5 - - 4 7 5 m m 范围内的机制砂和7 - 1 8 的矿粉所组成的混合物。 2 0 0 6 年安徽沿江高速公路中的隧道，朱村隧道、梅冲号隧道、大尖山隧道，都是采 用阻燃沥青混合料铺筑的。 第一章绪论 2 0 0 6 年长沙理工大学中标了深圳的阻燃沥青路面研究课题，并研制了有机溴类阻燃 剂，于2 0 0 6 年铺筑了全长3 0 9 k m 的深港西部通道深圳隧道。 2 0 0 6 年4 月，丁庆军等人公开了一项阻燃o g f c 技术。 张厚记博士发表在2 0 0 6 年4 月第2 8 卷第4 期武汉理工大学学报上的一篇文章 一碱性矿物纤维增强沥青混合料的研究，里面就指出碱性矿物纤维可以作为沥青路 面的增强纤维和阻燃纤维，特别适用于隧道内的阻燃沥青面层。单纯的利用掺加矿物纤 维来替代可燃纤维提高沥青混合料的阻燃性能的技术应用还很少。 2 0 世纪5 0 年代，国外阻燃沥青路面的阻燃技术的研究中采用难燃矿物纤维掺入混 合物中的方法。掺入纤维减少了沥青混合物中可燃组分所占的比重，并对沥青的受火流 淌起到了一定的阻止作用，但是这种方法制得的的阻燃效果并不理想。6 0 年代后期， h i n d s 退出一种含膨胀粒子的阻燃沥青。7 0 年代，随着阻燃科学和技术的发展，阻燃沥 青的研制更多的是采用外掺各种阻燃剂的方法。例如，英国r o b e r t 提出在沥青中掺入难 燃的含氯有机物和微细的无机填料。日本a s a h ir e k i s e i 公司推出了难燃沥青混合物专 利。 1 3 研究内容 本课题研究主要在调查及综合分析基础上，从材料选择和优化设计出发，研究隧道 内高粘、环保、阻燃沥青的配方、隧道内高粘、环保、阻燃沥青混合料的合理类型。 1 ) 隧道内高粘、环保、阻燃沥青的合理配方研究 1 1 合理温拌添加剂选择及剂量研究； 1 2 合理改性剂选择及剂量研究； 。1 3 适合于温拌沥青的阻燃剂选择及合理剂量研究。 2 ) 安全环保型沥青混合料的路用性能研究 2 1 安全环保型沥青混合料的阻燃性能研究； 2 2 安全环保型沥青混合料的降噪性能研究； 2 3 安全环保型沥青混合料的抗滑性能研究； 2 4 安全环保型沥青混合料的其他路用性能研究 4 2 1 原材料 2 1 1 沥青 第二章原材料及试验方法 沥青采用壳牌7 0 号基质沥青、s k 9 0 号基质沥青和壳牌s b si c 改性沥青，其技术 指标见表2 1 2 - 3 。 表2 1 壳牌7 0 号沥青常规试验结果 检测项目 测定值 1 5 2 3 针入度( o 1 m m ) 温度( ) 2 56 4 3 09 8 延度( c m ) 5 5 10 2 4 8 软化点( ) 4 8 5 1 3 5 。c 粘度( p a s ) 0 4 0 3 密度( 1 5 ) c m 3 1 0 3 2 旋转薄膜加热试验 质量损失( ) 0 2 1 5 针入度比 8 1 ( 1 6 3 c ，8 5 m i n ) 延度( 5 c m m i n ，10 * c c m ) 6 7 表2 2s k 9 0 号沥青常规试验结果 检测项目实测值 1 5 3 5 2 针入度( o 1 m m ) 温度( ) 2 58 4 3 01 3 5 7 延度( 5 c m m i n ，c m ) 5 9 4 1 5 1 0 0 6 0 c 动力粘度( p a s ) 2 8 3 1 软化点( ) 4 8 闪点( ) 3 2 5 1 3 5 粘度( p a s ) 0 3 8 2 3 旋转薄膜加热试验 质量损失( ) 0 2 针入度比 6 7 6 ( ( 1 6 39 c ，8 5 m i n ) 延度( 5 c m m i ni o * c ? c m ) 1 0 7 5 第二章原利料及试验力法 表2 3s b si 沥青常规试验结果 检湖0 项目测定值 针入度( 0 1 m m ，2 5 ) 6 3 5 延度( 5 c m m i n 5 c c m ) 4 4 7 软化点( ) 8 4 5 1 3 5 粘度( p a s ) 1 7 8 6 密度( 1 5 c ) g c m3 1 0 3 0 离析软化点差( ) 0 5 3 弹性恢复2 5 ( 。c ) 9 4 旋转薄膜 质量损失( ) 0 6 针入度比 7 2 6 加热试验 延度( 5 c m m i n ，5 c m ) 2 5 2 1 2 集料 本课题的集料采用辉绿岩，其技术性质指标见下表： 表2 4 石屑试验结果 试验项目单位试验结果试验依据 含泥量 1 9 2 t 0 3 3 3 2 0 0 0 砂当量 8 0 t 0 3 3 4 2 0 0 5 筛分结果 筛孔( m m ) 4 7 52 3 61 1 80 6o 3o 1 50 0 7 5 通过率( ) 1 0 0 0 09 7 7 8 0 86 6 4 63 3 22 0 6 表2 5 粗集料技术指标 试验项目单位试验结果试验方法 石料压碎值 l o 9 t 0 3 1 6 2 0 0 5 洛杉矶磨耗损失 1 0 7 t 0 3 2 3 。2 0 0 5 针片状含量 5 1 0 m m 8 7 8 3 t 0 31 2 2 0 0 5 1 0 1 5m m4 4 9 8 t 0 31 2 2 0 0 5 粗集料毛体积相 1 3 2 一】6 m m2 8 6 1 9 5 13 2 m m2 8 3 9 t 0 3 0 4 - - 2 0 0 5 对密度 4 7 5 - 9 5n l r n 2 8 1 7 粗集料表观相对 1 3 2 1 6 m m2 9 1 4 9 5 13 2 m m2 9 1 4 t 0 3 0 4 2 0 0 5 密度 4 7 5 - 9 5m m2 8 8 8 1 3 2 1 6 m m0 6 5 4 集料吸水率 9 5 1 3 2 m m 0 9 1 4 t 0 3 0 4 - - 2 0 0 5 4 7 5 - 9 5m m0 8 0 9 表2 6 辉绿岩的岩性分析结果 岩性组 绿泥石石英斜长石钾长石伊利石闪石铁白云石单斜辉石 7 2 8 4 0 4 1 2 2 7 成与 透辉石磁铁矿未检出 比例3 2 2 6 誓安人二f 顷l 毛，t 表2 7 矿粉试验结果 试验项目 试验结果 试验方法 表观相对密度 2 7 2 3 t 0 35 2 2 0 0 0 0 6 1 0 0 粒度范围 9 0 从表中可以看出，对于7 0 # 和s k 9 0 # 沥青来说，沥青软化点是随着添加剂a 掺量的 增加而增大。添加剂a 的加入可以改善沥青的高温稳定性。 ( 3 ) 延度 表3 3 添加剂a 掺量对基质沥青延度的影响 添加剂a 掺量( ) 延度( c m ) 5 1 0 052 4 8 318 95 3 7 壳牌7 0 # 基质沥青 63 4 86 5 94 4 67 4 4 1 25 0 48 7 1 1 55 1 39 1 09 4 8 7 4 s k 9 0 # 基质沥青 64 0 28 8 5 1 25 48 9 6 1 86 19 8 5 改性剂i 掺量与沥青延度的关系 o 3 改霍剂掺量9 ( j 1 21 i 添加剂a 与沥青延度的关系 潲 6 8 0 。 篝4 。0 0 二_ 。，1 1 _ j k1 0 c 延度- i - 一 一一 一； i i i i i i i l i l i ： i ：i l j i l i l i ：i l l i ： ! r 一、一叠麓誊薹耋蔫 ；熏瓣一o ，一 j 。：i i ： 。i 。 7 ； ：。，i 61 21 8 添加剂掺量( ) 图3 2 添加剂a 掺量对壳牌7 0 # 和s k 9 0 # 基质沥青延度的影响 笫三章离粘、环保、阻燃i f l i 青配伍性的优选 从表中可以看出，对于壳牌7 0 # 和s k 9 0 # 基质沥青来说，5 延度都是随着添加剂a 掺量的增加而增加，而1 0 。c 延度变化规律相差较大，壳牌7 0 # 基质沥青1 0 延度是随着 添加剂a 剂量的增大而增大，且增长幅度也较大；s k 9 0 # 基质沥青1 0 。c 的延度随着添加 剂a 剂量的增大而变化幅度较小，不同种类的沥青1 0 延度差别比较大，因此，用1 0 延度来评价沥青的低温性能会比较合理。从上述数据和图表可以说明，加入添加剂a 后的壳牌7 0 # 基质沥青的1 0 延度得到了较大的提高，表明改性后的沥青能够良好的改 善沥青的低温变形能力。 ( 4 ) 弹性，恢复 表3 4 添加剂a 掺量对基质沥青弹性恢复的影响 沥青种类s k 9 0 # 基质沥青壳牌7 0 # 基质沥青 改性剂a 掺量( ) 061 21 803691 2 1 5 弹性恢复( ) 5 3 99 81 0 082 05 59 51 0 01 0 0 从表中可以看出，对于7 0 # 和s k 9 0 # 沥青来说，沥青的弹性恢复都是随着添加剂a 掺量的增加而增大，当添加剂a 剂量为1 2 时，拉伸后的沥青几乎可以恢复到原来的形 状。沥青的弹性恢复好，表明路面在荷载作用下产生的变形能在荷载通过后迅速恢复， 从而留下的残余变形小，有良好的自愈性。 ( 5 ) 粘度 表3 5 添加剂a 掺量对基质沥青粘度的影响 改性剂a 掺量( ) 粘度( p a s ) 1 2 0 15 0 18 0 o1 0 6 00 2 2 00 0 9 8 31 1 6 60 2 5 80 1 2 7 0 # 基质沥青 61 4 8 40 3 5 70 1 3 l 93 3 3 90 8 3 80 2 0 7 1 25 1 2 20 90 4 4 1 56 0 4 81 4 0 60 5 7 8 o0 9 5 4 0 2 9 50 0 9 7 s k 9 0 # 基质沥青 61 1 20 4 3 20 1 5 1 24 9 61 90 3 6 9 185 3 8 42 5 3 21 1 4 1 1 2 卜12 ( 辐度 。一 一- 一1 jr j 粘度 | 0 r ( ，粘度 。i 萋 j ： i。 j _ l 。 ”一_ _ 一 图3 3 添加剂a 掺量对壳牌7 0 # 和s k 9 0 # 沥青粘度的影响 从表中可以看出，沥青粘度随着改性剂a 掺量的增加而增大，两种沥青具有相同的 趋势：随着改性剂a 掺量的增加，沥青粘度的也较大，在随着温度的升高，沥青粘度的 增大幅度越来越小，改性剂a 掺量为6 时，是沥青粘度增大的一个突变点。 综合考虑沥青的技术指标，选择改性剂a 掺量为1 2 。 3 1 3 高粘沥青的技术指标 对高粘度改性沥青进行常规试验，其技术指标如表( 3 6 ) 。 表3 67 0 # 基质沥青+ 1 2 添加剂a 改性沥青试验结果 试验项目实测值高粘度改性沥青标准 针入度 1 51 9 7 2 54 2 9 4 0 ( o 1 m m ) 3 06 5 1 软化点( ) 9 0 8 0 延度( c m ) 5 5 0 4 1 0 8 7 1 弹性恢复( 2 5 。c ，) 1 0 0 质量损失( ) 0 5 1 6 5 r t f o t 后 延度( 1 5 。c ，c m ) 8 6 1 3 5 c 粘度( p a s ) 2 3 2 1 3 2 添加剂a 对混合料性能的影响研究 3 2 1 沥青混合料的配合比设计 1 矿料级配的确定 采用公路沥青路面施工技术规范( j t gf 4 0 2 0 0 4 ) 中o g f c 1 3 中的级配中值。 第二三章高粘、环保、耻l 燃沥i ? 蚍伍性的优选 表3 7o g f c 1 3 级配范围 级配类型 1 61 3 29 54 7 52 3 61 180 6o 30 1 50 0 7 5 o g f c 一1 31 0 0 9 0 一1 0 06 0 8 0】2 3 01 0 一2 26 一1 84 1 53 1 23 82 - 6 级配中值 1 0 09 57 02 11 61 29 57 55 54 2 最佳沥青用量的确定 根据混合料的飞散试验、析漏试验、混合料的稳定度来确定沥青的最佳用量。 ( 1 ) 飞散试验 本方法采用的沥青用量为4 , - - - 6 范围，按照0 5 的级差 选取沥青用量进行试验，求取不同沥青用量下的试件飞散质量 损失率，绘制沥青用量与损失量之间的关系曲线，在曲线上确 定出变化较明显的变曲点，即为确定的最小沥青用量。 表3 8 高粘沥青混合料飞散试验结果 图3 4 洛杉矶试验机 油石比( )试验前试件重( g )试验后试样重( g )质量损失( g )质量损失率( ) 4 01 0 6 8 4 78 5 3 8 62 1 4 6 12 0 1 4 51 0 9 5 5 21 0 1 4 4 38 1 0 97 4 5 o1 1 1 3 7 31 0 7 1 2 84 2 4 53 8 5 51 1 3 5 0 21 1 0 0 1 13 4 9 13 1 6 01 1 3 5 6 71 1 0 4 6 83 0 9 92 7 图3 5 质量损失与油石比的关系 根据分散试验，可以得出油石比为4 8 - 4 9 。 ( 2 ) 析漏试验 1 4 本方法仍然采用上述的沥青用量进行析漏试验，求出各 自沥青用量下混合料中游离的沥青质量，绘制沥青用量与析 漏沥青量之间的关系曲线，在曲线上确定出变化较明显的变 曲点为确定的最大沥青用量。 表3 9 沥青混合料析漏试验结果 # 图3 6析漏试验 油石比( )试验前试样重( g ) 试验后残留物重( g )质量损失率( ) 4 o1 0 4 6 9 9o 0 20 0 0 2 4 51 0 4 4 1 70 2 20 0 2 5 01 0 4 7 3 9o 5 10 0 5 5 51 0 0 8 81 5 70 1 6 6 01 0 0 9 2 92 8 90 2 9 图3 7 试件质量损失与油石比的关系 根据析漏试验，可以得出油石比为5 。 ( 3 ) 稳定度试验 本方法适用于马歇尔稳定度试验，供检验沥青混合料受水损害是抵抗剥落的能力， 也可以通过测试检验配合比设计的可行性。试验步骤及试验方法按照沥青及沥青混合料 试验规程( j t j0 5 2 2 0 0 0 ) 中的t 0 7 0 9 - 2 0 0 0 中进行。 表3 1 0 高粘沥青稳定度试验结果 k n 6 25 95 54 6 i 稳定度() l 5 4 ill 第二三啦岛牯、环保、龃i 燃；j ：j 爵削伍性的优选 图3 8 试件的稳定度值与油石比的关系 根据稳定度试验，油石比为4 5 。 综合上述试验结果，取油石比为4 8 。 3 2 2 添加剂对混合料路用性能的影响 表3 1 1s b s l c 沥青混合料的马歇尔技术要求及结果 编号 试验项目试验结果技术要求 1 油石比( ) 4 8 2 空隙率w ( ) 1 9 2 1 8 2 5 3 矿料间隙率( ) 3 0 4 沥青饱和度v f a ( ) 3 5 9 5 稳定度( k n ) 6 5 术3 5 6 流值( m m ) 2 1 7 车辙试验动稳定度( 次m m ) 9 1 0 1 之3 0 0 0 8 残留马歇尔稳定度( 2 8 h ) ( ) 9 2 8 0 以上 9 冻融劈裂强度比( ) 9 1 8 0 以上 1 0 旨塔堡飞散试验的混合料损失( 2 0 c ) ( ) 2 1 5 牛2 0 表3 1 2 高粘度改性沥青混合料的马歇尔技术要求及结果 编号试验项目试验结果技术要求 l 油石比( ) 4 8 2 空隙率v v ( ) 1 9 31 8 2 5 3 矿料间隙率( ) 3 0 4 沥青饱和度v f a ( ) 3 5 8 5 稳定度( k n ) 5 8术3 5 6 流值( m m ) 1 9 7 车辙试验动稳定度( 次m m ) 1 2 8 5 8 七3 0 0 0 8 残留马歇尔稳定度( 2 8 h ) ( ) 9 5 8 0 以上 9 冻融劈裂强度比( ) 9 3 8 0 以上 1 0 旨塔堡飞散试验的混合料损失( 2 0 c ) ( ) 1 8 12 0 1 6 ( 1 ) 高温性能 高温稳定性是沥青混合料的重要性能，用于对沥青混合料高温稳定性能表征和评价 的试验方法很多，试验方法主要有无侧限抗压强度法、蠕变试验、轮辙试验、剪切试验 和马歇尔试验。 车辙试验是评价沥青混合料在规定温度条件下抵抗塑性流动变形能力的方法，通过 板块状试件与车轮之间往复相对运动，使试块在车轮的重复荷载作用下产生压密、剪切、 推移和流动，从而产生车辙在试验过程中测定试块的变形与时间或车轮通过次数之间的 关系，计算沥青混合料的变形率( 1 m ) 或动稳定度( d s ) ，分别表示为m m m i n 或次m m 。 对于车轮行走速度为标准4 2 - 士1 次m i n 的试验机，可按下式计算动稳定度： 琊：丝型c 1 c d 2 一d l ( 3 1 ) 式中：d s 沥青混合料的动稳定度，次m m ； d l 对应于时间t 1 的变形量，1 1 1 i 1 ； d 2 对应于时间t 2 的变形量，1 t i m ； c 1 试验机类型修正系数，曲柄连杆驱动试件的变速行走方式为1 0 ，链 驱动试验轮的等速方式为1 5 ； c 2 _ 式州系数，实验室制各的宽3 0 0 m m 的试件为1 0 ，从路而切割的宽 1 5 0 m m 的试件为o 8 ； n - _ 式验轮往返碾压速度，通常为4 2 次m i n 。 车辙试件成型方法：轮碾成型机，试件尺寸：3 0 0 m m 3 0 0 m m x 5 0 m m ；试验温度6 0 。c ， 车轮行走速度4 2 次m i n ，荷载应力0 7 m p a ，试验时间6 0 m i n 。 表3 1 3 高粘度改性沥青混合料的车辙试验结果 下列时刻的车辙深度 动稳 平均值 沥青混合试验拌和温度 沥青类型 定度 ( 次 料类型编号 ( ) 4 56 0 ( 次m m )m m ) 高粘度 1 1 4 41 2 1 71 2 8 5 7 1 沥青 1 8 5 0 8 7 70 9 2 61 2 8 5 7 1 1 2 8 5 8 o g f c 1 3 1 1 4 71 1 9 6 1 2 8 6 0 1 1 0 1 01 0 8 58 4 0 0 s b si c 1 8 5 1 1 1 61 1 8 39 4 0 3 9 1 0 1 1 2 6 9 1 3 2 9 9 5 0 0 从表中可以看出，高粘度改性沥青混合料的车辙动稳定度的规范指标是大于3 0 0 0 1 7 第三章i 岛粘、环保、阻燃洲青配伍性的优选 次m m ，显然，试验结果远远大于规范规定指标。同壳牌s b si c 相比较，高粘度沥青 混合料的高温性能优于普通改性沥青混合料。 ( 2 ) 水稳性能 水损害是沥青路面在水或冻融循环的作用下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入 路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸得重复循环作用，水分逐渐渗入沥青 与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐失去粘结力，沥青膜从石料表面脱落、剥离， 沥青混合料松散、掉粒，继而形成沥青路面的坑槽、推挤变形等的损坏现象。 评价沥青混合料水稳性的试验方法有很多，其中常用的有浸水马歇尔试验、浸水抗 压强度试验、劈裂抗拉强度试验和a a s h t ot 2 8 3 ( 冻, 融劈裂试验) ，本论文采用浸水马 歇尔试验和冻融劈裂强度试验来评价混合料的水稳定性能。 浸水马歇尔试验方法：制备马歇尔试件，正反双而各击实7 5 次，把试件分两组， 一组在6 0 水浴浸泡3 0 m i n 后测其马歇尔稳定度s l ；另一组在6 0 水浴浸泡4 8 h 后 测其马歇尔稳定度s 2 ；计算残留稳定度s 0 = s 2 s 1x 1 0 0 。 冻融劈裂强度试验方法：制备马歇尔试件，正反双而各击实5 0 次，测定每个试件 的高度h 和密度，试件分两组，每组小少于4 个。一组试件在2 5 。c 水浴中浸泡2 h 后测 试劈裂强度p t 2 ：另一组试件在9 8 3 k p a - - 9 8 7 k p a 的真空条件下保持1 5 m i n ，然后取出 将试件在水中放置0 5 h ，再放入塑料袋中在- 1 8 20 c 冰箱中置放1 6 l h 。而后放到6 0 水浴中恒温2 4 h ，再放到2 5 水中浸泡不少于2 h 后测试其劈裂强度p t 2 。劈裂抗拉 强度r t l 和r t 2 按式( 2 2 ) 及( 2 3 ) 计算，冻融劈裂抗拉强度比按式( 2 4 ) 计算： i 盯1 = 0 0 0 6 2 8 7 p t l h l( 2 2 ) i u 2 = 0 0 0 6 2 87 p t 2 h 2( 2 3 ) t s r = ( r t 2 r t l ) 1 0 0( 2 4 ) 式中：r t l 未进行冻融循环的第一组试件的劈裂抗拉强度，m p a ； r t 2 经受冻融循环的第二组试件的劈裂抗拉强度，m p a ； p t l 第一组试件的试验荷载的最大值，n ； p t 2 第二组试件的试验荷载的最大值，n ； h 1 第一组试件的试件高度，r n l n ： h 2 第二组试件的试件高度，m m ； t s r 冻融劈裂试验强度比，。 1 8 t s r 值越大，混合料的水稳定性就越好。强度比t s r 越大，说明沥青混合料抗水损 害的能力越大。 表3 1 4 浸水稳定度和冻融劈裂试验结果 混合料类型 沥青类型 拌和温度( )残留稳定度( )劈裂强度比( ) o g f c 1 3 s b s l 一c 18 59 29 1 高粘度沥青 18 59 59 3 从表中可以看出，高粘度改性沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比同s b s 改 性沥青混合料试验结果有差异，其中高粘沥青比s b s 改性沥青混合料的试验指标分别高 出3 2 和2 2 ，主要原因是由于添加剂a 改性沥青是一种高粘改性沥青，1 3 5 粘度 是s b s 改性沥青的2 倍左右，粘度大，与集料的结合作用就大，所在同等条件下，高粘 沥青混合料水稳性较s b s 改性沥青混合料的要好。 大孔隙沥青混合料的水稳性通常也会用浸水飞散试验来考察，用于检验由于沥青用 量不足或粘结性不足，在交通荷载作用下，路面表面集料脱落的程度，也可以检验试件 在热水膨胀和沥青老化对集料与沥青粘结力下降的影响。 表3 1 5 沥青混合料的浸水飞散试验结果 混合料沥青拌和温度试验前试样试验后试样质量损失率平均质量损 类型类型 ( ) 重( g )重( g ) ( )失率( ) 1 0 9 9 2 48 5 4 1 22 2 3 s b si c 1 1 1 1 3 48 5 5 2 32 3 0 2 1 5 1 0 9 7 6 78 7 1 6 82 0 6 1 8 5 o g f c 1 3 1 1 0 2 2 38 8 1 1 22 0 1 1 1 0 7 1 18 9 5 5 91 9 1 1 高粘度沥 1 1 1 0 5 79 2 7 8 71 6 4 5 1 8 1 青 1 1 1 1 2 19 1 6 2 7 1 7 5 4 1 1 1 0 9 78 9 6 7 11 9 2 9 从表中可以看出，在相同的试验条件下，高粘沥青混合料试件的质量损失比壳牌改 性沥青混合料试件的质量损失要小1 5 8 ，由于高粘沥青具有的更高的粘度，使得混合 料具有更好的粘结力，试件的整体结构性好。 ( 3 ) 低温性能 沥青路面的开裂是沥青路面的一种典型的破坏形式。温度裂缝破坏了沥青路面的整 体性和连续性，并且会导致路面承载力降低等负面的影响，因此，研究沥青混合料的低 温抗裂性能具有重要意义。 国内外用于研究沥青混合料低温抗裂性能的试验方法很多，主要包括等应变加载的 破坏试验( 间接拉伸试验、弯曲、压缩试验) 、直接拉伸试验、弯曲拉伸蠕变试验、受 1 9 第二三章i ：a 柚、环保、阻燃沥青蚍伍h - ：的优选 限试件温度应力试验、三点弯曲j 一积分试验、c 幸积分试验、收缩系数试验、应力松弛 试验等。 本试验采用低温弯曲试验来评价沥青混合料的低温抗裂性能，采用的试验温度一 1 0 0 5 ，加载速率为5 0 m m m i n ，由轮碾法成型的车辙试验试件板切制成长 2 5 0 m m 2 0 m m ，宽3 0 m m 2 0 m m ，高3 5 m m 2 0 m m 的棱柱体小梁，跨径为 2 0 0 m m _ 0 5 m m ，在一1 0 条件下保温3 h ，跨径为2 0 0 m m - 4 - 0 5 m m ，跨中加载。试验结 果如表4 1 2 所示。 表3 1 6 混合料的低温弯曲试验 沥青混合拌和温度 试件破坏时的试件破坏时的试件破坏时的 沥青类型 抗弯拉强度最大弯拉应变弯曲劲度模量 料类型 ( ) f m r a ) ( 雌) ( 咿a ) o g f c 一1 3 s b si c 1 8 5 8 2 7 2 2 3 23 7 0 5 1 9 高粘沥青 7 6 52 0 1 6 7 33 7 9 3 2 7 从表中可以看到，沥青混合料的低温性能与沥青性能有很多的关系，高粘度沥青混 合料与s b s 改性沥青混合料的在低温性能方面相差不大。试件破坏的最大弯拉应变值是 表明沥青混合料在低温情况下受到弯拉应力时，可以提供较大的变形余地而不致发生开 裂破坏。弯曲劲度模量表征沥青混合料在低温环境下刚度的大小，较小模量值表示该混 合料具有较好的变形能力，即柔韧性较好。 根据以上试验结果，总结得出如下结论： 1 ) 在壳牌7 0 # 基质沥青中添加1 2 的添加剂a 制备的高粘度沥青具有很好的性能， 软化点、延度、弹性恢复等性能都得到了很好的改善。 2 ) 高粘度改性沥青可以很好的改善沥青混合料的高温性能和水稳性能，低温性能 也是远远满足规范的要求。 3 ) 由于o g f c 孔隙率大，采用高粘度沥青可以保证混合料的力学性能，还可以较 少沥青的析漏损失、增加沥青膜厚，能够改善o g f c 混合料的耐久性。 3 3 合理温拌添加剂选择及剂量研究 3 3 1 温拌剂的选择 目前温拌添加剂的产品种类有几十种之多，主要分为两种类型，一种是有机降粘型 温拌剂，另一种是无机降粘型温拌剂。 1 、 有机降粘型温拌剂的种类主要有以下几种： 2 0 1 ) 温拌剂af t 硬蜡 温拌剂af t 硬蜡，是德国s a s o lw a x 公司的产品，是一种窄分布的长链脂肪族烃， 其主链分子中含有4 0 - 1 1 5 个碳原子，是采用f t 方法在煤的汽化中制得的固体石蜡化 合物，呈片状或粉状，其熔点大于1 0 0 。c ，高于普通石蜡，在超过1 1 5 c 时，能完全溶 解于沥青，可使拌和温度减低7 8 1 2 2 。 2 ) a s p h a l t a n b a s p h a l t a n - b 是德国r o m o n t a 股份有限公司的产品，是褐煤中甲苯提取物的副产品， 主要成分为褐煤蜡，是一种熔点大约在9 9 。c 的低熔点硬蜡，此产品除了具有温拌剂a 的性能以外，还能提高混合料的可压实性和抗车辙能力。 3 ) l i c o m o n tb s l 0 0 或s u b i t l i c o m o n tb s l 0 0 或s u b i t 是德国c l a r i a n t 公司的产品，主要成分是脂肪酸氨基化合 物，它是通过胺与脂肪酸反应生产的，其熔点通常在1 4 1 一- 1 4 5 c 之间。 4 ) u b m u b m 是欧洲的产品，拌和时沥青加热温度为1 4 0 - - 一1 5 0 之间。 5 )