（材料学专业论文）同步碎石封层在沥青混凝土路面养护中的应用研究.pdf

摘要 本文在收集调查资料的基础上，分析了同步碎石封层技术的应用情况，分析了同 步碎石目前国内应用存在的问题，总结国内以往同步碎石封层设计、施工中积累的经 验，提出了原材料选择原则和方法、混合料性能测定方法及同步碎石封层设计方法， 从而给同步碎石封层设计以全面的指导。研究后得出：( 1 ) 结合料最佳用量宜采用 剪切力和拉拔力双指标确定；( 2 ) 国内的破乳试验不适合用来评价同步碎石所用的 乳化( 改性) 沥青；( 3 ) 集料采用玄武岩结合料采用改性沥青和改性乳化沥青的同 步碎石封层效果很好；( 4 ) 在普通沥青混凝土路面养护中，同步碎石封层的性能价 格比明显优于其它表处方法；( 5 ) 外观评价比测定常规的抗滑性能等指标具有更为 深刻的意义。 关键词：预防性养护，同步碎石，结合料，乳化沥青，同步碎石封层车 a b s t r a c t t h i st h e s i sa n a l y z e st h ea p p l i c a t i o no fs y n c h r o n i z a t i o nc h i ps e a la n dt h ec u r r e n t d o m e s t i cs y n c h r o n i z a t i o nc h i p ls e a lt e c h n o l o g yi s s u e s ，s u mu pt h ef a u l t sa n dd e f e c t so f f o m e rc o n s t r u c t i o na n dd e s i g n ，a n dp u tf o r w a r dt h es e l e c t i o np r i n c i p l ea n dm e t h o do f m a t e r i a l s 、t h ed e t e r m i n a t i o no fm i x t u r ea n dd e s i g no fs y n c h r o n i z a t i o nc h i ps e a l ，w h i c hc a n g u i d ec o m p r e h e n s i v e l yt h ed e s i g no fs y n c h r o n i z a t i o nc h i ps e a l t h ep r i n c i p l e s a r ea s f o l l o w i n g ：1 d o m e s t i cm u l s i f i c a t i o nt e s ti sn o ts u i t a b l ef o rt h ee v a l u a t eo fe m u l s i o n ( m o d i f i e d ) a s p h a l ta p p l i e di nc h i ps e a l 2 o p t i m u md o s a g eo fa l p h a l ti si d e n t i e db yp u l l i n g p o w e ra n ds h e a rp o w e r ；3 p e r f o r m a n c eo fc h i p s e a lw i t hb a s a l ta n dm o d i f i e da s p h a l t e m u l s i o nta n dm o d i f i e da s p s h a l t 4 t h ec o s tp e r f o r m a n c eo fs y n c h r o n i z a t i o nc h i ps e a li s s u p e r i o rt ot h eo t h e rt a b l ei no r d i n a r ya s p h a l tp a v e m e n tm a i n t e n a n c e ；5 e v a l u a t i o no f a p p e a r a n c e a r ee v e nm o r ep r o f o u n d s i g n i f i c a n c e t h a nt h ec o n v e n t i o n a la n t i s l i d e p e r f o r m a n c ei n d i c a t o r s k e y w o r d ：p r e v e n t i v em a i n t e n a n c e ，c h i ps e a l ，e m u l s i f i e da s p h a l t ，c h i ps e a lt r u c k i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其它个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：宿吞两 勘曙年厂月日 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：嘱秀丽劭蛑6 月于日 铷一目阳枧秒，锈舢 长安大学硕 ：学位论文 第一章绪论 1 1本课题研究的目的和意义 进入二十一世纪以来，我国在公路建设领域取得了巨大的成就，全国的公路总里 程和公路等级都有了很大幅度的提高。根据交通部预测，至1 1 2 0 1 0 年，中国公路客运量 将达二百四十亿人，公路货运量将达一百六十亿吨，分别1 ：1 , 2 0 0 5 年增长3 7 和2 3 ， 公路主通道的交通量年增长将达到1 0 左右。汽车保有量将在现有基础上增长近一 倍，达到7 0 0 0 万辆左右。可以说公路建设达到了个新高潮。而我们规划建设的公路 总里程的年均增长率为2 ，两者相比，有一定差距。所以，仅靠新建工程和总量扩 张，并不能适应社会经济的发展，必须要通过对现有路网的技术改造和强化管理，充 分挖掘现有公路网的潜力，才能适应发展需要。因此，加强公路养护管理工作，既是 国民经济和社会发展的客观需要，又是公路事业自身发展的内在要求。公路建设成绩 越大，养护管理工作的任务就越重，就越需要加强；与此同时，社会越进步，人民群 众对公路养护管理的现代化程度要求就越高。在2 0 0 6 年5 月1 1 日召开的全国公路养护 管理工作会议上，李盛霖部长强调：“要站在落实科学发展观和建立资源节约型社会 的高度，深刻认识加强公路养护管理工作的重大意义，牢固树立建设是发展、养护管 理也是发展的理念”冯正霖副部长进一步强调：要树立科学发展观，继续坚持“建设 是发展，养护管理也是发展，而且是可持续发展”的理念，把各项养护管理工作措施 落到实处。养护是建设的延续。良好的养护可以有效延长公路使用寿命，降低全寿命 周期成本。 路面养护技术包括： 1 路面养护管理技术：路面检测技术、路面评价技术、路面养护决策技术、路面 数据库技术等； 2 路面养护工程技术：路面养护设计技术、路面预防性养护技术、路面修复技术、 路面翻修技术、路面重建技术。 其中预防性养护是为了防止路面轻微病害的进一步扩展，以减缓路面使用性能进 一步恶化与延长路面使用寿命为目的的养护作业。通常用于没有发生损坏，或只有轻 微病害与病害迹象的路面。目前，我国的公路养护部门大多还习惯采用传统的公路维 1 第一章绪论 修养护方法，虽然已陆续出现了一些路用新材料、新技术、新工艺，但仍不能满足公 路养护工作日益增长的需求，因此引进、研究、开发新的公路预防性养护技术已迫在 眉睫。预防性养护技术的种类有：雾封层( f o g s e a l ) 、罩面封层( o v e r l a ys e a l ) 、稀浆封 层( s l u r r ys e a l ) 、还原剂封层、碎石封层、开普封层( c a p es e a l ) 、微表处( m i c r o s u r f a c i n g ) 、 宏表处( m a c r o s u r f a c i n g ) 、薄层罩面、超薄罩面、裂缝灌缝等，其中同步碎石封层技 术作为经济、有效的路面养护新技术已在国外应用多年。碎石封层主要用途：道路养 护罩面、新建路面磨耗层、新建中轻交通道路面层、应力吸收膜粘结层、路面下封层。 同步碎石封层既能够用于道路养护，又可以用于道路重建，普通公路可以使用此 项养护技术。在法国及欧洲9 5 以上的公路均采用同步碎石封层进行路面养护。在交 通量较小的乡村道路及一些场区道路上直接用碎石封层做路面，使用效果良好。法国 之所以能够实现1 0 0 的黑色路面，有4 0 以上的路面就是直接采用碎石封层作为路 面使用。它的优点如下： 1 以延长道路使用寿命( 在法国可增加使用寿命1 0 年以上) ； 2 够通行大型载重车，可承受4 0 ，0 0 0 辆日的交通量； 3 以减少路面的反射裂缝； 4 原路面的裂缝、车辙等病害有一定的修复作用； 5 提高防滑性能，并能提高防水性能； 6 面可以在交通速度可以控制的情况下尽快恢复交通； 7 进一步降低道路的维修养护成本； 8 以快速实现道路的养护，确保道路的正常使用。 同步碎石封层作为等级道路新一代养护技术，以其持久的防水性，高度的防滑性、 良好的经济性等优点有效防止路面病害的进一步扩展，延长了路面的使用寿命，提高 了路面的服务功能。研究同步碎石封层在沥青路面养护中的应用具有十分重要的经济 意义。 1 2 国内外发展现状及存在问题 1 2 1 国外发展现状 2 长安大学硕士学位论文 同步碎石封层技术是法国赛格玛公司在4 0 多年的实际道路铺筑养护经验中总结 发明的新一代道路建设和养护技术，并己研制出相应的施工设备同步碎石封层 机。同步碎石技术2 0 世纪8 0 年代丌始在法国被大规模采用，2 0 世纪9 0 年代传播到欧洲 各国及美国，还在俄罗斯、印度、非洲、大洋洲等数十个国家和地区得到推广。据统 计，在法国9 5 以上的公路均采用同步碎石封层进行养护。表1 1 是欧洲各国养护方法 比例。 表1 1 欧洲各国养护方法比例 国家同步碎石封层技术( )粘结罩面( )冷拌和( )稀浆封层( )其它( ) 英国 7 51 01 500 新两兰 6 52 501 0o 法国6 01 52 032 德国 5 92 01 73l 西班牙 5 61 71 566 澳大利亚 5 51 951 01 1 荷兰 5 l3 43 9 3 希腊 o 8 731 0 0 意大利 58 5o55 土耳其 4 2 5 250l 墨两哥 4 045 051 葡萄牙 1 23 34 942 巴西4 0 44 41 20 1 2 2 国内发展现状 同步封层技术是由北京埃蒙泰公司于2 0 0 2 年引入中国，已在国内完成了多项工 程。在我国辽宁省、湖南省等地的高速公路下封层及国道、省道的建设养护中同步碎 石技术也得到了应用【4 1 。2 0 0 5 年，西安市公路管理局在国省道以及地方道路的养护中 3 第一章绪论 大力推，。同步碎石封层作为磨耗层的新型养护技术，共处理路面“万m 2 。还有沈人高 速改扩建工程、湖南长潭高速、安徽合徐高速、河南驻信高速、湖南省1 0 6 国道、吉 林省长太线、i ： 宁省沈环线等均进行了同步碎石封层的施工和试验路的铺筑。目前， 在我国有许多公司已t ，= 始开发同步碎石封层机，如河南省新乡市高远公路公司，西安 筑路机械厂等pj 。图l1 为国内辽宁宝锦线南山转盘至锦州港段黑色路面l l 修工程同步 碎石施工。 目1 1 辽宁宝锦线南山转盘至锦州港段黑色路面中修工程同步碎石施工 12 3 存在问题 目前同步碎石封层技术在我囡刊刚刚，l ：始应用没有同步碎石封层技术舰范，施 i if 艺还不完全成熟，缺乏施t 经验，泛油，脱粒等；特别是阿步碎石封层原材料选 h j 和评价指标等问题的研究还处十空白。对于寒冷气候地区同步醉石结构早期碎石流 失足个主要的问题。集料流失原凼是： 1 由于粘结力不足 ! e 结合料与邻层之问的剪切强度不足，受结台料层薄膜强度发 展的影响。见阿12 。 2 粘聚力不足既集料与结合料之唰的结合强度，受集料和结合料配伍性影响。见 罔12 。， 削1 2 崖m 粘鲒力小芷 图13 碎石剥落 长安大学硕士学位论文 1 3 研究内容 针对目前国内同步碎石封层技术存在的问题本论文将进行以下的研究： 1 试验方法及原材料试验：包括集料和结合料的选择和技术指标试验，混合料成 型方法研究； 2 快裂快凝乳化沥青和改性乳化沥青研发； 3 沥青路面评价：针对同步碎石封层的技术特点评价出适合使用同步碎石技术的 旧路面： 4 混合料组成设计方法研究：包括集料和结合料的最佳用量研究和同步碎石混合 料路用性能研究； 5 同步碎石封层综合性能评价研究：包括同步碎石路面的质量评价、寿命预估研 究、经济效益分析。 1 4 研究方案 本论文在收集国内外资料的基础上，针对同步碎石封层技术的特点，主要针对原 材料性能、混合料的水稳定性、低温稳定性和抗剥落性等方面展开具体的研究。拟订 研究方案如图1 4 n 示： 图1 4 研究方案 5 长安大学硕上学位论文 第二章试验方法及原材料试验 2 1 集料的技术指标及选择 2 1 1 集料的选择原则 同步碎石封层用的集料不同于其它沥青混合料的集料，该种集料不但要具有一般 用于表面层集料的要求，而且对它的个别性能要求更严格，尤其是针片状含量。集料 选择的五个重要原则： 1 硬度：必须有足够的硬度抵挡交通磨损。在相对重载车较多，车流量较大的情 况下，骨料的硬度尤为重要； 2 级配：近乎单一级配，几乎不含粉料； 3 形状：尽量使用立方体的骨料，避免针片结构，以保证骨料在沥青中达到合适 的嵌入深度； 4 粘附性：必须有足够的粘附性，以保证低温粘附性； 5 岩性：应优先选用中性偏碱的集料，如玄武岩；对强碱性集料应慎重选用；一 般不使用酸性集料。 2 1 2 同步碎石封层集料的相关试验和指标 1 相关试验 目前国内同步碎石封层用集料相关试验有筛分试验、针片状试验、集料粉尘试验、 单位面积的集料体积试验、集料洛杉矶磨耗试验、集料压碎试验。各种试验过程和计 算方法分别为： 筛分试验 用四分法取样1 0 0 0 克干燥集料，集料在经过粒径为1 0 m m 、8 r a m 、6 3 m m 的筛子 时，用天平称筛余质量，计算出筛余百分率、累计筛余百分率和通过百分率，从而得 出集料是否合乎标准。 7 第。辛r 方n 村f i 试驻 图22 针片状含量试验筛 集料粉半牢试骑 先把集料烘干，称质量为m 一，用水洗净烘干后，再通过粒径为1 6 0 u 的筛子后， 称质量为m 2 ，则粉尘率c = ( m 1 m 2 ) 一m lx 1 0 0 。 乖位血积的集料体积试验 把容量盒放在碎石封层车底r 当封层车驶过路面时，把容量盒竖起来，观察 容量盒内集料的体积，从而甜到集料中单位面积的集料体积。 集料洛杉矶式磨耗试验 将块石用水沈净，下于温度为1 0 5 5 c 的烘箱巾，烘干军恒熏按规定选取碎石 试样，称m 试样质量为m ，。将选好的碎石放在试样筒内，并加卣径为4 8 m m 的钢球 1 2 个，总质蜀 5 0 0 0 9 5 0 9 、盖好筒盖，调整计数器争零。丌动电动机，往网简以器 3 0 一3 3 r r a i n 的速度旋转，待圆筒转至5 0 0 转，舣出试样黄于2 m m 的网孔筛上，筛去7j 粉和打倩用水冲洗干净，将残留在筛l 的砰“在1 0 5 5 c 的烘箱。f 1 烘午恒重，_ j = 准确称嘶耗后试样质节m z ，则集料靡耗率： q 女= ( m l m 2 ) m 1 1 0 0 21 长安大学顾i ：学位论文 集料压碎值试验 将试筒安放在铁板上，将试样分三次倒入试筒中，每次均将试样表面整平，并 用金属棒的半球面端从集料表面上约5 0 r a m 的高度自由下落均匀夯击2 5 次，最上层 表面应仔细整平，称取量简中试样的质量( m o ) 。压柱放入试筒内集料面上，注意使 压柱摆平，勿楔挤筒壁。将装有式样的试筒连压柱放到压力机上，均匀的施加荷载， 在1 0 m i n l 为达到总荷载4 0 0 k n ，达到总荷载后，立即卸载，将试筒从压力机上取下， 将筒内试样取出，主要勿进一步压碎试样，用2 3 6 m m 筛筛分经压碎的全部试样， 可分几次筛分，均需筛到在l m i n 内无明显的筛出物为止。称取通过2 3 6 m m 筛孔的 全部细料质量( m 1 ) 。则集料压碎值为： q u - - m l m o xlo o 2 2 2 集料的技术要求 公路沥青路面施工技术规范( j t gf 4 0 2 0 0 4 ) 中对沥青混合料用粗集料质量 技术要求见表2 1 。 表2 1 沥青混合料用粗集料质量技术要求 高速公路及一级公路其它等级 指标 试验方法 表面层其它层次 公路 集料压碎值( ) 2 6 2 83 0 t 0 3 1 6 洛杉矶磨耗损失( ) 2 83 0 3 5 t0 3 1 7 表观相对密度( t m 3 ) 2 6 02 5 0 2 4 5 t0 3 0 4 吸水率( ) 2 03 03 0t 0 3 0 4 坚同性( ) 1 21 2t0 3 1 4 针片状颗粒含量( 混合料) ( )1 51 8 2 0 其中粒径人于9 5 m m1 21 5 t 0 3 1 2 其中粒径小于9 5 m m 1 8 2 0 水洗法 1 0 0 1 0 0 8 0t 0 6 0 4 0 00o0 0o0o0 针入度指数p i 不小于 一1 2o 8一o 4 0 1 oo 80 61 00 80 6o 4t 0 6 0 4 延度5 。c ，5 c m m i n c m5 04 03 02 06 05 04 0t 0 6 0 5 不小于 软化点t r b 不小于 4 55 05 56 04 54 85 04 85 25 66 0t 0 6 0 6 t 0 6 2 5 运动粘度1 3 5 。c 不大- 丁 p a s3 t 0 6 1 9 闪点不小于 2 3 02 3 02 3 0 t 0 6 1 l 溶解度不小于 9 99 9t 0 6 0 7 一口h 鞋口法原柑料斌啦 续表2 5 聚合物改性沥青技术要求 s b s 类f l 类1s b r 类( i i 娄)e v a 、p e 类f i i i 娄)试验 指标 单付 方浊 弹性跌复2 5 不小r 朴韧性小小r 韧性不小丁 贮存稳定性 晦析，4 8 h 软化点差，不人 无政性剂明显析出、 凝聚 t f o t ( 域r t f o t ) 后残阳物 t 0 6 【0 质姑变化不大丁 或 t 0 6 0 9 钏入度比2 5 不小丁 延度5 不小丁 乳化沥青的破乳速度与乳化溉青的稳定性是相互矛盾的两个特性，重点介绍一r 法罔标准的落摆锤试验、破乳速度试验、储存稳定性试验。 1 落摆锤试验f 法国标准x pt 6 6 0 3 7 1 把加热的沥青涂在摆锤仪的预制模上，放在2 0 4 c 、3 0 c 、4 0 ( 2 、5 0 _ ! 。的烘箱中热 2 个小时，取出试样放在固定铁板l 。，让摆锤自由f 落击打试样，记录摆针所指的角 度，计算出粘附性c - o9 6 5 ( c o s a c o s a l l ，从而测定出沥青在不同温度下的粘附性。 p r 一兰警i 。z “。2 警 图2 3 落摆锤试验仪 长安人学硕一 ：学位论文 2 破乳速度试验 将工程实际使用的集料( 石屑) 过筛分级，并按表2 6 的比例称料配合成两种标 准级配矿料各2 0 0 9 。 表2 6 拌和试验用矿料颗粒组成比例( ) 矿料规格( n l m ) a 组b 组 3 0 。c ，年极端最低气温为2 1 5 。c 9 0 。c ， 属于夏炎热冬冷区，沥青宜选择7 0 号和9 0 号，道路石油沥青的适用范围见表3 9 ，故 可选b 级沥青标准。 表3 1 道路石油沥青的适用范围 沥青等级适用范同 a 级沥青各个等级的公路，适_ j 丁任何场合和层次 1 高速公路、一级公路沥青下面层及以下的层次 b 级沥青2 二级及二级以下公路的各个层次 3 用做改性2 i j 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 本论文选用中海一9 0 # 基质沥青制备乳化沥青和中海7 0 # 基质沥青制备改性乳化 沥青。其性质见表3 2 。 表3 2中海7 0 # 、中海9 0 # 基质沥青的性质 指标中海一7 0 #中海9 0 #规范要求实验方法 针入度( 2 5 。c ，5 s ，1 0 0 9 ) ， 6 9 58 7 36 0 8 0t 0 6 0 4 软化点( r & b ) 不小于， 4 9 4 4 7 64 4t 0 6 0 6 1 5 。c 延度不小于，c m )1 5 0)1 5 01 0 0t 0 6 0 5 溶解度不小于 9 9 5 4 9 9 6 09 9 5t 0 6 0 7 密度( 1 5 。c ) g c m 3 1 0 2 31 0 3 2 实测纪录 t 0 6 0 3 t f o t ( 或r t f o t ) 后 质苗变化不人丁二 0 6o 50 8t 0 6 1 0 残留针入皮比( 2 5 。c ) 不小于6 3 6 55 8t 0 6 0 4 残留延度( 1 5 。c ) 不小于1 0 1 1 2 64t 0 6 0 5 2 乳化剂的选择 2 l 第三章快裂块凝乳化( 改性) 沥青的研发 一般常根据经验遵循以下原则： 优先选择离子型乳化剂； 选择与沥青组分中有相近结构的乳化剂； 复合乳化剂的使用往往能达到更好的乳化效果； 表3 3 为部分国内外快裂乳化剂。 表3 3 国内外快裂乳化剂 产品名产地主要技术指标：用法及用量 用量以1 0 0 有效成分计算乳化沥青总量的 y t c q s o l 有效成分含量：7 0 2 o - - - 5 0 ( 即每吨乳化沥青；j n a 量为3 k g 7 k g ) 快裂快凝型辽宁 p h 值：5 6 不同沥青用量不同，最佳用量根据试验确定。皂 阳离子乳化 盘锦 气味：无毒、略有香味 液温度：5 5 - - - 6 5 沥青温度：1 2 5 1 3 5 剂溶解度：可溶于酸性水中 p h ：5 6 配比：沥青：皂液= 6 ：4 沥青：6 0 s x k i i i 型阳 a 活性物含量：i 5 0 乳化剂：0 1 0 2 ( 按1 0 0 活性物计) 离子快裂快辽宁 b 气味无毒、略有氨味水：至1 0 0 c 溶解度：1 ：1 0 0 酸性水中p h 值：用盐酸调至2 0 3 0 凝乳化剂沈阳 全溶乳化剂用晕：可根据不同沥青和矿料等情况调整 d 外观：黄色液体沥青温度：1 3 0 1 4 0 皂液温度： 5 5 一6 5 活性物含量：9 5 1 0 0 用量以1 0 0 有效成分计算占乳化沥青总量的3 p h 值( 1 水溶液) ：6 7 。不同沥青用量不同，最佳用量根据试验确定。 f s c 0 4 快裂 山东溶解度：易溶丁热水和 水( 自来水) 温度：5 5 7 0 * c ( 化剂水溶液) 沥青乳化剂 沥青温度：1 2 5 1 3 0 一些有机溶剂 外观：白色半固态物 乳化剂：4 6 ( 9 0 # 沥青) 配比： ( 沥青：水= 6 ：4 ) 金阳牌 1 活性物含量： 9 5 道路石油沥青不小于5 0 ，y r 1 型快2 溶解度：l ：1 0 0 的酸性水 裂阿l 离子沥 江苏乳化剂( 实物) 0 3 o 5 扬中 完全溶解 水至1 0 0 青乳化剂3 p h 值： 8 1 0 p h 值朋盐酸调至1 5 - 2 5 4 外观：棕红色液体 活性物含量：9 5 一lo o j j 量以1 0 0 有效成分计算i i t 乳化沥青总量的 3 。不同沥青用量不同，最佳刚量根据试验确 r d - - c 0 4 快 山东ph 值( 1 水溶液) ：6 7 定。 裂沥青乳化 滨十i溶解度：易溶于热水和 水( 自米水) 温度：5 5 7 0 * c ( 化剂水溶液) 剂沥青温度：1 2 5 1 3 0 。c 一些有机溶剂中 乳化剂：0 4 一o 6 ( 1 0 0 # 沥青) 外观：白色半吲态物 配比：( 沥青：水= 6 ：4 ) 长安大学硕上学位论文 续表3 3 国内外快裂乳化剂 产品名产地主要技术指标：用法及用量 活性物含量：6 5 儿一c 0 6 a 快 p h 值：( 1 水溶液) 5 6 l 、推荐使用鼍：5 8 k g i i 屯孚l 化沥青 裂沥青乳化 外观：( 2 5 c ) ! - - n 态物 2 、将计量好的乳化剂加入水中，加热溶解至合适 剂( + ) 温度，即可使用。 溶解度：可溶丁热水和一 些有机溶剂中 活性含量5 0 士1 本品可直接使用，根据水质不同需调ph 值。用 pn 一03 山东 外观：白色、黄色膏体 醋酸调ph 值到4 左右，用盐酸调ph 值到3 左 阳离子快裂 博兴 p h 值5 ( 1 水溶液) 右，用量每吨乳化沥青用该剂6 7 公斤，最佳用 型乳化剂溶解度：在水中形成匀 相溶液。 量根据实验确定。 r e d i c o t e e m 4 4 a k z r e d i c o t e 各产品的性能评价： o e 4 8 1 9 液态，低粘度易溶产品，乳化性能佳，可与改性沥青配合使用 n o b r e d i c o t ee 一9 e l 公 低溶点同态，经济实用，可提高乳液粘度 r e d i c o t e1 0 3 司 i 制态，经济实用，可提供类似抗剥落剂的功效 r e d i c o t e ( 总 l 古f 态，可独使用或复配适合生产高粘度乳化沥青而需高沥青含量 e m 2 4 部位 液态，可生产高粘度乳化沥青而无需高沥青含量 r e d i c o t e 于荷 液态，快裂产品，可获得极低破孚l i i 试值 e m 2 2 兰) 液体，极为快裂产品，出于经济角度考虑 r e d i c o t e n 3 9 l x d i 型快 广东 裂阳离子沥 茂名 属于多胺季铵盐型使用含量配比0 4 0 5 青乳化剂 目前国内沥青用乳化剂品种单一、种类不全，有效成分较低，产品质量不稳定， 对各种沥青的适应性较差。与此相比，国外沥青乳化剂的品种多、质量较好，针对不 同的用途( 或地区) 均有多种相应的产品，女i w e s t v a c o 、a k z on o b e l 等公司都有几十 种乳化剂可供选择。 本论文采用某公司的两代快裂快凝乳化剂：a 1 和a 2 ，它们的性质见表3 4 3 1 表3 5 。 第三章快裂块凝乳化( 改性) 沥青的研发 表3 4a i 乳化剂性质 物理状态 沸点 密度，磅力口仑，。2 5 。c闪点，p e n s k ym a r t e n s ， 具体重力，2 5 液体 6 47 0 1 8 0 10 液体) = 1 ) 3 改性剂的选择 经过文献的检索、汇总、分析，筛选目前改性乳化沥青的试验结果，确定了以s b r 胶乳为改性剂。选择s b r 胶乳作为改性剂是从以下几个方面考虑的： 乳化沥青的生产方式决定了改性剂必须是液念从而保证可与沥青同时通过胶 体磨； s b r 的化学特性决定了它能提高沥青的低温性能； 供应充足且价格不高。 本论文选用某公司的改性剂，型号为p c 一1 4 6 8 ，固含量为6 3 。在实际工作中经 过多次试验确定s b r 胶乳最佳掺量为沥青用量的3 ( 胶乳为折纯量) 。 4 其它添加剂的选择( 水，稳定剂，酸剂) 乳状液是高度分散的体系，比表面的增加不是白发的，分散相有自动聚结的趋势， 它属于热力学的不稳定体系。为了提高乳化剂的乳化效果、沥青乳液的稳定性等，常 添3 i h c l 、n a o h 、m g c l 2 、c a c l 2 、n a 2 s i 0 3 、e v a 、淀粉、酰胺、长链醇等。添加不 同助剂得到的沥青乳液，在改善乳液稳定性、粘度满足施工需要的同时，会对沥青乳 液蒸发残留物的物理力学性能有不同程度的影响，所以应该严格控制其加入量。本轮 文选用的水为自来水，稳定剂为聚乙烯醇与氯化钙，酸剂为盐酸，它们的标准和性能 参数分别见表3 6 3 1 1 表3 7 。 表3 6 水质标准 外观 p h 值 硬度 无色透明无异味无杂质6 o 8 5 9 6 8 8 熔点 11 47 8 2 1 6 0 形态液态i 司态絮粉状固态 颜色微黄或白 白白 有刺激性气味，遇氨气味微苦，易溶于水及醇，溶于水良好的耐磨性能和粘 特征 成雾状，易灼伤皮肤放出人量热，易潮解腐蚀皮肤结力，能溶于热水 天津市科密欧化学试 生产厂家西安三浦精细化工厂成都市金山化工试剂厂 剂开发中心 3 2 乳化沥青的制备及其性质 1 乳化剂的用量 从结构来看，乳化剂是由非极性的疏水基和极性的亲水基组成的两亲性分子，这 种结构使乳化剂在溶液表( 界) 面形成定向紧密排列，改变了体系的表( 界) 面化学 性质。根据乳化剂亲水亲油平衡值( h l b ) 的大小可初步确定其应用的范围，沥青用 乳化剂一般在1 0 1 8 之间。当乳化剂的浓度超过其临界胶束浓度c m c ( c r i t i c a lm i c e l l e c o n c e n t r a t i o n ) ，表( 界) 面张力降至最低，从而具有乳化、消泡、分散等功能，在 建材化工、石油开采、同用品、纺织印染等领域有广泛的用途。由于沥青乳液中沥青 的比表面积很大，如果乳化剂胶束过少，则很难将沥青的表面占满形成单分子膜，所 以乳化剂的浓度要远大于c m c ，才能达到充分乳化的目的，但是过高也可能破坏破 乳后沥青的性能，乳化剂用量一般控制在乳液的0 1 3 3 ( 质量分数) 。另外可以 根据乳化剂的其它参数c m c 、p i t 、c p ( c l o u dp o i n t ) 、k p ( k r a f f tp o i n t ) 等进行选 择。乳化剂的用量可试用“黄金分割点法”或者“轴线平衡法”结合乳化效果来确定。 一般道路沥青乳化生产时，乳化剂用量约为乳化沥青总重的o 4 ，重交沥青乳化时 第三章快裂块凝乳化( 改性) 沥青的研发 一般为0 8 - - 1 6 。本论文采用a 1 乳化剂和中海一9 0 # 基质沥青生产乳化沥青，变换 乳化剂用量，测定乳化沥青的基本指标，初步确定乳化沥青配方【2 6 1 。 2 乳化沥青制备 乳化沥青制备流程：沥青的准备，皂液的制备，沥青的乳化，乳化沥青的储存心3 。 原材料：中海一9 0 # ，a 1 ，c a c l 2 和聚乙烯醇，盐酸。 试验方案：对比不同乳化剂量、稳定剂的乳化沥青的几种关键指标得出最佳配方 的乳化沥青，然后进一步测定最佳配方的乳化沥青的各种指标。见表3 8 和表3 9 。 表3 8 乳化剂最佳剂量的选定 配 油水比：6 0 ：4 0 ：稳定剂1 ，p h = 1 3 油水比：6 0 ：4 0 实 方 测 乳化剂量 值 2 3 4 o3 破乳速度快裂快裂快裂 粒子电荷 + ， + + 筛上剩余物( 1 1 8 m m ) ( ) 1 3 50 0 80 0 1 慕 残留物含量( )6 2 56 3 4 6 4 1 发 针入度( 2 5 ) 8 3 38 0 7 4 4 残 留 延度( 1 5 ) 1 2 61 0 9 61 9 9 物 软化点( ) 4 8 14 8 6 5 1 常温储存稳定性l d ( )1 2o 7 o 5 破乳 对比结果最佳 由表3 8 中数据可以看出使用a 1 乳化剂所生产的乳化沥青破乳速度可以为快裂， 但是如果不添加稳定剂乳化沥青很快破乳，根本无法储存，需要添加稳定剂提高其稳 定性，随着乳化剂的增加，储存稳定性得到改善，4 o - 孚l 化剂含量的乳化沥青储存稳 定性优于3 乳化剂含量的乳化沥青，但是蒸发残留物的针入度下降，软化点升高， 延度急剧下降，由1 0 9 6 急剧下降到1 9 9 ，乳化剂乳化沥青的低温性能影响很大。综 合比较各种含量乳化剂的乳化沥青性能，最终确定出最佳乳化剂用量为4 。 长安大学硕上学位论文 表3 9 稳定剂最佳剂量的选定 。 配 油水比：6 0 ：4 0 ：乳化剂3 0 ，p h = 1 3 实方 稳定剂昔 酋 0 5 1 9 6 ,1 5 破乳速度快裂快裂快裂 粒子电荷 + 筛上剩余物( 1 1 8 m m ) ( )0 9 50 0 80 0 2 残留物含量( )5 9 76 3 46 5 9 蒸发 针入度( 2 5 ) 8 0 18 07 3 9 残留 延度( 1 5 。c ) 1 3 2 21 0 9 62 8 4 物 软化点( ) 4 8 54 8 65 7 3 常温储存稳定性1 d ( ) 2 30 70 5 对比结果最佳 由表3 9 中的数据可知稳定剂的添加影响乳化沥青储存稳定性，但是随着稳定剂 用量的增加，残留物软化点得到提高，针入度降低，但是变化幅度不是很大，延度急 剧减低，在稳定剂用量为1 5 o 时，延度由稳定剂用量为1 o 的1 0 9 6 下降n 2 8 4 ，乳化 沥青的低温性能降低很多，说明稳定剂的掺加一定要慎重。综合分析不同稳定剂用量 的乳化沥青，最终确定稳定剂最佳用量为1 9 6 0 。 最后得出乳化沥青的最佳配方为：油水比：6 0 ：4 0 ，乳化剂掺量3 o ，稳定剂掺 量l o 。该种配方乳化沥青的各种指标及标准见表3 1 0 。 表3 1 0 乳化沥青检验项目及标准 分类项目试验值规范要求试验方法 筛上剩余量1 1 8 r a m 筛不大丁( ) 0 0 80 1t 0 6 5 2 粒子电荷 + t 0 6 5 3 破乳速度快裂快裂 t 0 6 5 8 恩格拉粘度计e2 5 ( s )3 5 92 1 0 t 0 6 2 2 2 7 第三章怏裂块凝乳化( 改性) 沥青的研发 续表3 1 0 乳化沥青检验项目及标准 分类项目试验值 规范要求试验方法 残留物含量，不小丁( ) 6 3 45 0t 0 6 5 1 蒸 发 溶解度，不小于( ) 9 9 09 7 5t 0 6 0 7 残 留 针入度( 2 5 。c ) ，( 0 1 m m ) 8 0 05 0 2 0 0t 0 6 0 4 物 延度( 1 5 。c ) ，不小于( c m ) 1 0 9 64 0t 0 6 0 7 与粗集料的粘附性，裹附面积，不小于 2 32 3t 0 6 5 4 常温存储稳定性：1 d ，不大于( ) 0 7l 3 3 改性乳化沥青的制备及性质 在相似的气候条件下，沥青的软化点越高，相应的改性乳化沥青洒布量就可以越 多。沥青软化点的增加可以通过选择更硬更低标号的沥青或添加一定量的改性剂到乳 化沥青当中实现。同时，乳化沥青的破乳速度直接决定了在保证没有过多骨料脱落的 情况下可以快速开放交通。本论文利用试验室现有乳化沥青的生产设备和工艺制备改 性乳化沥青。省内外相关研究多采用先改性后乳化或先乳化后改性的工艺路线，本论 文经反复比较最终确定了改性乳化沥青的工艺路线。改性乳化沥青生产采用内掺法， 即先将胶乳、乳化剂及稳定剂配成水溶液，然后加入热沥青，注意添加顺序及速度， 否则易造成破乳。 制备乳化改性沥青所用的仪器与制备过程乳化沥青相同。 原材料：中海7 0 # ，乳化剂a 2 ，改性剂p c 1 4 6 8 ，盐酸； 试验方案：油水l 1 5 6 5 ：3 5 ，根据经验确定改性剂用量为3 ，测定不同乳化剂量 配方的乳化改性沥青的关键指标，得出最佳乳化剂用量。 表3 1 1最佳乳化剂用量的确定 配 油水比：6 5 ：3 5 ；改性剂：3 芳八方 乳化剂量 1 5 1 9 2 5 破乳速度中裂中裂中裂 粒子电荷 + + + 筛上剩余物( 1 1 8 m m ) ( ) 0 2 80 0 70 0 5 2 8 长安大学硕十学位论文 续表3 1 1 最佳乳化剂用量的确定 配 油水比：6 5 ：3 5 ；改性荆：3 指方 乳化剂量 粝 1 5 1 9 2 5 9 6 0 残留物含苗 6 7 06 7 3 6 8 2 蒸发 针入度( 2 5 ) 5 5 35 2 84 8 2 残留 延度( 5 ) 4 6 24 7 22 6 7 物 软化点( ) 5 4 o5 5 95 2 8 弹性恢复( 2 5 ) 7 1 66 8 35 7 1 常温储存稳定性l d ( ) 2 50 8 70 8 0 对比结果 最佳 从表3 1 l 中看出a 2 乳化剂生产乳化沥青不用添加稳定剂，乳化沥青的储存稳定 性就能满足规范标准，但是破乳速度降级为中裂。因为乳化沥青的破乳速度和储存稳 定性两个互相矛盾的性质。随着乳化剂用量的增加，改性乳化沥青的肿1 - 厶匕i 匕也受到影响， 影响规律跟a 1 乳化剂对乳化沥青的影响规律相像，受到最大影响的是改性乳化沥青 的低温延度。试验结果：综合分析表3 1 8 中不同乳化剂含量的改性乳化沥青的性能， 得出改性乳化沥青的最佳配方为：油水比6 5 ：3 5 ，乳化剂用量1 9 o ，改性剂用量3 。 测定该配方的改性乳化沥青的指标，见表3 1 2 。 表3 1 2 改性乳化沥青检验项目及标准 分类项目 试验值 规范要求试验方法 筛上剩余量1 1 8 r a m 筛，不大于( ) 0 0 70 1 t 0 6 5 2 粒子电荷 + t 0 6 5 3 破乳速度中裂快裂或中裂 t 0 6 5 8 粘度恩格拉粘度计e2 5 ( s ) 2 3 61 1 0t 0 6 2 2 残留物含量，不小于( ) 6 7 35 0t 0 6 5 l 蒸 发 针入度( 2 5 c ) ，( 0 1 m m ) 5 2 84 0 一- , 1 2 0t 0 6 0 4 残 留 物 软化点，不小于( ) 5 5 95 0t 0 6 0 6 延度( 5 ) ，不小t ( c m ) 4 7 22 0t 0 6 0 5 与矿料的粘附性，裹附面积，不小丁 2 32 3t 0 6 5 4 常温存储稳定性： 1 d ，不人于( ) o 8 71 第三章快裂块凝乳化( 改性) 沥青的研发 改性乳化沥青制备过程中，乳化沥青与胶乳在机械的作用下，破坏了原来各自的 平衡，重新建立起一种新的平衡，如果这种平衡不能稳定存在，将会严重影响改性乳 化沥青的生产、储存和使用，因此，乳液稳定性的好坏是评价改性乳化沥青性能的关 键性指标。 3 4 本章小结 1 用于制备乳化沥青和改性乳化沥青的原材料包要慎重选择，尤其是乳化剂和稳 定剂，它们的用量有必要通过试验室来更精确的确定。 2 乳化沥青的最佳配方为：油水比：6 0 ：4 0 ，乳化剂掺量3 o ，稳定剂掺量1 o ； 3 改性乳化沥青的最佳配方为：油水比6 5 ：3 5 ，乳化剂用量1 9 o ，改性剂用量 3 。 3 0 长安人学颀七学位论文 第四章旧沥青路面评价研究 4 1 旧沥青路面研究的内容 旧沥青路路面存在是否需要铺筑罩面层和什么时候铺筑这样关键的问题，所以首 先要对旧沥青路面的使用性能进行评价。沥青路面的使用性能包括功能性能和结构性 能两方面。前者主要表现为行驶舒适、行车安全、运行经济以及对环境的不良影响等 1 ；而后者则为路面的损坏状况和结构的承载能力。 4 1 1 功能性能 1 行车安全性 行车安全性包括抗滑、溅水、夜间亮度或反光性等。沥青面层的抗滑性能主要取 决于表面层。决定抗滑性能主要有两大因素，一是所用碎石的表面纹理深度；二是面 层的表面构造深度，即表面碎石颗粒与碎石颗粒之间的间隙。碎石的表面纹理深度决 定面层的摩擦系数，面层表面的构造深度决定车辆在高速行使时摩擦系数的降低百分 率。随着行车的不断磨耗作用，路面的抗滑能力会逐渐下降。路表面水在高速行驶车 轮的作用下，会向两侧和后方溅水，影响后随车辆的视线，并可能危及行车安全。路 表面的粗构造可加速路表水的排除，减轻溅水和喷雾现象，保障行车安全。 2 行驶舒适性 车辆在路面上行驶的舒适性与路面的平整度密切相关。路面表面平整度是路面主 要使用性能指标之一，它是车辆高速行使时是否安全和舒适的重要影响因素。路面的 平整度受到很多因素的影响，首先，它直接受基层平整度的影响，而基层平整度又受 到底基层和路基平整度的影响，因此，必须保证各层平整度满足要求。其次面层平整 度还受到混合料的最大粒径、混合料的拌和均匀性、粗细颗粒离析现象、混合料的温 度差异、摊铺现场各个工序的管理等。在路面使用期l 日j ，随着车辆荷载的反复作用、 周围环境周期变化的影响以及路面龄期的增加，路面的平整度会随着各种路面病害的 出现而逐渐下降。 3 运行经济性 3 l 第三章快裂块凝乳化( 改性) 沥青的研发 车辆在路上行驶的运行费主要包括燃油、轮胎、维修和工时等消耗。道路线型、 交通状况及路表状况( 如粗糙度、平整度) 对运行经济性有关。 4 对环境的不良影响 道路交通噪声是环境噪声污染的最主要来源，随着交通量的增长，