（道路与铁道工程专业论文）水泥混凝土路面SEAM改性沥青罩面技术研究.pdf

摘要在沥青混合料拌和过程中直接投放s e a m 改性沥青改性剂，可以减少沥青用量，提高沥青混合料的强度与模量，改善沥青路面的抗车辙和抗疲劳丌裂性能，降低施工温度，节能减排，s e a m 改性沥青被称是一种节能及性能优越的路面材料，本文结合烟台威海高速试验路，对旧水泥路面s e a m 硫磺加强改性沥青罩面使用性能和设计方法进行一体化研究。通过大量的室内试验对s e a m 改性沥青混合料的高低温性能、疲劳性能和抗水损坏性能进行了研究，并且通过疲劳模拟反射裂缝试验对s e a m 改性沥青混合料在加铺层中的工作状态进行了评价。同时由于s e a m 改性沥青混合料的模量与一般沥青混合料不同，目前缺少对s e a m 改性沥青加铺层力学性能的研究，所以对s e a m 改性沥青加铺层荷载和温度共同作用下的耦合应力进行了研究。本文对旧水泥混凝土路面进行合理路段划分，然后针对原水泥混凝土路面不同加铺要求进行相应加铺设计。且在对旧水泥混凝土路面破坏分级及交通量、温度区划对加铺层结构影响研究的基础上，提出了不同破坏程度下基于原路面破坏分级和温度区划的s e a m 加铺旧水泥混凝土路面的典型路面结构。并在研究加铺层可靠度理论的基础上提出了s e a m 加铺层的基于路面使用寿命的可靠度设计标准，最后在分析s e a m 改性沥青混合料抗压回弹模量试验数据的基础上提出了s e a m 改性沥青混合料设计参数。关键词：水泥混凝土路面；s e a m ；改性沥青；罩面；可靠度a b s t r a c ti fs e a mm o d i f i e ri sp u td i r e c t l yw h i l ea s p h a l tm i x t u r ei sm i x e d ，i tm a yr e d u c et h ea s p h a l tc o n t e n t ,e n h a n c es t r e n g t ha n dm o d u l u so fa s p h a l tm i x t u r e ，i m p r o v er u t t i n gr e s i s t a n c ea n df a t i g u er e s i s t a n c e ，r e d u c et h ec o n s t r u c t i o nt e m p e r a t u r e ，s a v ee n e r g ya n dr e d u c te m i s s i o np l a t o o n ，t h es e a mm o d i f i e da s p h a l tw a ss a i do fak i n do fe n e r g ys a v i n ga n ds u p e r i o rp e r f o r m a n c ep a v e m e n ym a t e r i a l s ，t h i sa r t i c l er e s e a r c h e st h et e c h n o l o g yo fs e a mm o d i f i e da s p h a l to v e r l a yo f c o n c r e t ec e m e n tp a v e m e n t , b a s e do nt h ey a n t a i w e i h a ih i g h - s p e e dt e s tr o a d h i g h a n d 1 0 wt e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c e ，f a t i g u er e s i s t a n c ep e r f o r m a n c ea n dw a t e rr e s i s t a n c ep e r f o r m a n c eo fs e a mm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r ea r es t u d i e db yt h em a s s i v el a b o r a t o r yt e s t , a n dt h ew o r k i n gs t a t u so fs e a mm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r eo v e r l a yi se v a l u a t e db yt h ew e a r ys i m u l a t i o nr e f l e c t i o nc r a c ke x p e r i m e n t b e c a u s et h em o d u l u so fs e a ma s p h a l tm i x t u r ei sd i f f e r e n tf r o mc o m m o na s p h a l tm i x t u 陀。a n dl a c ko fm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sr e s e a r c ho ft h es e a mm o d i f i e da s p h a l to v e r l a y , i ti sn e c e s s a r yt or e s e a r c ht h ec o u p l i n gs t r e s so fs e a mm o d i f i e da s p h a l to v e r l a y b e c a u s et h ed e s t r o yc o n d i t i o no fc o n c r e t ec e m e n tp a v e m e n ti sn o ts a m e ，i th a st h ef u n c t i o n a l i t ya n dt h ec o n s t i t u t i v eq u e s t i o na tt h es a m et i m e ，s 0i ti sn e c e s s a r yt od i v i d et h eo l dc o n c r e t ep a v e m e n ti n t ot e a s o n a b l er o a ds e c t i o nd i v i s i o na c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c eo fo l dp a v e m e n td e s t r u c t i o nc o n d i t i o na n dc o n s t i t u t i v eq u e s t i o n ，a n dt h e nc a l t yo nd i f f e r e n to v e r l a ys c h e m ei nt h ev i e wo fd i f f e r e n tr e q u e s t b a s e do nt h er e s e 绷c ho fd i v i s i o no fo l dc o n c r e t ep a v e m e n ta n dt h ei n f l u e n c eo ft r a f f i cv o l u m ea n dt e m p e r a t u r ed i v i s i o nt oo v e r l a ys t r u c t u r e ，t h ea r t i c l ep r o p o s et h et y p i c a lp a v e m e n ts t r u c t u r eo fs e a mm o d i f i e da s p h a l tl a y e ro fo l dc o n c r e t ep a v e m e n tw i t hd i f f e r e n td e s t r u c t i o nc o n d i t i o n ，w h i c hb a s eo nt h ed i v i s i o no fd e s t r u c t i o nc o n d i t i o na n dt e m p e r a t u r e a n dt h er e l i a b i l i t yd e s i g ns t a n d a r do fs e a mm o d i f i e da s p h a l to v e r l a yi sp r o p o s e db a s e do nt h er e s e a r c ho ft h er e l i a b i l i t yo fo v e r l a y , a n df i n a l l yt h ed e s i g nv a r i a b l eo fs e a mm o d i f i e da s p h a l ti sp r o p o s e db ya n a l y s i so ft e n t a t i v ed a t a k e yw o r d s ：c e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n t ；s u l p h u r - e x t e n d e da s p h a l tm o d i f i e r ；m o d i f i e da s p h a l t ；o v e r l a y ；r e l i a b i l i t y长安人学硕：l 二学位论文1 1 课题研究的目的和意义第一章绪论从2 0 世纪7 0 年代开始，随着水泥混凝土路面修筑技术的逐步改进，质量的不断提高，加之水泥混凝土路面的适应性及抗灾能力强，能较好的满足现代交通需求等特点，水泥混凝土路面得到了长足的发展。在高速公路路面结构中，水泥混凝土路面约占2 3 ，成为我国公路的重要组成部分。然而由于交通的日益重型化及交通量的大幅度增长，加之设计、施工、养护、使用等多种综合因素的影响，加速了路面的损坏，目前很多高等级公路正处于维修、待修状态，严重影响了道路的服务水平及车辆的行驶安全。采用沥青加铺层作为原路面的罩面层是一种非常典型的补强方法。对于水泥路面，这种形式的路面结构能吸收两种材料的优点，原有水泥路面可以提供稳定、坚实的基层，沥青罩面层可以提供摩阻系数高、平整度好的表面层，大大改善了路面的使用性h - 匕i s 【1 2 , 3 1 。近年来石油的价格高居不下，导致沥青的价格不断上涨。因此，一直有人寻找沥青的代替品。此时美国洛克邦得公司在硫磺中增加一种烟雾抑制剂制成s e a m 颗粒，s e a m 是s u l p h u r - e x t e n d e da s p h a l tm o d i f i e r 的简称，即硫磺稀释沥青改性剂。s e a m 在常温下呈黑褐色颗粒状，易于操作，易于在热沥青混合料中熔化，并且由于在硫磺中添加了烟雾抑制剂，s e a m 在1 5 0 以下不产生h 2 s 、s 0 2 ，硫蒸汽的浓度也很低，产生的气味对人的副作用比起其他改性剂的副作用要小许多。同时s e a m 中的添加剂提高了沥青的质量和沥青混合料的强度和耐久性，使得s e a m 改性沥青混合料与其他常规沥青混合料相比，s e m a 沥青混合料路面几乎看不到泛油现象，抗车辙性能明显提高，路面横向裂纹少而轻，道路的使用寿命较长，维修费用低，同时对一些质量较差石料的混凝土，适量添加s e a m 则对其有明显的补强作用【4 5 6 l 。根据国际硫磺权威机构和美国硫研究院调查统计，由于目前世界上大量硫磺的积累和今后每年从石油和天然气中回收的硫磺产量的不断增加，世界上硫磺供大于求的趋势在将来近二三十年内不会改变。其使用硫磺添加剂的潜力可达2 0 0 3 0 0 万吨年。在中国目前硫磺的价格约为人民币5 0 0 6 0 0 元吨，而工业普通沥青价格约为人民币2 5 0 0 3 0 0 0 元吨。故硫磺改性沥青可以填补对高质量沥青的依赖而且可以降低公路投资，提高公路质量。国内外许多学者的研究表明，在沥青混合料拌和过程中直接投放s e a m 改性沥青改第一章绪论性剂，可以减少沥青用量，提高沥青混合料的强度与模量，改善沥青路面的抗车辙和抗疲劳开裂性能，降低施工温度，节能减排，s e a m 改性沥青被称是一种节能及性能优越的路面材料，因此有必要对其在旧水泥混凝土路面罩面应用进行研究，为以后旧水泥混凝土路面加铺材料的选择提供一种新思路【7 1 。鉴于此，本文结合实际工程，以烟台一威海高速试验路为依托，通过对当地水泥混凝土路面使用状况调查检测及路面病害处治，在加铺层力学特性分析基础上，研究s e a m 沥青罩面层材料和层间材料组成及性能，进行多种室内试验验证，并铺筑试验路进行论证，对旧水泥路面s e a m 硫磺加强改性沥青罩面设计方法和施工措施进行一体化研究。1 2s e a m 国内外研究现状1 2 1 国外研究现状s e a m 技术是在北美s e a 技术的基础上发展的新型低嗅环保型专利沥青混合料添加剂产品，s e a 技术在1 9 7 0 年代末和1 9 8 0 年代初得到了广泛的应用，在美国和加拿大铺筑了大量的试验路，美国联邦高速公路管理局1 9 8 5 年成立专门研究小组调查总结美国硫磺沥青公路建设技术( 包括s e a m 技术) 。从1 9 8 5 年到1 9 8 6 年，该研究小组成员对1 8 州的2 6 个s e a m 实验公路项目进行了现场检查。通过与同时建设的沥青路面公路对照比较，对s e a m 沥青路面公路质量和性能进行测定和评估。1 9 9 4 年至1 9 9 6年间，通过对1 4 个州的1 7 条s e a m 实验公路段进行现场取样，实验室测定，研究结果表明：s e a m 沥青路面实验公路与同时建设的其他沥青路面公路没有本质上的差别，但在抗软化开裂、抗水侵蚀、降低延度( t s r ) 和弹性变化恢复比率几个方面表现出较好的特性1 4 6 j 。s e a m 专利技术在2 0 0 0 年左右从s e a 早期技术的基础上发展而来的，在使用时伴随产生的气味和不良气体大大降低，添加剂材料的使用方便程度大大提高，改良性能稳定。一直以来，北美道路研究者对利用硫磺作为沥青添加剂来强化和部分代替沥青作为公路建筑材料进行了许多研究。2 0 0 0 年以来，s e a m 技术已经在美国内华达州应用于多条重要干线和拉斯维加斯市政道路的大修工程。2 0 0 2 年，s e a m 技术应用于旧金山奥克兰港的集装箱码头。2 0 0 3年4 月，世界专业硫研究机构国际硫研究所发表文章对s e a m 沥青公路材料应用予以2长安火学硕i - 学位论文肯定。近年来s e a m 改性沥青在世界范围内已经有大量的典型工程，其中比较典型的有加拿大卡尔加里的市政道理改造和加拿大温哥华2 0 1 0 年冬奥会试验路s e at os k y 项目。2 0 0 4 年壳牌公司将s e a m 改性沥青技术用于加拿大卡尔加里的市政道理改造。卡尔加里是典型的大陆性气候，冬夏温差极大，夏天最高气温达到3 5 以上，而冬季经常随着寒流的到来，气温急剧下降到零下4 0 c 左右。使用硫磺改性沥青技术的路段在2 0 0 7 年初路面仍然良好，没有出现高温车辙和温度裂缝等病害。2 0 0 8 年1 0 月，壳牌团队在加拿大温哥华为2 0 1 0 年冬奥会进行一项重要的铺设试验s e a t os k y 项目。三个试验段已经在十一月铺设完毕。铺设地点经过了精心的选择，以便评估铺设材料在严酷天气条件下的性能。试验区铺设的温度在1 - 5 c 之间进行，现场实测数据不断地证实壳牌硫磺改性沥青的优异性能，进一步证实了硫磺改性沥青良好的使用性能。近年来俄罗斯也开始研究硫磺沥青的应用，并形成了比较成熟的做法，即采用一种涡流层设备，加入硫磺、石油沥青及低分子高石蜡基重油，经充分混合，将混合物分散在混合料中，操作温度1 3 0 1 4 0 ，时间2 5 s ，高石蜡基重油用作改性剂，是为了改善可塑性，制成的胶结料中硫磺用量为1 0 5 0 ，一般采用4 0 的硫磺替代沥青。这种硫磺改性沥青具有粘附性强、可塑性高、高温稳定性好、憎水性好、抗腐蚀性能好、机械强度高、耐旱性能良好的特点。1 2 2 国内研究现状国内对s e a m 沥青混合料的研究起步较晚，对硫磺沥青路面的研究较少，直到2 0 0 1 年加拿大的壳牌公司发明了新型s e a m 材料向中国推广才逐步开始对硫磺改性沥青在道路方面应用的研究。其中有代表性的有2 0 0 3 年s e a m 技术应用于陕西西安一宝鸡高速公路的大修试验段，见图1 1 ，经过几年的运营，效果良好。壳牌s e a m 上一代混合料改性剂技术自2 0 0 6 年以来已经在中国大规模的商业应用，主要在江苏省无锡3 4 2 省道、无锡市春阳路、南京1 2 3 省道、2 0 4 国道太仓段、上海多条市政道路、黑龙江省牡丹江市干线公路、辽宁大连金港路、河南省郑石高速公路等多条道理建设项目中使用。自2 0 0 8 年初开始，鉴于壳牌s e a m 上一代混合料改性剂技术的优异性能，升级后第一章绪论的壳牌硫磺改性沥青技术t h i o p a v e 改性沥青混合料在国内外得到进一步的推广使用，其中云南个屯一级公路项目比较有代表性，见图1 2 。云南个屯一级公路是红河洲连接“世界锡矿之都”云南工业钟振娥个旧和红河洲府所在地蒙自的重要通道。由于云南当地的石料生产条件有限，个屯项目指挥部尝试采用多种方法使混合料的质量满足要求，最后确认使用硫磺添加剂是性价比最高的技术解决方案，在全部中面层和上面层中采用了硫磺改性技术。道路的使用性能良好，进一步证明了s e a m 颗粒对一些质量较差石料的混凝土有明显的补强作用。图1 1 西宝高速图1 2完成半幅施工个屯一级公路近年来中国的学者对s e a m 本身的物理化学性质、s e a m 改性沥青混合料设计、s e a m 改性沥青的路用性能和s e a m 改性沥青的机理等进行了研究，比较有代表性的有2 0 0 5 年同济大学的孙立军教授对高性能s e a m 改性沥青混合料设计及其性能的研究；2 0 0 5 的1 2 月广东汕头公路工程质量监督站的钟伟杰对s e a m 改性沥青改性机理及其性能的研究；以及许多研究单位和改性沥青厂家对改性沥青的作用机理剖析，最多的是采用微观结构分析方法，对比高聚物改性沥青改性前后沥青体系的化学组成、结构( 如4k 安大学顾- l ：学位论文微观结构、聚集态结构等) 等发生的变化，以讨论改性剂对沥青性能的影响，并试图分析宏观性能与结构的联系【1 7 , 1 8 】。目前国内s e a m 的使用说明都是直接从国外的使用经验中总结得来的，没有对产品的改性原理进行说明，并且国内对s e a m 的研究和应用较少，在技术上只能照搬照抄国外，而在产品使用中涉及的原材料种类、规格以及生产和施工机械的差异还有道路设计方法等细节上存在的中外差异，造成了在国内使用中出现很多技术难题，从而给s e a m 产品的推广应用造成障碍，因此有必要对s e a m 改性沥青混合料的使用性能和力学性能进行研究，在此基础上提出适合中国沥青路面设计方法的设计参数和加铺层典型结构，为s e a m 改性沥青混合料在中国的应用提供技术支持【8 ，9 】。1 2 3 国内外研究中存在的问题目前关于s e a m 方面的研究主要集中在改性机理及其路用性能的研究，但缺少对其使用性能及设计标准方面的研究，故国内外研究存在以下问题：p( 1 ) 对s e a m 改性沥青混合料性能的研究停留在某个掺量下的室内试验及小规模的试验路上的研究，没有形成一个系统的研究。( 2 ) 没有充分挖掘出硫磺改性沥青在路面上应用的前景，缺少对水泥混凝土路面s e a m 加铺层力学性能、使用性能及其设计方法的相关研究。( 3 ) 没有充分考虑交通量和温度区划等条件对s e a m 改性沥青混合料性能的影响，从而没有针对不同的使用条件提出相应的s e a m 改性沥青路面结构。( 4 ) 已有研究没有针对s e a m 改性沥青混合料的性能提出其设计参数，为s e a m的广泛应用提供技术支持。上述问题的存在使我们对s e a m 改性沥青及其混合料的性能了解不全面，并且对其在水泥混凝土加铺层中的应用的科学性和合理性存在疑问，所以有必要加深对s e a m改性沥青混合料使用性能、设计方法和设计参数等方面的研究，一方面挖掘出硫磺改性沥青在路面加铺上的应用前景，另一方面为提高加铺层使用性能寻求新材料。1 3 课题研究内容本文采用理论与实践相结合的方法对水泥混凝土s e a m 改性沥青罩面的材料组成、使用性能进行了研究，并进行了s e a m 改性沥青罩面的应力分析，最后通过试验路进一步验证了水泥混凝土路面s e a m 改性沥青罩面的可行性、经济性和合理性。本研究第一章绪论主要包含以下内容：( 1 ) 研究s e a m 改性沥青的改性机理，并通过沥青的三大指标试验全面系统的研究s e a m 改性沥青的感温性、高温稳定性、低温延度，同时分析了针入度、软化点和延度这三个指标对s e a m 改性沥青性能进行评价的合理性。( 2 ) 研究不同掺量下s e a m 改性沥青混合料的设计参数、高低温性能、水稳定性和抗疲劳性能，在深入分析试验数据的基础上，对不同掺量下s e a m 改性沥青混合料的性能进行系统性的评价。( 3 ) 研究水泥混凝土路面s e a m 改性沥青罩面的力学特性，利用有限元软件分析s e a m 加铺层模量、厚度、应力吸收层厚度以及温度变化对沥青面层耦合应力的影响。( 4 ) 研究旧水泥混凝土路面状况评定与路段合理划分，分析了交通量和温度区划对s e a m 改性沥青罩面结构的影响，提出基于交通量和温度区划的s e a m 加铺层典型结构。( 5 ) 分析国内外沥青路面设计方法和水泥混凝土路面沥青加铺层设计方法，提出s e a m 改性沥青混合料基于可靠度的弯沉设计标准，并在对s e a m 改性沥青混合料性能研究的基础上提出s e a m 改性沥青混合料设计参数。6长安大学硕士学位论文第二章s e a m 改性沥青改性机理及性能研究目前改性沥青的种类繁多，不同的改性沥青由于改性机理的不同其评价指标也不同，所以没有一个指标可以对改性沥青的整体性能下定论，故在对改性沥青改性机理深入研究的同时要对改性沥青的性能进行较全面的评价，根据s e a m 的特性采用对比试验的方法对s e a m 改性沥青性能进行研究。2 1s e a m 改性沥青机理研究2 1 1s e a m 添加剂简介s e a m 是s u l p h u r - e x t e n d e da s p h a l tm o d i f i e r 的缩写，意为“硫磺硬化沥青改性剂”，s e a m 主要成分为硫磺，又名硫磺稀释沥青掺和剂，其硫磺含量为9 9 4 ，另掺有微量烟雾抑制剂和增塑剂，其熔点为1 1 5 c ，闪点为2 0 7 c ，沸点为4 4 4 6 c ，相对密度( 水= 1 ) 为2 0 0 ，呈灰黑色颗粒，直径为2 m m ，见图2 1 。s e a m 既是一种胶结料添加物，又是一种沥青混合料改性剂【5 1 。图2 1s e a m 颗粒图s e a m 是在硫磺里面添加了烟雾抑制剂和增塑剂成分制成的半球状颗粒，其主要成分为硫磺。壳牌公司编写的s e 蝴沥青路面施工技术指南对s e a m 颗粒的技术要求进行规定【6 】，见表2 1 。s e a m 的主要的改性剂成分是硫。硫在常温下是固态，根据生产工艺的不同有粒状、- 片状、粉末状等形态。硫在l t 5 c 1 2 0 时由固态转化为液态，在1 1 5 一1 6 0 温度范围内，随着温度的升高，液态硫的稠度越低，并伴有升华现象，当温度超过1 6 0 时，7第二章s e a m 改性沥青改性机理及性能研究液态硫又开始凝结并变得粘稠。硫与沥青有着良好的相容性，在一定温度下硫与沥青能够发生交联反应改善沥青的性能，硫与集料也有很好的表面吸附作用。表2 1s e a m 颗粒质量技术要求指标单位技术指标试验方法外观烟灰黑色固体颗粒观察法最大粒径( m m )游标卡尺测量硫磺含量( ) 9 7硫磺产品数据书灰分含量( ) 9 7游离硫，形成结晶，并起填料作用增塑剂 2 5产品颗粒成形，并提高粘度矿粉 4 64 9t0 6 0 6 - 2 0 0 0动力粘度( 6 0 c )p a s实测记录1 7 lt0 6 2 5 - 2 0 0 0闪点( 开口式)2 6 03 4 8t0 6 1 1 1 9 9 3溶解度( 三氯乙烯) 9 99 9 8t0 6 0 7 1 9 9 3密度( 1 5 c )( g c m 3 )实测记录1 0 3 5t0 6 0 3 1 9 9 3矸0 呵君质量变化圣印80 0 2 7t0 6 0 9 1 9 9 3针入度比芝6 l6 6t0 6 0 4 - 0 0 0残留物延度( 1 0 )c m 67 5t0 6 0 5 1 9 9 32 2 1 针入度试验及结果分析本次试验采用了三个温度，分别为1 5 c 、2 5 1 2 、3 0 1 2 ，试验结果见表2 5 。表2 5s e a m 改性沥青针入度试验结果s e a m 掺量0s e a m 掺量3 0 s e a m 掺量4 0 试验项目单位9 0 # 重s h e l l9 0 # 重s h e l l9 0 # 重s h e l l交p e n 6 0 8 0交p e n 6 0 8 0交p e n 6 0 8 0针1 5 0 1 m m3 82 22 52 02 41 7入2 5 0 1 m m9 86 25 84 44 83 6度3 0 0 1 m m1 4 91 0 01 0 18 39 07 51 2长安大学硕士学位论文1 2 01 0 08 0趟一 6 0舢4 02 001 5 2 5 3 0 试验温度图2 5 基质沥青针入度比较图1 5 2 5 3 0 试验温度+ 9 0 # 重交_ 卜s h e l lp e n 6 0 8 0+ 9 0 # 重交卜s h e l lp e n 6 0 8 0图2 6s e a m 掺量3 0 改性沥青针入度比较图1 0 09 08 07 06 05 04 03 02 01 001 5 2 5 3 0 试验温度- - * - 9 0 # 重交- - b - - - s h e l lp e n 6 0 8 0图2 7s e a m 掺量加改性沥青针入度比较图分析表2 5 和图2 5 2 7 可知：( 1 ) s e a m 的掺加使沥青的针入度变小，且不同的基质沥青针入度减小的幅度不同，三种温度下的平均针入度较基质沥青减小的幅度见表2 6 。1 30ooooooo0埔m 屹m8642越 4 辛毯 本第二章s e a m 改性沥青改性机理及性能研究表2 6 针入度较较基质沥青减小的幅度基质沥青类型s e a m 掺量3 0 s e a m 掺量4 0 9 0 # 重交沥青3 5 4 3 s h e l ip e n 6 0 8 02 0 3 0 不同温度下以9 0 # 沥青为基质沥青的改性沥青的针入度总体上比以s h e l lp e n 6 0 8 0为基质沥青的要大，且9 0 # 沥青受s e a m 影响的增减的幅度较s h e l lp e n 6 0 8 0 沥青的要大，说明基质沥青类型影响s e a m 改性沥青的性能。( 2 ) 相同温度下s e a m 掺量为3 0 的改性沥青的针入度比掺量4 0 的大，这说明当s e a m 掺量4 0 的改性沥青较掺量3 0 的改性沥青硬度高。( 3 ) 随着试验温度的升高，不同s e a m 含量的改性沥青针入度都明显增大。主要原因是温度升高导致了沥青变软，抗变形能力降低，而且从图2 5 中的数据可知两种不同基质沥青的s e a m 改性沥青受温度变化影响表现出规律相同，说明s e a m 对不同沥青有相似的改性作用。2 2 2 软化点试验及结果分析软化点试验采用环球法测定，利用沥青随温度升高变软的原理，在钢球荷载作用下，沥青抵挡钢球的能力下降，利用沥青软化，钢球下降到一定位置时的温度定为软化点。本次试验利用电脑全自动软化点测定仪测定，升温速度为5 4 - 0 5 c r a i n ，钢球重量为3 5 4 - 0 0 5 9 ，直径为9 5 4 - 0 0 5 r a m ，下落距离为2 5 4 m m 。软化点试验结果见表2 7 。表2 7 软化点试验结果s e a m 所占比例( )9 0 # 重交s h e l lp e n 6 0 8 004 7 74 93 05 35 4 74 05 5 85 6 9表2 8 软化点提高幅度s e a m 所占比例( )9 0 # 重交s h e l lp e n 6 0 8 03 01 1 1 1 1 6 4 01 6 9 1 6 1 分析表2 7 、2 8 中的数据可知：( 1 ) 随着s e a m 的掺入改性沥青的软化点提高，9 0 # 重交s e a m 改性沥青软化点分别提高1 1 1 、1 6 9 ，s h e l lp e n 6 0 8 0s e a m 改性沥青的软化点分别提高1 1 6 、1 6 1 。( 2 ) s e a m 掺量4 0 的改性沥青较s e a m 掺量3 0 提高的幅度大，9 0 # 重交s e a m1 4长安大学硕士学位论文改性沥青的掺量为4 0 较掺量为3 0 的软化点提高了5 3 ，s h e l lp e n 6 0 8 0s e a m 改性沥青掺量为4 0 较掺量为3 0 的软化点提高了的5 0 。这进一步说明当s e a m 含量超过一定程度，s e a m 会使沥青变硬，可以明显提高沥青的温度稳定性。( 3 ) 同时数据结果和针入度试验中的当量软化点试验结果规律相同，实际结果指标值相近，这更加充分说明s e a m 改性沥青拥有良好的温度稳定性。2 3 3 延度试验及结果分析沥青的延度是指浇注好的沥青试件，在一定的温度和速度条件下，试件拉断时的长度。本次试验的温度为1 0 c ，拉伸的速度为5o n r a i n 。一般认为，延度反应了沥青材料的低温塑性性能，也就间接反映了沥青路面的抵抗开裂的能力。中国“八五”攻关得出的结论也认为沥青的延度和路面的使用性能有一定的关系，尤其是沥青低温的延度和路面的使用性能有很好的关系，因此将沥青的延度试验列为沥青路面施工技术规范，当作沥青低温性能的评价指标。但是由于沥青路面的开裂的是在较低的温度条件下产生，而沥青的较低的温度条件下为脆性，并且对于改性沥青测出的延度虽然很小，但是拉力却很大，如果应用单一的延度指标来评价沥青的低温性能显得不合理，因此很多专家对延度的评价指标有不同的看法。延度试验结果见表2 9 ，延度降低的幅度见表2 1 0 ，拉力增加的幅度见表2 1 1 。表2 9s e a m 改性沥青的延度试验结果延度( c m )拉力( n )s e a m 的掺量( )9 0 # 重交s h e l lp e n 6 0 8 09 0 # 重交s h e l lp e n 6 0 8 0o2 4 45 33 54 23 01 4 32 7 34 05 l4 07 89 55 25 5表2 1 0s e a m 改性沥青延度降低幅度延度降低幅度( )s e a m 的掺量( )9 0 # 重交s h e l lp e n 6 0 8 03 04 1 44 8 54 06 8 o8 2 1表2 1 1s e a m 改性沥青拉力增加幅度拉力增加幅j变( )s e a m 的掺量( )9 0 # 重交s h e l lp e n 6 0 8 03 01 4 32 1 44 04 8 63 1 o第二章s e a m 改性沥青改性机理及性能研究分析延度试验结果可知：( 1 ) 在s e a m 掺量较低时，改性沥青中不存在游离硫，用延度指标评价改性沥青性能比较可行，当s e a m 掺量为3 0 时9 0 # 重交沥青和s h e l lp e n 6 0 8 0 的改性沥青的延度分别降低了4 1 4 、4 8 5 ，此时可以采用延度指标对改性沥青进行低温性能评价。( 2 ) 由表可知当s e a m 掺量为4 0 时9 0 # 重交沥青和s h e l lp e n 6 0 8 0 的改性沥青的延度分别降低了6 8 o 、8 2 1 ，此时改性沥青中s e a m 含量较高，改性沥青中存在游离硫，游离硫晶体对沥青胶浆有物化作用，故不能采用延度指标对改性沥青进行低温性能评价。( 3 ) 虽然延度作为改性沥青低温性能的评价指标有一定的限制，但从延度试验结果可知随着s e a m 颗粒的加入沥青的塑性变形能力下降，沥青变硬。2 3 本章小结本章深入研究了s e a m 改性沥青的改性机理，并通过沥青的三大指标试验全面系统的研究s e a m 改性沥青的感温性、高温稳定性、低温延度，同时深入分析了针入度、软化点和延度这三个指标对s e a m 改性沥青进行评价的合理性。( 1 ) 改性沥青中的s e a m 颗粒具有改善沥青高低温性能，增强与石料的粘附性和结晶，实现复合材料化这两方面的作用。( 2 ) s e a m 改性沥青感温性较基质沥青明显下降，9 0 # 重交沥青为基质沥青s e a m掺量为3 0 和4 0 的针入度分别降低3 5 、4 3 ，s h e l lp e n 6 0 8 0 为基质沥青s e a m 掺量为3 0 和4 0 的针入度分别降低2 0 、3 0 。( 3 ) s e a m 改性沥青的高温稳定性较基质沥青明显增强，9 0 # 沥青为基质沥青的软化点分别提高1 1 1 、1 6 9 ，s h e l lp e n 6 0 8 0 为基质沥青的软化点分别提高1 1 6 、1 6 1 。( 4 ) 当s e a m 掺量为3 0 时9 0 # 重交和s h e l lp e n 6 0 8 0 改性沥青的延度分别降低了4 1 4 、4 8 5 ，此时可以采用延度指标对改性沥青进行低温性能评价。( 5 ) 当s e a m 掺量为4 0 时改性沥青中s e a m 含量较高，改性沥青中存在游离硫，游离硫晶体对沥青胶浆有物化作用，不能采用延度指标对改性沥青进行低温性能评价。1 6长安大学硕士学位论文第三章s e a m 改性沥青混合料性能研究本章采用马歇尔方法对s e a m 改性沥青混合料进行配合比设计，根据规范提供的级配范围确定集料级配组成，再根据不同沥青用量和各技术参数间的关系综合确定最佳沥青用量，然后根据s e a m 与沥青进行等体积替换的原则确定s e a m 改性沥青混合料的配合比。通过大量的试验对s e a m 改性沥青混合料的强度、高温稳定性、低温稳定性、抗疲劳特性以及抗水损坏性等进行评价。主要对a c 1 3 a c 2 0 a c - 2 5 采用s b s 、s e a m 掺量3 0 和4 0 改性沥青这九种混合料进行马歇尔试验确定混合料设计指标，然后对这几种沥青混合料进行了抗压回弹模量试验、高温车辙性能试验、低温小梁弯曲、冻融劈裂试验、小梁疲劳试验和疲劳模拟反射裂缝试验，来评价s e a m 改性沥青混合料的路用性能。3 1 原材料及配合比3 1 1 原材料技术指标本次试验中沥青混合料均采用s h e l lp e n 6 0 8 0 基质沥青，s h e l lp e n 6 0 8 0 沥青技术指标见表2 4 。本次试验中所采用的矿粉指标见表3 1 。本次试验中所采用的碎石指标见表3 2 3 5 。表3 1 矿粉指标试验项目单位技术要求试验结果试验依据密度g c m 3术2 5 02 7 3 3t 0 3 5 2 2 0 0 5亲水系数 1 46 5 7 5 81 5 4 0表3 1 6a c 1 6 混合料马歇尔试验结果最佳沥毛体积空隙率矿料间隙率饱和度稳定度流值级配类型青用量密度( )( )( )( k n )( o 1 m m )普通沥青4 42 4 8 84 3 71 4 9 47 0 7 69 2 63 1 4s b s 改性沥青4 42 4 4 84 7 61 6 5 47 0 6 41 1 2 72 9 2替换3 0 沥3 52 4 3 94 4 51 6 2 47 2 6 01 0 2 23 1 1青s e a m替换4 0 沥3 12 4 1 54 3 61 6 5 47 3 6 41 1 2 72 9 2青s e a m规范要求 1 46 5 7 5 81 5 - - 4 0第三章s e a m 改性沥青混合料性能研究表3 1 7a c 2 0 混合料马歇尔试验结果最佳沥毛体积空隙率矿料间隙率饱和度稳定度流值级配类型青用量密度( )( )( )( k n )( o 1 m m )普通沥青4 32 4 9 84 4 21 4 8 07 0 1 38 8 53 3 5s b s 改性沥青4 32 4 3 64 5 31 6 4 97 2 5 31 0 8 33 1 8替换3 0 沥青3 42 4 4 24 5 41 6 0 87 1 7 69 5 83 2 6s e a m替换4 0 沥青3 12 4 2 64 5 31 6 4 97 2 5 3l o 8 33 1 8s e a m规范要求 1 46 5 7 5 81 5 - - 4 0表3 1 8a c - 2 5 混合料马歇尔试验结果最佳沥毛体积空隙率矿料间隙率饱和度稳定度流值级配类型青用量密度( )( )( )( k n )( 0 1 m m )普通沥青4 12 4 8 44 4 51 4 2 96 8 8 59 3 72 6 7s b s 改性沥青4 12 4 3 94 5 71 5 9 l7 1 2 71 2 1 92 5 4替换3 0 沥青3 32 4 2 74 5 31 5 4 77 0 7 l1 0 3 42 6 4s e a m替换4 0 沥青2 92 4 1 14 5 71 5 9 l7 1 2 71 0 7 92 5 8s e a m规范要求 1 46 5 7 5 81 5 4 0表3 1 9a t b - 2 5 混合料马歇尔试验结果最佳沥毛体积空隙率矿料间隙率饱和度稳定度流值级配类型青用量密度( )( )( )( k n )( o 1 m m )普通沥青4 02 4 6 54 5 21 4 0 46 7 8 29 0 32 8 4s b s 改性沥青4 02 4 2 34 6 21 5 6 37 0 4 51 2 1 52 6 7替换3 0 沥青3 22 4 1 24 6 l1 5 2 26 9 7 09 6 l2 7 8s e a m替换4 0 沥青2 92 3 9 84 6 21 5 6 37 0 4 31 1 3 22 7 1s e a m规范要求 1 46 5 7 5 81 5 - - - 4 0分析表3 1 5 3 1 9 中的试验数据，可以得出以下结论：( 1 ) s e a m 改性沥青混合料的最佳沥青用量比普通沥青和s b s 改性沥青混合料少，可以大幅度降低沥青用量，节约沥青。( 2 ) s e a m 改性沥青混合料的稳定度和流值明显高于普通沥青混合料，具体数据见表3 2 0 ，故可知s e a m 改性沥青混合料的高温稳定性明显高于普通沥青，并且替换4 0 沥青s e a m 改性沥青混合料的高温稳定性高于替换3 0 沥青s e a m 改性沥青混合料。长安大学硕士学位论文表3 2 0各种混合料稳定度对比表稳定度混合料类型替换3 0 s e a m 高于普通沥青( )替换4 0 s e a m 高于普通沥青( )a c 1 362 5a c 1 61 02 2a c 2 082 2a c 2 51 01 5a t b - 2 562 5( 3 ) s e a m 改性沥青混合料的稳定度比s b s 改性沥青混合料稍低，具体数据见表3 2 l ，由表可知替换3 0 沥青s e a m 改性沥青混合料的高温稳定性比s b s 改性沥青稍低，替换4 0 沥青s e a m 改性沥青混合料的高温稳定性与s b s 改性沥青相当。表3 2 l各种混合料稳定度对比表稳定度混合料类型替换3 0 沥青s e a m s b s 改性( )替换4 0 沥青s e a m s b s 改性( )a c 1 36 67 7a c 1 69 11 0 0a c 2 08 81 0 0a c 2 58 58 9a t b - 2 57 99 3( 4 ) 添加s e a m 改性剂后空隙率增大，因为沥青用量大幅度下降，增加了混合料的压实难度。( 5 ) 添加s e a m 改性剂后饱和度v f a 增加，同时矿料间隙率也有所增加，说明s e a m 改性剂的加入使得矿料间有效沥青层厚度增加。3 3 2 车辙试验车辙是沥青混合料路面发生破坏的主要方式之一，其形成过程主要有两个方面的原因，首先是沥青层本身的压密，主要发生在初期，随后则主要发生沥青混合料的侧向流动变形，侧向流动变形的太小与矿料的级配、沥青性质及用量有关。本试验通过车辙试验数据评价s e a m 改性剂对沥青混合料高温抗车辙性能的改善程度。l 、s e a m 改性沥青混合料车辙试验本文采用车辙仪，对普通沥青混合料和s e a m 改性沥青混合料( s b 蝴替换量3 0 、4 0 ) 分别做了a c 1 3 、a c 2 0 、a c 2 5 三种级配的车辙对比试验，并对试验结气果进行分析，客观合理的评价s e a m 改性沥青混合料的高温稳定性1 1 3 】。试验结果见表3 2 2 。第三章s e a m 改性沥青混合料性能研究表3 2 2 不同类型沥青混合料车辙试验结果级配动稳定度( 次n u n ) 试验温度6 0 cs e a m 改性沥青混合料类型普通沥青混合料替换量3 0 替换量4 0 a c 1 39 7 4 71 0 7 2 21 7 0 3 5a c 2 01 0 7 9 31 2 4 2 81 9 3 7 4a c - 2 51 1 7 1 81 4 0 6 12 1 5 6 5图3 3各种沥青混合料动稳定度比较图表3 2 3不同类型s e a m 较普通沥青混合料动稳定度增长率增长率( )级配类型替换量3 0 替换量4 0 a c 1 31 0 o7 4 8a c 2 01 5 17 9 5a c 2 52 0 o8 4 0平均值1 5 07 9 4分析图表中的数据可得以下结论：( 1 ) s e a m 改性沥青混合料的动稳定度与普通沥青混合料相比都有明显的提高，替换量为3 0 s e a m 改性沥青混合料动稳定度平均提高了1 5 ，替换量为4 0 的s e a m改性沥青混合料平均提高了7 9 4 ，故s e a m 的掺加明显改善了沥青混合料的高温抗车辙性能。( 2