（道路与铁道工程专业论文）沥青混合料温拌技术的应用研究.pdf

摘要 摘要 在路面工程中如何保护环境，节约能源等问题的研究，已有多年。目前沥青路面普遍采用热拌 混合料( h m a ) ，施工温度达到1 5 0 c 以上，最高达到1 8 0 c 一1 9 0 c ，出现沥青老化严重，施工时排 放出大量的c 0 2 等废气和粉尘，能源消耗严重等问题。虽然路面的使用性能得到保证，但以消耗能 源、牺牲环境为代价。如何在降低施工温度的同时，路面使用性能又能得到保证? 国内外专家学者 进行大量的研究，提出了温拌混合料( w m a ) 的概念。本论文对温拌混合料技术进行系统的研究。 通过温拌改性剂对沥青结合料和混合料的性能影响的分析，根据室内试验成果，铺筑试验路并 进行跟踪观测。完成的主要工作如下： l 、温拌沥青结合料性能和改性剂合理掺量的研究。通过对赛克( s a k ) 和乳化荆( e v o t h e r m ) 两种温拌改性剂与7 僻沥青和s b s 改性沥青的配伍性和相容性的分析，本论文选取s a k 作为温拌改 性剂。根据沥青结合料指标确定s a k 的合理掺量，并对最佳掺量下沥青结合料的高温性能、低温性 能和疲劳性能进行评价。 2 、温拌沥青混合料的配合比设计方法和技术标准的研究。采用方差分析法和密实度能量指数研 究了温拌混合科的压实性能，确定其拌和，成型温度以及压实次数( 或旋转次数) ，总结温拌混合料 配合比设计，并确定技术参数。 3 、温拌沥青混合料使用性能的评价。重点分析了温拌混合料的力学参数、高温、低温以及水稳 定性能，并与同级配的h m a 进行比较。 4 、温择沥青混合科施工工艺和质量控制的研究。对温拌沥青混合料施工工艺和质量控制标准提 出指导性建议，并对现场摊铺的混合料取样，进行室内试验对比。 5 、温拌沥青混合料试验路跟踪观测及经济性、环保性分折。 关键词- 温拌沥青混合料；沥青改性剂；沥青结合料；配伍性；相容性；压实性能；方差分析法 密实度能量指数：温拌沥青混合料使用性能 a b s t r a ( 了 a b s t r a c t 1 1 】ed i s c u s s i o no fl o w e r i n gt h eh e a tu s e dt op r o d u c ea s p h a l tm i x e si sn o tn e w t h ei d e ao fs a v i n g e n e r g ya n dl o w e r i n ge m i s s i o n si nt h ea s p h a l ti n d u s t r yh a sb e e nd i s c u s s e df o rd e c a d e s a tp r e s e n th o tm i x a s p h a l t ( h m a ) i st h ep n m a r yr o a ds u r f a c i n gm a t e r i a la tt h eb i t u m i n o u sp a v e m e n t t r a d i t i o n a lh m a i s u s u a l l yp r o d u c e da tt e m p e r a t u r e sb e t w e e n1 5 0 0 ca n d1 8 0 0 ca n dc o m p a c t e da ta b o u t1 3 0 。ct o1 6 0 0 c ， w h i c hr e s u l t si nt h ea s p h a l tb i n d e ra g i n gs e v e r e l y , e m i s s i o n s ，f u m e sa n do d o ra tc e r t a i ne l e v a t e dl e v e l s ，a n d i n c r e a s ei ne n e r g yc o n s u m p t i o n a l t h o u g ht h eb e t t e rp e r f o r m a n c eo fr o a ds u r f a c ei sa c h i e v e d , w ep a ya h e a v yp r i c ef o re n e r g yc o n s u m p t i o na n de n v k o n m e n tp r o t e c t i o n h o wc a nt h ep e r f o r m a n c eg e tg u a r a n t e e u n d e rr e d u c i n gc o n s t r u c t i o nt e m p e r a t u r e s ? t h ee x p e r ta n dt h es c h o l a rh a v ec a r r i e do n tl a r g ea m o u n to f r e s e a r c ha n db r o u g h tf o r w a r dc o n c e p t i o no fw a r n lm i xa s p h a l t ( w m a ) t h et e c h n o l o g yo fw m ai s s y s t e m a t i c a l l ys t u d i e di nt h i sp a p e r a c c o r d i n gt oa s p h a l tm o d i f i c a t i o na g e n to fw m aa f f e c t i n gt h ep e r f o r m a n c eo fa s p h a l tb i n d e ra n d a s p h a l tm i x t u r e ，al a r g eo fi n t e r i o re x p e r i m e n t sw e r ed o n e t h e ne x p e r i m e n tr o a dw a sp a v e da n d o b s e r v e d m a i nr e s e a r c hw o r k sw e r ec o n d u c t e da sf o l l o w i n g 1 t h ep e r f o r m a n c eo fa s p h a l tb i n d e ra n dr e a s o n a b l eq u a n t i t yo fa s p h a l tm o d i f i c a t i o na g e n t a 船rt h ec o m p a t i b i l i t ya n dc o n s i s t e n c ya b o u tt w oa s p h a l tm o d i f i c a t i o na g e n t s ，s u c l ta ss a k a n de v o t h e r m , a n da s p h a l tb i n d e r , s u c ha sp e n7 0a n ds b sm o d i f i c a t i o na s p h a l t , w e r ea n a l y z e d , s a kw a sc h o s e na s a s p h a l tm o d i f i c a t i o na g e n ti nt h i sp a p e r a c c o r d i n gt oi n d e x e so fa s p h a l tb i n d e r , r e a s o n a b l eq u a n t i t yo f s a kw a sd e t e r m i n e d t h ea s p h a l tb i n d e r sp e r f o r m a n c eo fh i g ht e m p e r a t u r ep r o p e r t i e s ，l o wt e m p e r a t u r e p r o p e r t i e sa n df a t i g u ep r o p e r t i e sw e r ee v a l u a t e d 2 t h em e t h o do fw m ac o m p o s i t i o nd e s i g na n dt e c h n i c a ls t a n d a r d ，c o n s t r u c t i o nt e m p e r a t u r ea n d d e u s i f i c a t i o nd e g r e ew e r ed e t e r m i n e do nt h eb a s i so fd e m i f i c a f i o ne n e r g yi n d e xa n dv a r i a n c ea n a l y s i s 1 1 | l e m e t h o do fm i x t u r ec o m p o s i t i o nd e s i g nw a ss u m m e du pa n dt e e h m c a lp a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e d 3 e v a l u a t i o na b o u tt h ep e r f o r m a n c eo fw m a t h em e c h a n i c sp a r a m e t e r , h i g l lt e m p e r a t u r e p e r f o r m a n c e ，l o wt e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c ea n dw a t e rs t a b i l i t yp e r f o r m a n c eo fw m a w e r eg i v e ne m p h a s i s t oa n dc o m p a r e dw i t ht h es a l n cg r a d a t i o n sh m a 4 c 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 yc o n t r o lo fw m a u n d e rt h ed i r e c t i o no fc o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g ya n dq u a l i t yc o n t r o lt h ee x p e r i m e n tr o a dw a sp a v e da n da s p h a l tm i x t u r e st a k e nt oc o n s t r u c t i o n l o c a l ew e r et e s t e di nl a b 5 a f t e r - c o n s t r c u t i o no b s e r v a t i o nw a sm a d et ov e r i f yt h ep e r f o r m a n c eq u a l i t yo f w m a 6 e c o n o m i ca n a l y s i so fw m a 印p l i c a t i o n 啦e n v i r o r a r e n t a li m p a c ta n dp o s s i b l ei n f l u e n c eo f h u m a nh e a l t ho fw m au s ew e r ed e s c r i b l e d , a n dt h ee c o n o m i ca d v a n t a g eo fw m aa p p f i c a t i o nw a s c o n c l u d e d k e y w o r d s ：w a r mm i xa s p h a l t ：a s p h a l tm o d i f i c a t i o na g e n t ：a s p h a l tb i n d e r ；c o m p a d b i f i t y ：c o n s i s t e n c y ； d e u s i f i c a t i o nc h a r a c t e r i s t i c ；v a r i a n c ea n a l y s i s ：d e u s i f i c a t i o ne n e r g yi n d e x ：p e r f o r m a n c eo fw a r u lm i x a s p h a l t 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名：垒垒鱼日期：垒煎：! ! ! 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括干u 登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：垒丝 导师签名： 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 目前国内高等级沥青路面基本上都采用传统的热拌沥青混合料h m a ( h o tm i x t u r ea s p h a l t ) 进 行铺筑，对于江苏省常用的7 0 # 沥青。通常要求沥青加热温度为1 6 0 1 7 0 1 2 ，矿料加热温度为 1 7 0 1 2 1 8 5 ，正常施工时摊铺温度不低于1 5 0 - 1 5 5 1 2 ，碾压温度要求不低于1 4 0 。而改性沥青 的施工温度比7 0 # 沥青还要高。将沥青和矿料加热到如此高的温度，不仅要消耗大量的能源，而且 在生产和施工的过程中还会排放出大量的废气和粉尘，严重影响周围的环境质量和施工入员的身体 健康。可以说，大量使用h m a 必然导致环境的破坏、能源的浪费和人类生存圈的缩小，这与我国 倡导的可持续发展的道路是背道而驰的。因此，研究一种绿色环保的沥青混合料来取代h m a 十分 有必要，使其既能保持和l i m a 一样的使用品质，又能充分地节约能源和保护环境。 在日本及欧洲等国家，由于签署了京都议定书i l l , 限制空气中c 0 2 的排放量，因此，人们 在1 9 9 5 年就开始研制一种环保型的温拌沥青混合料w m a ( w a r m m i xa s p h a l t ) 来替代传统的热拌 沥青混合料 “a 。w m a 是需要降低沥青结合料的粘度，从而能在相对较低的温度下进行拌和、摊 铺和碾压。就目前的技术水平而言，w m a 的拌和温度可以达到1 0 0 一1 2 0 ，摊铺和压实路面的 温度为8 0 9 0 ，相对于 d a ，温度可以降低3 0 一5 0 左右，而且w m a 同时具备和阿订a 一 样的施工和易性和路用性能“j 。 w m a 除了与普通i - i m a 的路用性能基本一致之外，还具有以下的几个优点9 j ： ( 1 ) 节约能源：能够减少燃料的消耗，与h m a 相比大约能节约3 0 的能源，国外观测数据见 表1 一l 【4 l ： ( 2 ) 减少健康危害：w v i a 能够减少c 0 2 、粉尘等有害物质的捧放，从而降低对环境的破坏和 对施工人员的健康危害，国外研究数据见表1 2 t 4 j ； ( 3 ) 能够简化沥青混合料的生产程序，延长设备的使用寿命，而且其生产、摊铺和压实的设备 采用普通热拌混合料的设备即可( 可能需要做些很小的调整) ； ( 4 ) 当进行储存性生产时，能更稳定地储存更长的时阃，有更好的灵活性和更长的工作寿命； ( 5 ) 降低沥青结合料在生产过程中的氧化速率，减少热老化程度，延长沥青的使用寿命： ( 6 ) 扩大沥青面层的施工适宜温度区间，提高施工速度。 中国作为京都议定书的签约国，将面l 临着以下的严峻考验：中国未来将承担巨额降低c 0 2 排放量任务、中国经济会因为减少c 0 2 排放量压力增大而面临减速威胁、中国能源可能因为排放 c o ，指标的限制而经历严峻的考验以及中国环境科学能力将受到巨大的考验。所以说，减少空气污 染、降低c 0 2 排放量、节约能源是关系到我国国计民生的重大课题。尤其是江苏省作为一个经济大 省，面临着能源紧缺、环境污染等严峻问题，同时大规模城市交通基础设施的改善，许多高等级公 路和城市道路的改、扩建都势在必行，如果我们在今后的道路建设中逐步有条件利用w m a ，不仅 可以降低工程成本，而且可以保护环境，必定会带来可观的社会效益和经济效益。但是目前国内对 于w m a 技术的研究基本上还是片空白，对其设计方法、施工方法和路用性能都不了解，推广和 应用w m a 技术还有很大的难度，因而开展针对w m a 技术的应用科研具有较高的理论意义、社会 效益与实用价值。 东南大学硕士学位论文 表1 - 1w m a 和h m a 蓖源洧耗对比【4 】 混合料类型日期生产能力( t )燃料消耗( l ，r )矿科含水量( ) 0 9 0 39 4 16 0 5 2 9 w a g b l l 0 9 0 51 1 4 66 2 91 8 ( w m a ) 0 9 0 6 3 0 25 8 9 2 o 平均值6 0 82 3 0 9 1 06 3 5 8 7 5 2 _ 3 0 9 1 l1 1 2 09 3 2 2 4 w a g b l l 0 9 1 21 6 3 4 8 6 9 2 4 ( h m a ) 0 9 1 31 3 4 68 8 72 6 0 9 1 48 0 98 8 5 平均 8 9 0 2 4 表1 - 2w m a 和h m a 生产时废气捧放对比 混合料类型 c 0 2 ( k g ，h c o ( k g h n o 。( k g h w a g b l l ( 1 i m a ) 2 8 8 84 81 5 w a g b l l ( w m a ) 1 9 8 03 5o 3 降低比例( )3 1 42 8 56 1 5 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 关于在沥青工业中节约能源、降低排放的观点讨论已有很多年。1 9 2 8 年，德国的j a c o b i 研发出 泡沫沥青9 1 。1 9 5 6 年，爱荷华州立大学d r l a d i sh c s a n y i 使泡沫沥青技术进一步成熟，首次使用泡 沫沥青作为沥青结合料，自此以后，使用泡沫沥青降低混合料温度，己成功应用于许多国家”j 。1 9 6 8 年，澳大利亚m o b i lo i l 获得c s a n y i 发明的专利权，通过加入冷水到热沥青中改良原先的工艺，使 得泡沫沥青生产工艺更加实用”j 。1 9 9 4 年，m a c c a r o n e 基于泡沫沥青的使用和高结合料含量的乳液 提出了冷拌沥青混合料。冷拌混合料的使用，有效地节约能源、降低排放、保护环境等，但冷拌混 合料达不到热拌混合料全面的长期路用性能，导致冷拌混合料没有成为沥青路面的主要材料”】。 w m a 首先是在欧洲由s l l e l l 和k o l o - - v e i d e k k e ( 挪威) 于1 9 9 5 年联合研制出来，并开始进行 初步室内试验研究，在1 9 9 6 年进行了w m a 现场试验路试铺一j 。1 9 9 7 年德国沥青论坛会议上，开 始就w m a 进行了讨论：2 0 0 0 年，第一届悉尼国际沥青路面会议上h a r r i s o n 和c h r i s t o d u l a k i 提出 w m a 概念；同年，巴塞罗那第二届e u r o a s p h a l t e u r o b i m i l l e 国际会议上k o e n d e r s 等人完整论述了 w m a “，并通过在英国、荷兰和挪威三国的试验路详细总结了研究温拌沥青混合料方法一 w a m f o a m 技术，w m a 得到了大规模的宣传和介绍，在欧洲、澳洲和南非等地获得了广泛关注”j i “j 。 2 0 0 4 年，e u r o a s p h a l t e u r o b i t u m e 会议上，b a r t h e l 等人介绍了温拌混合料的另一种方法一 a s p h a - m i n z e o l i t e i l “。到2 0 0 1 年，w m a 使用量达到了8 0 0 0 吨，2 0 0 2 年增加到了1 5 0 0 0 吨，2 0 0 3 年更是到了3 0 0 0 0 吨，出现了加快发展的趋势”。温拌沥青混合料在欧洲取得较大成功已经铺筑 多条道路，如表1 3 所示。 2 第一章绪论 表i - 3 在欧洲的实际工程 年份混合料类型 拌和楼类型 实际工程名称 2 0 0 0 w a b l l间歇 r v1 2 0 h o b o l 2 0 0 l w a g b1 1 r 1 5 连续 f v8 2 2 0 0 1 w a 曲1 1 间歇 r v2 4 2 0 0 l w a g b l l 间歇 r v1 2 0k i r k e b y g d a 2 0 0 2 w a g b1 1 w s k a1 1 问歇g r a n d e v e i e i ld r o b a k 2 0 0 2 w a g b i i 间歇 f v3 3 s i g g e r u d o s l og r e n s e 2 0 0 2w s l 【a “ 间歇 e x i t e n t r a n c er a m p h i g h w a yk o r s e g a r d e n 2 0 0 2 w s k a l l间歇 e 6a s u r t t m m - o s l og r e n s e 2 0 0 2w a b l l 间歇 r v1 2 0e 1 v e s t a d 2 0 0 2 w a - g b l lr 1 5 连续 s e u e s v i n g e n 2 0 0 3w a b l l间歇e 1 8o s f f o l dg r e n s e 2 0 0 3w s k a l l 间歇 e 1 8vi r i t e r b r o 2 ( ) 0 3w s k a l l 问歇 r v1 5 2 k o l b o m ， 2 0 0 3w s k a l l间歇r v1 5 2d r o b a k 2 0 0 3w s k a l l 间歇 f v7 6o t t a r s r u d 2 0 0 3 w a b l l 间歇 r v1 1 5o s f f o l d 2 0 0 3w s k a l l 间歇 r v1 5 2k o l b o mc e n t r e 2 0 0 3w a b l l 间歇 r v1 5 5k r o k h o 2 0 0 3w a b 间歇 r v2 2t r o o g s t a d 作为公路大国的美国，在2 0 0 2 年美国国家沥青路面协会( n a p a ) 考察了欧洲( 主要是德国和 挪威) 的w m a 。2 0 0 3 年1 月在美国圣地亚哥召开的n a p a 年会上，邀请了欧洲有关公司的代表做 了详尽的介绍，至此w m a 在美国政府有关部门和业界引起了极大的兴趣。2 0 0 4 年3 月，在美国纳 什维尔召开的“沥青世界”会议上，w m a 成功地进行了的现场演示；同年，n a p a 、美国联邦公路 局( f 1 w a ) 以及一些厂商联合设立基金给美国国家沥青技术中心( n c a l ) ，专门用于w m a 的研 究“。2 0 0 5 年6 月，n c a t 颁布了w m a 两个报告一关于在温拌混合料中使用s a s o b i t 和 a s p h a - m i n z e o f i t e ，主要通过室内试验研究确定使用s a s o b i t 和a s p h a - m i n z e o l i t e 作为温拌添加剂的可 行性t 1 4 1 1 1 5 1 2 0 0 6 年3 月美国第一次w m a 技术工作组会议在n a p a 所在地召开，成员有来自n a p a 、 f 州a 、n c a t 、伊利诺依州、德克萨斯州和华盛顿州的交通厅官员，以及美国各州公路及运输工作 者协会( a a s h t o ) ，该次会议重在评估w m a ，协调有关工作，进一步推广w m a 的概念等“。 2 0 0 6 年6 月，n c a t 又颁布了w v i a 的另外一种技术一使用e v o t h e r m 的乳化技术，主要通过室内 试验研究确定e v o t h e m 温拌技术在美国的适用性“。 在日本，由于对企业的环保要求较高，限制c o 的排放量，迫使日本的有关沥青混合料生产厂 商对其产生大量的c 0 2 排放的生产技术进行改造。在尽量不影响沥青混合料路用性能的前提下，以 合理的成本尽量降低混合料的拌和温度，从而减少c o ：的排放量，该技术在日本称为“沥青中温化 技术”。从9 0 年代中期开始进行室内试验研究和试验路摊铺，使用中温化技术对于普通重交沥青， 可以降低拌和温度3 0 ，对于改性沥青，可以减低拌和温度5 0 ，有效减少c 0 2 的排放量，同时 混合料路用性能达到了规范要求j 。 3 东南大学硕士学位论文 在泰国，w m a 是一种全新的技术，近两年首次采用s a s o b i t 作为温拌改性剂进行全面室内试验 研究，对沥青结合料、混合料压实性能以及混合料路用性能进行系统的研究呻1 。 目前温拌技术的应用实例较多，其中掺加s a s o b i t 改性技术在国外应用实例见表l4 【”i ；基于乳 化技术的温拌沥青混合料( 具有代表性的乳化剂如e v o t h e r m 乳化剂) ，截至2 0 0 5 年底，全球共铺筑 8 条试验路，其应用实例见表1 - 5 t 0 1 。 表1 4 参加s a s o b i t 的温摔沥青棍合科目外应用实饲旧1 级配类型地点 建筑商 b i n d e rc o a r s e b 2 4 2 高速路，h 哪词盯 0 ，2 2 g u n t e r s b e r g e s t i e g eb a l g e e l l s c h 血 a c 讲l l 汉堡，p i n k e r t w e g h a m ，k u c k u c k a c 2 0 马来西亚，吉隆坡高速路 n e g e r ir o a d s t o n e c o a r s e c o n t i n u o u s l yg r a d e d南非，j o h a n n e s b u r g , c h r i s t i a nd ew e tr o a db i u m a ) c o c k s a t r a l c d a s p h a l t n d i v e l a w e a r i n gc o a r s e 奥地利，f e r np a s s b y p a s ss t u a g b a u a g 南非，高速路，j o h a n n e s b u r g p r e t o r i a b e n c o l a s n d i v e l a s m a ( f i n eg r a d i n g ) s c h o e m a n n b 2 0 9 ，高速路，a m e l i n g h a u s e n i s vn c 删r c b i g s m a0 ，1 1 b 1 9 1 ，高速路，r i t z l e b e n p r e t z l e r a s ap r e u s s e s o l t a uo s t ，拖货车停车场匹vn 【i d ，r 蜘 汉堡机场二号跑道( 长：1 4 8 0 米，宽：h a m ，w i l s t e d t s m a 讲l l s 4 5 米，厚：4 厘米) 衰1 - 5 基于乳化沥青的沮掉沥青混合料应用宴饲俐 试验段编号铺筑时间 铺筑地点拌和温度( ) l 2 0 0 3 1 l 南非j 6 b u r g 9 0 1 3 0 22 0 0 4 一l o 美国 6 0 1 0 0 32 0 ( ) 4 一1 2南非得班6 8 1 3 4 4 2 0 0 5 一0 7美国印第安纳波利斯9 3 9 9 52 0 0 5 0 8 加拿大a u r o r a 9 3 9 6 62 0 0 5 - - 0 9美国纽约9 6 1 0 4 72 0 0 5 0 9 加拿大卡尔加里 9 3 82 ( x ) 5 一1 1 中国北京 1 2 0 1 2 2 国内研究现状 温拌混合料的研究在国内仍处于起步阶段，相关的研究成果还很少。2 0 0 5 年1 1 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和美国m e a d w e s t v a c o 公司合作铺设的我国第 一条温拌沥青混合料路面在北京试铺成功，采用e v o t h e r m 乳化技术，试验拌和温度控制在1 2 0 c ， 这标志着我国在温拌沥青路面的研发和应用上迈出了可喜的一步”1 ：2 0 0 6 年l o 月场道公司和 4 第一章绪论 m e a d w e s t v a c o 公司、s h e l l ( 中国) 有限公司在虹口区新市路铺筑了上海第一条温拌沥青混合料试验路， 试验路长约5 0 0 m ，共摊铺2 6 0 吨温拌沥青混合料，温拌沥青混合料生产拌和温度约为1 2 0 ，摊铺 温度约为9 5 ，完全满足市政道路沥青混合料的性能要求8 l j 口”。 对于使用s a s o b i t 改性剂，从2 0 0 0 年陆续进行研究，如在1 0 7 国道石家庄段、厦门海沧大桥修 补工程、山东胜利黄河大桥、重庆长江二桥等工程中掺加s a s o b i t ，但主要目的是改善沥青混合料的 抗车辙性能以及密实度。对降温效果没有作为研究的重点h 。东南大学付力强对沙索蜡及褐煤蜡 对沥青及沥青混合料的改性研究，研究结果表明沙索蜡和褐煤蜡对于沥青胶结料的感温性、高温性 能都有较大提高，对于低温性能影响不大，对沥青混合料的高温稳定性提高比较显著，而沥青混合 料的低温抗裂性、抗疲劳性能和水稳定性能变化不大口”；张锐研究了掺加s a s o b i t 的沥青胶结料和 混合料的性能，结果表明，s a s o b i t 对沥青混合料的高温稳定性提高比较显著，而沥青混合料的低温 抗裂性、抗疲劳性能和水稳定性能变化不大m j 。河北交通职业技术学院李中秋采用s a s o b i t 改性剂 对沥青改性的室内试验分析，沥青的施工温度较基质沥青可降低l o 2 0 ，混合料动稳定度提高 较多”“。同济大学季节对温拌乳化技术进行研究，对温拌混合料进行配合比设计和路用性能测试， 并与相同类型的h m a 路用性能比较，研究结果表明，w m a 和h m a 路用性能基本相同且能满足 h m a 规范要求“1 。同济大学和长安大学对s a s o b i t 改性效果也都进行了室内试验检测，结果表明 s a s o b i t 改性效果较好。 赛克( s a k ) 是最近几年才研制出的一种沥青高效改性剂，是在s a s o b i t 的基础上加以改进，其 抗水损坏性能有大幅度提高。2 0 0 4 年6 月同济大学对赛克( s a k ) 改性沥青的加工性能、热存储性 能、高温性能以及混合料的高温性能、水稳定性能进行研究，结果表明s a k 显著提高了混合料的高 温性能和水稳定性能。s a k 作为改善混合料的高温性能，在重庆、安徽等地进行了推广应用，截至 目前还没有研究s a k 作为温拌改性剂的降温性能。 基于以上分析，目前国内对温拌技术的研究主要集中在采用s a s o b i t 改性技术和e v o t h e r m 乳化 技术两个方面，对s a k 温拌技术的研究还没有。 1 2 3 已有研究方法及存在问题 目前w m a 技术已有多种实现形式，一是采用软硬沥青结合料进行调和，如壳牌公司的 w a m f o a m 技术；二是采用乳化技术，如m e a d w e s t v a e o 公司的e v o t l l e r m 技术：三是采用添加剂来 实现，包括矿物添加荆a s p h a - m i n 和有机添加剂s a s o b i t 和a s p h a l t a n b t l 4 1 1 1 6 1 1 2 8 1 | 2 9 1 1 3 0 1 【3 1 1 。 s a s o b i t 是德国s c h u m a n n - s a s o l 公司生产的一种新型聚烯烃类沥青普适改性剂，s a s o b i t 的改性 方式非常特殊，温度为1 3 5 时，随其掺入量的增加，粘度逐渐下降，且低于基质沥青：温度为6 0 时，随其掺入量的增加，粘度逐渐提高，远远高于基质沥青。其熔点约为1 1 5 ，s a s o b i t 改性沥青 的施工温度较基质沥青可降低1 0 2 0 ，较聚合物改性沥青可降低2 0 一3 0 。s a s o b i t 改性剂这 一特殊性能，不仅可以有效地改善施工和易性，降低施工温度，减少能源消耗，而且可以有效地改 善沥青对集料的浸润速率，提高覆盖率和粘附力，增强沥青混合料的高温性能。而且在加热条件下， 仅需简单搅拌，s a s o b i t 即可稳定地分散于沥青之中，不需特殊设备。 w a m f o a m 技术是壳牌和k 0 1 0 v e i d e k k e 于1 9 9 5 年开始联合研制的，在研制和使用初期是利用 软沥青和乳化沥青来生产温拌沥青，于1 9 9 8 年开始用泡沫沥青和软沥青来生产温拌沥青，这种w m a 的结合料是由两种不同针入度的沥青( 软沥青和硬沥青) 组成的，即为调和沥青，矿料仍采用一般 矿料。由于调和沥青的粘度较低，因此，它能在相对较低的温度下全面地覆盖矿料，与矿料进行充 分地结合，形成稳定均匀的沥青混合料，而且不降低沥青混合料的性能。制备调和沥青的关键在于 硬沥青的加入形式，目前硬沥青的加入形式一般为泡沫沥青。 m e a d w e s t v a c o 公司的e v o t h e r m 技术使用乳化技术，将特殊分子结构的乳化剂加入到沥青中， 形成一种特殊的高浓度( 固含量为7 0 9 6 左右) 乳化沥青来替代普通热沥青进行混合料拌和，可以应 用于传统的沥青面层、再生料含量较高的混合料、硬度较高的混合料以及低温天气，它可将摊铺温 5 东南大学硕士学位论文 度降低5 0 左右( 相比传统方法) ，此技术无需改变现有设备，可使用现有的拌和厂进行施工。 a s p h a - m i n ( 沥青一矿物法) ，是一种合成沸石，主要由钠铝硅酸盐合成。在沥青混合料拌和过 程中将这种粉末材料加入进去，从而在结合料中产生泡沫作用。该种矿物含有较多的结合水，当加 入沥青混合料中大约0 3 的该种沸石，水分会从沸石中释放到混合料中，产生连续的发泡反应。液 相结合料中的发泡反应起到润滑剂的作用，从而提高混合料在低温下的施工性，降低混合料的硬度 及施工温度。 存在问题有： 由于目前温拌技术为各方单独拥有，更为详细的技术细节尚处于保密阶段，并且上述几种方法 没有克服成本高、生产复杂等缺点：对现场性能评价还需进一步研究；最佳沥青含量以及结合料的 选择还要有待验证；在相对低温条件下拌和、铺设沥青路面，水损害是个可能的潜在问题：温拌技 术在欧洲的成功，能否适合中国实际情况等都需要进一步研究确定。 1 3 研究的目的 本论文将主要针对赛克( s a k ) 改性技术进行探索性的研究，在降低混合料拌和、成型温度的 同时，对混合料的路用性能影响程度：在室内试验的基础上，通过试验路铺筑情况，对路面质量、 经济性、环保性等予以总结，为推广温拌技术作技术储备。 1 4 研究的主要内容及关键路线 1 4 1 研究的主要内容 l 、沥青与改性剂配伍性和合理掺量的研究 ( 1 ) 选用不同品种的沥青与改性剂( s a k 和e v o t h e l a n 乳化剂) 进行调配，进行配伍性和适用 性的分析，确定适合温拌技术的沥青品种。 ( 2 ) 确定改性剂合理掺配量。 ( 3 ) 使用常规物理指标和s h r p p g 分级指标对温拌改性后的沥青进行评价，主要考虑其高温、 低温和疲劳性能。 2 、温拌沥青混合料配合比设计方法和技术标准的研究 ( 1 ) 温拌沥青混合料成型方法的研究。 ( 2 ) 击实次数( 马氏法) 与旋转次数( s c 圮) 的分析。 ( 3 ) 温拌混合料成型温度的分析。 ( 4 ) 有效压实时间分析。 ( 5 ) 技术参数的研究。 3 、温拌沥青混合料的使用性能评价 重点比较几种沥青混合料的力学参数( 弹性模量) 、高温性能( 车辙试验) 、低温抗裂性能( 小 梁弯曲试验) 、水稳定性能( 残留稳定度、冻融劈裂) ，以考察温拌沥青混合料在明显降低拌和、成 型温度的同时是否会使使用性能受到不良影响。 4 、试验路铺筑与跟踪观测 5 、经济、环保和能源因素的考虑 通过试验路的铺筑，收集温拌沥青混合料与同级配的l i m a 生产成本，综合环保等因素对比分 析w m a 技术的经济和环保性能。 6 第一章绪论 1 4 2 研究的关键路线 温拌混合料配合比设计- 压实性能研究： 混 原 成型方法 材 级 成型温度 料 科 配由实( 旋转) 选 选 次数 性 择 有效压实时间 能 择 分析 评 价 _ 艺与质量控制研究，形成施工指南- 研究的关键路线7 东南大学硕士学位论文 第二章温拌沥青结合料和改性剂合理掺量的研究 2 1 沥青与温拌改性剂的配伍性和适用性分析 2 1 1 配伍性试验 1 、主要原材料选择 根据江苏地区多年来的使用情况，结合以后的发展，本次试验主要选取有代表性的两种沥青， 分别是7 0 # 普通沥青和s b s 改性沥青。其性能指标见表2 1 和表2 2 。 温拌改性剂选取s a k 和e v o t h e r m 两种。s a k 是由美国、德国、日本科学家根据最新技术联合 研制生产出的一种新型普适沥青改性剂，常温下是一种白色固体粉末，见图2 一l ，熔点在1 0 0 c 左右， 可有效改善沥青混合料的高温性能、抗水损害能力等。e v o t h e r m 是美国m e a d w e s t v a c o 公司根据石 料和沥青的应用特点，研发出具有特殊分子结构的乳化剂，可以有效提高混合料裹覆性能、施工性 能、结构强度以及粘附性。 图2 - 1 在常沮下s a k 状态 本论文考虑s a k 的室内试验掺量为2 一6 ( 改性剂的掺量为沥青用量的百分比，外掺法，以 下同) ，e v o t h e r m 乳化剂的掺量为0 5 一1 2 。 表2 - 17 0 # 基质沥青性能指标 试验项目测试值技术要求试验规范 针入度( 2 5 。c 1 0 0 9 5 s ) o 1 m m7 16 0 8 0皿6 0 4 针入度指数p i1 1 8 1 5 叶1 0 t 0 6 0 4 延度( 1 5 ，5 c m m i n ) c m 1 5 0术l o ot 0 ( m 5 软化点( 环球法) 4 6 4七4 6t 0 6 0 6 60粘度pas2 1 3术1 8 0t 0 6 2 5 溶解度( 三氯乙烯) 9 9 8 4术9 9 5t 渊 闪点(coc)3 2 2术2 6 01 u 6 l l 密度 ( 1 5 ) 出甜 1 0 3 7 实测 t 0 6 0 3 含蜡量 ( 蒸馏法) 2 0牛2 2) 6 1 5 r t f o t 后残留物 质量损失0 0 l丰0 8t o f ；0 9 针入度比f 2 5 )6 4 2术6 lt t ) 6 0 4 延度( 1 5 ，5 c m m i n ) c m 1 0 0术6 01 0 6 0 5 延度( i o c ，5 c m m i n ) c m7 3七6h ) 6 0 5 8 第二章温拌沥青结合科和改性剂合理掺量的研究 表2 - 2s b s 改性沥青性能指标 试验项目测试值技术要求试验规范 针入度( 2 5 ，1 0 0 9 , 5 s ) 0 1 h i m 6 35 0 一8 0t 0 6 0 4 针入度指数p i 0 0 7一o 2 叶1 0t 0 6 ( ) 4 延度( 5 ，5 c m m i n ) c m4 1 0术3 0t 0 6 0 5 软化点( 环球法) 6 8 o术6 01 u 5 0 6 60粘度p&s 1 0 0 0 0术8 0 0t 0 6 2 5 1 3 5 粘度p a s 2 5辛3 o