（材料学专业论文）甘肃地区纤维微表处的适用性研究.pdf

摘要 近年来，随着甘肃省公路建设由大规模新建阶段转入养护与修建并重阶段，甘肃省 公路养护部门一直在寻求一种经济、快速的路面养护方法来彻底改变以往开挖填补的落 后的养护方法，微表处技术作为预防性养护的重要技术之一，被认为是目前修复道路车 辙及其他多种路面的病害最有效、最经济的手段之一，特别适合甘肃省公路养护资金紧 张，公路养护线长、分散的现状。 为了提高微表处的耐久性，改善其施工性能和路用性能，使其更好地用于预防性养 护，本文根据甘肃地区的气候、材料情况主要研究在微表处混合料中加入纤维，考察添 加纤维对微表处性能的改善效果。 本文首先研究了改性乳化沥青的制备工艺，研究了不同乳化剂和不同基质沥青制备 的改性乳化沥青的性能对比；其次研究了纤维微表处的原材料的选择及其技术要求，微 表处混合料的设计方法，主要研究了添加纤维对微表处性能的影响。通过拌和试验，粘 聚力试验，湿轮磨耗试验，负荷轮试验，分析得出纤维的添加，使混合料的粘聚力增加， 粘稠度提高，并且纤维在提高混合料粘附性、抗磨性方面都具有显著的改善作用；同时， 纤维的加入还使混合料的弹性提高，并能显著地提高了微表处的抗变形能力，延缓疲劳 寿命。文中给出了油石比和纤维添加量的最佳配方。最后介绍了纤维微表处的施工步骤 及施工质量控制，并分析了纤维微表处的经济效益及社会效益。 本论文的研究，促进了该项新技术在甘肃省干线公路养护中的推广应用，对节省养 护资金，加速公路养护速度，提高公路养护效率具有重要意义。 关键词：沥青路面，改性乳化沥青，纤维微表处，路用性能 a b s t r a c t a t p r e s e n t ，、析mh i g h w a yc o n s t r u c t i o ne n t e r i n gt h ep e r i o do fc o n s e r v a t ea n dc o n s t r u c t f r o mn e wl a r g e - s c a l eb u i l di ng a n s up r o v i n c e ，i b a dm a i n t e n a n c ed e p a r t m e n th a sb e e n l o o k i n gf o r 趾e c o n o m i c a l ，r a p i dr o a d c o n s e r v a t ea p p r o a c ht oc o m p l e t e l yc h a n g et h e b a c k w a r dc o n s e r v a t i o nm e t h o do fe x c a v a t i o na n df i l l m i c r o s u r f a c i n gt e c h n o l o g ya sa l l i m p o r t a n tp r e v e n t i v ec o n s e r v et e c h n o l o g i e s b ec o n s i d e r e di so n eo ft h em o s te f f e c t i v ea n d m o s te c o n o m i c a lm e a n sf o rr e p a i r i n go fav a r i e t yo fr o a ds u r f a c er u t t i n ga n do t h e rr o a d d i s e a s e sa tp r e s e n t p a r t i c u l a r l ys u i t a b l ef o rf u n d st e n s e ，l o n ga n ds c a t t e r e ds t a t u so fr o a d m a i n t e n a n c ei ng a n s up r o v i n c e 。 i no r d e r t oi m p r o v et h ed u r a b i l i t yo fm i c r o - s u r f a c i n g ，i m p r o v ei t sc o n s t r u c t i o n p e r f o r m a n c ea n dr o a dp e r f o r m a n c e ，b eb e t t e rf o rp r e v e n t i v ec o n s e r v a t i o n ，t h ep a p e ri n a c c o r d a n t ew i t ht h ec l i m a t ea n dm a t e r i a l so fg a n s u a r e a , a d d i n gf i b e ri nt h em i c r o s u r f a c i n g m i x t u r e ，t os t u d y i nt h ep e r f o r m a n c eo fm i c r o s u r f a c i n go fi m p r o v e m e n tf o ra d d i n gf i b e r t h ep a p e r i n i t i a l l ya n a l y s i st h em o d i f i e d e m u l s i o na s p h a l tp r e p a r a t i o np r o c e s s ，c o m p a r e t h ee f f e c t so fd i f f e r e n te m u l s i f i e r sa n dd i f f e r e n tb a s ea s p h a l tm o d i f ye m u l s i o no nt h e p e r f o r m a n c eo ft h em o d i f i e de m u l s i o na s p h a l t ；a n a l y s i st h ec h o i c eo fm i c r of i b e rr a w m a t e r i a l s ，i t st e c h n i c a lr e q u i r e m e n t s ，a n dd e s i g nm e t h o do fm i c r oh y b r i dt h e i r , s t u d yt h e p e r f o r m a n c eo fa d d i n gf i b e rt ot h em i c r o s u r f a c i n g t h e nt h r o u g ht h em i x i n gt e s t ，c o h e s i o n t e s t ，w e tt r a c ka b r a s i o nt e s t ，l o a d e dw h e e lt e s t ，t h ep a p e rp r o v ea d d i n gf i b e rt ot h em i x t u r e c a l li n c r e a s ec o h e s i o n ，i m p r o v ev i s c o s i t ya n dt h ea d h e s i o n ，f l e x i b i l i t y ，a n t i - w e a r ，a n dc a n s i g n i f i c a n t l yi n c r e a s et h ed e f o r m a t i o nr e s i s t a n c ec a p a c i t yo fa s p h a l tc o n c r e t e ，t od e l a yf a t i g u e l i f e ；t h r o u g ht h ec o m p a r i s o no ft w ot e s t ，t h ep a p e rp r o v et h ep o l y a c r y l o n i t r i l ef i b e ri sb e t t e r t h a np o l y p r o p y l e n ef i b e ro nm i c r o - s u r f a c i n gp e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n t ，a n di d e n t i f i e d o i l s t o n ev o l u m er a t i oa n dt h eb e s tf i b e ra d df o r m u l a f i n a l l y ，i n t r o d u c et h ec o n s t r u c t i o n p r o c e d u r ea n dc o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o la n da n a l y s i st h ee c o n o m i cb e n e f i t sa n ds o c i a l b e n e f i t so ff i b e rm i c r o s u r f a c i n g t h i sp a p e rp r o m o t et h ep o p u l a r i z a t i o na n da p p l i c a t i o no ft h en e w t e c h n o l o g i e si nt h e m a i nh i g h w a yc o n s e r v a t i o ni ng a n s up r o v i n c e ，i si m p o r t a n to n s a v i n gm o n e y ，a c c e l e r a t i n g t h ep a c ea n di m p r o v et h ee f f i c i e n c yo f r o a dm a i n t e n a n c e k e y w o r d s ：a s p h a l tp a v e m e n t , m o d i f i e de m u l s i f i e da s p h a l t ，f i b e rm i c r o s u r f a c i n g ， p a v e m e n tp e r f o r m a n c e 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 未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：套未员 年月 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：杏系凝 导师签名： 蘅砀 年月日 年月 日 长安大学硕士学位论文 1 1 本课题研究的意义及背景 第一章绪论 随着我国经济的发展，甘肃省公路建设进入了一个崭新的阶段，公路总里程在逐年 增加，到2 0 0 6 年底，全省公路通车里程达到4 2 1 6 2 公里，公路网密度达到9 9 公里百 平方公里。其中二级以上公路达到6 2 1 9 公里，高速公路1 0 6 1 公里。随着甘肃省公路里 程特别是高速公路里程的迅速增加，以及高速公路使用期的不断延长，已经通车五、六 年以上的高速公路将大量进入维修养护期。 公路建设和养护是公路发展的两大主题，“建养并重、协调发展、深化改革、强化 管理、提高质量、保障畅通 是我国公路工作的方针【l 】。据统计，2 0 0 6 年甘肃省公路养 护里程为1 4 1 5 5 4 7 3 公里，高等级公路、二级公路养护里程为1 5 6 9 5 4 公里，2 0 0 6 年小 修养护费用3 5 5 0 0 1 万元，养护维修费用1 6 3 2 1 万元；2 0 0 7 年全省高等级公路、二级 公路养护里程为1 9 4 4 7 公里，其中高速公路为1 2 9 6 6 4 3 公里，一级公路为7 9 7 2 公里， 二级公路为5 6 8 3 2 1 公里，2 0 0 7 年小修养护3 7 8 8 7 3 万元，修复工程1 0 0 0 万元。从以 上数据可以看出，甘肃省公路建设已经由大规模新建阶段转入养护与修建并重阶段，道 路养护已日益成为道路工作的重点。 路面养护从概念上可以分为预防性养护和纠正性养护。所谓预防性养护就是通过定 期路况调查，及时发现路面轻微破损与病害迹象，分析并研究其产生的原因，对症采取 保护性养护措施。它可以防止病害进一步扩大，及时修复，减缓路面使用性能恶化速度， 使路面处于良好的服务状态，从而延长了路面的使用寿命。其实质是一种周期性的强制 保养措施。在路面出现明显破坏之前，在恰当的时间对合适的路面采用合理的预防养护 措施，可以较长时间的使路面性能处于较好的状态；而不进行预防性养护，路面性能将 较快的下降到较坏的水平【2 】1 3 1 。对于沥青路面而言，常用的预防性养护措施包括：微表 处、稀浆封层、石屑封层、雾封层、薄热沥青混合料罩面、超薄磨耗层和裂缝处理等【4 1 。 微表处是一种薄层罩面技术，采用专用机械设备将聚合物改性乳化沥青、粗细集料、 填料、水和添加剂等按照设计配比拌和成稀浆混合料摊铺到原路面上，并很快开放交通 的具有高抗滑性能和耐久性能的薄层。微表处不仅可以改善原沥青路面、桥面的早期磨 损，提高原路面的使用性、耐久性，还可以提高原路面的承载力和防病害能力，从而推迟 道路的大、中周期维修，延长道路的使用寿命。其具有如下特点【5 l ： 第一章绪论 ( 1 ) 施工速度快。 ( 2 ) 微表处可提高路蚕的防滑能力，增加路面色彩对比度，改善路面性能，延长 路面使用寿命。 ( 3 ) 成型快，工期短，施工季节长，可以夜间作业的优点，尤其适于交通繁忙的 公路、街道稻机场道路， ( 4 ) 常温条件下作业，降低能耗，不释放有毒物质，有利于环保。 ( 5 ) 在面层不发生塑性变形的条件下，可修复深达3 8 m m 的车辙而无需碾压。 ( 6 ) 因为微表处层很薄，所以在城市主干道和立交桥上应用不会影响排水，用于 桥面也不会增加太多重量。 ( 7 ) 用于机场道面时，密级配的微表处能作防滑面层而不会产生破坏飞机发动机 的散石。 沥青路面微表处养护技术是预防性养护的一个重要的技术手段，是一种高效的路面 预防养护方法，可一次性解决路面麻面、脱皮、松散、裂缝、车辙等问题，延缓路面破 坏减少零碎修补次数。它具有高抗磨耗、抗滑性能，增加路面色彩对比度，改善路用 性能。确切地说，微表处是一种完善的道路养护方法【6 1 。 近年来，甘肃省公路养护部门一直在寻求一种经济、快速的路面养护方法来彻底改 变以往开挖填补的落后的养护方法，也对稀浆封层、微表处等预防性养护技术进行了初 步的探索，但效果参差不齐，有成功的例子，也有失败的教训。2 0 0 7 年7 月到8 月在 省道3 0 6 线上铺筑了9 7 3 6 4 ，5 m 2 的稀浆封层：2 0 0 7 年到2 0 0 8 年在g 3 1 2 线上铺筑了1 5 k m 的稀浆封层；2 0 0 8 年4 月在( 3 2 2 7 线上实施了2 0 k m 的稀浆封层，从实施情况看，稀浆 封层起到了较好的预防性养护作用。而微表处技术在甘肃地区使用的比较少，只在2 0 0 8 年6 月g 3 1 2 凤一眉二级公路上铺筑了一段微表处，并且效果非常好。微表处技术作为 预防性养护的重要技术之一，特别适合甘肃省公路养护资金紧张，公路养护线长、分散 的现状。而纤维微表处技术作为一种新的预防性养护技术在甘肃地区还没有使用过，本 论文就结合甘肃省各地气候、材料情况来研究适用于甘肃地区的纤维微表处。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究状况 微表处技术源于2 0 世纪6 0 年代末7 0 年代初的德国。当时，德国的科学家用传统 的稀浆做试验，主要是增加稀浆使用的厚度，看是否能找到在狭窄的车道上填补车辙但 2 长安大学硕士学位论文 同时不破坏昂贵的道路标线的方法。德国科学家使用精心挑选的沥青及其混合物，加入 聚合物和乳化剂，摊到深陷的车辙上，形成了稳定牢固的面层，这个结果导致了微表处 技术的出现。封层固化时间加快，与原路面粘结十分牢固，聚合物改性乳化沥青技术也 就从此问世。 美国、澳大利亚等于2 0 世纪8 0 年代开始采用这项技术，加拿大也于9 0 年代初开 始引进微表处技术。目前微表处技术的优点在西方发达国家反复实践中得到了证明，并 大规模的应用，根据交通部交科所的调查，美国1 9 9 9 年用于微表处的乳化沥青混合料 用量为9 2 万吨，如按照我国标准用量2 0 k g m 2 计算，相当于镳筑0 。4 6 亿m 2 微表处混合 料；欧洲微表处的乳化沥青用量为7 7 8 3 万吨，其中西班牙、法国等国家应用较多【7 】。 时至今日，微表处已被认为是修复道路车辙及其他多种路面的病害最有效、最经济 的手段之一。国际稀浆封层协会( i s s a ) 在原来的稀浆封层实施细则i s s a a l 4 3 8 3 的 基础上，制定了a 1 0 5 施工指南，对微表处原材料、设计、试验、质量控制、施工等作 了全面的规定，大大促进了稀浆封层和微表处技术在全世界范围内的发展。同时美国沥 青协会制定了稀浆封层旌工手册，美国材料和试验协会( 简称a s l m ) 制定了稀 浆封层混合料试验和检验标准( a s t m d 3 9 1 0 ) ；日本乳化沥青协会( j e a a s ) 微表处 技术指南( 1 9 9 8 1 0 ) 这些都为微表处和稀浆封层施工的规范化提供了足够的依据，极大 地推动了稀浆封层和微表处技术的发展和应用。 美国学者认为微表处比较易碎，在原有路面上若存在裂缝，则会反射到微表处面层。 因此研究柔性微表处混合料，有效地防止反射裂缝非常重要。美国于1 9 9 7 年在u s 一1 3 1 高速公路上铺筑了相关试验路，其掺加了5 聚乙烯纤维和5 橡胶，以保证混合料的柔 性，实践证明效果较好。西班牙和法国学者研究认为采用问断级配的微表处混合料可以 获得很好的排水功能和抗滑能力。加入有机纤维( 集料的0 1 - 0 2 ) 可以提高混合 料的性能。研究认为水泥类型会影响到混合料的拌和时间及性能，不能选择添加剂的水 泥和早强剂嗍。 美国b a s f 化学公司开发和运用的生态效应分析清楚的表明：与热拌沥青混合料摊 铺技术相比，微表处的成本效率与环境影响之间的平衡。明显优越。微表处对环境的影 响最小，在运输摊铺过程中有害物质排放较少，生态效应更好。 此外，彩色微表处也在欧美国家广泛使用，其在摊铺技术和所用设备方面与普通微 表处没有区别。 从混合料的设计方法来说，c h r i s t i n ed e n e u v i l l e r s 认为【9 】：混合料设计方法应 3 第一章绪论 该更加的多元化，应该包含更多的信息。并提出以下目标：试验室内检测微表处的使 用性能；提高微表处的品质：研发出适合更广的使用范围的原材料检测新方法： 试验室方法与现场结果要有很好的相关性。 g l y n nh o ll e r a n 等认为1 0 】，原有的微表处技术规范存在如下缺点：试验方法与 技巧无创新，不能反映微表处自身的特点：沥青和集料韵试验检测项目有限；不能 完全模拟路面情况；设计中未考虑交通荷载的影响。而新方法的开发应注重以下几个 方面：材料的选择；创建混合料比例的推荐范围；短期的摊铺性质；最佳集料 性质 长期性能；现场试验。 断级配纤维微表处( g a p g r a d e d f i b r o u s m i e r o - - s u r f a c i n g ) 技术源于法国，1 9 8 6 年 e u r o v i a 公司首次使用该技术。该技术是由聚合物改性乳化沥青、洁净的压碎集料( 间 断级配) 、矿物填料、纤维、水和必要的添加剂组成，添加的纤维有助于阻止离析，一 般采用丙稀酸纤维和矿物纤维，优点是提高路面的摩阻力、耐久性和抗疲劳性，同时， 其抗变形能力也优于微表处，纤维微表处的施工工艺与传统的微表处相同。【1 1 】 1 2 2 国内研究状况 我国1 9 9 9 年开始对微表处技术进行研究，2 0 0 0 年微表处技术开发列入国家经贸委 组织的“国家技术创新计划”。同年9 月，在太旧高速公路上铺筑了8 k m 的微表处试验 段，在山东潍高一级公路上铺筑了6 k m 微表处试验段。2 0 0 1 年微表处技术列入交通部 西部交通建设科技项目计划，在四川、内蒙、天津、上海、辽宁等地也铺筑了大量试验 路【1 2 】。 据不完全统计，从2 0 0 0 年我国首次使用微表处技术以来，截止2 0 0 4 年年底，我国 高速公路微表处累计摊铺面积超过2 0 0 0 万m 2 ，2 0 0 5 年年底，微表处在全国的累计摊铺 面积超过4 0 0 0 万m 2 。在全国2 0 多个省份的高速公路养护工程中得到推广，取褥了很 好的使用效果。例如，江苏省的宁沪高速公路、京沪高速公路等都在养护工程中大量使 用微表处罩面，对延缓路面病害的发生发展，延长路面使用寿命起到了积极作用；安徽 省大量使用微表处进行高速公路沥青路面车辙修复，有效地恢复了路亟平整，显著改善 了行车安全；福建省高速公路大量使用微表处罩面，对预防和延缓沥青路面水损害的发 生、发展起到了积极作用；浙江省在高速公路隧道道面中使用微表处技术，有效减少了 交通事故的发生【1 3 1 。 福建南平公路局选择废旧轮胎磨细橡胶粉作为改性剂，用于稀浆封层，通过调整配 4 长安大学硕士学位论文 合比，使稀浆的和易性和粘结性得到改善，同时在抗滑和耐磨方面优于普通稀浆封层。 我国还研究开发了复式微表处，它是细级配底层和粗粒径间断级配表层的叠合，具 有良好的密实防水性和抗滑性，还具有应力吸收作用。可作为高速公路路面和桥面处治 的一个重要措施。 河北工业大学也对微表处进行了研究，如采用m t s 试验机进行低温压缩试验来考 察混合料临界应变能密度1 4 1 。 我国东南大学对微表处作了系统的研究。认为将改性剂进行复配( 如2 5 s b s + 2 5 s b r ) 弥补了单用s b s 延度较小和单用s b r 弹性恢复差的弊端，总体性能最优；对恩 格拉粘度与标准粘度之间的关系进行了回归：总结了砂当量对混合料的影响规律；同时 自行研制开发了抗裂试验仪，并进行了相关评价1 5 1 。 2 0 0 4 年交通部颁布的公路沥青路面旌工技术规范( j t gf 4 0 - 2 0 0 4 ) 中对微表处 的定义、原材料的技术要求、设计方法、技术指标和要求、施工过程等作了规定，对微 表处在我国的推广应用及其发展提供了规范与指南。 2 0 0 6 年为了促进微表处和稀浆混合料在公路建设和养护中应用，交通部颁了布微 表处和稀浆封层技术指南对微表处在我国的推广应用及其发展提供了规范与指南。 微表处除了可以用于路面的预防性养护外，还可以用于新建道路的表面磨耗层、桥 面防水层、隧道内混凝土路面的罩面以及半刚性基层与沥青层的联接层等。随着大家对 微表处技术优越性的进一步深入了解，微表处技术在我国高等级公路建设和养护中的作 用和地位必将得到进一步的提高，使用面积将会迅速扩大，具有十分广阔的推广应用前 景。而纤维微表处技术作为路面养护的一种新方法，值得关注。 1 2 3 存在的主要问题 国内外对微表处进行了详尽的研究，分析研究了影响微表处混合料的路用性能的诸 多因素，这对微表处的健康发展，和广泛推广起到了积极的作用。但是，一些失败的经 验反映出我国微表处混合料的设计中存在一些问题，还需进一步完善。主要存在以下问 题： ( 1 ) 目前我国的改性乳化沥青与集料的配伍性差，改性乳化沥青的质量对混合料 的性能影响很大； ( 2 ) 如何提高微表处的耐久性也是目前存在的主要闯题； ( 3 ) 原路面的表面状况对微表处的使用效果及功能有很大影响，如原路面有裂缝 第一章绪论 处，裂缝易反射至微表处面层；此外，原路面与微表处粘结不良，易会产生剥落脱皮的 病害： ( 4 ) 有关研究发现【1 6 】，行车中“车内噪声”和热拌热铺沥青路面相比明显增大， 这是不可回避的问题。因此，降低微表处在使用过程中“车内噪声 已成为微表处技术 亟待解决的闯题； ( 5 ) 目前我国相应的技术规范比较少，仅有交通部颁发的微表处与稀浆封层技 术指南可供参考，而该指南中稀浆封层配合比设计方法又存在一定的不足，混合料的 设计指标不能完全反映路用性能，与微表处混合料相关的试验方法和评价指标体系尚不 完善，为稀浆封层及微表处技术的推广应用造成严重阻碍； ( 6 ) 我国规范中还没有评价混合料低温性能的试验方法与相应的指标。 1 3 本文研究的主要内容及技术路线 本文在借鉴国内外相关研究基础上，结合甘肃省各地气候、材料情况，对纤维微表 处的使用材料、混合料设计以及其路用性能和施工性能进行了研究，具体研究内容如下： ( 1 ) 实验室改性乳化沥青的制备工艺研究。 ( 2 ) 乳化剂与沥青配伍性研究，确定乳化剂合适用量。 ( 3 ) 对纤维微表处原材料选用及其技术指标进行试验。 ( 4 ) 对纤维微表处各项性能进行试验研究，主要考察添加纤维对微表处各项性能 的影响，并确定合适的纤维及其合适的用量。 ( 5 ) 对微表处的施工步骤、施工质量控制进行了分析和总结。 ( 6 ) 分析纤维微表处的经济效益和社会效益。 本论文研究技术路线如下图1 1 所示： 6 长安大学硕士学位论文 纤维微表处的应用研究 改性乳化沥青研究 原材 料选 用及 指标 试验 改性 乳化 沥青 制备 流程 改性 乳化 沥青 指标 试验 混合料组成设计 原材 料选 用及 指标 试验 材料 最佳 用量 的确 定 混合料性能 蚕i l 蓦ll 毳li 蓁l 蓁 图1 1 技术路线 7 施工 质量 控制 及经 济效 益分 析 第二章改性乳化沥青的制各 2 1 原材料的选用 第二章改性乳化沥青的制备 改性乳化沥青是微表处的粘结材料，其质量的好坏对封层质量的影响最直接最明 显，制备改性乳化沥青的原材料有沥青、水、乳化剂、改性剂、p h 值调节剂和稳定剂 世 守o 2 1 1 沥青 沥青是生产改性乳化沥青的主要原材料。沥青质量的优劣对于改性沥青产品的质量 有着相当重要的影响。因此，为了生产出合格的改性乳化沥青产品，必须严格挑选沥青 原材料。挑选主要从两方面着手：首先，沥青材料要符合道路工程使用要求；其次就是 沥青原材料的易乳化性【1 7 】。 本论文选用甘肃地区常用的k l m y 9 0 号基质沥青作为制备改性乳化沥青的原材料 用，并选了s k 一9 0 及壳牌9 0 号基质沥青进行对比试验。它们的主要性能指标如表2 1 。 表2 1 三种种基质沥青质量检测报告 检测项目 s k 一9 0s h e u 踟k i 嗍 规范值 针入度( 2 5 c ) 。0 1 m m8 6 38 38 3 6 7 0 - - - 1 0 0 针入度指数 o 1 90 1 4 o 1 61 5 1 0 软化点限& b ) ， 4 7 54 8 94 6 3 兰4 5 6 0 动力粘度，p a s1 9 5 52 1 7 22 0 6 5 之1 6 0 10 ( 2 延度( 5 e m m i n ) ，e m l o o 1 0 0 1 0 0 4 5 15 c 延度( s c m m i n ) ，e m 1 5 0 1 5 0 1 5 0 1 0 0 蜡含量( 蒸馏法) ， l ，6 01 8 31 8 8 ：5 2 ，2 闪点，2 7 52 8 02 7 8 2 4 5 溶解度( 三氯乙烯) ， 9 9 9 l9 9 8 79 9 8 9 9 9 5 密度( 1 5 ) ，酢m 3 1 0 3 11 0 4 2 0 9 8 8实测记录 质量变化， 田1 l加0 9 - o 0 7- 0 8 0 8 针入度比，7 9 58 6 48 4 2 5 7 r t f o t 后 1 0 1 2 延度，e m1 9 82 6 12 0 8 兰8 1 5 延度，e m 1 0 0 1 0 0 1 0 0 2 0 3 长安大学硕士学位论文 2 1 2 水 水不仅是沥青的分散介质，同时又是乳化剂、改性剂、p h 值调节剂和稳定剂等原材 料的溶剂。因此，水源的选择和对水质的要求不容忽视。对乳化沥青的水质标准提出如表 2 2 所示的建议。本论文试验用水均来自自来水，自来水经过杂质分离和软化处理， 无论从外观、p h 值、还是硬度三方面都能满足使用要求。 表2 2 乳化沥青水质标准建议 外观 p h 值硬度 无色透明无异昧无杂质 6 o 8 5 4 0 - 4 0 溶解度( 三氯乙烯) 2 = 9 7 5猡7 52 = 9 7 5 t 0 6 0 7 贮存稳 l d 5 1s ls 1 t 0 6 5 5 定性 5 d 5 1 0 0 t 0 6 0 5 l h 贮存稳定性 s l o 6 0 4 0 5t 0 6 5 5 通过表中数据可以看出，三种基质沥青制备的改性乳化沥青各项指标均满足要求。 2 6 本章小结 本章研究了制备改性乳化沥青的主要原材料，介绍了改性乳化沥青国内外的主要技 术要求和技术指标，详细研究了改性乳化沥青的制备流程，得出以下主要结论： l g 长安大学硕士学位论文 本文试验中采用边乳化边改性的方法制备改性乳化沥青 两种乳化剂a 及b 对三种沥青具有较好的乳化效果，而乳化剂a 更优于乳化剂 b 。随着乳化剂剂量的增加，蒸后残留物含量是逐渐增加的，综合考虑乳化效果及经济 性，确定试验用两种乳化剂剂量为2 0 。 三种基质沥青s k 一9 0 、k l m y - 9 0 、s h e l l - 9 0 制备的改性乳化沥青各项指标均满足 要求。 1 9 第三章纤维微表处混合摹耳设计分析 3 1 研究方案 第三章纤维微表处混合料设计分析 采用1 h 湿轮磨耗试验评价混合料的耐磨耗能力，轮迹变形试验评价混合料的高温 抗变形能力。从油石比、纤维种类、纤维添加量、j l 、；0 n 水量等方面全面分析影响微表处 性能的因素及影响规律。同时，分析纤维微表处混合料的设计方法。 3 2 原材料的技术要求和指标 ( 1 ) 改性乳化沥青 试验用改性乳化沥青是前文所述的实验室自制的，关于其技术要求前文有详细的介 绍，不再重复。 ( 2 ) 纤维 目前可以采用的纤维有很多种，矿物纤维、玻璃纡维、聚酯纤维、木质素纤维、聚 丙烯腈纤维和聚丙烯纤维等1 2 9 1 。本论文纤维是由西安融森商贸有限公司提供的s t s 聚 丙烯单丝纤维、s t s 聚丙烯腈纤维和s t s 聚酯纤维。其主要性能指标如下表3 1 。 表3 ，l 纤维匏性能指标 项目聚丙烯单丝纤维聚酯纤维聚丙烯腈纤维 原料成分 聚丙烯聚酯 聚丙烯腈 当量直径2 q 岬 l 一1 5 p a r t怕一z 5 硅m 密度 0 9 1 ( 士0 0 1 ) g e m 3 0 9 - - 1 3 5g c m 31 1 8 - - 1 2g c m 3 耐酸碱度极高强 吸水住无 断裂延伸率 2 8 1 6 1 5 弹性模量 3 3 0 0 m p a 熔点 1 6 7 2 4 0 c - - 2 6 0 c 纤维类型 单丝 草丝 束状单丝 抗拉强度 3 6 5m p a 5 5 0 m p a 9 1 0 m p a 2 2 0 2 ，j 、时条件下体积 2 2 0 c 2 小时条件不融 耐热性 无变化化 长安大学硕学位论文 由于试验拌和中发现聚酯纤维较聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维分散性差，与混合料拌 和易结团，故不予采用，均采用聚丙烯和聚丙烯腈纤维作为本论文试验用纤维。 聚丙烯是一种结构完整的结晶型聚合物，为乳白色、无味、无毒、质轻的热塑性塑 料，耐热性能良好。普通的聚丙烯纤维存在着耐老化性能差、混凝土中搅拌易结成团等 缺点，不能直接在工程中应用；而单丝聚丙烯纤维因其密度为0 9 酢m 3 0 9 1 9 七m 3 。在 1 2 1 1 6 0 c 连续耐热，熔点为1 6 0 。c - - 1 7 0 c ，与大多数化学品如酸、碱、盐不发生反 应，物理机械性能良好，其抗拉强度、抗压强度、断裂伸长率等性能较好( 如图31 ) 满 足工程需要。p ” 一 图3 1 单丝聚丙烯纤维分布图 聚丙烯腈纤维是一种有机合成纤维，具有卓越的抗拉强度、不溶解、吸附性强，在 溶剂中不膨胀，化学性质稳定等特性。 ( 3 ) 集料 微表处常用做高等级公路的路面表层要求有良好的耐久性、抗磨耗、抗滑性能， 且随时问衰减的速度要慢，在矿料中，因为粗集料起骨架作用，其最大粒径决定微表处 的摊铺厚度这就要求矿料特别是其中的粗集料必须足耐磨的硬质石料。 微表处用矿料质量要求中47 5 m m 以下部分的砂当量指标至关重要。研究表明， 稀浆混合料性能受矿料砂当量的影响十分显著，砂当量低于5 5 的矿料还可能会导致改 性剂无法发挥改性效果，在已经完成的微表处工程中，矿料砂当量指标大部分能满足大 于6 5 的要求，而有些地方的稀浆封层寿命过短，很重要的原因之一是砂当量太低。国 际稀浆罩面协会1 9 9 6 年版的技术标准中要求微表处用矿料砂当量不低于6 5 ，我国对 微表处和稀浆封层分别提出了6 5 和5 0 的砂当量指标。 鉴于矿料质量对微表处混合料性能的显著影响，集料应清洁、坚硬、耐风化，不含 第三章纤维微袤处混合科设计分析 泥土、有机物、化学物品等有害物质，有条件的应配备石料破碎机，购买洁净的块石、 卵石或大粒径粗集料进行多级破碎来生产微表处用的矿料。 我国微表处和稀浆封层技术指南中，规定了微表处所用集料的技术要求，如表3 2 所示。 表3 2 我国微表处用集科技术要求伫5 】 材料名称项目标准试验方法备注 石料压碎值不大于( ) 2 6t 0 3 1 6 洛杉矶磨耗损失不大于( ) 2 8t 0 3 1 7 粗集料 石料磨光值不小于( b p n ) 4 2t 0 3 2 1 坚固性不大于( ) 1 2t 0 3 1 4 细集料坚固性不大于( 1 2t 0 3 4 0 o 3 m m 部分 合成矿料中 矿料砂当量不小于( )6 5t 0 3 3 4 5 m m 之1 5s l o 8 m m之1 5s 1 0 1 l m m 1 0 i s s a 和美国，推荐的级配有i 、i i 和i i i 型，用于微表处的通常是i i 和i i i 型；另外 还有一种型级配，其一次摊铺厚度可达1 3 m m ，适合于车辙填补和高速车道，或双 长安大学硕士学位论文 层摊铺中的下层，值得推荐。其通过率如表3 7 。 表3 7 型级配通过率( ) 筛孔( m m ) i v 1 2 5 1 0 0 9 。5 8 5 1 0 0 4 7 5 6 0 8 7 2 3 6 4 0 - 6 0 l ，1 8 2 8 - 4 5 0 6 1 9 3 4 0 31 4 2 5 0 ，1 5 8 1 7 0 0 7 5 4 8 3 3 2 对我国微表处矿料级配范围的分析 通过有关研究删对我国高速公路上微表处矿料级配的使用情况的调研，得出如下结 论： ( 1 ) 国际稀浆封层协会( i s s a ) 的微表处级配范围基本符合我国国情，可以直接 采用。因为 i s s a 的级配范围是经过多年的经验总结出来的，微表处应用最广泛的美 国、欧洲都采用i s s a 的级配范围，；而我国的微表处技术刚刚起步，在没有充分理由的 情况下，不宜对级配范围进行调整。( 窑) i s s a 的微表处级配范围是很宽的，在这一范围 内可以灵活地调整级配，如果级配超出了这级配范围，往往很难达到好的使用效果。 ( 2 ) 微表处级配宜粗不宜细。微表处技术进入我国后，大家对微表处级配的认识 存在一个转变的过程：起初，由于习惯于热拌混合料的表现效果，很难接受微表处的粗 糙表面，一致感觉微表处的级配应该调的细些；但是在通常一段时间后，最初表现较 好的级配较细的微表处，表面较光，抗滑功能不足，而最初表现粗糙的微表处，不仅表 观效果变得美观，而且保持了良好的抗滑性能。因此，微表处用于交通量大、重载车多 的高速公路、一级公路、城市快速路时，不宜采用i i 型级配，而应采用i i i 型级配，交 通量特别大时，级配曲线宜在i i i 型级配范围中值与下限之间；微表处用于二级及二级 以下公路、城市道路时。可以考虑采用i i 型级配。 ( 3 ) 谨慎使用间断级配。间断级配存在施工和易性的问题，因为微表处施工中， 第三章纤维微表处混合料设计分析 矿料装在微表处摊铺机上的一个料斗中现拌现铺，间断级配或不光滑的级配曲线将加重 矿料在运输、装载过程中出现粗料与细料相分离的现象，影响摊铺的均匀性。此外，还 有另外一种意义上的间断级配在级配曲线中是反映不出来的，但同样会显著影响混合料 的使用效果，即级配中4 7 5 9 5 m m 部分的颗粒粒径偏大。同样的级配曲线，如果该粒 径范围内靠近9 5 m m 的颗粒居多，则形成了实际意义上的断级配，这种级配往往会造 成未必出表观不均匀、大料容易飞散等问题。 ( 4 ) 矿料中的超粒径颗粒对微表处的表观效果有很大影响。微表处的单层摊铺厚 度一般不超过l o m m ，因此摊铺槽与路面的间隙一般较小，超粒径的石料容易卡