多孔性低噪声沥青混合料应用研究(道路与铁道工程专业优秀论文).pdf

摘要 多孔性低噪声沥青混合料是一种新型路面材料 铺筑的路面同时具有排水 降噪及 抗滑等功能 f t 益受到道路研究者的重视 本文以青岛多孔性低噪声沥青路面试验路为 实体工程 对多孔性低噪声沥青混合料在我国高等级公路上的应用进行了研究 本文对国内外多孔性沥青混合料用原材料的技术标准进行分析与研究 结合试验路 工程的实践 把现有的多孔性沥青混合料配合比设计方法进行对比分析 特别对存在的 问题进行重点研究 并提出解决思路与办法 其次 对多孔性低噪声沥青混合料的常规路用性能与降噪性能采用理论分析与试验 方法进行分析与研究 探索影响多孔性低噪声沥青混合料性能的相关因素与规律 为多 孔性低噪声沥青混合料的应用提供依据和建议 最后 对青岛多孔性低噪声沥青路面试验路的施工关键技术进行研究 提出施工过 程控制的技术 并对工程质量进行检测与评价 关键词 低噪声路面 多孔性沥青混合料 配合比设计 路用性能 a b s t r a c t p o r o s i t yl o wn o i s ea s p h a l tm i x t u r ei san e wt y p eo fp a v e m e n tm a t e r i a l i te x h i b i t s e x c e l l e n tp e r f o r m a n c e so fd r a i n a g e n o i s er e d u c t i o na n da n t i s k a t i n g w h i c hi sb e i n gp a i d m o r ea n dm o r ea t t e n t i o nb yr o a de n g i n e e r t h ep a p e rb a s e do nt h eq u i e tp o r o s i t ya s p h a l tt e s t m a di nq i n g d a o t h e a p p l i c a t i o n i ss t u d i e do np o r o s i t yl o wn o i s ea s p h a l tm i x t u r et o e x p r e s s w a y t h i sp a p e ra n a l y s e sa n ds t u d i e st h et e c h n i c a ls t a n d a r do fr a wm a t e r i a lf o rd o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a lp o r o s i t yl o wn o i s ea s p h a l tm i x t u r e c o m b i n i n gw i t ht h ep r a c t i c eo ft h et e s tr o a d a n dc o m p a r i n gw i t ht h ee x i s t i n gd e s i g nm e t h o d so fm i x e dr a t i oo fp o r o s i t yl o wn o i s ea s p h a l t m i x t u r e s i tc a r r i e so u tt h ek e yr e s e a r c he s p e c i a l l yf o re x i s t e n tp r o b l e m a n dp r o p o s e s t h o u g h t sa n ds o l u t i o n s t h e nw i t ht h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dt e s tm e t h o d t h i sp a p e ra n a l y s e sa n ds t u d i e st h e c o n v e n t i o n a lr o a dp e r f o r m a n c ea n dn o i s er e d u c t i o np e r f o r m a n c eo fp o r o s i t yl o wn o i s e a s p h a l tm i x t u r e e x p l o r e st h er e l a t e df a c t o ra n dl a wt h a ta f f e c t st h ep e r f o r m a n c eo fq u i e t p o r o s i t ya s p h a l tm i x t u r e i to f f e r sb a s i sa n ds u g g e s t i o nf o rt h ea p p l i c a t i o no fq u i e tp o r o s i t y a s p h a l tm i x t u r e f i n a l l y t h ep a p e rs t u d i e st h ek e yc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yo fq i n g d a op o r o s i t yl o w n o i s ea s p h a l tm i x t u r et e s tr o a d p r o p o s e st h ec o n s t r u c t i o nc o n t r o lt e c h n o l o g y a n dc m t i e so u t d e t e c t i o na n da p p r a i s e m e n tf o rt h e p r o j e c tq u a l i t y k e yw o r d s l o wn o i s ep a v e m e n t p o r o s i t ya s p h a l tm i x t u r e t h ed e s i g no f m i x e dr a t i o t h ep e r f o r m a n c e so ft h ep a v e m e n t 知识水坝为您整理 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 可夕 婶 幽窍年6 月re l j 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 否 b 峙 芦啤占月厢 导师签名 i 二 三一只 2 口9 年6 月5 e t 知识水坝为您整理 k 安 学碰l 学似论z 第一章绪论 1l 问题的提出 噪声已被世人公认为仅次于大气污染和水污染的第三大公害 严重影响着人们的正 常生活和身心健康 随着公路及城市道路通车里程 车流量和行车速度的快速增加 交 通噪声污染问题已经成为影响公路沿线及城市居民生活 学习 工作的重要环境污染问 题 控制交通噪声污染已成为当务之急 降低交通噪声的措施有种植降噪绿化林带 声屏障技术 铺筑低噪声沥青路面等 分析各种降噪措施的利弊 种植降噪绿化林带占用土地资源多 且早期降噪效果不显著 声屏障技术虽然降噪效果明显 但是造价高 且声屏障不利于行车安全和舒适i 低噪声 沥青路面因为良好的降噪性能及耐久性能 f l i 进入道路t 作者的视野 图11 降噪绿化林带 圈1 2 声屏障图l3 低噪声沥青路面 具有降噪功能的沥青路面即为低噪声沥青路面 低噪声沥青路面有多孔性沥青路 面 橡胶沥青路面 s d a 路面 超薄沥青混凝十面层及多孔弹性沥青路面等类型 多孔 性沥青路面通常认为是窑隙率大于1 5 的沥青路面 根据多孔性沥青路面功能侧重点不 同 对其称谓也有差异 除了具有常规路用性能之外还侧重于降噪性能设计的多孔性沥 青路面即为多孔性低噪声沥青路面 侧重于抗滑 安全性能设计的多孔性沥青面层称为 抗滑磨耗层或开级配沥青磨耗层 o g f c 侧重于排水性能设计的多孔性沥青路面称为 排水性沥青路面或排水性路面 铺筑多孔性低噪声沥青路面即在普通沥青路面域水泥混凝土路面上铺筑一层大空 隙率 1 5 2 5 的沥青路面以达到降低噪声的目的 这种新型的路面可以降低交通噪 声3 4 分贝 同时具有排水 抗滑的效果 而且行驶安全舒适 耐久性好 所以普遍 认为这是 种解决交通噪声污染的有效途径 1 2 多f l 性沥青路面的特点 多7 l 性沥青路面采用大量单尺 集料 即间断级配或开级配 粗集料含量高达 第一章绪论 7 0 8 5 使空隙率达到2 0 左右以达到降低噪声 排水的功能 而沥青混合料的强度则 主要依靠颗粒间的石对石接触 使粗集料产生嵌挤与互锁作用 多孔性沥青路面的特点 具体有以下方面n 1 l 良好的降低交通噪声的功能 多孔性沥青路面由于其空隙率大的特点 降低交通噪声成为它独特的功能之一 在 路面干燥的状态下 交通噪声可降低3 分贝 在潮湿下可降低8 分贝 2 排水 或透水 功能性好 由于多孔性沥青路面空隙率与连通空隙率较大 所以它同时具备排水或透水的功 能 路面的水可以迅速通过上面层内部的连通空隙排到基层并最终排出道路的范围 不 至于影响道路的稳定性和耐久性 路表水也可以通过上面层与中面层之间的防水层横坡 排出路面结构的范围 再通过道路纵向或竖向的排水系统排除 3 安全性能好 多孔性沥青路面空隙率较大 微观空隙率也很发达 构造深度大 同时路面不积水 所以赋予路面较大的摩擦系数 附着力比普通沥青混凝土路面大 能够大大减小车轮溅 水 改善雨天行车可见度 很大程度地消解车灯与信号灯的反光 提高夜间的可见度 减轻眼睛的疲劳 4 强度和耐久性好 多孔性沥青路面采用改性沥青 其粘度高且抗老化能力强 同时 良好品质的集料 和其他添加剂为提高路面的强度和耐久性起到重要作用 对于重载大交通量的道路 多 孔性沥青路面的耐久性优于传统的密实沥青路面 同时 由于多孔性沥青路面良好的排 水 透水 功能 雨水不至于渗透而软化路基 不会造成路基沉降和不均匀沉陷 从而 导致路面的结构性破坏 5 抗滑性能好 多孔性沥青路面能够迅速地排除路面积水 消除表面水膜 增加附着力 使车轮不 会因路湿而发生滑溜或者转弯时发生侧滑 大大地提高了路面的抗滑性能 1 3 多孑l 性低噪声沥青路面研究与应用现状 1 3 1 国外研究与应用 多孔性沥青路面在欧洲 美国和日本等发达国家已经发展多年 现在美国 日本 德国 比利时 丹麦 西班牙 瑞典 新西兰 新加坡 马来西亚等国家 对多孔性沥 2 长安大学硕士学位论文 青路面都有很多研究和应用 但研究主要是针对多孔性沥青路面排水性能开展 降噪只 是作为一个附属的功能被研究 2 0 世纪5 0 年代国外开始用大空隙的沥青混凝土修建路 面 这种新型的路面目前在国外已经逐渐代替普通沥青路面而用于承担各种交通的道路 上 国外对多孔性沥青路面的研究已经有五十多年的历史 并取得了一些研究成果 它 最初只用于城市人行道 现在已经用于承担中 重型交通道路上 成为今后道路发展的 重要方向 法国研究人员通过制作模型来研究多孔性沥青路面的声学性能 测定其噪声吸收系 数 并在室内环道试验验证该模型 证实多孔性沥青路面噪声比普通密级配沥青路面低 3 6 d b a 近十几年来 法国为了其研究多孑l 性混合料性能 在平均半径为1 6 c m 路 宽3 m 内侧坡度2 的环道上做过试验 采用不同配合比和结合料的材料铺筑了4 条试 验路 铺筑完两周后经过两个月的加速加载试验 发现用加入纤维素的多孔材料铺筑路 面 经过加载作用后不会减少路面材料中孔隙 降噪和透水能力依然保持在稳定水平 路面形成车辙也最小 许多欧洲国家和美国 日本等发达国家在多年来研究和工程实践中对多孔性沥青路 面取得了丰富的经验和优秀的成果 对材料配合比 结构层厚度 材料性能 施工工艺 养护与维修技术等方面进行了比较系统的室内外试验和测定 英国交通研究实验室 t r l 于1 9 5 0 年末开发了多孔性沥青路面并用于机场跑道 1 9 6 0 年开始在公路上修筑试验路 1 9 8 4 年来 英国铺筑了各种试验路 目的是为了论 证多孔性沥青路面的降噪效果和耐久性 试验路所用的沥青结合料有1 0 0 号沥青 e v a 改性沥青 橡胶改性沥青 混合料中均掺加2 的消石灰 磨耗层厚度为4 5 c m 下层为 3 5 o c m 厚的沥青混凝土 磨耗层的空隙率达到2 0 左右乜1 自2 0 世纪6 0 年代以来 美国开始在干线公路上铺筑多孔性沥青路面 同传统的沥 青路面相比 使用多孔性沥青路面以后 许多州的交通事故明显降低 1 9 9 8 年美国国 家沥青技术中心 n c a t 调查了4 2 个用过多孔性沥青路面的州中的1 8 个 已经在几个 州成功使用 如华盛顿 加利福尼亚 佛罗里达等 有些州因为多孔性混合料的早期松 散 与下卧层l i m a 问的分离 砂类材料堵塞孔隙 降低了渗透能力和降噪功能 并且冰 雪天气难于控制等原因而不再使用多孔性沥青磨耗层 大多数的州认为 使用聚合物改 性沥青和纤维可取得良好的效果 良好设计和精细施工是提高多孔性路面性能的关键 比利时使用多孔性沥青路面的历史也比较久 已经积累了2 0 多年的经验 在机场 和隧道内铺筑此类路面其空隙率达到2 2 在沥青材料中 他们还添加了一种含纤维素 3 第一章绪论 的物质 使路面增加了粗糙度 同时由于混合料中加进了有机纤维素 从而使其具有良 好的稳定性 1 意大利已经采用多孔性沥青材料铺筑了1 0 0 多万平方米的多孔性沥青路面 使用情 况和测定表明 这种材料的确具有降低交通噪声的功能 同时可以改善路面粗糙度 排 除在有限排水坡度范围内产生水滑现象的功能 并且具有避免路面积水飞溅成雾和高速 行车形成的水膜而影响行车安全的优越性 1 3 2 国内研究与应用 与国外相比 国内对多孔性沥青路面的研究起步较晚 其主要原因有两方面 一方 面铺筑这种路面技术复杂 需要高性能的改性沥青 建设成本高 另一方面在当前主要 解决道路基础设施作为主要问题 环保问题放在以后考虑 随着道路交通量的急剧增加 和人们环保意识的增强 道路交通噪声已经逐渐得到国家和社会的广泛关注 近年来 公路设计已经把修筑环保道路 构建和谐社会 促进自然 社会和谐发展作为核心理念 之一 多孔性低噪声沥青路面的这种新型路面结构在我国首先是在城市道路上应用 北 京 广州等大城市在2 0 世纪9 0 年代先后铺设了试验路和实体工程 公路行业是在2 0 世纪9 0 年代后期开始研究使用的 交通部公路研究所先后在济青高速公路 京沪高速 公路 河北段 即1 9 8 8 年 交通部公路科学研究所与河北省交通厅合作在正定试验路 上铺筑了1 0 0 m 的多孔性沥青路面试验路 2 0 0 3 年6 月 在北京劲松路改造工程中采用 了多孔性沥青混凝土 新铺筑的路面降噪效果为3 5db a 同年 陕西省交通厅 引进日本多孔性沥青路面成套技术 修建了咸阳机场高速公路 铺筑厚度为5 c m 同济大学与杭州市公路管理处合作进行了多孔性低噪声透水性沥青路面的研究与 应用 1 9 9 7 年1 0 月在杭一金公路萧山段铺筑了l k m 全幅多孔性低噪声透水性沥青路面 并进行了路面表面状况的测试 其空隙率接近2 2 在不同车速的条件下干燥路面的降 噪量为5 3 8 7db a 口1 我国对路面的要求也越来越高 高等级公路及城市道路对噪声和抗滑性 安全性 舒适性也越来越重视 但是 目前我国尚没有一套系统的多孔性低噪声沥青混合料设计 方法和相应的技术指标要求 试验路均是借鉴国外技术和方法 这时就需要结合我国试 验路经验和国外技术 并分析研究我国实际情况 对多孔性低噪声沥青路面进行研究 4 长安大学硕士学位论文 1 4 存在的问题 对于我国沥青路面的形式来说 一般以密实型沥青混凝土铺筑沥青路面为主 多孔 性低噪声沥青路面是一种新型的功能性路面 我国多孔性低噪声沥青混合料设计方法 原材料选择与技术指标要求以及施工技术等还处于借鉴国外多孔性沥青路面经验的阶 段 由于各国自然环境不同 材料特性差异 交通组成区别 国外多孔性沥青路面的经 验在我国不一定适用 所以有必要探索在我国应用多孔性低噪声沥青路面的技术 使其 具有良好的常规路用性能的同时 还具有良好的降噪性能 1 5 研究内容 目前国内多孔性沥青路面研究包括排水性沥青路面 多孔性低噪声沥青路面 超薄 沥青磨耗层 o g f c 而且也修筑了试验段 建成时间短还未有充分的时间来接受实践 的考验 就多孔性低噪声沥青路面而言 成果与经验更少 因此 更需要进一步的探索 研究 以利于我国吸收借鉴国外经验并结合我国实际情况 提高我国多孔性低噪声沥青 路面设计与施工等方面的水平 为这种环保型沥青路面在我国的推广应用打下一定的基 础 在吸收借鉴已有的成果的基础上 本论文的主要研究内容有 1 通过原材料特性分析与研究 在对比分析国内外多孔性沥青混合料材料技术标 准的基础上 根据我国原材料现状及多孔性低噪声沥青混合料原材料技术要求 对材料 技术指标和要求进行研究 2 分析国内外多孔性沥青混合料设计方法 以多孔性低噪声沥青混合料常规路用 性能与降噪性能为主要设计目标 对沥青混合料关键指标进行控制 提出关键指标的控 制原则及方法 3 对多孔性沥青混合料高温稳定性 低温性能 水稳定性能等进行研究 把多孔 性沥青混合料与其他类型沥青混合料的相关性能进行对比 分析并研究多孔性低噪声沥 青混合料性能指标 对性能指标合理性进行分析与评价 4 采用多孔性低噪声沥青混合料相关设计原则与方法 铺筑多孔性低噪声沥青路 面试验段 检测多孑l 性低噪声沥青路面性能 探索多孔性低噪声沥青路面施工关键技术 5 第二章多孔性低噪声沥青混合料原材料 第二章多孑l 性低噪声沥青混合料原材料 2 1 沥青结合料 2 1 1 沥青结合料应用历程 在2 0 世纪8 0 年代以前 多孔性沥青路面一直使用普通沥青 4 1 使用普通沥青铺筑 多孔性沥青路面 其强度明显不足 在交通荷载作用下路面易被进一步压密变形 空隙 率降低 影响路面降噪性能 同时 由于粘度低 集料颗粒表面粘膜较薄 对老化较敏 感 并且集料颗粒易于脱粒 造成路面松散破坏 国外在多孔性沥青混合料结合料的改良方面做了不少研究 英国运输与道路研究室 t r r l 研究结果显示该类型路面因改性沥青技术尚不成熟而效果不良 直到上世纪9 0 年代材料技术进步后 多孔性沥青路面的性能才有大幅度提高 t r r l 将这种新成果归 因于性能优异的高分子改性沥青 据称若不是采用这些改性沥青 多孔性沥青路面在很 短时间内将因交通作用而产生破坏 美国经过长期研究后 绝大部分州认为用于o g f c 的结合料必须为高分子改性沥青或橡胶沥青 5 1 表2 1 是各国多孔性沥青混合料采用沥 青结合料的情况 表2 1 各国多孔性沥青混合料采用的沥青结合料 国家 初期近期 比利时针入度1 0 0 的沥青掺加再生胶 纤维素或环氧沥青 法国8 0 1 0 0 6 0 7 0 4 0 5 0 的沥青掺加1 5 2 5 的轮胎粉 德国b 6 5 聚合物改性沥青 针入度2 0 0 1 0 0 的沥青 环氧沥青 英国 掺加纤维素 e v a 橡胶 s b s 聚合物改性沥青 意大利 8 0 1 0 0 沥青掺加纤维素 s b s 日本 8 0 1 0 0 沥青 橡胶沥青高黏度沥青 彩色硬化沥青 荷兰1 8 0 2 0 0 8 0 1 0 0 4 5 6 0 沥青改性沥青 南非 4 0 5 0 的沥青 西班牙 6 0 7 0 的沥青6 0 7 0 的沥青 掺加e v a 瑞士 6 0 7 0 的改性沥青 瑞典针入度8 0 的沥青 美国4 0 6 0 8 0 1 0 0 沥青 或掺加氯丁橡胶 8 0 1 0 0 的沥青中加入硅化橡胶 6 长安大学硕士学位论文 分析表2 1 可以得出 世界各国使用多孔性沥青混合料结合料有一个共同的发展 趋势即采用不同类型改性剂进行改性的沥青结合料 主要目的就是为了提高沥青结合料 与集料的粘结力 提高多孔性沥青混合料高 低温性能及提高耐久性 2 1 2 沥青结合料作用分析 多孔性低噪声沥青路面作为表面层暴露在自然环境和交通条件中 一年四季受到 日照 水 温度变化 行车荷载等因素的影响 并且由于其空隙率高达2 0 以上 路 面结构内部与自然环境接触面积大大增加 水在空隙中形成网络流动 紫外线作用更 加强烈 老化现象必然加剧 此时 优良品质的沥青结合料对路面耐久性至关重要 同 时 沥青结合料对多孔性沥青混合料性能的重要作用有 结构沥青粘附在矿料表面形 成薄膜提高混合料的粘结作用 高低温环境下的变形防止沥青混合料发生破坏 并且 沥青结合料的减振性还有助于提高其减振降噪性能 使用改性沥青主要从多孔性沥青路面特殊结构的性能方面考虑 为了提高沥青与集 料的粘结力 提高多孔性沥青路面高 低温性能以及耐久性 否则就做不成性能优越的 多孔性沥青路面 同时 因为多孔性沥青混合料矿料组成以粗集料为主 其比表面积小 能够吸收的沥青少 结构沥青的比例就降低 使用高粘度改性沥青同时掺加纤维等稳定 剂后 最佳沥青用量增大 结构沥青比例增大 沥青更为完满地粘附于矿料表面 使沥 青与矿料之间的粘结力在某一限度内随着沥青用量的增加而增大 当沥青足以形成薄膜 并充分粘结矿料表面时 沥青混合料具有最大粘聚力 为了提高多孔性沥青混合料耐侯 性 抗集料飞散性 水稳定性 耐流动性等性能要求 一般情况下考虑耐久性和降噪性 能持久性采用高粘度改性沥青 2 1 3 沥青结合料选择依据 1 高温性能 对于多孔性低噪声沥青混合料 与普通密级配沥青混合料不同的是骨料多 细集料 少 且级配类型为间断级配 矿料互锁嵌挤作用及沥青结合料对骨料的粘结作用有助于 提高混合料高温稳定性能 为了保证多孔性低噪声沥青混合料在高温环境下仍然保持良 好的高温稳定性能 采用的沥青必须有较高粘度 粘稠性和较高软化点 以及具有较高 的劲度 同时与集料的粘附性好 2 低温性能 沥青结合料的低温性能对多孔性沥青混合料低温性能影响较大 所以选择沥青结合 料时需要选择低温性能优良的结合料 路面温缩裂缝对沥青结合料的劲度十分敏感 沥 7 第二章多孔性低噪声沥青混合料原材料 青结合料用量与劲度是解释温度开裂的关键性指标 沥青结合料的低温延度和低温针入 度对混合料低温性能影响较大 针入度大 延度大的沥青结合料有较低的劲度模量 同 时研究表明 5 c 针入度与脆化点温度有较好的相关关系 标准差仅2 c 1 6 脆化点温度 o 7 2 p 1 8 2 其中p 为5 c 针入度 所以 沥青结合料的低温性能可以由低温针入度 延度或脆化点温度等指标来评价 3 抗松散性能 多孔性低噪声沥青混合料细集料偏少 形成的沥青胶浆也较少 并且在交通荷载的 冲击作用下 粗集料点一点接触处极易发生颗粒松散造成路面损坏 所以 多孔性低噪 声沥青混合料抗松散性能十分重要 沥青结合料性能及用量直接影响混合料抗松散的性 能 沥青用量少 集料颗粒表面沥青膜较薄 沥青粘滞性差等情况下多孔性沥青混合料 极易松散 可采用c a n t a b r o 磨耗试验对抗飞散性能进行评价 7 1 4 抗老化性能 多孔性低噪声沥青混合料空隙率高达2 0 以上 一年四季受到日照 水 温度变化 行车荷载等因素的影响 路面结构内部与自然环境接触的面积大大增加 水在空隙中形 成网络流动 紫外线作用更加强烈 老化现象必然加剧 所以沥青结合料的抗老化性能 对提高混合料耐久性有十分重要的作用 沥青抗老化性能技术指标可以选择r t f o t 后 沥青残留物的针入度 粘度 延度及脆点来评价 2 1 4 技术要求分析与研究 一 主要特征 基于多孔性沥青混合料耐久性的包裹力 高粘结力和一定厚度的沥青薄膜以抵抗 老化和水损坏等因素 多孔性低噪声沥青混合料所用沥青应该具备以下主要特征 1 粘附性大的沥青 同时具有高韧度和高抗拉强度 混合料有极强的包裹与粘附 等稳定性能 以提高集料的抗飞散性 2 抗老化能力强的高粘度沥青 沥青膜有足够的厚度 以提高混合料耐侯性 3 使用软化点及6 0 c 粘度指标较高的沥青 沥青具备耐流动性 在重交道路上应 用时混合料应具备较高的抗塑性变形能力 二 国外技术要求 日本对透水性沥青路面所用结合料进行了深入研究 他们专门配制了高粘度沥青 结合料用于多孔性沥青混合料 并提出了高粘度改性沥青的特征标准 日本 排水性 路面技术指南 规定 使用对抗集料飞散性 耐候性 耐水性 耐流动性等功能较高 长安大学硕士学位论文 的沥青 即使用高粘度改性沥青或改性沥青i i 型 i 型 但是在实际使用 k n 考虑耐 久性 降噪功能持久性 多使用高粘度改性沥青 所谓高粘度改性沥青 即6 0 c 绝对粘度在2 0 0 0 0 p a s 以上的沥青 目前日本高粘度改性沥青特征标准如表2 2 表2 2 日本高粘度改性沥青的特征标准m 技术指标特征标准 针入度2 5 2 o 1 m m 4 0 软化点 8 0 延度1 5 锄 5 0 闪点c o c 2 6 0 薄膜加热质量变化率 0 6 薄膜加热针入度残留率 6 5 抗拉强度2 5 n m 1 5 1 5 0 韧度2 5 n m 2 0 2 0 0 粘度6 0 p a s 2 0 0 0 2 0 0 0 0 表2 3 日本0 f c 路面结合料性状调查表 1 技术指标平均最小最大 针入度2 5 0 1 m m 5 1 84 1 07 0 0 软化点 9 0 o 8 3 o1 0 1 5 针入度指数 5 64 87 o 延度1 5 c m 9 4 56 5 01 1 7 0 脆点 弗拉斯法 2 5 0 3 4 0一1 8 o 闪点c o c 3 1 6 o 2 8 0 03 6 0 0 粘韧性2 5 c k g c m 3 1 7 02 6 0 0 3 8 5 0 韧性2 5 2 k g c m 2 3 6 01 8 5 0 2 9 5 0 动力粘度6 0 p a s 6 7 2 0 02 3 9 0 0 1 1 6 0 0 0 9 第二章多孔性低噪声沥青混合料原材料 表2 4 西班牙多孔性路面结合料性质 7 1 技术指标b 6 0 7 0聚合物改性沥青 针入度2 5 0 1 m r n 6 5 7 0 软化点 5 06 8 针入度指数p i 一0 51 9 塑性温度范围 5 88 1 脆点 弗拉斯法 8 1 3 粘韧性2 5 蚝 e r a 7 52 2 9 韧稠性2 5 k g 咖 41 5 7 表2 5 新加坡排水性沥青路面结合料性能m 技术指标埃索f l e x x i p a v e 针入度2 5 0 1 m m 5 5 软化点 6 2 粘度 1 3 5 c s t 1 5 0 s t1 0 0 0 5 0 0 粘韧性2 5 j 8 0 韧稠性2 5 j 2 7 日本0 g f c 路面所用高粘度沥青软化点平均高达9 0 比普通沥青高约4 0 6 0 粘度平均达6 7 2 0 0p a s 几乎是普通沥青的2 0 0 倍 但是 采用这种高粘度沥青在 1 6 0 拌和时 拌和机的负荷并不增大很多 故不用提高拌和温度 从西班牙采取的在沥青8 0 1 0 0 中掺加e v a 配置成聚合物改性沥青的性质来看 聚合物改性沥青高低温性能都有较大幅度的提高 同时也具有很好的粘附性和柔韧性 在抗塑性变形和抗松散等方面的性质都优于6 0 7 0 埃索公司认为 作为排水性沥青路面的沥青结合料 应具有如下性质 即不太高 的粘度 但是高温时要有较高的粘滞性或者说粘稠性 但低温时不发脆 与集料有良 好的粘附性 还要有良好的耐老化性能 从日本 西班牙 新加坡三个国家多孔性沥青混合料的结合料综合对比可以发现 日本对结合料的高粘度 粘稠性 高软化点 柔韧性和抗老化性能等指标要求极其严 格 对于多孔性沥青混合料来说 由于其级配石石接触的特点使得矿料接触面小 因 而必须保证沥青粘结料良好的高温粘结性能 使多孔性沥青混合料在高温条件下稳定 1 0 长安大学硕士学位论文 性好 而多孔性沥青混合料由于空隙率大 必须保证沥青粘结料良好的抗老化性能 三 国内技术要求及分析 多孔性低噪声沥青混合料一般采用改性沥青提高结合料高温粘度 高低温性能和 抗老化性能等 并大幅度地提高混合料性能 我国对聚合物改性沥青和0 g f c 用高粘度 改性沥青提出了技术要求 对多孔性低噪声沥青混合料结合料的技术要求分析与研究 有重要的参考意义 表2 6 我国o g f c 用高粘度改性沥青的技术要求哺1 试验项目单位技术要求 针入度2 5 不小于0 1 m m4 0 软化点不小于 8 0 延度1 5 c不小于锄 5 0 闪点不小于 2 6 0 薄膜加热质量变化率 不大于 o 6 粘韧性2 5 不小于n m2 0 韧性2 5 不小于 n m1 5 粘度6 0 不小于 p a s2 0 0 0 0 表2 7 我国聚合物改性沥青技术要求嘲 s b s 类 i 类 s b r 类 i i 类 e v a p e 类 类 指标 iiiii ii ii i i i i a b c d a b c h b c一d 8 06 0 3 0 8 0 6 0 4 0 3 0 针入度 2 5 6 一 不小于 d m m 1 0 01 0 0 8 0 8 0 1 0 01 0 06 01 0 01 0 06 04 0 软化点 不小于 c 4 55 05 56 04 54 85 04 85 25 66 0 闪点 不小于 c 2 3 02 3 02 3 0 粘韧性 不小于 5f n m 韧性 不小于 n m 2 5 薄膜加热质量变化 1 o1 01 o 率 不大于 薄膜加热针入度残 5 0 5 5 6 06 55 05 56 05 05 55 86 0 留率 不小于 箱 口多扎性低 声 青混台料鲰材科 试验采用基质沥青为韩国生产的s k 7 0 沥青 改性剂为h 本株式会社生产的高粘度 改性沥青添加剂t a f p a c k s u p e r 简称t p s 其主要成分为热塑性橡胶 再配以粘结性 树脂和增塑剂等其他成分 用机械搅拌混台方式能使普通沥青改良成为多孔性沥青路面 用的高粘度枯结剂 图21t p s 改性剂圈22 室内制各改性沥青试验 表28t p s 特性分析 特性效果 软化点高高温抗流动性高 6 0 粘度高不易堵塞 高温枯稠性好 延伸性大不易产生裂纹 抗剥离性好架料抗e 敞 高温时枇性得以控制 澌青不流淌 易摊铺 室内制备t p s 改性沥青的方法如下 l 确定要制备的改性沥青总量 5 0 0 1 0 0 0 9 2 根据总量计算t p s 改性荆的质量 3 将 2 中准备的t p s 改性剂装入金属容器 加入与改性剂相同量的基质沥青进行 混合 4 在1 7 0 1 8 0 x 3 加热状态下搅拌 或翦切 直至t p s 改性剂溶化均匀 然后一点点 的加入基质沥青 5 反复进行第 4 步操作 直到将所有基质沥青全部加入搅拌 或剪切 均匀为止 篮一0 鬣 o 蓝 长安大学硕士学位论文 表2 9 沥青结合料基本技术性能 试验项目 单位 s k 7 0 基质沥青t p s 改性沥青 1 6 软化点 7 2 2 9 1 2 针入度2 5 l o o g 0 5 s 0 o l m m4 7 3 4 5 8 延度 1 5 c m 1 5 0 1 5 0 6 0 c 动力粘度 p a s 2 7 62 1 2 0 0 0 蜡含量 1 8 21 7 8 闪点 3 2 93 3 8 溶解度 9 9 9 79 9 8 6 密度 1 5 g c m 3 1 0 4 4 1 0 3 0 由表2 9 试验数据得 普通沥青掺加1 6 t p s 改性剂后 其耐热性能得到提高 感 温性能得到改善 具体表现为 软化点高 6 0 c 粘度高 针入度小 温度敏感性小 改 性沥青低温延度较大 而低温延度与沥青路面的开裂有紧密关系 粘结性能改善 这会 提高沥青与骨料的粘结性及混合料力学性能 表2 1 0 不同t p s 剂量改性的沥青结合料性能 s k 7 0 试验项目单位0 t p s1 0 t p s1 5 t p s2 0 t p s高粘沥青标准 针入度2 5 c 0 1 m m4 7 34 34 03 5 4 0 软化点 7 2 27 98 99 5 8 0 延度1 0 锄 1 86 16 77 8 粘度6 0 p a s1 7 2 5 8 5 01 1 7 0 0 0 9 2 3 0 0 0 2 0 0 0 0 韧性2 5 n m2 2 4 1 71 3 1 5 粘韧性2 5 n m43 02 52 3 2 0 由表2 1 0 试验数据可得 掺加t p s 后沥青针入度明显减少 软化点大幅度提高 表明沥青高温稳定性提高 低温延度增大 提高了沥青低温延伸性能 1 5 t p s 掺量6 0 粘度远超过高粘沥青技术要求 韧性与粘韧性在i o t p s 达到 驼峰 综合可得 t p s 掺量在1 0 一 1 5 是比较合理的 2 0 左右掺量则使6 0 c 粘度过大 造成泵送困难 同时 针入度过小 沥青过硬 并且经济上浪费 第二章多孔性低噪声沥青混合料原材料 表2 1 1 不同t p s 剂量改性的沥青结合料性能 壳牌a 1 1 7 0 3 5 1 壳牌壳牌壳牌 项目单位 壳牌a h 7 0 a h 7 0 1 0 a h 7 0 1 2 a h 7 0 1 4 t p s 改性剂 改性剂 2 5 针入度 0 1 m m6 3 4 84 54 3 1 5 c m 1 5 0 8 7 51 0 59 3 延度 软化点 4 9 7 58 0 58 9 2 5 n m3 5 6 2 2 9 42 6 4 32 3 4 6 韧度 n m 2 5 n m1 3 41 9 1 3 1 8 9 91 4 3 4 粘韧度科 m 薄膜加热试验 质量损失 o 1 0 3 o 0 7 0 0 0 7 8 0 0 7 6 1 6 3 5 h 针入度比 7 4 68 7 59 1 19 3 o 表2 1 2 不l u jt p s 剂量改性的沥青结合料性能 壳牌a h 9 0 1 3 5 1 壳牌壳牌壳牌 项目单位壳牌a h 9 0 a h 9 0 l o a h 9 0 1 2 a h 9 一1 4 改性剂改性剂改性剂 2 5 针入度 0 1 m m 8 1 6 2 5 55 l 1 5 c i i l 1 5 0 1 2 41 1 5 51 1 0 5 延度 软化点 4 57 8 58 68 8 2 5 n m 2 6 91 7 0 83 1 9 92 9 0 5 韧度 n m 2 5 n m 1 1 21 4 9 42 8 7 72 1 6 6 粘韧度 n m 薄膜加热试验 质量损失 o 1 1 6 o 0 5 5 o 0 5 6 o 0 7 1 1 6 3 5 h 针入度比 7 3 38 2 58 7 39 2 2 分析表2 1 l 和标2 1 2 可得 掺加t p s 后沥青针入度明显减少 软化点大幅度提高 表明沥青高温稳定性提高 低温延度与表2 1 0 略有差别 呈现先增大再缓慢减小的趋势 沥青低温延伸性能表现不同 主要原因是基质沥青与t p s 匹配性差别造成 表2 1 1 和表 2 1 2 改性沥青韧性与粘韧性在1 2 t p s 达到 驼峰 也是与基质沥青性质有关 所以改 1 4 长安大学硕士学位论文 性剂用量一般应为1 0 1 5 是合理的 本文在对多孔性沥青混合料结合料基本性能研究的基础上 结合国内外多孔性沥青 混合料结合料技术要求进行分析 可以得出以下结论 1 多孔性沥青混合料结合料宜采用高粘度改性沥青 对于排水性沥青混合料 多孔性低噪声沥青混合料及o g f c 用混合料 考虑到混合料优良的常规路用性能 均需 要选用高粘度改性沥青 且高粘度改性沥青达到技术要求 2 多孔性沥青混合料高粘度改性沥青软化点技术指标与6 0 c 粘度都是反映沥青 结合料高温性能 软化点及6 0 c 粘度具有一定相关性 其绝对值不能过大 过大则造 成混合料施工过程中机械泵送困难 同时沥青过硬 所以 高粘度改性沥青改性剂掺量 不宜过大 日本高粘度改性沥青特征标准要求软化点高于8 0 6 0 c 粘度大于2 0 0 0 0 p a s 根据日本o g f c 路面结合料性状调查可以得出 结合料软化点均高于8 0 c 最 高达到1 0 1 5 c 针入度 2 5 均大于4 0 0 1 m m 最大为7 0 o 1 m m 6 0 c 粘度 均值为6 7 2 0 0p a s 最小为2 3 9 0 0p a s 大于2 0 0 0 0p a s 的技术要求 结合t p s 改性沥青性能可以得出 软化点高于8 0 c 及针入度大于4 0 0 1 m m 的技术要求是合理 的 而6 0 c 粘度与软化点及针入度相关性很大 其技术要求大于2 0 0 0 0p a s 偏低 可以要求结合料6 0 粘度控制在5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 p a s 的范围 3 多孔性沥青混合料结合料抗老化性能是重要技术指标 高粘度改性沥青薄膜 加热质量变化率不大于0 6 薄膜加热针入度残留率不小于6 5 而我国聚合物改性沥 青技术要求中薄膜加热质量变化率不大于1 o 薄膜加热针入度残留率根据类型不同 不小于5 0 6 5 其技术要求没有多孔性沥青混合料结合料要求严格 对于多孔性低噪 声沥青混合料 其结合料的抗老化性能宜要求严格 可以参考多孔性沥青混合料高粘度 改性沥青技术标准 2 2 集料 2 2 1 粗集料 由于多孔性沥青混合料以粗集料为主体 占7 0 8 5 所以粗集料的质量极为重 要 多孔性沥青混合料形成的是石石嵌挤骨架结构 与普通密级配沥青混凝土相比 混合料集料之间的接触面积减少了约2 5 接触点间的应力提高 因此骨料的性质 形状以及粒度 级配等都会对混合料的性能有很大影响 在进行多孔性沥青混合料设 计时对骨料选择就显得尤为重要 第二章多孔性低噪声沥青混合料原材料 一 岩类 对于粗集料的质量标准 考虑到路面的抗滑性能和良好的抗车辙能力 美国和欧洲 要求排水性沥青混合料的粗集料不能使用较纯石灰岩和易磨光的集料 粗集料可采用玄 武岩或花岗岩 也可选用辉绿岩和角闪岩 视粗集料的特性而定 玄武岩虽然物理特性 好 但德国的高等级公路应用最多的是辉绿岩 很少使用玄武岩 认为玄武岩长期处在 高温阳光照射下 表面会出现斑点和裂纹 最终导致与沥青剥离田1 所以 对于粗集料 岩性的选择 应该衡量材料各方面的特性而确定 二 国外技术要求 在多孔性沥青路面经验比较丰富的国家和地区 对粗集料性质有严格的要求 对 于多孔性低噪声沥青混合料用粗集料 粗集料应质量均匀 洁净 干燥 无风化 无 杂质 表面有粘土或灰尘包裹会妨碍集料与沥青的粘附性 并且应有足够的强度 耐 磨耗性 抗冻性 耐腐蚀性 抗冲击性 抗破碎性以及与沥青的良好粘附性 表2 1 3 是世界各国 或地区 对多孔性沥青路面粗集料技术要求n 1 表2 1 3 各国 或地区 对多孔性沥青路面粗集料的技术要求 1 1 美国美国 项目 日本 西班牙瑞典台湾 f m 队 n c h r p 洛杉矶磨耗率 2 5 3 0 3 0 2 0 3 0 3 5 扁平 细长颗粒 3 1 1 5 2 0 2 5 7 扁平 细长颗粒 5 1 5 l o 一个以上破碎面 9 0 i 0 0 两个以上破碎面 7 5 9 07 5 1 0 0 9 0 表干密度 2 4 5 吸水率 2 3 三 我国技术要求分析 1 技术标准 多孔性低噪声沥青混合料以粗集料为主体 所以粗集料的质量极为重要 它直接决 定路面的抗滑性能 同时对路面结构的强度与耐久性 混合料稳定性等有重要的影响 关于粗集料的技术要求中 按其性质可以分为两大类 资源特性 加工特性 密度 压 碎值 磨光值等属于资源特性 石料级配组成 针片状含量等属于加工特性 我国对沥 青混合料用粗集料提出了质量技术标准 如表2 1 4 1 6 长安大学硕士学位论文 表2 1 4 我国沥青混合料用粗集料质量技术要求 8 高速公路 一级公路 指标单位 s m a 表面层 石料压碎值 不大于 2 6 2 5 洛杉矶磨耗损失率 不大于 2 83 0 表观密度 不小于 t m 32 6 02 6 0 吸水率 不大于 2 o 坚固性 不大于 1 21 2 针片状含量 不大于 1 5 1 5 水洗法 9 0两个面 9 0 表2 1 5 西安咸阳机场高速公路低噪声沥青路面上面层粗集料质量要求u i 技术指标单位试验值 角闪岩 技术要求 石料压碎值 不大于 1 8 62 0 洛杉矶磨耗损失率 不大于 1 8 22 0 表观密度 不小于 2 7 5 2 6 0 吸水率 不大于 1 6 52 坚同性 不大于 4 08 针片状含晕 不大于 o 5 71 0 软石含量 不大于 2 33 粗集料磨光值 不小于 b p n4 64 5 与沥青粘附性 不小于级 44 石料冲击值 不大于 1 0 21 5 本文分析表2 1 3 表2 1 4 表2 1 5 相关技术要求可以得出 表2 1 3 对粗集料磨 1 7 第二章多孔性低噪声沥青混合料原材料 耗值及针片状含量等要求比较严格 分析原因 需要从路面表面功能角度分析 因为 o g f c 是抗滑磨耗层 对安全性能要求突出 所以对抗磨耗等指标要求严格 对比分析 表2 1 4 和表2 1 5 可得 石料压碎值 冲击值 磨耗值对多孔性低噪声混合料性能影响 十分大 并提出了石料压碎值不大于2 0 的技术标准 而我国高速公路 一级公路表面 层仅要求石料压碎值不大于2 6 s m a 路面要求石料压碎值不大于2 5 我国高速公路 一级公路表面层要求石料洛杉矾磨耗损失率不大于2 8 s m a 路面要求石料洛杉矾磨耗 损失率不大于3 0 而多孔性低噪声混合料用磨耗值则提高至不大于2 0 并增加了石 料冲击值不大于1 5 的技术要求 对于石料的加工特性 低噪声沥青路面要求粗集料针 片状含量小于1 0 有的技术要求甚至要求小于5 比我国高速公路 一级公路表面层 及s m a 路面要求粗集料针片状含量小于1 5 有大幅度的提高 这对路面空隙率的持久性 及混合料稳定性能是非常必要的 分析原因 为防止混合料在压实过程中破碎较多 导致空隙变化而影响路面降噪 性能 所以对粗集料压碎值指标也提出了较高要求 美国要求o g f c 所用粗集料的洛杉 矶磨耗