温拌沥青路面混合料压实特性研究毕业论文.doc

温拌沥青路面混合料压实特性研究毕业论文目 录第一章 绪论11.1课题提出及研究意义11.1.1 课题研究背景11.1.2 课题研究意义21.2 国内外研究现状41.2.1 国外发展状况41.2.2 国内发展状况61.2.3 存在的问题121.3 本文主要研究内容121.3.1 主要研究对象121.3.2 主要研究内容121.3.3 研究预期目标13第二章 温拌沥青制备工艺及试验方法152.1 原材料性质152.1.1 沥青性质152.1.2 温拌沥青改性剂性质152.2 温拌改性沥青制备工艺162.3试验方法182.3.1沥青试验方法182.3.2沥青混合料试验方法19第三章 温拌沥青粘度特性研究223.1 沥青粘度概述及测试方法223.1.1 沥青粘度概述223.1.2测试方法233.2 温拌沥青的粘度与剪切速率关系243.3 温拌沥青粘度与温度关系283.4温拌沥青粘度与施工温度控制343.5 本章小结35第四章 温拌沥青混合料配合比设计374.1 沥青混合料目标配合比设计374.2 沥青混合料生产配合比设计374.2.1 集料性质试验374.2.2 级配结构设计38第五章 温拌沥青混合料压实特性研究.415.1 温拌沥青混合料的拌和及压实温度425.2 温拌沥青混合料马歇尔击实特性研究435.2.1 通过马歇尔击实研究ES70#温拌沥青混合料压实特性435.2.2 通过马歇尔击实研究SBS温拌改性沥青混合料压实特性455.3 温拌沥青混合料旋转压实特性研究485.3.1 通过旋转压实研究ES70#温拌沥青混合料压实特性485.3.2 通过旋转压实研究SBS温拌沥青混合料压实特性515.4 温拌沥青混合料轮碾压实特性研究545.5 小结56第六章 温拌沥青混合料的性能研究576.1 温拌沥青混合料的高温性能576.2 温拌沥青沥青混合料的水稳定性596.3 温拌沥青混合料的低温性能616.4 小结64第七章 应用温拌沥青混合料铺筑试验路段657.1 试验路的铺筑与检测657.1.1 生产配合比657.1.2 施工工艺657.2 试验路检测667.3 温拌沥青混合料效益评价697.3.1 降低施工温度697.3.2 节省能源和沥青资源707.3.3 减少排放717.3.4 改善施工环境727.3.5 减缓沥青老化737.3.6 改善路面压实性能737.3.7 提高生产效率、降低施工成本737.3.8 适合于特殊施工737.4 小结74第八章 结论与展望758.1 主要结论758.2 展望76致谢77参考文献78在学期间发表的论著及取得的科研成果80 第一章 绪论 13第一章 绪论1.1课题提出及研究意义1.1.1 课题研究背景本论文主要依托重庆交通科研设计院根据云南交通运输厅科技项目“温拌沥青混合料应用技术研究”课题开展研究。我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐。这种状况与经济结构不合理、增长方式粗放直接相关。中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要提出了“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20左右，主要污染物排放总量减少10的约束性指标。这是贯彻落实科学发展观，构建社会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路；是提高人民生活质量，维护中华民族长远利益的必然要求。到2010年，中国万元国内生产总值能耗将由2005年的1.22吨标准煤下降到1吨标准煤以下，降低20左右；单位工业增加值用水量降低30。“十一五”期间，中国主要污染物排放总量减少10，到2010年，二氧化硫排放量由2005年的2549万吨减少到2295万吨，化学需氧量由1414万吨减少到1273万吨；全国设市城市污水处理率不低于70，工业固体废物综合利用率达到60以上。近年来，我国的公路交通事业突飞猛进，但同时对环境的污染、能源的消耗是“贡献”不小的一个行业。特别是“十五”以来，我国公路建设取得了前所未有的大发展，公路建设投资屡创新高、通车总里程快速增长、高速公路迅速发展。“十五”期间，全社会公路建设累计完成投资1.98万亿元，年均增长18.7，超过建国头51年完成的投资总和。进入“十一五”后，公路建设投资继续保持较高水平，到2007年底，全国公路通车总里程达358.37万公里，其中高速公路5.39万公里，一级公路5.01万公里，二级公路27.64万公里，网络规模和高速公路里程居世界第二位，二级公路占有很大比例。农村公路建设突飞猛进，全国通公路的乡（镇）占全国乡（镇）总数的98.96，通公路的建制村占全国建制村总数的88.24%2。而2008年全年全社会完成公路等基础设施建设投资7930亿元，其中公路建设完成投资6645亿元，到2008年底，全国公路总里程达到368万公里，公路通车总里程和公路密度比1978年增长3倍多。自1988年我国开始建设高速公路以来，中国高速公路建设向世界前列高速发展。1998年底，我国高速公路通车总里程达到6258公里，居世界第八；2001年底达到1.9万公里，居世界第二。我国2008年新修通高速公路6433公里，高速公路通车总里程达到6.03万公里，继续居世界第二位。2008年，全社会完成农村公路建设投资1887亿元，新改建农村公路39.1万公里，其中沥青（水泥）路26.3万公里。截至2008底，全国乡镇通沥青（水泥）路率达88.7，东、中部地区建制村通沥青(水泥)路率分别达89.7、79，西部地区建制村通公路率达78.13。在高速公路中，沥青路面以其众所周知的良好使用性能受到世界众多国家的青睐。在我国，沥青路面也得到了广泛的应用，在已建成的高等级公路中占了绝大部分，有资料表明，国内近期在建、重建或大中修的高速公路、一级以及国道主干线有90以上采用了沥青路面。国际上，沥青路面的使用一般占到80左右的比例4。我国由于水泥工业比较发达，这个比例在50左右，但高速公路和高等级路也能达到805。目前，道路建设中的沥青路面基本上都采用的是传统的热拌沥青混合料HMA6，这种沥青混合料的加热通常都在150180，摊铺和碾压时的温度不低于120。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人员的身体健康。据资料显示7 8：在生产沥青混合料的过程中，温度每升高10，每吨混合料将多产生0.9kg的CO2排放量，将混合料温度减低30时，改性沥青混合料C02排量削减13，普通沥青混合料削减14。见表1.1所示。表1.1 沥青混合料生产过程中温度与C02排放量关系图Table1.1 The relationship between the quantity of the C02 exhausts and the temperature of the asphalt production混合料拌和温度()130140150160170180C02排放量(kgt)15.916.717.618.519.420.31.1.2 课题研究意义为保护环境、节约能源，在20世纪90年代中后期欧洲及美国等国家开展了温拌沥青混合料WMA（Warm Mix Asphalt）的研究9，其目的是通过降低沥青混合料的拌和与摊铺温度，达到降低沥青混合料生产过程中的能耗与C02等气体及粉尘排放量的目的，同时保证温拌沥青混合料具有与热拌沥青混合料基本相同的路用性能和施工和易性等10 12 13.通过总结国内外现有资料，温拌沥青混合料除了与普通热拌沥青混合料的路用性能基本一致之外，由于温拌沥青混合料在生产、拌和、摊铺、压实时比普通热拌沥青混合料的温度要低20左右，因而还具有以下的几个特点： 减少排污，能减少CO、C02和粉尘等有害物质的排放，减少对环境的污染和对人的身体健康损害：如图l.l和图1.2所示。 图1.1热拌沥青混合料装车 图I.2温拌沥青混合料装车Fig1.1、1.2 The emissions between the HMA and WMA 图1.3热拌沥青混合料摊铺现场 图1.4温拌沥青混合料摊铺现场Fig1.3 The scene of Pave the HMA Fig1.4 The scene of Pave the WMA 降低能源消耗，WMA能减少30左右的能源消耗14； 利于施工组织，低排放利于搅拌场的设置，同时，运输距离允许更长； 可在较冷天气时施工，同时铺好后冷却到可通车温度条件时较快，缩短开放时间，比如临时紧急施工或修补； 提高路面性能。相对低温拌和施工可以减少沥青的氧化由此可减少温度裂缝、网裂等； 较低的生产设备损耗。由于生产温度的降低，沥青混合料生产过程中对钢铁制成的生产设备的损耗也相应降低，可以延长设备使用期，降低成本； 起助碾作用，使较硬的沥青混合料能够便于碾压密实，2005年6月，美国马里兰州公路局在路面修补时采用了Sasobit作为助碾荆，起到了良好的效果15 ； 可以解决由于超薄沥青混合料施工时由于温度降低过快而引起的碾压不密实的缺陷16； 减少道路施工现场压实设备的数量。1.2 国内外研究现状温拌沥青混合料（WMA）是使用特定的技术或添加剂，使温拌沥青混合料的拌和及施工温度介于热拌沥青混合料（150180）和冷拌（常温）沥青混合料之间，性能达到或基本达到热拌沥青混合料的新型沥青混合料的统称。1.2.1 国外发展状况温拌沥青混合料首先是在欧洲由Shell公司和Kolo.veidekke公司于1995年联合开发，并于1996年进行了现场试验。由于温拌沥青混合料具有节能、环保等优点，越来越得到人们的重视，其使用量也不断增加：2001年温拌沥青混合料的使用量达8000t，2002年增长到15000t，2003年高达30000t17 18。从WMA使用量的大幅提高上，可以看出WMA的发展势头非常好19 20。目前，世界上已经研制出近几十种温拌方法和添加剂21，已成功推向市场的就十多种。主要形成了以下4种主要生产方式22： 泡沫沥青法（WMA-Foam）。WMA-Foam是在沥青混合料拌和过程中加入由两种单独的沥青（软沥青和硬沥青）所构成的调和沥青，其中硬沥青是以泡沫沥青的形式加入。在拌和过程中，首先将软沥青在约110加入，并拌和使其充分覆盖在集料表面；再将硬沥青以泡沫沥青的形式加入其中拌和均匀。泡沫硬沥青和软沥青结合在一起共同形成所要求的沥青性能。这种方法成功与否的关键在于软沥青与硬沥青品种的选择及其合适比例的确定，而且在第一步拌和中保证软沥青对集料的充分覆盖以隔断水分与集料表面的接触，是确保沥青混合料路用性能的关键。据资料介绍：这种温拌沥青制备方法可以减少30%的燃料消耗以及30%的二氧化碳排放量 23。 沥青矿物法(Aspha-Min)。它可以使沥青中充满泡沫。Aspha-Min是德国Eurovia Services Gmbh公司的产品，它是一种很细的白色粉末，其内部含有占其体积21%的水分，这些水分会在85182温度下释放出来，所以，在拌和沥青混合料时，Aspha-Min和沥青同时加入，释放出的水分会导致胶结料体积膨胀形成泡沫沥青，这会使其和易性增加并使得沥青可以在较低的温度下充分覆盖集料，即可以降低沥青混合料的拌和温度。Eurovia公司对Aspha-Min的推荐掺量是沥青混合料体积的0.3%，同时可以降低沥青混合料拌和温度约12，效果良好。2004年2月16号在美国奥兰多做了一个比对项目，其目的是检验Aspha-Min的沥青混合料与传统热拌沥青混合料相比，其摊铺温度的降低、施工和易性、压实度及体积性质的变化。该项目得出的结论是：掺Aspha-Min的沥青混合料比传统的热拌沥青混合料摊铺温度降低15，但是降低温度后对沥青混合料的体积性质、马歇尔稳定度、施工和易性及路面压实度都没有出现负面影响。这说明采用Aspha-Min可以产生良好的WMA 24。 有机添加剂法。加入低熔点的有机外加剂从而从化学上改变沥青的粘温曲线，这种有机外加剂有：合成蜡状物和低分子量的酯（这是目前成功应用的两类外加剂）这两类物质熔点大约在99，在高于熔点的温度时会极大的降低沥青粘度并提供良好的流动性，这类有机外加剂目前有两类典型产品：sasobit-一种固体石蜡；Asphaltan B-一种低分子量的酯化蜡。Sasobit是一种窄分布的合成饱和碳氢化合物的混合物，是一种长链脂肪烃。它的熔点在100左右，而且可以完全溶解在温度高于115的沥青中，降低沥青的粘度，使得拌和温度降低712。在温度低于熔点时，sasobit在沥青中形成网状晶格结构，增加沥青的热稳定性，提高路面在使用温度范围内的抗车辙能力。有建议说sasobit的推荐掺量是沥青用量的3%，但不能超过4%（过高将会导致沥青的低温性能的下降）sasobit在高温时简单的机械搅拌即可均匀溶解分布于李庆忠，不需要进行高速剪切搅拌。Sasobit在2003年法兰克福机场的重建过程中得到非常成功的应用。由于法兰克福机场是欧洲的重要交通枢纽，重建工程要求不能影响航班的起降，所以只能在夜间分成小块施工，且必须能很快的让飞机正常起降。在招标合同中注明了对沥青混合料的施工温度的要求，规定为125铺面温度，这是传统热拌沥青混合料所达不到的。为了使沥青混合料在低温下能够顺利摊铺，承建方选择了加入sasobit制备温拌沥青混合料，结果施工温度比平时降低了50（与平常采用的改性沥青混合料相比），摊铺碾压过的路面温度约为100，经过1.5小时以后，大约会在冷却15，这样一来，就能让330t重的飞机降落时不至于跑道损坏，这项技术取得了圆满的成功，同时证明采用sasobit生产温拌沥青混合料的可行性。 Asphaltan B是一种褐煤萃取甲苯时的副产品，其推荐掺量在2%4%之间，其熔点在100左右，Romonta公司介绍Asphaltan B的性能与sasobit相似，既可以降低沥青粘度、降低拌和温度，又可以提高沥青混合料的抗车辙性能。 乳化沥青温拌法（EWMA）。这是美国新开发的一项技术。Evothern采用了化学外加剂和沥青分散技术。它的化学外加剂包含了乳化剂、提高裹覆能力及沥青混合料施工和易性、提高粘附力等多种作用的改性剂。这些改性剂分散在含有70%的沥青的乳状液中，形成了Evothern。与传统沥青不同的是，Evothern在80的情况下储存。当它与热集料拌和的时候，乳液中的水以蒸汽的形式释放出来，使其形成与热拌沥青相似的对集料的裹覆情况。MeadWestvaco的报告指出工程实践证明了应用Evothern可以使拌合温度比HMA低38，意味着生产这种沥青混合料时能使能源消耗节约约55%，同时减少45%的CO2和SO2、60%的NOX排放。这对节约能源，保护环境具有重大的意义。 目前，随着各个国家对于温拌沥青技术的日益重视，沥青温拌应用技术的研究和开发也日益成为道路技术界的关注热点。迄今为止，全球已经铺筑了数十条WMA相关技术的试验路，其中包括： 2005年9月，美国联邦公路管理局（FHWA）在马里兰州925号州际公路修筑了再生HMA和WMA的对比试验路。其中WMA路段长4 km，用于表面层，层厚25mm，含有35的再生料。WMA采用有机添加剂法，混合料中添加1.5（相对于沥青）的Sasobit。2005年6月在德国的重要工商业和交通中心法兰克福机场使用Sasobit铺筑试验路，在23小时内承受最重的飞机。2005年秋季，在美国国家沥青技术中心的环道上铺筑了3段WMA试验路，用于预估在加速加载条件下WMA的车辙。WMA采用美国Mead Westvaco公司的Evotherm温拌沥青混合料技术。试验段于2005年对原环道路面先铣刨一定深度后重新铺筑，是原来试验环道的改建项目。施工过程采用红外热像监控，由于WMA混合料温度相对较低，因此很少产生温度离析。由于压实温度、材料厚度的降低，使得WMA的压实效果优于HMA。经过43天515333次的ESAL作用后，HMA路段和WMA路段都显示出良好的抗车辙性能。 2006年6月在美国威斯康辛州Ryan路，Howell大道至STH32，STHl00，Milwaukee工程中铺筑试验路。 2007年8月在美国黄石公园使用sasobit进行试验段铺筑。较为普遍的使用是sasobit，自1997年以来已有超过142个工程使用拌添加剂sasobit，铺筑面积达2,271，499平方米27，工程涉及到澳大利亚、比利时、中国、捷克、丹麦、法国、德国、匈牙利、意大利、马来西亚、荷兰、新西兰、俄罗斯、南非、瑞典、瑞士、英国、美国等国家。其中包含多种石料类型和不同路面（例如普通AC、SMA、OGFC等）。1.2.2 国内发展状况由于温拌技术应用已经有相当数量，NCAT（National Center for Asphalt Technology）的相关研究已经为温拌技术打下了良好的研究基础。美国温拌工作小组的技术工作重心已经转移到建立温拌技术考察体系、长期性能考察以及针对已经完成评估的温拌技术准入和制定规范中来。由于温拌沥青混合料在节能减排、保护环境上的突出优势，同时又兼具热拌沥青混合料的路用性能，所以温拌沥青混合料技术的出现引起了我国公路工程界的极大兴趣。国内相关机构进行了有关温拌沥青混合料的应用技术研究。招商局重庆交通科研设计院、西藏公路管理局等单位在进行改性沥青在西藏高原地区应用技术研究项目中，针对于Sasobit在高原地区的应用情况进行了研究，并铺筑了试验路。交通运输部公路科学研究院开发了RH温拌沥青改性剂及相关的成套技术：通过使用RH温拌沥青改性剂材料配制温拌沥青，使用常规的拌和技术在较低温度下拌和，生产温拌沥青混合料，通过降低沥青结合料的高温粘度使热拌沥青混合料的施工温度降低30左右；并在北京市等有代表性的工程项目中得到成功应用。2006年，西部交通建设科技项目“温拌沥青混合料应用技术研究”立项，作为国家级专题研究项目，交通运输部公路科学研究院、同济大学等主要承担单位对多种温拌技术进行了全面的评估，并积极在各地组织实施多条试验路。江苏省交通科学研究院在浙江省交通厅立项“温拌技术在隧道工程的应用”，2007年在7.6km的台金高速苍岭隧道首次实施了无烟化隧道路面施工。2007年底，辽宁省交通科学研究院主持Sasobit和Evotherm的研究，该项目已经结题并制定了相应温拌技术指南。20072008年，东南大学承担了江苏省温拌技术课题。在总计2006年度和2007年度上海所有试验项目的经验基础上，2008年7月，上海机场道路建设有限公司编制了温拌沥青混合料产品技术标准。2008年7月，浦东路桥公司完成了针对SMA的温拌材料性能评估，得出的动稳定度和抗疲劳显著改善的结论与NCAT和交通部公路科研院的研究结论基本吻合。河北省于2006年引进了温拌沥青混合料技术，并且在多条公路上进行了试验与应用。2009年3月，河北省道路结构与材料工程技术研究中心制订了地方性的标准温拌混合料施工技术指南。近年来，全国各地结合本地区的实际情况，积极开展了温拌沥青混合料应用技术的研究。在国内，目前WMA技术尚未得到广泛的应用，基本以试验路，市政道路为主，在高等级公路上尚未大规模应用。各地应用温拌技术的工程项目主要有28： 北京地区应用情况。2005年9月11月，交通运输部公路科学研究院与北京路桥路兴物质中心合作在110国道辅线昌平段，完成了国内第一段温拌沥青试验路。这是一条基于乳化沥青分散技术的Evotherm温拌沥青混合料路面。采用的拌和温度为120。沥青混合料的技术指标见表1.2，试验路铺设情况见图1.5。从表1.2可以看出，所使用的温拌沥青混合料马歇尔指标和路用性能指标能符合规范要求。表1.2 混合料指标的对比Tab1.2 compare of the mixtures materials index 试验项目测试值JTG F40-2004规范温拌沥青混合料热拌沥青混合料马歇尔稳定度，kN11.313.38冻融劈裂抗拉强度比，%86.381.575浸水马歇尔残留稳定度%85.983.380车辙动稳定度，次/mm205712941000渗水系数，m1/min4040120 图1.5在北京铺设的中国第一条试验路应用效果图Fig1.5 take the WMA paved the first test road of Beijing china 2006年9月在北京铺筑全球第一条SMA温拌沥青试验路，拌和温度为130。沥青混合料的技术指标见表1.3，试验路铺设情况见图1.6。表1.3 改性SMA混合料性能对比Tab 1.3 Compare of the SMA mixtures materials function项目马歇尔稳定度，kN谢伦堡析损失,%肯塔堡飞散,%冻融劈裂抗拉强度比,%车辙试验动稳定度,次/mm渗水系数ml/min温拌改性A137.40.053.092.4538460热拌改性SMA136.20.063.188.051310规范要求60.11580300080图1.6 温拌SMA-13应用效果图Fig 1.6 The warm mix asphalt be used of SMA-132008年5月，北京市将温拌沥青混合技术应用到了举世瞩目的奥运工程交通项目上，其中就包括了北京的中一路上，其应用效果见图1.7。图1.7 温拌沥青混合料应用效果Fig 1.7 The warm mix asphalt of pavementt，s impression上海地区应用情况2006年5月，上海市首次将Evotherm技术应用于虹口区新市路，路线长约500m，厚3cm，共摊铺了260吨AC-13温拌沥青混合料。2007年9月上海在上海逸仙高架桥上进行了温拌试验路摊铺，晚上摊铺现场情况见图1.8。截至2010年，上海市已成功实施了十几个项目，包括中山西路改造、南北高架试验段、沪青平高速试验工程等，建设中的上海长江隧桥也将采用此新技术。图1.8 温拌SMA-13应用效果图Fig 1.8 The warm mix asphalt be used of SMA-13 西藏地区应用情况2006年11月，招商局重庆交通科研设计院与西藏自治区交通公路管理局、西藏天顺公路公司等在林周铺筑了温拌沥青混合料试验路，使用了Sasobit技术，并和减粘剂SLA进行了技术、经济对比分析。 江苏应用情况2007年8月，东南大学与常州交通总公司合作在340省道成功进行了温拌沥青试铺，使用了SAK降粘剂和Evotherm技术。 河北省应用情况2007年11月河北省公路局在4条件下成功实施了温拌沥青路面摊铺，摊铺现场情况见图1.9。2008年5月，该省又成功实施了国内第一个温拌橡胶沥青试验路。图1.9 温拌SMA-13应用效果图Fig 1.9 The warm mix asphalt be used of SMA-13 四川省应用情况2007年12月，四川省公路局在海拔1100m的阿坝州实施了桥面薄层铺装，在海拔3900m日隆镇成功实施了温拌试验段。 江西省应用情况2007年江西省高速公路工程有限公司开始引进温拌沥青混合料技术，2008年在武吉高速九岭山隧道路面摊铺中首次成功应用，至今已在多条公路上进行了试验和应用，并在昌樟高速的冬季养护施工中成功应用该技术，经过一年多的重交通考验，目前使用性能良好。 重庆市应用情况2009年至2010年，重庆市的多条市政道路上应用ZL-78温拌沥青改性剂取得了良好的应用效果。 浙江省应用情况隧道内进行沥青路面铺装时通风条件差（新建隧道施工时大多还不具备通风条件），通常的热拌沥青路面施工时产生的大量烟雾不能有效地排除，积聚在狭小的环境中，严重影响施工人员的身心健康，因此，一方面为了改善施工条件，一方面实现在低温季节进行沥青混合料的施工，2007年12月浙江隧道试验路，施工情况见图1.10。从途中可以看出，温拌沥青混合料的使用有效地改善了隧道内的施工环境，有效降低了路面的施工温度，其中一处的摊铺温度仅124。 图1.10 隧道施工效果图Fig 1.10 the tunnel constructions impression drawing综上：大致来讲，国内应用的温拌沥青技术集中在有机添加剂法和基于乳化沥青的温拌技术法这两个系列。有机添加剂法有代表性的生产厂家或产品有：Sasobit，重庆市鹏创道路材料有限公司的ZL-78，交通部公路科学研究院的RH-3，深圳海川工程有限公司的EC120等，该类产品从进口逐渐走向了国产，价格也得到了明显的回落，推广该类技术举具备了较好的条件；乳化沥青温拌技术主要是美德维实伟克公司的Evotherm技术，应用的地域范围主要在北京、上海、河北等，目前该技术还主要来自于国外，据了解，北京城建等单位正在进行类似的产品研发，不过，国内还没有较成熟的产品投放市场。1.2.3 存在的问题对于温拌技术的研究与应用，虽然国外已有些年研究历史，但是对于各国的情况不一，生产和使用设备的情况不一，在建立温拌技术考察体系、长期性能考察以及针对已经完成评估的温拌技术、技术准人和制定规范都还有待于进一步的研究。在国内虽然已经铺筑了一些试验路，但对于温拌沥青混合料的拌和温度、压实温度、压实功以及温拌剂的掺配比例等均需进一步的研究，所以结合国外研究状况，对温拌沥青混合料的压实性能需进一步的研究。1.3 本文主要研究内容1.3.1 主要研究对象本文主要研究的对象是：温拌改性剂、温拌沥青结合料和温拌沥青混合料。温拌改性剂包括：ECl20、Sasobit；沥青结合料包括：ES70#基质沥青、ES70#+ECl20（表示在ES70#基质沥青里掺入温拌剂ECl20）、SBS改性沥青、SBS+ECl20（表示在SBS改性沥青里掺入温拌剂ECl20）、SBS+Sasobit（表示在SBS改性沥青里掺入温拌剂Sasobit）；沥青混合料包括：ES70#沥青混合料（AC-16）、ES70#+ECl20温拌沥青混合料（AC-16）、ES70#+sasobit温拌沥青混合料（AC-16）、温拌SBS改性沥青混合料（AC-16）、SBS+ECl20温拌改性沥青混合料（AC-16）、SBS+Sasobit温拌改性沥青混合料（AC-16）。1.3.2 主要研究内容本文主要研究的内容是： 通过对沥青结合料进行布氏旋转粘度试验，得出各种沥青结合料的粘温曲线关系。分析EC120、sasobit掺入对沥青粘度的影响，进而初步确定温拌剂掺配比例以及掺入后沥青混合料新的拌和及摊铺温度。 探讨温拌剂在不同掺配比例下沥青混合料压实特性、确定温拌剂的最佳掺量；达到相同孔隙率时，压实温拌沥青混合料的温度与压实热拌沥青混合料压实温度相比较，确定温拌沥青混合料压实温度能够降低多少；通过旋转压实研究在达到相同孔隙率下，温拌沥青混合料与热拌沥青混合料压实功的变化情况，分析温拌沥青混合料的压实性能。 通过温拌沥青混合料压实特性，对温拌沥青混合料路用性能进行研究，试验包括：高温性能、低温性能、水敏感性等。 温拌沥青混合料的施工与技术经济分析1.3.3 研究预期目标研究的预期目标：通过论文的研究，得出ECl20、Sasobit这两种温拌剂的最佳掺配比例；温拌剂对沥青粘度的影响进而确定温拌沥青混合料拌合、压实温度；探讨温拌沥青混合料在不同的拌和温度以及压实温度下，温拌沥青混合料的压实度的变化，得出最佳的拌和、压实温度；在相同的压实温度下温拌沥青混合料在达到相同压实度下，压实功的变化；研究温拌沥青混合料路用性能。也探讨这两种温拌改性剂对SBS改性沥青的适应性和影响性。ES70#基质沥青SBS改性沥青温拌剂改性EC120掺量：2%、3%、4%Sasobit掺量：2%、3%、4%根据温拌沥青粘温曲线确定温拌剂的最佳掺量以及温拌沥青混合料的拌和、压实温度ES70#+(3%、3.5%、4%)EC120ES70#+(3%、3.5%、4%)sasobit沥青混合料在不同温度下的压实特性确定ES70#以及SBS沥青混合料级配、油石比SBS+(3%、3.5%、4%)EC120SBS+(3%、3.5%、4%)sasobit沥青混合料在不同温度下的压实特性确定温拌沥青混合料最佳压实温度以及温拌剂最佳掺量（考虑经济方）面）温拌沥青混合料路用性能试验分析温拌剂对温拌沥青混合料路用性能的影响图1.7 试验计划Fig 1.7 The test design 第二章 原材料性质制备工艺及试验方法 19第二章 温拌沥青制备工艺及试验方法2.1 原材料性质2.1.1 沥青性质为了使试验更具有代表性和更广的适应性，本研究中掺温拌剂的沥青结合料采用两种沥青，分别为ES70#基质沥青和SBS改性沥青。其一些常规指标见表2.1。表2.1 ES70#基质沥青及SBS改性沥青常规指标Tab 2.1 the ES70#and SBSs conventional index试验指标针入度（0.1mm）延度（cm）软化点（） 密度g/cm3152530515 ES70#2563958.9100551.035SBS改性沥青20618830.7100661.0642.1.2 温拌沥青改性剂性质本文选用了两种温拌剂进行试验研究，一种是德国Schumann-Sasol公司生产的新型聚烯烃类沥青普适改性剂Sasobit（沙索比德）：一种是深圳海川工程科技公司生产的ECl20温拌改性剂。Sasobit是经由煤炭气化，采用FT法制成（是一种经过工业考验的,由煤间接液化获得馏份油产物的方法）。它是一种窄分布的合成饱和碳氢化合物的混合物，是一种硬蜡，它与沥青中的蜡在分子结构上有很大的不同：沥青中的蜡分子一般只含有2240个碳原子而Sasobit分子是含有40120个碳原子的长链脂肪烃。所以沥青中蜡含量偏高会对沥青的性能产生明显的负面影响，但是掺入一定量的Sasobit却不会出现这种问题。Sasobit的熔点在100左右，可以完全融解在温度高于115的沥青中，降低沥青的粘度，使沥青混合料拌和及压实温度降低。在温度低于熔点时，则在沥青中形成网状的晶格结构增加沥青的稳定性，提高路面在使用温度范围内的抗车辙性能。经试验证明，Sasobit在高温沥青中简单地机械搅拌即可均匀地融解分布于沥青中且不离析，不必采用胶体磨或者高速剪切搅拌等复杂的加工工艺，与一般的PE或SBS等改性剂相比具有优良的加工性能。其物理化学指标如表2.2。 表2.2 Sasobit的理化指标Tab 2.2 materialization index of sasobit项目凝固点/闪点/135粘度/cp25针入度/0.1mm25密度/g.cm3典型值100约2901210.94ECl20温拌改性剂是一种合成直链脂肪族碳氢混合物，其熔点为为100，温度超过110时完全溶解于沥青结合料中，在沥青结合料中形成栅格结构，这使温拌改性剂很好的稳定在沥青结合料里，而不产生离析。温拌改性剂可以明显的降低沥青的高温粘度，且可增加沥青的低温（60）粘度，因此，在沥青中掺加温拌改性剂后不仅可以降低施工的拌和、压实温度，还可以增加沥青混合料的高温稳定性。沥青的老化是由于沥青中的油类、胶质逐渐减少，因为温拌改性剂可以锁定油类、蜡类组分，所以温拌改性沥青的抗老化性能较基质沥青好，EC120温拌改性剂不仅是一种温拌剂而且是一种提高抗车辙能力的改性剂。其物理化学指标见表2.3。 表23 EC120的理化指标Tab 2.3 materialization index of EC120项目凝固点/闪点/135粘度/cp25针入度/0.1mm25密度/g.cm3典型值972901110.922.2 温拌改性沥青制备工艺如何将聚合物改性剂添加到沥青中，并让其具有很好的共溶性是改性沥青制备的难点，这是因为在改性沥青的制备过程中常常会涉及到一个相容性的概念。如果改性剂越容易分散，所得共混体系的稳定度越大，它们的相容性越好。这就是我们想得到的结果，然而，具有良好性能的聚合物改性沥青，这就要求它是一种在微观上分相，在宏观上均匀分布的体系。而且两相之间能相互溶胀，即形成宏观不分离，而微观非均匀相结构的多相体。在微观多相体系中，聚合物每一组份以协调的方法对整个聚合物改性沥青提供新的宏观性质，并保持其大部分独立特性29。在热力学上，聚合物改性沥青是不相容的，通常的聚合物改性沥青（如： SBS）的制备过程都可以简化为高速剪切+低速搅拌熟化的过程，在这个制备的过程中，温度、时间以及速率等因素对聚合物改性沥青均有较大的影响。在高温条件下，聚合物和沥青在一起剪切、搅拌，将发生两种过程。首先是聚合物被破碎成微粒，并与沥青掺合起来，通过剪切、搅拌破碎的聚合物微粒的形状是不规则的，微粒的尺寸随搅拌过程进行而连续地减小。随后是聚合物颗粒与沥青的扩散将通过微粒边界进行，边界处的组成先发生变化，逐渐扩展至微粒内，最终达到稳定混合。如果不是聚合物先被打成小微粒，形成大量接触面，扩散过程进行得很慢；在制备过程中，如果没有扩散过程，即使多长时间连续不断地搅拌也不能获得稳定的混合物。由此，破碎和扩散是整个均匀混合进程中两种不同性质的过程。前者是减小微粒的尺寸，增大比表面积；后者是消除混合物相邻区域之间浓度上的差异，使之趋于均匀。所以，对于传统的聚合物改性沥青而言，高速剪切分散和低速搅拌热化是制备优质的改性沥青产品的两个必要过程。然而这个过程却会耗费相当长的时间，例如：SBS改性沥青的制备需要高速剪切分散46小时，再低速搅拌热化612小时，并且消耗大量的能源（SBS改性沥青的制备温度通常高于160）。本论文所采用制备温拌沥青的两种温拌改性剂ECl20和Sasobit，却因为其本身的特性，可以省略这两个制备步骤。这是因为ECl20和Sasobit都是低熔点的有机材料，其熔点都在100左右，在温度高于120的沥青中，两种材料都是以液体的形式存在，可以和沥青均匀的融合在一起并且不离析。所以在制备改性沥青时，只需要将这两种改性剂加在温度高于120的沥青中（在不老化的前提下温度最好稍微高些的沥青中），通过简单的机械搅拌一段时间(通常为30min左右)即可制得20。可以说，采用ECl20和Sasobit制备温拌改性沥青的其制备过程是简单易行的，而且不太耗费能源的，这也是温拌沥青便于应用的优势之一。制备工艺流程图见图2.1。基质沥青预热140基质沥青温拌沥青待检试样温拌剂搅拌器图2.1 温拌沥青的制作艺流程图Fig 2.1 the production of warm bituminous2.3试验方法2.3.1沥青试验方法目前我国的重交通石油沥青技术要求是以针入度、软化点和延度三大指标为核心内容的，这样做是基于以下考虑：针入度、软化点和延度测试方法简单，仪器成本低廉，操作方便，方法比较完善。软化点升高、针入度减少就认为高温稳定性得到了改善：5的延度增加则认为低温性能得到了提高。但是它与道路的实际使用性能没有多少直接的联系。但是随着交通量的增大、轴载的增加、以及对公路服务质量要求的提高，选用适宜的沥青成为影响高速公路质量的关键技术之一。论文中同时采用了针入度评价体系和SHRP性能分级体系，以期能够准确的反映掺温拌剂制各温拌沥青对沥青路用性能的影响。沥青粘度试验根据公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）、公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052-2000），通常是通过粘温-温度曲线确定沥青混合料拌和及压实的温度（适宜于拌和的沥青结合料粘度为17020cp，适宜于压实的沥青结合料粘度为28030cp）。所以，从粘温曲线可以确定温拌沥青混合料拌和及压实温度的降低多少。Brookfield粘度计用于测量沥青的高温粘度。将少量沥青样品盛于恒温控制的盛样筒中，一个转子在沥青试样中转动，测定相应的转动阻力所反映出来的扭矩。扭矩计数乘以仪器参数即可得到以mPa.s表示的粘度。本试验按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（T0625-2000）操作。旋转薄膜烘箱老化试验(RTFOT)本方法适用于测定道路石油沥青旋转薄膜烘箱加热（简称RTFOT）后的质量损失，并根据需要测定旋转薄膜加热后，沥青残留物的针入度、粘度、延度及脆点等性质的变化，以评价沥青的老化性能。由于试验时沥青膜更薄，只有5m10m，时间可以缩短，且更加接近沥青混合料拌和时的实际情况。现在国内一些单位已经具备这项试验设备，国内研制的沥青旋转薄膜烘箱也已经鉴定产生。压力老化试验（PAV）压力老化试验是将已经经历过RTFO老化的残留沥青置于高温高压的环境下以模拟路面在服务了5年7年后，沥青混合料的体积特性、渗透性、集料的特性以及光热等影响因素的共同作用下的老化。试验方法参照AASHTO Standard Specification for PerformanceGraded Asphalt Binder（2004）中的R28进行，本研究的试验条件选定如下：老化温度为100、老化空气压力为2.1MPa、老化时间为20小时。动态剪切流变试验(DSR)试验方法采用平行板进行动态剪切（振荡的）测试，复数剪切模量G*和相位角，确定沥青的车辙因子（G*sin）和疲劳因子（G*.sin）达到极限时的温度，表征沥青在高温时的抗车辙性能和较低温度状态下的抗疲劳开裂能力。本研究采用美国TA公司生产的应变受控式动态剪切流变仪，测定车辙因子的应变水平约为1012，测定疲劳因子的应变水平约为1左右。试验方法参照AASHTO Superpave性能分级标准及试验规程（2004版）中的T315进行。弯曲梁流变试验（BBR）为了评价沥青结合料的低温性能，美国研究开发了SHRP弯曲梁流变仪，用来测定沥青在极低温度下的劲度，应用工程上梁的理论来测量沥青小梁试件蠕变荷载作用下的劲度，以便反映沥青结合料的抗低温开裂特性。本研究采用美国CANNON公司生产的TE-BBR，试验方法参照AASHTO Superpave性能分级标准及试验规程（2004版）中的T313进行。2.3.2沥青混合料试验方法 压实方法本论文选用了三种混合料压实方法：马歇尔击实、旋转压实、碾轮压实。马歇尔击实成型法是目前国内比较通用的混合料成型方法，试验操作按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ052-2000）中的T0702-2000进行。旋转压实（SGC）法是美国SHRP计划的研究成果，目标是将沥青混合料逼真的压实到施工现场的密实状态。在压实过程中对三个方面进行控制，即轴向压力，旋转角度和旋转速度，并且实现了压实过程的监控，进而可以将沥青混合料的压实性能和混合料的使用性能建立起关系。 马歇尔稳定度试验马歇尔稳定度试验是目前沥青混合料中最重要的一个试验，为区别试验时浸水条件的不同，将其分别称为标准马歇尔试验、浸水马歇尔试验以及真空饱水马歇尔试验。使用大型试件时称为大型马歇尔试验。是沥青混合料配合比设计和沥青路面施工质量控制中最重要的试验项目。试验操作按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ052-2000）中的T0709-2000进行。 车辙试验车辙试验是一种模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的工程试验方法。最大的特点是能够充分模拟沥青路面上车轮行驶的实际情况，通过自动检测路面车辙深度。在检测车的前端上安装配有非接触式位移传感器的横梁，并把传感器同车内的电脑相连，通过电脑对传感器测得的数据进行自动处理以获得路面车辙深度指标。其方法就是利用横向布置的一排激光、超声、红外或其它非接触式位移传感器来快速连续测定路面车辙深度。在用于试验研究时，可以改变温度、荷载、试件厚度、尺寸、成型条件等来模拟路面的实际情况，得出各种变化因素对车辙变形的影响。随着公路建设的发展，路面车辙深度的自动检测将成为主要的检测方法，也将是路面施工、验收、养护、评价和管理部门必备的仪器本试验选择小型模拟试验设备的车辙试验，根据公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ 052-2000），车辙试验是评价