（道路与铁道工程专业论文）SUPERFLEX改性沥青及混合料性能研究.pdf

摘要 已有研究和实践表明 s u p e r f l e x 浓缩沥青是一种适用于薄层罩面的性能优异 的改性沥青 能够经受大交通量 重载车辆 高温多雨气候等不利使用环境的考 验 本文通过室内试验着重研究了s u p e r f l e x 改性沥青的掺配工艺 改性沥青及其 混合料的各项性能 以考察s u p e r f l e x 改性剂对沥青混合料性能的改性效果 本文首先进行了s u p e r f l e x 改性沥青的掺配工艺和各项指标的性能试验 综合 考虑不同掺量的s u p e r f l e x 改性剂对基质沥青的温度敏感性 高温稳定性 中温疲 劳性 抗低温性能的改性效果 并通过与s b s 改性沥青的对比试验 确定了 s u p e r f l e x 浓缩改性沥青的最佳掺量 根据试验结果 基于s u p e r f l e x 改性沥青掺配 工艺简单的优点 尤其适用于中小工程或偏远地区的公路工程 其次 进行了s u p e r f l e x 改性沥青混合料的配合比设计 参考马歇尔试验设计 方法 并结合s u p e r f l e x 改性沥青混合料的特点 设计出合理的s u p e r f l e x 改性沥青 混合料 再次 分别采用高温车辙试验 低温弯曲试验 浸水马歇尔试验和冻融劈裂 试验研究s u p e r f l e x 改性沥青混合料的高温抗流动性 低温抗开裂性能和抗水损坏 性能 通过与s b s 改性沥青的对比试验 验证了s u p e r f l e x 改性沥青的路用性能 根据试验结果 基于s u p e r f l e x 改性沥青具有良好的温度敏感性和耐疲劳的特点 特别适用于高温多雨地区以及长寿命路面 最后 基于s u p e r f l e x 改性沥青具有较高的粘度和耐疲劳的特点 将s u p e r f l e x 改性沥青混合料应用于 白改黑 中的应力吸收层以及沥青薄层罩面中 取得了 良好的效果 基于以上试验结果 提出s u p e r f l e x 改性沥青的适用范围 中小工程或偏远地 区的公路工程 高温多雨地区的公路工程 白改黑 工程中的应力吸收层和沥 青薄层罩面 关键词 制作工艺 s u p e r f l e x 改性沥青混合料 性能 改性效果 白改黑 工程 a b s t r a c t e x i s t i n gr e s e a r c h a n dp r a c t i c ei n d i c a t e dt h a t s u p e r f l e xi sak i n do fl l i g l l p e r f o r m a n c em o d i f i e db i t u m e nf o rt h e t h i nl a y e ro fa s p h a l to v e r l a y i ti sa b l et o w i t h s t a n dt h eu n f a v o r a b l eu s ee n v i r o n m e n tt e s to fl a r g et r a f f i cv o l u m e h e a v yv e h i c l e s h i 曲t e m p e r a t u r ea n dr a i n yc l i m a t e i nt h i sp a p e r t oe x p l o r es u p e r f l e xm o d i f i e r so nt h e p e r f o r m a n c eo fm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r ee f f e c t s l a b o r a t o r yt e s t i n gf o c u s e do ns t u d y i n g s u p e r f l e xm o d i f i e db i t u m e nb l e n d i n gp r o c e s s t h ep e r f o r m a n c eo fm o d i f i e da s p h a l ta n d i t sm i x t u r e f i r s t l y i nt h i sp a p e r c o n d u c t e ds u p e r f l e xm o d i f i e da s p h a l tb l e n d i n gp r o c e s s e sa n d t h et e s to fp e r f o r m a n c ei n d i c a t o r s c o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o no fd i f f e r e n td o s a g eo f s u p e r f l e xm o d i f i e r so na s p h a l tt h em o d i f i c a t i o ne f f e c to ft h et e m p e r a t u r es e n s i t i v i t y h i g h t e m p e r a t u r es t a b i l i t y m i d d l e t e m p e r a t u r ef a t i g u er e s i s t a n c e l o w t e m p e r a t u r e p r o p e r t i e s a n dt h r o u g hc o m p a r i s o n 研n lt h es b s m o d i f i e da s p h a l tt e s t d e t e r m i n e dt h e b e s td o s a g eo fs u p e r f l e xm o d i f i e da s p h a l t b a s e do nt h er e s u l t so ft h et e s t b e c a u s eo f s u p e r f l e xm o d i f i e da s p h a l tt h ea d v a n t a g e so fs i m p l eb l e n d i n gp r o c e s s i ti se s p e c i a l l y u s e df o rt h es m a l la n dm e d i u mp r o j e c t so ri nr e m o t ea r e a so f t h er o a dp r o j e c t s s e c o n d l y d e s i g nt h em i xo ft h es u p e r f l e xm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r e r e f e r e n c et h e m a r s h a l lt e s td e s i g nm e t h o d a n dc o m b i n e dw i t hs u p e r f l e xm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r e s c h a r a c t e r i s t i c s d e s i g n e dt h er e a s o n a b l es u p e r f l e xm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r e t h i r d l y e a c he x p e r i m e n tu s i n gh i g h t e m p e r a t u r et r a c kt e s ta n dl o w t e m p e r a t u r e b e n d i n gt e s t t h em a r s h a l li m m e r s i o nt e s ta n dt h ef r e e z e t h a ws p l i a i n gt e s tt or e s e a r c h s u p e r f l e xm o d i f i e da s p h a l t m i x t u r e st h e p e r f o r m a n c eo fr e s i s t a n tm o b i l i t y i n h i g h t e m p e r a t u r e r e s i s t a n tc r a c k i n gi nl o w t e m p e r a t u r ea n da n t i w a t e r d a m a g e d a n d t h r o u g hc o m p a r i s o nw i t ht h et e s to fs b sm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r e v e r i f i e dt h er o a d p e r f o r m a n c eo fs u p e r f l e xm o d i f i e da s p h a l t b a s e do nt h er e s u l t so ft h et e s t b e c a u s e s u p e r f l e xm o d i f i e da s p h a l th a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fg o o dt e m p e r a t u r es e n s i t i v i t ya n d g o o dr e s i s t a n c et of a t i g u e i ti sp a r t i c u l a r l ys u i t a b l ef o rh i g h t e m p e r a t u r ea n dr a i n f e d a r e a s a n dl o n g l i f ep a v e m e n t f i n a l l y b a s e do ns u p e r f l e xm o d i f i e da s p h a l th a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i g h e r v i s c o s i t ya n dg o o dr e s i s t a n c et of a t i g u e p u ts u p e r f l e xm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r ea p p l i e d t ot h ew h i t et ob l a c ke n g i n e e r i n gi nt h es t r e s s a b s o r b i n gl a y e ra n dt h et h i nl a y e ro f a s p h a l to v e r l a y b a s e do nt h e s er e s u l t so ft h et e s t s p r o p o s e dt h es c o p eo fa p p l i c a t i o no fs u p e r f l e x m o d i f i e da s p h a l t t h es m a l la n dm e d i u mp r o j e c t so ri nr e m o t ea r e a so ft h er o a dp r o j e c t s t h eh i g h w a yp r o j e c t si nh i g h t e m p e r a t u r ea n dr a i n f e da r e a s a n dw h i t et ob l a c kp r o j e c t s i nt h es t r e s s a b s o r b i n gl a y e ra n dt h et h i nl a y e ro fa s p h a l to v e r l a y k e yw o r d s p r o d u c t i o np r o c e s s a s p h a l tm i x t u r e sm o d i f i e db y s u p e r f l e x p e r f o r m a n c e m o d i f i c a t i o ne f f e c t t h ew h i t et ob l a c ke n g i n e e r i n g 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立进行研究工 作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 均己在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 王每迁 日期 汐f 护年耳月 2 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到 中国学位论文全文数据库 并进行信 息服务 包括但不限于汇编 复制 发行 信息网络传播等 同时本人保留在其 他媒体发表论文的权利 学位论文作者签名 王匆艾 指导教师签名 孑瓦亏文 学位论文作者签名 土玛火指导教师签名 额甄及 日期 加卜年年月 二日日期 矽 o 年中月 2 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊 光盘版 电子杂志社c n k 系列 数据库中全文发布 并按 中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程 规定 享受相关权益 学位论文作者签名 王敬 日期 加f 睥矸月肛日 指导教师签名 缎辱也 日期 矽一年中月 z 日 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论弟一早三百下匕 改革开放二十多年来 随着我国公路建设 特别是高等级公路建设的快速发 展 与我国东 中部地区一样 西部地区的公路建设也取得了长足进展 但是 由于西部地区经济基础薄弱 目前的公路建设发展仍然不能满足该地区国民经济 的发展要求 党中央关于西部大开发的英明决策 为西部地区的发展带来了新的 机遇 也对西部公路建设提出了新的要求 1 2 目前 在制约西部地区公路交通建设的诸多因素中 最主要的问题表现为公 路数量少 等级低 质量差 因此 为了加快西部地区公路建设 最大限度的提 高公路技术水平 针对西部地区目前的技术经济特点 充分吸纳国内外公路建设 经验 选择一批 包括在沥青路面建设中采用改性沥青技术在内的 适合西部 地区气候 地理 路线 交通特点的公路建设技术 将成为加快发展西部地区公 路建设的关键p j 在改性沥青这个大家族中 由于聚合物改性沥青具有优越的性能表现 得到 了越来越多的应用 聚合物改性沥青在整个改性剂家族中占有绝对的份额 从目 前来看 在所有聚合物改性剂中 s b s 是世界上应用最普遍的道路沥青改性剂 世界各国都对s b s 改性沥青的性能给予肯定 在改性沥青市场中占有最大的份额 4 有国外调查表明 s b s 改性沥青占改性沥青总量的6 0 而在我国这个比例更 高 我国绝大多数采用改性沥青的工程项目选用了s b s 改性沥青 国内外不同改 性沥青的使用比例见图1 1 5 1 6 0 7 0 黪锄 酝 么 圈一5 1 0 篙圉 1 2 其他 图1 1 国内外不同改性剂的使用比例 f i g 1 1d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lu s eo ft h ep r o p o r t i o no fd i f f e r e n tm o d i f i e r s 第一章绪论 目前 工程项目上使用的s b s 改性沥青从来源上主要分为两种 一种是购买 现成的已经制成的改性沥青成品 对于成品s b 改性沥青 道路用户可以与普通 的沥青一样加热融化使用 使用起来简单 但是 由于改性沥青从生产到使用 特别是对于偏远的地区 需要经过长时间的运输与存储 因此需要在改性沥青制 作时加入多种外掺荆 以防止改性荆的离析 所以总的价格比现场制作昂贵 且 长期放置改性沥青 改性效果必然有所影响 目前主要是一些国外公司在推销成 品的改性沥青n 成品改性沥青一般都是桶装的 这对于没有存贮和接收散装沥青 条件的单位来说是个方便 但它无疑成本较高 因此 对我国太部分情况而言 它并不是最合适的 s b s 改性沥青的另外一种来源就是工程现场生产 如图12 但是 需要注意的是s b s 改性沥青的制备过程是个比较复杂的工艺 首先 s b s 改 性沥青的改性效果受到诸如改性剂的剂量 改性工艺 基质沥青等多种因素的影 响 不仅不同型号的s b s 改性剂对同一种基质沥青的改性效果不同 而且采用同 一种型号的s b s 改性剂对不同的基质沥青的改性效果也不同 因此在生产s b s 改 性沥青前需要进行s b s 改性剂与基质沥青的配伍性研究 其次 对目前工程上使 用较多的s b s 等热塑性橡胶类改性剂 由于它与沥青的相容性较差 仅仅采用简 单的机械搅拌势必需要太长的时闯 且效果不好 所以 对于这些改性剂 必须 通过胶体磨或高速剪切设备等专用机械的研磨和剪切力强制将改性剂打碎 使改 性荆充分分散到基质沥青中 但这种专用的机械设备一般较昂贵 一般小型施工 单位承担不起 图i2 国内某公司的s b s 改性沥青加工设备 f i gi 2p r o c e s s i n ge q u i p m e n t o f s b s m o d i f i e d b l t u m c n i na d o m c s t i ec o m p a n y 山于s b s 改性沥青制备工艺比较复杂 如图l3 设备比较昂贵 因此目前 第一章绪论 3 国内一些高速公路等大型工程使用的改性沥青主要是请专业的改性沥青生产商现 场生产 大型工程对改性沥青的需求数量比较大 规模生产可以降低改性沥青的 生产单价 但对于规模不大的市政道路或者偏远地区的公路工程 实现这种生产 方式却比较困难 因此对于这些规模不大的工程 改性沥青最好现场生产 而且 生产工艺也不能太复杂 最好可以仅仅采用简单机械搅拌就可以制备改性沥割引 这样一些缺乏具有高速剪切功能改性设备的中小规模工程也可以根据工程的需要 自己生产改性沥青 考虑到这种工程需求 需要开展有关这种制作工艺改性沥青 的应用研究 直接投入法 s b r 胶 l 纤维 磨细橡胶粉 干法 等 母体法 先加工成聚合物高剂量母体再在现场调稀使用 l 简单搅拌法 e v a a p a c i 及橡胶粉 湿法 s b r 胶乳 脱水均混 i 有机锰等抗剥离剂 与天然沥青混合 现场带i 胙法 i i i 警卜哪m 工厂带 作的改性沥青成品 s b s e v a 等 图1 3 改性沥青的制作方式 f i g 1 3p r o d u c t i o nm e t h o d s f o rm o d i f l e da s p h a l t 另外 近些年来 随着我国道路交通事业的高速发展 重交通和重载现象日 趋严重 沥青路面的各种表面功能都衰减很快 直接影响到汽车的行驶安全和舒 适性 薄层罩面技术作为公路路面养护的重要技术手段 是一种延长路面寿命 改善行驶质量 校正表面缺陷 提高安全特性 包括提高抗滑与排水 减小噪音 增加路面强度等路面功能的有效措施 目前这项技术已在国内外得到了较为广泛 的关注 目前对于 白改黑 工程的沥青薄层罩面技术的研究 在我国尚处于起 步阶段 缺乏其应用情况的历史数据 白改黑 工程的关键技术在于解决交通 荷载作用下沥青罩面层的层间粘结问题 反射裂缝问题和路面耐久性的问题 9 因 此 寻找一种适用于薄层罩面技术的材料成为一种迫切需要 s u p e r f l e x 福莱斯 是一种可以仅仅采用简单的机械搅拌就能制作的改性沥青 加工示意图如图1 4 s u p e r f l e x 福莱斯 是一种高分子聚合物改性沥青 是通过 将s u p e r f l e x 浓缩改性沥青掺配到基质沥青中制成的改性沥青 主要有以下几个方 面的优点 s u p e r f l e x 改性沥青制作工艺简单 仅需要简单的机械搅拌便可得到高性能 的改性沥青 特别适用于中小工程 或偏远地区公路工程 第一章绪论 s u p e r f l e x 改性沥青可以显著增加原样基质沥青的高温性能 提高沥青路面 的高温抗变形能力 s u p e r t l e x 改性沥青可以明显增强沥青的抗水损害性能 提高沥青路面的抗 水损能力 与其他高分子聚合物沥青相比 s u p e r f l e x 改性沥青具有更好的抗老化性能 可以提高沥青路面的耐久性 是一种较好的长寿命路面材料 s u p e r f l e x 改性沥青可以提高沥青对集料的黏附性和抗疲劳性能 是一种较 好的应力吸收层和沥青薄层罩面材料 图1 4 s u l x a f l e x 改性坜青的加工示意图 f i g1 4 p r o c e s s i n g d i a g r a m o f s u v e r f l e x m o d i f i e da s p h a l t s u p e r f i e x 改性沥青具有抗高温 抗水损 耐疲劳 制作简单等优点 特别适 用于高温多雨的气候特点以及各种建设和养护工程 但s u p e r t l e x 改性沥青在我国 国内并没有太多的使用经验可供参考 因此需要开展相应的试验研究并通过实体 工程的铺筑 对s u p e r f l e x 改性沥青的应用推广进行研究 1 2 项目的研究目标 本项目的主要研究目标是 通过常规试验研究 确定s u p e r f l e x 改性沥青在普通沥青路面结构中的 应用技术指南 针对s u p e r f l e x 改性沥青自身特有的高粘特性和良好的抗疲劳性能 开展 s u p e r f i e x 改性沥青作为应力吸收层和沥青薄层罩面的试验研究 推广其在复合式 路面中的应用 第一章绪论 5 1 3 主要研究内容以及拟解决的关键技术 1 3 1 研究内容 主要研究内容有 s u p e r f l e x 改性沥青的生产工艺 1 按针入度分级体系和s h r p 分级体系对基质沥青及由其制得的s u p e r f l e x 改性沥青进行全面试验 研究s u p e r f l e x 浓缩改性沥青的掺配量对基质沥青改性效 果的影响 2 按针入度分级体系和s h r p 分级体系对s u p e r f l e x 改性沥青进行全面试验 研究s u p e r f l e x 浓缩改性沥青的掺配工艺对基质沥青改性效果的影响 s u p e r f l e x 改性沥青混合料的路用性能评价 1 改性沥青混合料的高温稳定性的评价 2 改性沥青混合料的低温性能的评价 3 改性沥青混合料的抗水损害能力的评价 s u p e r f l e x 改性沥青混合料在沥青薄层罩面中的应用 1 s u p e r f l e x 改性沥青砂作为 白改黑 工程中应力吸收层的效果评价 2 s u p e r f l e x 改性沥青混合料作为 白改黑 沥青薄层罩面的疲劳性能研究 1 3 2 拟解决的关键技术 通过该项研究 拟解决以下关键技术 s u p e r f l e x 改性沥青的掺配工艺 s u p e r f l e x 改性沥青混合料路用性能评价 1 4 研究采用的技术路线 具体实施方案 1 4 1 研究采用的技术路线 本项目采用的技术路线是 密切结合高等级公路发展的技术需求 开展室内 沥青及混合料的试验研究 通过与s b s 改性沥青和普通基质沥青的对比试验 验 证s u p e r f l e x 改性沥青的路用性能 从而最终提出结论性的建议与意见 图1 5 为 技术路线路 6 第一章绪论 1 4 2 具体实施方案 图1 5 技术路线图 f i g 1 5t e c h n o l o g yr o a d m a p 一 文献调查 全面掌握国内路用改性沥青在非高速公路使用中的研究与应用现状 搜集有 关s u p e r f l e x 改性沥青的资料 了解s u p e r f l e x 改性沥青掺配工艺及路用性能方面存 在的主要问题 明确主要研究目标 二 路况现场调查 对重庆市几个代表性的沥青路面状况进行调查 包括人工调查和检测两个方 面 主要内容有 沥青路面存在的高温病害和水损害状况等 三 室内试验研究 s u p e r f l e x 改性沥青的掺配工艺 1 采用布洛克菲尔德粘度计测量s u p e r f l e x 浓缩改性沥青不同温度的粘度 并 第一章绪论 7 绘制粘温曲线 1 3 5 1 6 0 2 0 0 c 确定s u p e r f l e x 浓缩改性沥青合适的加热 温度 2 按推荐的比例将s u p e r f l e x 浓缩改性沥青与普通沥青混合并搅拌 采用布洛 克菲尔德粘度计测量不同搅拌时间 1 0 m i n 2 0 m i n 3 0 m i n 的粘度 绘制粘度 时间曲线 确定s u p e r f l e x 浓缩改性沥青合适的搅拌时间 3 按不同的添加比例 0 1 0 1 5 2 0 制备s u p e r f l e x 改性沥青 并 按针入度分级体系和s h r p 分级体系进行全面试验 s u p e r f l e x 改性沥青混合料路用性能评价 1 采用车辙试验评价s u p e r f l e x 改性沥青混合料的高温稳定性 并与s b s 改 性沥青 普通沥青进行对比研究 2 采用沥青混合料弯曲试验和劈裂试验评价s u p e r f l e x 改性沥青混合料的低温 性能 并与s b s 改性沥青 普通沥青进行对比研究 3 采用沥青混合料冻融劈裂试验评价s u p e r f l e x 改性沥青混合料的抗水损害能 力 并与s b s 改性沥青 普通沥青进行对比研究 s u p e r f l e x 改性沥青混合料在 白改黑 工程中的应用 1 采用直剪试验并通过与s b s 改性沥青混合料的对比试验 研究s u p e r f l e x 改性沥青混合料的粘结性能 2 采用m t s 试验机中荷载加载的方法 并通过与常用应力吸收层的对比试 验 研究s u p e r f l e x 改性沥青砂作为应力吸收层的疲劳性能 3 采用m t s 试验机偏荷载加载的方法 并通过与s b s 改性沥青混合料的对 比试验 研究s u p e r f l e x 改性沥青混合料作为沥青薄层罩面的疲劳性能 1 5 说明 对文中出现的名词术语给出如下解释 不再另作标注t s u p e r f l e x 弗莱斯 浓缩沥青是一种高分子聚合物 本文作为改性剂 s u p e r f l e x 改性沥青是指加入s u p e r f l e x 改性剂的沥青结合料 s u p e r f l e x 含量 或弗莱斯含量 是指s u p e r f l e x 改性剂在改性沥青中的质量含 量 s u p e r f l e x 改性沥青混合料是指以s u p e r f l e x 浓缩沥青作为改性剂的沥青混合 料 8 第二章原材料 设备 试验方法 第二章原材料 设备 试验方法 2 1 试验原材料 2 1 1 基质沥青 本文选用埃索7 0 沥青作为基质沥青 埃索7 0 基质沥青是高等级公路建设中 应用较为普遍的基质沥青 被广泛应用在高温 多雨地区高等级公路的面层 同 时该沥青也常被用来制作s b s 改性沥青 1 0 埃索7 0 基质沥青的常规指标及s h r p 分级指标见表2 1 和表2 2 检测项目单位检测结果检测方法 针入度 2 5 c 1 0 0 9 5 s 0 1 m m6 1 t0 6 0 4 2 0 0 0 针入度指数p i 1 2 4 软化点 舅k 球法 t r b 4 8 0t0 6 0 6 2 0 0 0 1 0 8 7 延度锄 t0 6 0 5 1 9 9 3 1 5 1 5 0 蜡含量 蒸馏法 2 1t0 6 1 5 2 0 0 0 6 0 动力粘度 p a 82 1 5t0 6 2 0 2 0 0 0 闪点 c o c 3 4 1t 0 6 1 1 1 9 9 3 溶解度 三氯乙烯 9 9 7 0t0 6 0 7 1 9 9 3 密度 1 5 c g e r a 3 1 0 3 9t0 6 0 3 1 9 9 3 质量变化 0 0 7t0 6 0 9 1 9 9 3 t f o t 残留针入度比 7 0 5 t0 6 0 4 2 0 0 0 1 6 3 5 h 残留延度1 0 c i n 8t0 6 0 5 1 9 9 3 表2 2 埃索7 0 基质沥青s h r p 指标 检测项目单位技术要求检测结果检测方法 原样沥青 动态剪切 k p a 1 o 1 4 6 5a a s h t ot 31 5 0 4 g s i n6 r t f o t 后残留物6 4 动态剪 a a s h t ot 2 4 0 0 3 k p a 2 22 5 7 1 切 g 幸 s i n6 a a s h t ot 31 5 0 4 p a v 1 0 0 后残留物2 5 动 k p a 5 0 0 0 2 5 4 4 a a s h t oi 匕8 0 2 第二章原材料 设备 试验方法 9 态剪切g s i n6 a a h t o t 3 1 5 0 4 p a v 后残留物l 蠕变劲度s m p a 3 0 0 2 3 6a a s h t o r 2 8 4 2 1 2 c b 1 值 o3o3 1 3 a a s h t o t 3 1 3 0 4 从表21 和表2 2 可以看到 本文使用的埃索7 0 基质沥青满足气候分区为1 4 1 时的7 0 号a 级道路石油沥青技术要求 同时s h k p 性能等级达到p g 6 4 2 2 2 12 沥青改性剂 除了本文主要研究的产自印尼的s u p e r f l e x 改性剂外 本文还选用了岳阳巴陵 华兴石化有限公司生产的s b s l 3 0 1 1 型改性剂 s u p e r f l e x 改性剂 s u p 由f l e x 改性剂是一种天然屑粒橡胶改性沥青 如图2 1 具有很高的粘度 软化点和针入度 其主要优点是粘结性和高温稳定性较好 抗车辙能力强 1 1 l 将 s u p e r i l e x 浓缩改性沥青掺配到基质沥青中 并经过简单机械搅拌便可制备 s u p e r n 既改性沥青 s u p e r f l e x 改性剂部分检测指标见表2 3 r 黝21s u p 脚e d c l x 暇m o d 性剂i f i a r z 表2 3s u p m f i e x 改性剂部分检测指标 检测项目 单位 检测结果检测方法 针入度 2 5 c 1 0 0 9 5 s t 0 6 0 4 2 0 0 0 针a 度指教p i 软化点 环球法 t 吐b 1 0 0t 0 6 6 之0 0 0 延度 5 t 0 6 0 5 1 9 9 3 弹性恢复 8 5t 0 6 6 2 0 0 0 0 1 0 第二章原材料 设备 试验方法 从s u p e r f l e x 改性剂部分检测指标可以看出 s u p e r f l e x 改性剂具有非常高的粘 度 常温状态与特立尼达湖沥青相似 s b s l 3 0 1 l 型改性剂 s b s 作为苯乙烯 s 和丁二烯 b 的嵌段共聚物 其性质主要受聚合方式 线型和星型 和嵌段比 s b 的影响 本研究选用了岳阳巴陵华兴石化有限 公司生产的线型s b s 改性剂 牌号1 3 0 1 如图2 2 其主要性能指标见表2 4 图2 2 s b s l 3 0 1 1 改性嗣 f i 9 2 2s b s l 3 0 1 1 m o d i f i e r 表2 4 s b s 改性剂的主要技术指标 冲油率 挥发份灰份3 0 0 定伸应力 s b 比结构类型 m p a 3 0 7 0o 线型虫7耋 2丑0 拉断伸长率拉断永熔体流动速率 邵氏硬度防老剂厂家 久变形 g 1 0 r a i n 7 0 0蛐 6 8 0 1 5 非污染巴陵 22 主要试验设备 2 21 沥青试验设备 本文试验过程中主要使用的沥青试验设各见表2 j 和图2 3 固2 6 袭2 5 主要沥青试验设备 设备名称型号产地 动态剪切流变仪 d s r c s a 1 0 0 第二章原材料 设备 试验方法 弯曲粱流变仪 b b r t e b m f c n n o n us a p r e n t e x a l l o y 压力老化仪 p a v p r 9 3 0 0 f a h c a t o k u s a j m n 髂c o xa n d 旋转薄膜烘箱 r t f o c s3 2 5 b s o m h us 丸 m e t t l e r 电子天平 精度o 0 0 1 9 p r 2 0 0 3 d r t o l e d o s w i t z e r l 蛐d 电热鼓风干燥箱 c s l 0 1 3 e b 重庆万选仅器有限公司 真空干燥箱 z k 培2 a 上海市实验仪器总厂 荧光显微镜x s j 之型重庆光电仪器有限公司 1 8 0 w 电动搅拌器自制自制 沥青针入度仪 d z s 5 5 北京路兴公路新技术公司 沥青软化点仪 s y d 之8 0 6 e 上海昌吉地质仪器有限公司 沥青延度试验仪s y d 4 5 0 8 f上海昌吉地质仪器有限公司 b r o o k f i d d e n g i n e e r i n g 旋转粘度仪 b r o o k f i e l d d v l a b o r a t o r i 嚣血c 图2 3 动态剪切流变倥 h g z 3 i y n a m l c 毫h 髓r r h e o m e t e r 圉2 a 弯曲粱流变仪 h 9 2 a b e n d m g b e a m d m m 移 囊 萨搿引 一 过一 衙髓7f鼢b 池 第二章原材料 设备 试验方法 眦 卷德瑟盏 2 2 2 沥青混合料试验设备 围2 6 旋转薄膜烘箱 f i 9 2 6 r o t a r y f i l m o v c l l 本文主要使用的混合料试验设备见表2 6 和图2 7 图2 8 裹2 6 主要混合料试验设备 设备名称型号产地 马歇尔击实仪马歇尔自动击实仪国产 伽订柙e l e c l r o n i c 旋转压实仪 t 舶 x i e r 4 1 4 0 l a b o r a t o r i e s h 轮碾成型仪 m 北京华联机电技术研究所 车辙试验仪 d h l 4 j国产 m r s 材料试验仅8 1 0 m a t c s t s y s t e m美国 圈2 7m r s 材料试验机 f i 9 2 7 m t s m a t c d a l t c n i n g m a c h i n e 2 3 试验方法 2 3 1 沥青试验方法 国2 8 车辙试嘧姨 f i g 2 8p u t t l a g t c s t c t 1 8 8 8 年 h c b o w e l l 发明了b o w o n 针入度仪 经多次改进 发展成为国际通 用的标准试验仪器 1 9 0 3 年 美国试验与材料协会 a s t m 制定了针入度的标 准试验方法 经多次改进己经成为大多数国家所采用的针入度测定法 1 9 1 8 年 美国联邦公路局制定了以沥青针入度分级的沥青标准 1 9 3 1 年 美国各州公路官 员协会也开始采用针入度分级这一分级体系 随后 各国相继制定了一直延续至 今的按2 5 针入度分级的沥青标准h 第二章原材料 设备 试验方法1 3 由于按针入度分级存在许多缺点 二十世纪六十年代又出现了以6 0 粘度分 级的体系 以粘度分级代替针入度分级的原因有两个 一是以理性的 科学的粘 度试验代替经验性的针入度试验 二是6 0 的试验温度接近于炎热夏季路面的最 高温度 不同的粘度分级适应于不同的气候条件和施工需要 1 9 6 9 年 壳牌石油公司研究所w h e u k e l o m 把针入度 软化点 脆点和粘度 等作为温度的函数描绘在同一张坐标图上 这就是人们目前所熟悉的沥青试验数 据图 b i t u m e nt e s td a t ac h a r t 即b t d c 图 此图以温度为横坐标 以针入度和 粘度为纵坐标 b t d c 图可以反映不同类型沥青的粘度 温度特性 因此又出现了 依据b t d c 图的分级体系0 4 1 b t d c 可以区别三种不同类别的沥青 s 级沥青 低 蜡沥青 b 级沥青 氧化沥青 w 级沥青 高蜡沥青 b t d c 图比较综合地反映了沥青全温度域的性质指标的变化情况 但由于所使 用的试验方法对反映沥青本身性能上存在局限性 不能反映沥青在路面使用过程 中在荷载作用下的力学特性 特别是改性沥青的出现对沥青的评价方法提出了新 的挑战 因此 美国战略公路研究计划 s h r p 自1 9 8 7 年开始 经过5 年的研 究工作 开发了以性能分级的标准体系 p g 级 这一标准体系只保留了传统的 安全性指标 闪点 和施工指标 1 3 5 粘度 其余全部采用了流变性能指标 更确切地反映了沥青的粘弹特性和沥青在路用环境下的受力情况 s h r p 性能分级 方法与传统的评价沥青性能的方法有本质的区别 它所使用的指标可直接与工程 概念的路用性能相关联 l 引 就我国现阶段而言 评定沥青性能的方法仍然使用的是以针入度为核心的分 级体系 这样做是基于以下考虑 针入度测试方法简单 仪器成本低廉 操作方 便 方法比较完善 现行常规试验所测定的指标是基于道路工作者的长期实践经 验而确立的 对沥青的评价仍采用的是三大常规指标 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 因此 本论文同时采用了针入度 评价体系和s h r p 性能分级体系 以期能够准确的反映掺加粘结剂制备温拌沥青 对沥青路用性能的影响 沥青粘度试验 按照混合料试验规程 通常是根据粘温曲线确定混合料拌和及压实的等粘温 度 适宜于拌和的沥青结合料粘度为1 7 0 a 2 0 c p 适宜于压实的沥青结合料粘度为 2 8 0 j 3 0 c p 因此 我们从粘温曲线可以确定温拌沥青混合料拌和及压实温度的范 围 b r o o k f i e l d 粘度仪用于测量沥青的高温粘度 将少量的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 1 4 第二章原材料 设备 试验方法 矩 扭矩计读数乘以仪器参数即可得到以c p 表示的沥青粘度 本试验按照公路工 程沥青及沥青混合料试验规程t 0 6 2 5 2 0 0 0 操作 沥青针入度试验 按照沥青及沥青混合料试验规程t 0 6 0 4 2 0 0 0 进行沥青的针入度试验 计算针 入度指数p i 评价沥青的温度敏感性 沥青的延度试验 沥青低温延度的大小可以间接的反映沥青的低温路用性能 按照沥青及沥青 混合料试验规程t 0 6 0 5 1 9 9 3 进行沥青的延度试验 沥青的软化点试验 按照沥青及沥青混合料试验规程t 0 6 0 6 2 0 0 0 进行沥青的软化点试验 旋转薄膜烘箱老化试验 r 1 下o t 旋转薄膜烘箱老化 2 3 用以模拟沥青在经历了拌和 运输 摊铺及压实这一过 程的老化 也称为短期老化 它和沥青薄膜加热试验 t f o t 是同一性质的试验 但试验条件不同 由于试验时沥青膜更薄 只有5 1 0 u m 所以老化时间可以比 t f o t 更短 且更加接近沥青混合料拌和时的实际情况 试验操作按沥青及沥青混 合料试验规程 j 0 5 2 2 0 0 0 中的t0 6 1 0 1 9 9 3 进行 压力老化试验 p a v 压力老化试验是将已经经历过r t f o 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 沥青在混合料的体积特性 渗透性 集料的特 性 2 4 以及光热等因素共同作用下的老化 试验方法参照a a s h t os t a n d a r d s p e c i f i c a t i o nf o rp e r f o r m a n c e g r a d e da s p h a l tb i n d e r 2 0 0 4 中的r 2 8 进行 本研究 的试验条件选定如下 老化温度为1 0 0 老化空气压力为2 1 m p a 老化时间为 2 0 小时 动态剪切流变试验 d s r 动态剪切流变试验通过测量沥青的复数剪切模量g 和相位角6 确定沥青的 车辙因子 g s i n 6 和疲劳因子 g s i n s 达到极限时的温度 表征沥青在高温时 的抗车辙性能和常温温度域的较低温度状态下的抗疲劳开裂能力 本研究采用美 国t a 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 1 0 1 2 测定疲劳因子的应变水平约为l 左右 试验方法参照a a s h t o s u p e r p a v e 性能分级标准及试验规程 2 0 0 4 版 中的t 3 1 5 进行 弯曲梁流变试验 b b r 弯曲梁流变试验通过测量沥青结合料在路面最低设计温度下的蠕变劲度s 和 蠕变速率m 值来反映沥青结合料的抗低温开裂特性 本研究采用美国c a n n o n 公司生产的t e b b r 试验方法参照a a s h t os u p e r p a v e 性能分级标准及试验规程 第二章原材料 设备 试验方法1 5 2 0 0 4 版 中的t 3 1 3 进行 2 3 2 沥青混合料试验方法 成型方法 本论文选用了两种混合料成型方法 马歇尔击实成型和旋转压实成型 马歇 尔击实成型法是目前国内比较通用