岩沥青性能.doc

目 录第一章天然岩沥青介绍1一、天然岩沥青概述1二、性状描述2第二章岩沥青改性沥青3一、加工工艺3二、岩沥青改性沥青性能研究与工艺优化31、岩沥青改性沥青性能研究32、岩沥青改性沥青技术要求5第三章岩沥青改性沥青混合料6一、岩沥青改性沥青性能研究61、高温车辙实验62、高温汉堡车辙实验83、抗水损害性能10二、岩沥青改性沥青混合料设计及施工工艺111、集料112、岩沥青改性沥青混合料配合比设计113、混合料拌制114、岩沥青改性沥青混合料的施工工艺125、开放交通管理13第四章 市场分析14第一章 天然岩沥青介绍一、天然岩沥青概述天然岩沥青是以分子量高达一万的沥青质为主要成分，包含氢、氮、氧等其他化学成分组成的混合物。其化学构成如下：碳81.7%、氢7.5%、氧2.3%、氮1.95%、硫4.4%、铝1.1%、硅0.18%及其他金属0.87%。在这些沥青质中，几乎每个大分子中都含有由上述元素组成的极性官能团，这些极性官能团使得天然岩沥青与岩石表面之间有着非常强的吸附力。岩沥青中的极性官能团吸附硅酸岩、石英岩、石灰石、高岭石和硅铝酸盐等岩体表面能量的能力，比普通沥青胶质要高出数倍，具有良好的抗剥落性能。同时，岩沥青还含有多种能促进石油沥青中活性基团（羧基、羰基、醛、萘等）交联聚合的有机链，使得掺入岩沥青中的石油沥青分子的排列方式和网状结构（结点和强度）得到改善，增强了沥青内聚力，使改性沥青的抗流动性、抗氧化性、粘附性和感温性等获得明显的改善，尤其在抗车辙方面，更是表现出十分优异的特性。二、性状描述图1-1 岩沥青样块试验用布敦岩沥青天然沥青采自于印度尼西亚布敦地区，黑色块状，易碎，易于松解，有类似矿物解理，结构紧密，断面有光泽，呈不规则棱角状，而不似普通沥青由于结构均一，而呈现的半贝壳状或贝壳状断面。第二章 岩沥青改性沥青一、加工工艺岩沥青改性沥青采用普通加热拌合和高速剪切两种加工工艺，剪切温度为17010。进行加热，保持养生发育时间约1小时。试验流程如图所示。基质沥青溶胀发育搅拌剪切成品岩沥青 加热图2-1 改性试验流程图二、岩沥青改性沥青性能研究与工艺优化1、岩沥青改性沥青性能研究根据现行规范要求，每种试样均进行三大指标试验：25针入度、软化点、15延度试验；为了验证沥青低温性能，增加4针入度试验；针入度指数PI、闪点、脆点、弹性恢复、密度、溶解度、离析；粘度指标是反映沥青性能的重要指标，每种试样分别作不同试验温度下的粘度试验：60、135、175粘度试验；为了验证沥青改性后的抗老化性能，分别进行了沥青短期老化（RTFO）后的沥青指标。 表2-1 齐鲁70#基质-岩沥青改性沥青试验数据掺量0.0%10%13%20%27%33%针入度300.1mm113.0 71.0 55.0 46.7 43.0 28.3 250.1mm66403427.62821150.1mm22161211118.740.1mm18 16 14 12 10 动力粘度60Pas198.55231352135Pas0.450.82511.451.93.275175Pas0.08750.1550.170.2350.3050.44延度10cm10275.17 0.50.5015cm15025.0 8.7 7.1 6.2 3.8 弹性恢复2022.527.527.532.5软化点47.3 52.9 55.6 58.1 61.6 67.6 闪点346348356356356340溶解度%99.80 99.50 99.87 15g/cm31.036 1.041 1.051 1.044 1.048 1.048 RTFOT质量变化%-0.165 -0.161 -0.100 -0.159 -0.191 -0.120 残留针入度比%69.7 67.5 76.5 78.5 64.3 77.8 残留延度10cm7.7 7.0 0.8 0.5 4.0 0.5 PG性能分级对外掺0%、10%、13%、20%、27%、33%的岩沥青改性沥青进行了PG性能试验与分级。得到的PG分级结果如表所示，岩沥青改性沥青提升了基质沥青的高温性能等级，提高了沥青的高温性能、抗变形能力。 2、岩沥青改性沥青技术要求制造岩沥青改性沥青的基质沥青应与岩沥青有良好的配伍性，其质量应符合JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范表2-3中70号A级道路石油沥青的技术要求。岩沥青改性沥青宜在固定式工厂集中制作，在路面使用过程中应遵照供应商提供的使用技术要求。 表2-3 岩沥青改性70号沥青技术要求指标单位技术要求试验方法型型针入度25，100g，5s0.1mm35503045T0604针入度4，200g，60s，不小于0.1mm1210T0604软化点TR&B，不小于5256T0606运动粘度135，不小于Pas0.700.90T0625闪点，不小于260260T0611溶解度（三氯乙烯），不小于%98.098.0T0607TFOT(或RTFOT)后质量变化，不大于%0.50.5T0609或 T0610残留针入度比（25），不小于%6163T0604PG等级PG76-10注： 表中135运动粘度可采用公路沥青路面施工技术规范（JTG F40）中的“沥青布氏旋转粘度试验方法（布洛克菲尔德粘度计法）”进行测定。若在不改变改性沥青物理力学性质并符合安全条件的温度下易于泵送和拌和，或经试验证明适当提高泵送和拌和温度时能保证改性沥青的质量，容易施工，可不要求测定。老化试验以TFOT方法为准，允许以RTFOT方法代替，但必须在报告中注明，且不得作为仲裁结果。PG分级试验以AASHTO MP1，1995标准为准。上述技术指标是由70#基质沥青所制作的岩沥青改性沥青所得到的。第三章 岩沥青改性沥青混合料一、岩沥青改性沥青混合料性能研究沥青混合料是一种粘弹性材料，其物理力学性能与温度和荷载作用时间密切相关。通常所说的“高温稳定性”的“高温”是指在使用过程中受交通荷载的反复作用，容易产生车辙、推移、拥包等永久性变形的温度范围。沥青路面在高温下往往劲度迅速下降，路面抗剪强度不足，易形成高温变形，尤其在道路的交叉口或长纵坡路段，随着交通渠化和轴载加重，高等级沥青路面永久性变形问题越来越引起重视。针对多种混合料级配类型进行多种高温性能试验，主要有车辙试验、汉堡试验和多重蠕变试验等，对多种基质沥情和SBS改性沥青进行了对比研究。1 高温车辙试验外掺岩沥青10%、13%、33%的改性沥青混合料进行车辙试验， 同时横向对比的还有滨化基质沥青90#、外掺15%、30%特拉尼达湖沥青，外掺5%、10%北美硬质岩沥青改性沥青混合料。结果表明：随着岩沥青掺量的增加，混合料动稳定度迅速增加，33%布敦岩沥青改性沥青混合料动稳定度是基质沥青混合料动稳定度的4.9倍，证明了其优良的改性效果和高温性能。表3-1 岩沥青改性沥青车辙试验数据沥青种类滨化90#沥青13%岩沥青27%岩沥青33%岩沥青动稳定度（次/mm）25504074748112508沥青种类15%特立尼达湖沥青30%特立尼达湖沥青动稳定度（次/mm）51367434沥青种类5%北美岩沥青10%北美岩沥青动稳定度（次/mm）44427749对滨化70#、加德士70#、中海油70#及其各自外掺20%的布敦岩沥青改性沥青进行车辙试验对比，同时也对SBS改性沥青进行了高温性能对比。结果表明，同基质沥青掺加相同掺量的岩沥青，获得的改性沥青混合料的抗车辙能力基本相同，岩沥青掺量为20%时，其改性沥青混合料动稳定度均增加一倍以上，改性效果相当明显。通过比较可以看出，采用70#基质沥青掺加20%岩沥青，其混合料的动稳定度均要略高于SBS改性沥青混合料。2 高温汉堡车辙试验汉堡轮辙试验是目前测试沥青混合料抗水损害和抗车辙性能试验条件最苛刻的试验设备之一。而且汉堡轮辙试验结果与沥青混合料的现场性能具有良好的相关性，能很好的模拟现场最恶劣的环境，因此采用汉堡轮辙试验对混合料性能进行比较评价具有很好的可参考性。分别采用AC-20、AC-25、ATB-25三种级配沥青混合料进行汉堡试验。结果表明，岩沥青的掺加可以显著提高沥青混合料的高温抗变形能力及抗水剥落能力。表3-2 汉堡轮辙试验结果汇总混合料类型沥青类型沥青含量,%理论最大相对密度密度毛体积相对密度密度试件空隙率,%10000次变形,mm20000次变形,mmAC-20普通70号沥青4.42.5222.3337.504.507.37AC-20SBS改性沥青4.62.5152.3516.492.983.88AC-2050号沥青4.32.5262.3257.952.203.12AC-20岩沥青4.62.5152.3377.083.003.99AC-2070+矿纤维5.02.5072.3595.904.227.00AC-2070+纺纶纤维4.82.5092.3456.554.105.88表3-3 不同沥青AC- 25混合料汉堡试验结果对比级配类型沥青沥青含量()碾压20000次变形(mm)拐点（次）AC-25普通704.211.16700AC-25岩沥青改性沥青(13)4.27.0815000AC-25岩沥青改性沥青(20)4.33.66无表3-4 ATB-25汉堡试验结果级配类型沥青用量() 碾压20000次变形(mm)拐点（次/mm）ATB-25普通703.76.75无ATB-25岩改沥青(13)3.95.34无ATB-25岩改沥青(20)4.03.21无3 抗水损害性能采用加德士70号沥青及不同岩沥青掺量改性沥青混合料进行冻融劈裂试验以对其抗水损害进行评价。表3-5 岩沥青改性沥青混合料的冻融劈裂试验沥青种类70号沥青13%岩沥青20%岩沥青27%岩沥青S,%72.877.378.878.2RT1,MPa0.981.321.291.62RT2, MPa0.881.231.241.46TSR,%89.592.896.290.3试验结果表明，岩沥青改性沥青混合料抗水损害性能得到了明显的改善，随着掺量的增加，混合料抗水损害性能逐渐增强，当掺量为20%时TSR值到达峰值，当岩沥青掺量继续增加，混合料TSR值迅速降低。二、岩沥青改性沥青混合料设计及施工工艺1、集料执行部颁公路工程集料试验规程（JTG E42）和公路沥青路面施工技术规范（JTG F40）标准。2、岩沥青改性沥青混合料配合比设计岩沥青改性沥青混合料配合比设计方法按部颁公路沥青路面施工技术规范（JTG F40）规定执行，拌和必须采用小型沥青混合料拌和机进行，拌和温度为165170，试件制作温度为160165。岩沥青改性沥青可用于表面层、加铺层和过渡层以提高高温抗车辙性能为主要目的兼有承重、抵抗反射裂缝以及阻挡水分渗入路面结构内部的作用。低温性能可按普通沥青混合料的要求执行。3、混合料的拌制岩沥青改性沥青的贮存罐必须加设搅拌设备，搅拌设备每2小时搅拌一次，每次搅拌30分钟。第一次储存岩沥青改性沥青前，沥青储存罐清理干净，储存罐内不得存留原有的沥青及其它杂质，空罐体未泵入沥青前，应对罐体进行预先加热。岩沥青改性沥青由于粘度较大，泵送时间较长，所以应尽量缩短沥青的供给管道长度，并且提前60分钟用导热油对管道进行加热。岩沥青改性沥青的加热温度应保持在160170。岩沥青改性沥青混合料拌和时间根据具体情况经试拌确定，以沥青均匀裹覆集料为度。间歇式拌和机每盘的生产周期不宜少于50s(其中干拌时间不少于510s)。集料温度应比沥青高1520，热混合料贮存过程中温降不得大于10，且不能有沥青滴漏，岩沥青改性沥青混合料只限当天使用。岩沥青改性沥青混合料的出厂温度应控制在175190之间，超过195者应予废弃。4、岩沥青改性沥青混合料的施工工艺由于岩沥青改性混合料对温度的要求比较高，因此在摊铺施工前要提前1h进行熨平板的预热工作，熨平板温度不低于120。摊铺过程中，熨平板应选择较高的振动频率，提高初始压实度，以保证岩沥青改性沥青路面的整体压实效果。岩沥青改性混合料的松铺系数应由混合料类型试铺试压确定。岩沥青改性混合料摊铺温度不低于160。岩沥青改性沥青混合料的压实温度为：初压温度150，终压温度120。岩沥青改性沥青混合料的碾压温度要求较高，为防止碾压过程中沥青混合料温度降低过快，初压：采用双钢轮压路机，驱动轮面向摊铺机，第一遍必须采用静压方式，紧跟摊铺机后，从外侧向内侧碾压，振动碾压时遵循“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则，采用高频率、低振幅的方式碾压23遍。压实速度控制在3km/h。在连续较长的路段，也可用胶轮压路机进行初压。复压：紧跟初压后开始，不得随意停顿。采用钢轮振动压路机进行碾压23遍，压实速度控制在每公里5km/h。终压：紧跟复压之后进行，采用钢轮压路机关闭振动碾压23遍。钢轮压路机应采用喷雾状方式进行洒水，尽量减少洒水量；轮胎压路机应采用在轮胎上涂刷植物油的方式防止粘轮，不得采用洒水方式。5、开放交通管理岩沥青改性沥青混合料路面应待摊铺层完全自然冷却，混合料表面温度低于50后，方可开放交通。铺筑好的路面应严格控制交通，做好保护，保持整洁，不得造成污染。第四章 市场分析目前中国岩沥青市场前景非常看好，目前我们山东省山东高速的大部分高速公路都使用了岩沥青改性沥青作为中面层，以及全国各地、国外一些工程都在使用岩沥青改性沥青，用以提高整个路面的抗车辙性能；经济效益分析如下：三、各种改性沥青的经济性与实用性对比（外掺法）项目70#沥青A级TLA改性沥青SBS改性沥青青川岩改性沥青布敦岩改性沥青改