Superflex改性沥青混合料(黄林小论文).doc

Superflex 改性沥青混合料路用性能研究 摘要摘要 通过实验研究 首先进行了 Superflex 改性沥青掺量的确定 在 DSR 频率扫描试验中比较了掺 量分别为 12 15 与 18 时改性沥青的性能 从使用性能与经济因素综合考虑下认为 Superflex 改性沥 青掺量为 15 时能有效提高路面耐高温 抗车辙性能 另外通过对比 SBS 改性沥青 15 Superflex 改性 沥青 橡胶沥青与基质沥青 4 种沥青混合料的高温稳定性与水稳定性 发现 Superflex 改性沥青能有效提 高路面的高温稳定性与水稳定性 性能优于橡胶沥青 比 SBS 改性沥青稍差 关键词关键词 Superflex 改性沥青 掺量 配合比设计 小型加速加载 1 前言 随着我国经济的飞速发展 高速公路上交通量的增长与汽车超载现象已经成为破坏路 面的主要原因 薄层罩面技术做为公路工程提质和改造的重要技术 是一种改善路用性能 的重要方法 1 随着薄层罩面技术在世界范围内得到大范围利用和研究 白改黑 工程 的沥青薄层罩面技术在国内也开始起步研究阶段 白改黑 工程最重要的部分是处理好 层间抗剪 路面使用寿命 反射裂缝等问题 因此选择一种经济且耐用的材料是很重要的 Superflex SPF 沥青属印尼 TMA 公司生产 它是一种高分子聚合物改性沥青粘合剂 它 具有较好的水稳性 高温稳定性 耐疲劳等优点 在国内 Superflex 沥青混合料的工程实际应用还处于推广阶段 本文研究从国外引进的 高分子聚合物 Superflex 对泰普克 70 石油沥青进行改性研究 与常用的 SBS 改性沥青 橡 胶沥青与基质沥青进行路用性能的对比 2 Superflex 改性沥青掺量确定 2 1 改性机理及加工 Superflex 改性剂是一种的天然屑粒橡胶改性沥青 其具有很高的粘度 针入度 软化 点和弹性模量 这种天然屑粒橡胶是天然的高弹性的高分子化合物 由橡胶树割取的胶乳 经过稀释 过滤 凝聚 滚压干燥等步骤制得 然后经过加工和基质沥青浓缩改性后得到 的天然屑粒橡胶改性沥青 即 Superflex 改性剂 其中所采用的天然屑粒橡胶中约含有 91 94 的橡胶烃 其余为蛋白质 脂肪酸 灰分和糖类等 不含杂质的天然屑粒橡胶透 明而略带黄色 具有良好的黏性和抗拉性 2 Superflex 改性沥青的加工方法为 先将 Superflex 改性剂加热到 185 195 之间 基质沥青预热到 160 左右 然后将熔融状态的 Superflex 改性剂按照掺入量加入基质沥青之中 且通过搅拌使其混为一体 再通过高速剪 切仪进一步剪切使得改性剂均匀分散在沥青之中取得良好的改性效果 最终获得 Superflex 改性沥青 3 从微观及宏观两方面考虑 Superflex 改性沥青的改性机理可以归纳为以下三 种 1 相容性改性 2 结构变化改性 3 增强作用改性 4 2 2 掺量确定 该试验采用的基质沥青为泰普克 70 基质沥青 其性能满足规范 公路工程沥青及沥 青混合料试验规程 JTG E20 2011 要求 研究的性能主要包括沥青基本技术性能与动态 剪切流变性能 目的在于研究不同改性剂对以上性能的影响规律 并确定改性剂的掺量 试验数据见下图 2 1 2 4 60 1 E 01 1 E 02 1 E 03 1 E 04 1 E 05 1 E 06 0 11101001000 频率 rad s 复合模量 pa 基质 SPF 12 SPF 15 SPF 18 SBS 60 1 E 01 1 E 02 1 E 03 1 E 04 1 E 05 1 E 06 0 010 11101001000 频率 rad s 车辙因子 Pa 基质 SPF 12 SPF 15 SPF 18 SBS 图图 2 1 不同不同 Superflex 掺量时沥青频掺量时沥青频 图图 2 2 不同不同 Superflex 掺量时沥青掺量时沥青 率扫描的复合模量 率扫描的复合模量 60 频率扫描的车辙因子 频率扫描的车辙因子 60 60 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 0 11101001000 频率 rad s 相位角 基质 SPF 12 SPF 15 SPF 18 SBS 图图 2 3 不同不同 Superflex 掺量时沥青掺量时沥青 图图 2 4 Superflex 单掺时单掺时 频率扫描的相位角 频率扫描的相位角 60 对沥青软化点的影响对沥青软化点的影响 通过对以上实验数据的观察与分析 能发现 Superflex 掺入基质沥青后沥青基本技术性 能变化规律性欠佳 对于掺量的改变 其变化不是很明显 DSR 频率扫描结果表明 SPF 在高温时能使沥青在测试频率范围内的复合剪切模量增大 相位角减小 车辙因子增大 复合粘度增大 以上性能改善在低频区域表现更加显著 高温性能较 SBS 改性沥青还有差 距 但软化点试验结果表明 SPF 的软化点会随着掺量的增大而增大 特别是在掺量由 12 增 加到 15 时变化较为明显 而从 15 到 18 软化点变化幅度不大 由上述试验综合考虑 采用 SPF 掺量为 15 较为理想 3 试验设计 3 1 沥青 论文采用的沥青有 4 种 分别为 Superflex 15 改性沥青 SBS 改性沥青 4 普通橡胶沥青 6 根据规范要求进行针入度 软化点 密度等试验 试验结果如下 表表 3 13 1 沥青质量检测结果沥青质量检测结果 试验项目单位SBS SPF 改性 15 橡胶沥青技术要求 针入度 25 100g 5s 0 1mm52 556 076 540 60 软化点 72 966 565 6 60 延度 5 5cm min Cm31 519 526 5 20 运动粘度 135 Pa s2 11 11 2 3 溶解度 99 999 999 9 99 弹性恢复 25 879094 75 备注生产改性沥青所用基质为泰普克 70 道路石油沥青 从上表可以看出 Superflex 15 改性沥青基本能满足 SBS 改性沥青的试验标准 除了 5 时延度指标偏小 说明其在低温时粘结性能不是很理想 软化点 针入度都表现 的不错 也反映了 Superflex 15 改性沥青较好的高温稳定性 对于南方广大地方都是 较为合适的 3 2 沥青混合料配合比设计 参考我国 公路沥青路面施工技术规范 JTGF40 2004 规定 SMA 16 的级配范围的 中值且对分界筛孔的中值3 进行调整后提出 A B C 三组初试级配 且矿粉的用量控 制为约 10 三组初试级配具体如表 表表3 23 2 初试级配初试级配 通过筛孔的百分率 初试 级配191613 29 54 752 361 180 60 30 150 075 A1009575552918 517 515141312 B1009575552618 517 515141312 C1009575552318 517 515141312 通过实验确定出级配 B 为 3 种级配中最理想级配 故选取为设计级配 采用级配 B 后 分别选取油石比 5 7 6 0 6 3 按照标准马歇尔试件成型方法制作试件 得出最佳油石 比为 6 0 最后结合经济性并且考虑南方大部分地区属于夏季高温多雨冬季阴冷潮湿的气 候特点和以往 SMA 16 的沥青混合料设计经验 最后确定设计最佳油石比为 5 9 并检验符 合要求 5 为了试验的对比性 其他几种沥青也选用级配 B 为设计级配 最终确定 SBS 改性沥青 油石比为 6 0 橡胶沥青油石比为 6 6 其中木质素的掺量为 0 3 4 小型加速加载MMLS1 3试验 本试验的 MMLSl 3 设备测试路面厚度达到 100 mm 测试 60 温度状态下 潮湿环 境对路面使用性能的影响 该小型加速加载设备的缺点是轮胎尺寸小 接地压强能够达到 0 7Mpa 但因其加载轮胎的尺寸仅为正常轮胎尺寸的 l 3 因此其荷载影响的范围有限 的 同时 3 种沥青混合料进行试验 每一组各 3 个试件 总共 9 个试件 经过切割加工后 放入试验槽中进行试验 在加速加载试验中 车辙变形沿试件横断面方向的分布是有所差 异的 轮载正下方变形最大 两边变形隆起 车辙深度基本属于两边对称分布 在轮胎作 用的区域面积随着荷载作用次数增加 两侧隆起高度也逐渐增大 两侧最大隆起的高度的 平均值定义为 在轮迹中心处的最大下陷深度定义为下陷变形为 与之和称 1 H 2 H 1 H 2 H 为车辙深度 H 6 试验数据如表 4 H 的单位为 mm 表表4 14 1 三种改性沥青混合料三种改性沥青混合料60 60 时在不同加载次数下的车辙深度时在不同加载次数下的车辙深度 0 5 1042 1045 10410 10415 104 SBS 改性沥青混合料1 72 02 22 32 35 Superflex 改性沥青混合料1 92 352 552 672 7 橡胶改性沥青混合料2 12 52 72 82 85 对比发现 Superflex 改性沥青混合料的高温稳定性较 SBS 改性沥青混合料稍差一点 但是根据相关试验和资料较基质沥青的 SMA 16 的高温稳定性有较大提高 通过观察 50000 次 100000 次 150000 次相同荷载作用后的三种混合料的变形可以发现 在这个近 稳定的状态下 相同荷载和约束作用条件下 橡胶沥青混合料的变形增量 Superflex 改性 沥青混合料的变形增量 SBS 改性沥青混合料的变形增量 因此 橡胶沥青混合料的变形 模量 Superflex 改性沥青混合料的变形模量 SBS 改性沥青混合料的变形模量 5 结论 1 对 Superflex 改性沥青的掺量进行了比较 认为掺量为 15 时表现的效果较好 2 在相同级配 油石比和温度的情况下 Superflex 改性剂对泰普克 70 号基质沥青 的低温性能改善不明显 且 Superflex 改性沥青混合料的低温性能较比 SBS 改性沥青混合 料的差 3 DSR 频率扫描结果表明 Superflex 改性沥青在高温时掺量的增加能使沥青在测 试频率范围内的复合剪切模量增大 相位角减小 车辙因子增大 复合粘度增大 以上性 能改善在低频区域表现更加显著 高温性能较 SBS 改性沥青还有差距 4 通过小型加速加载试验能比车辙试验更精确的模拟路面车辙的产生过程 通过实 验发现橡胶沥青混合料的变形增量 Superflex 改性沥青混合料的变形增量 SBS 改性沥青 混合料的变形增量 也表明 Superflex 改性沥青的高温性能介于 SBS 改性沥青与普通橡胶 沥青之间 适合于南方高温多雨的地区使用 由于它比 SBS 改性沥青的价格便宜不少 所 以产生的经济价值比较可观 次 数 H 种 类 参考文献 1 司正军 超薄沥青混凝土面层性能的研究 J 中国矿业