道路沥青的路用性能.ppt

道路沥青的路用性能 三 徐强 本部分知识结构图 沥青结合料的抗疲劳性能 定义路面在使用期间经受车轮荷载的反复作用 长期处于应力应变交迭变化状态 致使路面结构强度逐渐下降 出现疲劳破坏 沥青抵抗这种破坏的性能 称之为抗疲劳性能 沥青结合料的抗疲劳性能 研究状况国内长期以来属于空白 试验规程中没有提及有关疲劳性能的试验方法 国外欧洲国家很早开始对沥青的抗疲劳性能进行研究壳牌公司研究所 KSLA 英国TRRL很早就擦用沥青动态剪切试验方法研究沥青的复数劲度模量和相位角澳大利亚也有相关描述资料美国在SHRP计划中 将沥青结合料的动态剪切模量及试验设备DSR列入Superpave的沥青路用性能规范 沥青结合料的抗疲劳性能 Superpave沥青胶结料性能规范要求 时间t 施加的剪应力 时间t 产生的剪应变 沥青结合料的抗疲劳性能 SHRP相关指标 实轴 疲劳性能的表征G G sin G 复数剪切劲度模量的虚轴分量 反映变形过程内部摩擦产生的以热的形式散失的能量 叫做损失模量 反映了粘弹性中粘性与弹性成分的比例与影响程度 沥青结合料的抗疲劳性能 沥青结合料的抗疲劳性能 对指标的评价G sin 值越小 表示疲劳性能越好 G sin 实际上包括了复数剪切劲度模量及相位角两个因素 总之 对检验沥青样品 低温下其G 越小 越大的样品 其耐疲劳性能越好 沥青结合料的抗疲劳性能 试验要求试验温度中等路面温度 大体相当于最高设计温度计最低设计温度平均值以上4 在年最不利季节时期的路面温度状态下 相当于纯融时期的温度条件 试验样品沥青路面的疲劳破坏多发生在路面服务期的后期 沥青混合料已经相当的老化 所以试验样品不仅经过RTFOT模拟热拌过程中的老化 还必须经过PAV以模拟路面使用使用过程中的长期老化状态 沥青结合料的抗疲劳性能 试验要求剪切频率10rad s 相当于3 183Hz频率越高 即荷载作用时间越短 沥青的复数剪切劲度模量就越大 沥青的老化性能 定义沥青老化是指沥青在贮存 运输 施工及使用过程中 在环境因素 光热水氧 的作用下 会发生一系列的挥发 氧化 聚合 乃至沥青内部结构发生变化 同时发生性质变化 导致路用性能劣化的过程 重要性直接影响路面使用寿命 是影响路面耐久性的主要因素 沥青的老化性能 沥青老化的三个阶段 运输 储存 加热过程中的老化轻质油分挥发 沥青变脆 粘结力降低与空气的氧气发生聚合反应在转存过程中与氧气的充分接触 发生氧化反应 沥青的老化性能 沥青老化的三个阶段加热拌合及铺筑过程热储存过程与密闭在仓中的空气发生氧化混合料沥青薄膜厚度在5 15 m 在高温状况下 老化严重 沥青的老化性能 沥青老化的三个性能沥青在路面使用过程中的老化在使用过程中 由于环境因素及荷载因素 特别是在水分 紫外线 氧气的长期作用下 会引起老化挥发或骨料的吸收使得低分子油分含量减少同大气中的氧发生反应使沥青的化学结构发生变化分子间形成可导致触变效应的结构 沥青的老化性能 沥青老化的因素氧化作用氧气与沥青发生化学反应的过程 反应速率取决于环境温度挥发作用轻质油从沥青组分中逐渐逸出聚合作用触变作用胶体的脱水收缩作用分离和析出作用混合料的级配 路面的密度 孔隙率 沥青的老化性能 沥青短期老化的评价方法对应的主要生产阶段短期老化 STOA 主要对应于沥青在拌合和铺筑过程中的老化 试验方法TOFTFTOFT 将50克沥青式样放入直径140 深9 5 的不锈钢盛样皿中 沥青膜的厚度为3 2 在163 通风烘箱的条件下以5 5r min的速率旋转 经过5小时候的质量损失及针入度等各种性质指标的变化的试验方法 将沥青式样35克装入高140 直径64 的开口玻璃瓶中 盛样瓶插入旋转烘箱中 一闭上你接受以4000mL min的流量吹入的热空气 一般在15 的速度旋转 经过75min老化后 测定沥青的质量损失及针入度粘度等各种指标的变化 沥青的老化性能 沥青短期老化的评价方法两种试验方法的比较相同点两种试验方法都是使沥青暴露在热空气条件和气流中 一方面是沥青中轻质油分挥发 一方面使沥青中与空气中的氧气发生反应 沥青的老化性能 沥青短期老化的评价方法两种试验方法的比较不同点日本和加拿大研究认为RTFOT试验不仅精度高而且重现性好壳牌公司认为两试验评价氧化稳定性和油分挥发引起的硬化是合适的 RTFOT能避免改性剂发生离析 是改性沥青老化试验的标准试验方法北欧认为两试验均能较好的反应在拌合过程中性质的变化 沥青的老化性能 沥青长期老化评价方法对应的实际生产阶段沥青在路面使用过程中的老化 是一个漫长的过程 称为长期老化 LTOA 试验方法PAV PressureAgingVessel 沥青的老化性能 沥青长期老化评价方法PAV老化试验要点试验温度 视标号的不同规定为90 110 老化时间 20h充气压力 2 1MPa影响程度 相当于使用期路面表层沥青老化5年的情况 依据模拟老化使得沥青性质的变化能与现场老化条件相对应来确定室内老化条件 沥青的老化性能 我国现行规范对道路沥青老化的要求 沥青与集料的粘附性 粘附性机理沥青混合料的剥离 Stripping 是沥青路面常见的破坏形式 剥离剥落 沥青与集料的粘附性 表面张力理论三相接触角为 矿料 沥青表面张力水 矿料表面张力沥青 水表面张力平衡状态剥离功 沥青 水 集料 集料 水 沥青 不剥离 剥离 沥青与集料的粘附性 表面电位的理论沥青与集料粘附的本质两种材料的界面的亲和力 包括表面张力 分子引力 机械附着力 化学反应引力 尤其是物质表面的电荷引力 沥青与集料的粘附性 沥青与集料粘附性的影响因素石料的化学成分及表面状况集料表面的粗糙度检验方法静态浸水法光电分光光度法 沥青与集料的粘附性 沥青剥落的模式沥青膜移动沥青膜破裂起跑水力冲刷和孔隙压力粘结层破坏 沥青与集料的粘附性 改善措施在沥青中添加抗剥落剂在拌制沥青混合料时添加消石灰粉或水泥选用碱性集料保证石料表面的清洁度 沥青中蜡对路用性能的影响 国产沥青的含蜡量问题1998年正式把蜡含量作为一个重要指标对待 七五 交通部门与石化部门合作从原油及生产工艺上降低了道路石油沥青的蜡含量 九五 进口原油 炼制低蜡含量沥青 沥青中蜡对路用性能的影响 蜡对沥青性能的影响J PH PFELFFER观点表面凝聚 失去沥青光泽 减小沥青粘性使得沥青体积变化规律复杂化对许多与温度有关的指标检验产生明显影响高的蜡含量使沥青的温度感应性增大 沥青中蜡对路用性能的影响 蜡对沥青性能的影响SHRP研究结论沥青的蜡组分 沥青中蜡对路用性能的影响 蜡对沥青性能的影响SHRP研究成果不同测定方法测定蜡的品种及含量不同总蜡量对沥青的粘温曲线斜率有重要的影响结晶蜡含量是沥青低温开裂的主要因素无定型蜡降低沥青粘度容许蜡含量蜡改性剂提出含蜡量及结晶蜡含量化学分析 沥青中蜡对路用性能的影响 蜡对沥青性能的影响我国关于蜡对沥青路用性能影响的研究蜡在高温时融化 使沥青粘度降低 影响高温稳定性增大温度敏感性影响沥青粘结力及抗水剥离性容易造成低温发脆 开裂减小低温应力松弛性低温时的流变指数增加 复合流动度减小 时间感应性增加蜡的结晶及融化使一些测定指标出现假相 沥青中蜡对路用性能的影响 沥青蜡含量标准国际德国 奥地利 比利时 不大于2 0 蒸馏法 法国 不大于4 5 LCPC法 波兰 2 次等沥青3 5 国内 沥青中蜡对路用性能的影响 蜡含量的测定方法国内外常用额定方法裂解蒸馏法吸附法磺化法色谱法我国标准方法裂解蒸馏法 沥青中蜡对路用性能的影响 式中 S 试样采取量 g D 馏出油量 g d 馏出油中试样采取量 g P 所得蜡含量 g 沥青的化学组成与沥青性能的关系 沥青组分分析概述在我国 广泛使用四组分析法 SARA分析法 饱和分 S 芳香分 Ar 胶质 R 沥青质 A 五组分分析 化学沉淀法 沥青质 At 氮基 N 第一酸性成分 A1 第二酸性成分 A2 链烷分 P 沥青的化学组成与沥青性能的关系 国产沥青的组分特点国产沥青特点 沥青质低 蜡含量高 胶质多 芳香分少 饱和分多沥青组分取决于原油品种 沥青的化学组成与沥青性能的关系 沥青组分与沥青指标的关系与25 针入度沥青质胶质等重质成分是针入度变小 轻质分饱和分使针入度变大 与软化点沥青质胶质等重质成分是软化点升高 饱和分或芳香芬轻质分使软化点降低 沥青组分与沥青指标的关系与高温粘度沥青质胶质等重质成分是高温粘度升高 饱和分或芳香芬轻质分使高温粘度降低 沥青的化学组成与沥青性能的关系 沥青的其他性能指标 沥青的密度沥青的密度是沥青分子致密程度的指标 也是沥青质量性能的指标以15 作为测定标准沥青布同温度下测得密度的换算 沥青密度 25 25 沥青密度 15 0 996比重与四组分的相关关系比重 1 06 8 5 10 4Ast 7 2 10 4Re 8 7 10 5Ar 1 6 10 3Sa沥青密度基本上由原油品种决定 沥青的其他性能指标 沥青的溶解度意义及一般规定沥青溶解度指标主要目的是测试沥青产品的纯净程度沥青溶解度都在99 0 以上 一般大于99 5 我国规范规定沥青溶解度不小于99 5 常用溶剂三氯乙烯 CHCL CCL2 四氯化碳 CCL4 苯 C6H6 三氯甲烷 CHCL3 二硫化碳 CS2 二氯甲烷 CH2CL2 沥青的其他性能指标 沥青的闪点 flashpoint 标准定义试样在规定盛样器内按规定的升温速度受热时所挥发的气体以规定的方法与试焰接触 初次发生一瞬即灭的火焰时的试样温度 以 表示 表征沥青在施工过程中的安全性能 试验方法克利夫兰开口杯法 COC 泰格开口杯 TOC 沥青的其他性能指标 沥青的电性能导电率导电率表示电流在物质中传输的难易程度 是电阻的倒数 电阻以 为单位 单位是S m 沥青导电率一般为 10 12 10 14S cm 常作为绝缘物质使用沥青越硬 导电率越小与沥青针入度的平方成正比 与粘度相对应 沥青的电性能沥青的介电常数沥青对氧 雨 紫外线的耐老化能力 路面的抗滑性能与沥青的介电常数有关介电常数的计算 沥青的其他性能指标 沥青的热性质比容与热膨胀系数比容是沥青密度的倒数 即单位质量的体积每升高1 增加的体积即沥青的热膨胀系数 一般可取6 10 4ml ml 沥青无论采用何种方式运输和贮存都必须按照15 时的体积作为依据 沥青的其他性能指标 沥青的其他性能指标 沥青的热性质比热与热传导系数单位质量的沥青每升高1 所吸收的热量单位面积内单位时间所传递的热量称为热通量 它与用温度梯度dT dx表示的温度差成正比其比例系数称为热传导系数不同温度下比热的计算 沥青的其他性能指标 沥青的透水性沥青材料具有很好的防水防潮性能Fick定律W 水蒸气向沥青膜中渗透扩散的量 g A 沥青膜的表面积 cm P 水蒸气的压差 mmHg T 扩散时间 h L 膜厚 cm K透水系数 与路面的渗水系数关系不大 因此对路面来说 沥青混合料的自身透水与空隙透水相