硬质沥青及其混合料路用性能的试验研究

硬质沥青及其混合料路用性能的试验研究（精选7篇）

硬质沥青及其混合料路用性能的试验研究 篇1

岩沥青对沥青混合料路用性能的影响研究

文章针对印尼产Buton岩沥青的.特性,对不同掺量的岩沥青改性沥青混合料和复合改性沥青混合料SMA-10的水稳定性、高温稳定性和低温抗裂性分别进行室内对比试验研究.结果表明,随着岩沥青掺量的增加,岩沥青改性混合料和复合改性沥青混合料的水稳定性、高温稳定性和低温抗裂性等路用性都能改善明显,其中,以岩沥青掺量为沥青混合料质量的3%时,综合路用性能改善效果最好.

作 者：凌天清 宋绍杰 LING Tian-qing SONG Shao-jie 作者单位：重庆交通大学土木建筑学院,重庆,400074刊 名：西部交通科技英文刊名：WESTERN CHINA COMMUNICATIONS SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(1)分类号：U416.217关键词：道路工程 岩沥青 沥青混合料 路用性能 高温稳定性 水稳定性 低温抗裂性

硬质沥青及其混合料路用性能的试验研究 篇2

我们对掺加Duroflex的沥青混合料路用性能进行了试验研究,并与SBS改性沥青及镇江AH-70号沥青混合料进行了对比。

1 原材料

1.1 集料

试验用粗集料和细集料均采用南京鑫马玄武岩,填料为石灰岩矿粉,质量均符合JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的规定。

1.2 沥青

采用镇江泰普克70#道路石油沥青(AH-70#,A级)和镇江美仑SBS改性沥青(I-C级)2种沥青,经测试各项技术指标均符合规范所规定的要求。其中SBS改性沥青各项质量技术要求见表1。

1.3 外掺剂

采用德国Duroflex沥青混凝土改性剂,灰褐色,颗粒状,掺量为混合料总质量的0.5%,主要技术指标见表2。

2 矿料级配

采用AC-13C级配类型,合成级配见图1。

3 Duroflex沥青混合料性能试验

为了研究Duroflex对沥青混合料路用性能的影响,采用AH-70#石油沥青、SBS改性沥青、AH-70#+0.5%Duroflex、AH-70#+0.8%Duroflex等4种沥青混合料进行试验研究。

3.1 马歇尔稳定度试验

按照JTJ 052—2000《公路工程沥青和沥青混合料试验规程》的方法,进行混合料的马歇尔稳定度试验,结果见表3。

表3表明,在相同的级配下,使用AH-70#沥青的混合料油石比最小,掺加0.8%Duroflex的混合料油石比最大。掺加0.5%和0.8%Duroflex的混合料稳定度分别比AH-70#沥青的混合料提高44.01%和47.73%,流值分别提高8.50%和12.42%,SBS改性沥青混合料居于两者之间。Duroflex在矿料颗粒和沥青胶浆之间形成聚合体搭桥,使混合料具有较强的抗变形能力。

3.2 抗车辙试验

加入Duroflex后,由于形成分散的聚合物晶体,使沥青的黏稠度和粘聚力增大,同时矿料颗粒和沥青胶浆之间形成聚合物搭桥,能够抵抗高温条件下行车荷载的反复作用产生的沥青混合料变形,使沥青的高温稳定性得到很大的提高,从而增强了混合料的抗车辙能力。按照JTJ 052—2000的试验方法,进行沥青混合料车辙试验,结果见表4。

从表4可以看出,Duroflex沥青混合料的抗车辙能力高于SBS改性沥青混合料,AH-70#沥青混合料的抗车辙能力最弱。

3.3 低温弯曲试验

Duroflex改性剂既有聚合物成分,使沥青混合料具有和SBS改性沥青同样的低温抗裂能力,同时,又含有纤维素的成分,纤维呈三维随机分布,这些纤维对混合料的开裂起到阻滞作用,从而提高沥青路面纹裂的自愈能力,减少裂缝的出现。按照JTJ 052—2000的试验方法,对4种沥青混合料在加载速率为50 mm/min条件下,进行-10℃时沥青混合料的低温弯曲试验,结果见表5。

从表5可以看出,掺加0.5%和0.8%Duroflex的混合料弯拉强度分别比SBS改性沥青混合料提高4.93%和7.88%,劲度模量分别提高5.48%和9.17%,破坏时的弯拉应变分别提高6.24%和7.13%。

3.4 水稳定性试验

采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价沥青混合料的水稳定性,分别以残留稳定度和冻融劈裂残留强度比(TSR)作为评定指标,试验结果见表6。

从表6可以看出,加入Duroflex后,沥青混合料的水稳定性明显提高,掺加0.5%和0.8%Duroflex的混合料残留稳定度分别比AH-70#沥青混合料提高9.95%和13.93%,冻融劈裂残留强度比分别比AH-70#沥青混合料提高18.25%和21.12%。

4 结语

掺入Duroflex沥青改性剂的沥青混合料具有较好的高温抗车辙能力、低温抗裂性、水稳定性,这些性能较AH-70#和SBS改性沥青均有明显的改善和提高,可以减少沥青路面病害的发生。

综合考虑经济效益和技术性能,认为在高速公路面层施工中可以使用Duroflex沥青混合料来代替SBS改性沥青混合料。

摘要：通过对掺加DUROFLEX、SBS改性沥青、AH-70#沥青混合料的马歇尔参数特性、高温抗车辙能力、低温开裂能力及水稳定性的性能对比试验,分析了DUROFLEX对沥青混合料路用性能的影响,为新型改性剂DUROFLEX的推广提供理论依据。

关键词：DUROFLEX,改性沥青,沥青混合料,路用性能

参考文献

橡胶沥青混合料路用性能研究 篇3

关键词：橡胶沥青混合料；路用性能；稳定性

公路交通运输业的飞速发展为中国经济的飞速发展做出贡献的同时也带来诸多问题，废旧轮胎大量堆积，对人类生存的自然环境造成危害并占用土地资源。如何能有效地处理这些废旧轮胎，且不造成污染，同时实现资源的回收利用，是现阶段公路行业急需解决的问题。

1.橡胶沥青混合料研究的意义

公路交通行业面临两个亟待解决的问题：一是公路运输会产生大量的废旧汽车轮胎，严重污染环境。二是公路建设需要大量的沥青，经济成本较高，且路面使用性能不能满足日益增加的交通量，需要新材料、新工艺改善沥青混合料的使用性能。如果能将废旧轮胎经过特殊工艺加工成一种材料，加入到路面材料中，既能改善路面的使用性能，又能解决废旧轮胎的问题，且能达到经济环保的效果。

橡胶沥青路面具有以下技术优势：提高路面路用性能；延长路面使用寿命；提高道路安全系数；降低路面行车噪声；降低道路建设成本；提高道路社会效益。因此，本文研究橡胶沥青混合料具有重要意义。

2.发达国家废旧轮胎橡胶粉沥青研究应用情况

国外对于橡胶粉改性沥青的研究相比于国内较成熟，橡胶沥青最早见于1843年的英国专利。现代意义的废旧橡胶粉应用于道路铺筑的研究最早始于上世纪40年代的美国。美国橡胶回收公司开发了用干法工艺生产的用于沥青混合料的橡胶颗粒。1988年前后，橡胶沥青在美国亚利桑那州成功应用于间断级配沥青混合料中，标志着橡胶沥青路面技术得到较大发展。美国于1992年经过不断总结和改进，成功研发出了16%比例的废旧橡胶粉改性沥青。改进后的沥青混合料性能有了较大幅度的提高，主要表现在粘性增加，温度敏感性降低、抗老化以及抗冻融能力显著增强。并且由于橡胶粉改性沥青中含有氧化剂，作为一种稳定剂，能够显著提高沥青混合料的耐久性和吸附性。

3.橡胶沥青混合料路用性能研究

发达国家废旧轮胎橡胶粉沥青研究应用情况给我国提供了借鉴。经研究分析，橡胶沥青混合料在高温稳定性、低温抗裂性能、水稳性能等方面具有明显优势，应大力推广应用。

3.1 橡胶沥青混合料的高温稳定性

在气温较高的夏季，路面表面温度随着环境温度不断变化，由于沥青混合料是以粘结性为主的半固体材料，因此，在高温下沥青路面强度和刚度就会受到影响。在轮胎荷载反复作用下，原本处于高强度粘结的胶浆产生相对流动，混合料骨架网状结构破坏失稳，导致路面出现车辙、推移、泛油等现象。这不仅降低了路面的服务质量，缩短了其使用寿命，并且严重影响行车安全。路面车辙问题是沥青路面最主要的病害之一。在美国、日本、等国等一些发达国家，80%以上的路面损坏是由于车辙引起的，后期只能通过罩面或翻修进行养护。因此，本文对橡胶沥青混合料的高温稳定性能进行试验和分析，以保证路面的正常使用。

研究橡胶沥青混合料高温稳定性的试验方法很多，车辙试验是最常用，最实用的一种，用动稳定度作为指标来进行评价沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。根据规范对车辙试验方法的规定，车辙板在设计级配和最佳油石比条件下成型，车辙试验结果如表1所示。

对比基质沥青的动稳定度可知，本文所制备的橡胶沥青的动稳定度比基质沥青高出3倍以上。究其原因，是因为在基质沥青中掺入橡胶粉后，橡胶粉与沥青相互作用，吸收基质沥青中的轻质组分，进而增加了沥青结合料的黏度，并提高了其稠度和软化点，从而改善了沥青混合料的高温稳定性。

3.2 橡胶沥青混合料的低温抗裂性能

当环境温度骤降时，沥青路面结构层内产生的温度应力有可能超过沥青混凝土的抗弯拉强度，此时的沥青路面极易出现低温开裂现象。在寒冷的冬季，由于沥青路面的模量较高，在车辆的重复压力作用下，開裂的路面有可能继续开裂并碎裂成更小的路面板，随着时间的推移，这些裂缝处就会出现龟裂破坏。水分会沿着裂缝进入基层及路基，进而降低路面的粘结强度和承载力，严重危害路面的服务质量和使用寿命。因此，为了减少由于裂缝给路面带来的破坏，必须对沥青混合料的低温性能进行分析。

目前，我国通常采用低温弯曲破坏试验来评价沥青混合料的低温性能，评价指标为弯拉应变。橡胶沥青混合料低温试验结果如表2所示。

试验结果表明，在低温条件下，橡胶沥青混合料的抗弯拉应变和抗弯拉强度比基质沥青高，说明橡胶粉的加入改变了沥青结合料的关键技术指标，增加了沥青结合料的黏度和低温环境下的柔度，从而使橡胶沥青混合料表现出优异的低温性能。

3.3 橡胶沥青混合料的水稳性能

沥青结合料与集料的粘附程度直接关系到橡胶沥青混合料的耐久性，沥青路面的水损害多发生于冰冻地区和多雨地区。沥青路面的水损坏主要包括两个过程，首先水浸入沥青中使沥青粘附性减小，导致混合料强度和劲度减小；其次由于集料表面对水比对沥青有更强的吸附力，水进入沥青薄膜和集料之间，隔断沥青与集料的相互粘结。在荷载的重复作用下，就会加速沥青从集料表面剥落，导致沥青混合料产生剥离、掉粒、松散等现象，进而造成沥青路面的坑槽、坑洞等病害。

抗水损害性能是沥青混合料性能检验的一个组成部分，尤其是在南方多雨地区，路面积水较多，雨水容易进入路面结构造成路面局部或整体的破坏。因此，提高混合料的抗水损害性能对于保证路面的使用质量具有重要作用。我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）规定用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验检验沥青混合料的水稳定性。按试验规程进行水稳性试验，结果见表3。

由以上数据分析可得，基质沥青混合料的残留稳定度比及冻融劈裂强度比较橡胶沥青混合料低，这是因为橡胶沥青混合料的结合料中添加了橡胶粉，橡胶粉在高温和裂解剂的作用下部分溶解于沥青之中，增加了沥青结合料的黏度，使沥青与集料、集料与集料之间粘结作用更强，从而提高了橡胶沥青混合料抵抗水损害的能力。

参考文献：

[1] 武立超. 橡胶沥青在 SMA 中的应用[D].重庆：重庆交通大学，2009

[2] 夏玮. 废胶粉改性沥青及沥青混合料路用性能研究[D].重庆：重庆交通大学，2009

[3] 邝仕广. 浅谈橡胶改性沥青在道路工程中的研究与应用[J].哈尔滨：黑龙江交通科技，2011

大粒径沥青混合料路用性能研究 篇4

关键词：大粒径沥青混合料 (LSM) ,配合比设计,路用性能,全柔性基层

大粒径沥青混合料基层作为一类柔性结构层, 具有很强的柔性和变形能力, 作为应力消散层, 可明显提高路面抗反射裂缝的能力;另一方面大粒径沥青碎石基层可以与沥青混凝土面层粘结牢固, 并且由于其模量接近, 路面结构受力更均匀。高模量抗车辙的大粒径沥青混合料也是永久性路面结构 (全厚式沥青路面) 的中间层或联结层的首选[1]~[4]。但是目前, 大粒径沥青混合料在我国还没有相关的设计、施工规范。本研究在总结国内外大粒径沥青混合料研究的基础上, 深入研究大粒径沥青混合料 (LSM) 的路用性能, 为柔性基层沥青路面结构的设计和施工提供参考。

1 大粒径沥青混合料配合比设计

本文在总结国内外大粒径沥青混合料级配范围和级配设计的思想, 提出LSM集料级配的设计方法:判断粗集料是否形成骨架结构的基本条件, 即形成骨架结构的前提条件是压实状态下沥青混合料中的粗集料骨架间隙率VCAmix必须等于或小于没有其它集料、结合料存在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率VCADRC;采用骨架接触度SSC (Stone-on-Stone Contact) >90%的紧排骨架密实结构, 它具有很好的抗变形能力, 适合于重载交通和高温地区。骨架接触度SSC是指LSM中粗集料之间相互接触的密实程度, 用压实成型的混合料中粗集料毛体积相对密度与纯粗集料干捣的相对密度之比来表征, 骨架接触度越大则骨架的密实性越好。

本文先依据级配范围并参考以往经验设计了LSM的六个级配, 其中LSM-35的三个级配的最大公称粒径为37.5mm, LSM-30的三个级配的最大公称粒径为31.5mm, 都是以4.75mm孔径作为控制点, 分别设计了粗、中、细三条级配曲线。

大马歇尔沥青混合料设计方法与标准马歇尔设计方法基本相同, 根据稳定度/流值与密度/空隙率的分析, 提出适合的大粒径沥青混合料配合比。为保证与标准马歇尔击实试验每面击实75次时试件所承受的击实功相当, 大马歇尔击实试验每面击实次数为112次。通过采用大马歇尔试件来进行混合料的设计有利于大粒径沥青混合料中集料的移动与嵌挤。

对比各试验级配大马歇尔试件在不同含油量下的毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度和流值变化情况, 并根据混合料拌和过程的情况以及试件切割后断面状况, 最终确定了LSM-30和LSM-35的最佳级配和最佳油石比。

2 路用性能试验结果及分析

2.1 大粒径沥青混合料的高温稳定性试验结果及分析

现行规范中没有给出大粒径沥青混合料的车辙试验方法, 我们在借鉴国内外研究成果的同时, 并参照传统的标准车辙试验制定了LSM的车辙试验方案。两种级配类型LSM的车辙试验结果 (单位:动稳定度 (次/mm) ) 平均值分别为:2532和2923。

国家“八五”攻关研究表明, 从车辙试验得出的动稳定度 (DS) 可以评价沥青混合料的高温稳定性。DS值愈大, 混合料的高温稳定性愈好。从试验结果可以看出, LSM抗车辙能力远大于普通沥青混合料抗车辙能力, LSM集料级配对车辙起决定性作用, 形成骨架嵌挤结构是LSM具有良好的高温稳定性的关键。

2.2 大粒径沥青混合料的水稳定性试验结果及分析

研究表明, 冻融循环可以使室内试验与野外现场结果之间具有很好的相关性。经过模拟野外冻融条件, 能使集料表面的沥青膜在反复温度胀缩的作用下逐渐乳化, 有利于反映水分对沥青膜的侵害的最不利情况, 较好地模拟野外现场温度变化对沥青混合料强度的影响。因此, 推荐采用冻融劈裂试验评价大粒径沥青混合料的水稳定性。

对本文设计级配的LSM, 其冻融劈裂试验的残留强度比TSR分别为93.3%和90.9%, 均大于90%, 完全满足要求, 具有很好的水稳性。

2.3 大粒径沥青混合料的疲劳性能试验结果及分析

本文利用应力控制的中点加载弯曲疲劳试验来评价大粒径沥青混合料的耐久性, 本文所设计LSM-30和LSM-35的疲劳方程分别为NÁ65777ÁÁÂÃÄÄ和。

国外的疲劳设计标准的关键就是沥青层材料的疲劳方程, 但由于疲劳试验方法的差异、试验控制模式及试件尺寸等外在条件的不同, 并没有一个统一的疲劳标准。目前国内对大粒径沥青混合料的疲劳性能研究很少, 其中河北省石家庄至黄骅高速公路辛沧段的LSM试验段, 对LSM的疲劳性能研究与本文采用的试验方法及控制模式相同, 由从疲劳方程分析本文所设计的LSM-30和LSM-35具有更好的抗疲劳性能, 疲劳寿命对于应力水平的变化更敏感。

3 大粒径沥青碎石基层的工程应用

本研究在湖北大广北高速公路第五合同段实施试验段, 总长约为1公里, 设计摊铺宽度为15m, 在试验路基层施工过程中和施工完成后进行了检测, 具体包括沥青混合料的检测, 压实度的检测, 平整度的检测, 弯沉的检测及回弹模量的检测。结果显示各项指标均满足技术规范要求, 表明LSM基层具有优良的路用性能。

结束语

通过以上研究分析可以看出:LSM抗车辙能力远大于普通沥青混合料抗车辙能力;LSM集料级配对车辙起决定性作用, 形成骨架嵌挤结构是LSM具有良好的高温稳定性的关键。推荐采用冻融劈裂试验评价大粒径沥青混合料的水稳定性, 对本文设计级配的LSM, 其冻融劈裂试验的残留强度比TSR均大于90%, 完全满足要求, 具有很好的水稳性。利用应力控制的中点加载弯曲疲劳试验来评价大粒径沥青混合料的耐久性, 结果表明本文所设计的混合料具有优良的抗疲劳性能。

参考文献

[1]Prithvi.S.Kandal.Large Stone Asphalt Mixes:DESIGN AND CONSTRUCTION[M].NCAT Report1989, 1989:88-90.

[2]Prithvi.S.Kandal.Large Stone Asphalt Mixes:DESIGN AND CONSTRUCTION[M].NCAT Report1990, 1990:88-91.

[3]中交公路规划设计院.大粒径沥青混合料试验研究及工程应用实践[M].2003:1-14.

[4]曾宇彤, 陈湘华, 王端宜.美国永久性路面结构[J].中外公路, 2003, 23 (3) :59-61.

[5]刘中林.大碎石沥青混合料LSAM骨架密实型综合设计法[J].公路, 2003, 3 (4) :93-95.

硬质沥青及其混合料路用性能的试验研究 篇5

由于南方地区夏季气候高温潮湿, 且随着经济的发展, 重载、超载车辆日益增多, 导致大部分沥青路面还未到使用年限, 均已出现不同程度的车辙等病害[1]。因此, 寻求满足南方湿热地区重载交通特殊需求的改性剂成为改性沥青研究人员十分关心的课题。

本文采用" 共混改性" 的方法将单一的聚合物改性成一种新型材料 ( 以下统称高模量改性剂) , 并对壳牌70#基质沥青混合料和高模量改性沥青混合料 ( 壳牌70#基质沥青添加高模量改性剂) 的路用性能进行对比, 寻求解决南方湿热地区车辙病害的新材料。

1 原材料

本文参照工业化产品质量的检测指标和方法, 对自制的高模量改性剂进行了物理性能检测, 检测结果见表1 所示。

对比试验原材料 ( 基质沥青、粗细集料和矿粉) 进行了相关试验, 其试验结果如表2 所示。

2 试验准备

(1) 混合料级配及油石比确定

(1) 混合料级配确定

由各种矿料的筛分结果 ( 如表3 所示) 确定两种沥青混合料AC-13C的级配 (如表4和图1所示) 。由表3可知, 该级配的2.36mm筛孔 (关键性筛孔) 通过率为34.0%, 满足AC-13C关键性筛孔通过率小于40%的技术要求。

(2) 油石比确定

采用4 种油石比 ( 4. 8% 、4. 9% 、5. 0% 和5. 1% ) , 双面各击实75 次成型标准马歇尔试件, 并进行马歇尔试验, 通过试验结果, 综合考虑稳定度、流值、空隙率、饱和度及经济性, 确定最佳油石比为4. 8% 。

( 2) 拌合工艺

对于两组沥青混合料拌合工艺, 其中一组高模量改性沥青混合料成型采用" 外掺直投式" , 掺量为沥青混合料质量的0. 3% , 拌合工艺见表5 所示。另一组基质沥青混合料拌合工艺按照表4 中进行 ( 除第2 序号的工序外) 。

3 混合料性能试验

本文将制备两组沥青混合料 ( 一组添加高模量改性剂, 另一组未添加高模量改性剂, 其他条件相同) 分别进行沥青混合料性能试验, 试验项目见表6 所示。

( 1) 高温性能

车辙和马歇尔稳定度试验是评价沥青混合料高温抗车辙较直观、有效的方法, 且动稳定度能较好地反映路而在高温季节抵抗形成车辙的能力。本研究按照JTG E20 - 2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[3]中T0720 - 2011 和T0709 - 2011 的方法进行试验, 高模量改性沥青混合料车辙试件车辙试验后轮迹深度见图2 所示, 试验结果如表7 所示。

由图2 和表7 可以看出高模量改性沥青混合料的车辙变形量非常小, 且动稳定度均在10000 左右, 远远超过了现行标准规定的不小于2800 次/mm, 故高模量混合料改性剂可以显著提高和改善路面抵抗高温变形能力。同时稳定度和流值也有一定的提高, 因此高模量改性沥青混合料具有优良的高温稳定性。

( 2) 低温性能

本研究按照JTG E20 -2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[3]中T0715 - 2011 ( 见图3 所示) 的方法进行试验, 试验温度采用-10℃, 加载速率为1mm/min, 试验结果如表8 所示。

由表8 可以看出高模量改性沥青混合料低温弯曲试验破坏拉伸应变较基质沥青提高约12% , 且低温性能达到JTG F40 - 2004 标准中对改性沥青混合料 ( 冬暖区) 的低温弯曲要求, 由此可以发现高模量混合料改性剂能很好地改善基质沥青混合料的低温性能。

( 3) 水稳定性

本研究采用浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验来验证两种混合料水稳定性。

(1) 浸水马歇尔试验

本研究按照JTG E20 - 2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T0709 - 2011 的方法进行试验, 按照浸水马歇尔试验结果如表9 所示。

根据我国的气候特征和国产沥青与集料的实际性能, 并参照JTG F40 - 2004《公路沥青路而施工技术规范》[4]中提出的沥青混合料水稳定性标准。根据表中的标准, 可知高模量改性沥青混合料的浸水马歇尔残留稳定度值满足雨量气候区为I级的地区, 但与基质沥青混合料进行比较, 时间浸水残留稳定度仅提高1%左右, 因此该改性剂对提高沥青混合料水稳定性作用不明显。

(2) 冻融劈裂试验

两种沥青混合料冻融劈裂试验结果如表10 所示。

根据JTG F40 - 2004《公路沥青路而施工技术规范》[4]中提出的沥青混合料水稳定性标准, 可知高模量改性沥青混合料的冻融劈裂试验残留强度比满足雨量气候区为I级的地区, 但对比两种沥青混合料来看, 结果基本与浸水马歇尔试验结果相近, 该改性剂对提高沥青混合料水稳定性作用有限。

4 结论

( 1) 由低温弯曲试验结果表明, 外掺高模量改性剂能提高基质沥青混合料低温性能达12% 左右, 能很好地改善基质沥青混合料的低温性能。

( 2) 由浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果表明, 高模量改性沥青混合料较普通沥青混合料水稳定性提高不明显, 但均能达到JTG F40 - 2004 标准中对改性沥青混合料的水稳定性的要求。

( 3) 通过对比试验研究发现该高模量改性剂可大幅提高沥青混合料的高温稳定性, 这将为解决南方湿热地区车辙病害等问题提供一种新材料。

摘要：本文为了寻求满足湿热地区气候特征的改性沥青, 通过室内实验研究壳牌70#基质沥青混合料和高模量改性沥青混合料 (壳牌70#基质沥青添加高模量改性剂) 的高温性能、低温性能以及水稳定性, 并对两种沥青混合料路用性能进行对比, 实验研究表明添加高模量改性剂后混合料的动稳定度得到明显的提高, 且低温性能和水稳定性也有一定程度的提高。这将为解决南方湿热地区车辙病害等问题提供一种新材料。

关键词：路面材料,高模量沥青改性剂,对比试验,沥青混合料

参考文献

[1]薛鹏涛, 袁万杰, 王钊, 孙长新, 抗车辙剂在南方湿热地区的应用研究, 交通标准化, 2007 (6) :84-87

硬质沥青及其混合料路用性能的试验研究 篇6

本文通过模拟临海地区含盐高湿环境, 从高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性3个方面分析临海含盐高湿环境对沥青混合料路用性能的影响;并运用电镜扫描分析临海含盐高湿环境下沥青混合料的形态特征, 并进一步分析了临海含盐高湿环境侵蚀机理, 以期为临海地区沥青混合料材料优化提供依据。

1临海含盐高湿环境对沥青混合料性能影响研究

临海地区的特殊环境条件一方面使沥青路面材料受到盐分侵蚀破坏, 另一方面由于湿度变化导致的干湿循环要比持续湿环境对沥青混合料的侵蚀更加严重。考虑到以上环境特征, 本文采用盐溶液干湿循环模拟实际环境对路面材料性能的影响。参考已有的相关研究, 设置3%, 5%, 10%不同浓度的盐溶液, 将不同级配沥青混合料试件干湿循环21 d以模拟盐分的侵蚀破坏作用, 其中浸泡24 h后在室温下干燥24 h为一个干湿循环 (下同) , 并设置未经盐溶液侵蚀的混合料试件作为对比组。本文选择临海地区常用的3种级配AC-13、SMA-13、SUP-13的SBS改性沥青混合料, 从高低温性能和水稳定性方面分析不同沥青混合料在含盐高湿环境下的路用性能。

1.1不同沥青混合料高温稳定性研究

夏季, 我国大部分临海地区都会出现较长时间的高温天气, 这将对沥青路面使用性能造成极大影响。而盐分的侵蚀破坏是临海地区公路还需承受的另一大考验[2]。因此, 沥青混合料是否具有优良的抗高温车辙能力, 能否经受盐分的侵蚀成为评价其优良性能的重要指标。通过60 ℃车辙试验方法对各种混合料的高温稳定性进行分析, 试验结果见表1。

从试验结果可以看出, 对于SMA-13和SUP-13级配, 试件的高温性能随着Na Cl溶液浓度的增大呈下降趋势, 其动稳定度逐渐减小, 60 min累积变形不断增加。当Na Cl溶液浓度为5%时, 试件已产生较大的累积变形, SMA-13较未浸泡前增加了35.6%, 其动稳定度也减少了1 472.3, SUP-13车辙变形较未浸泡前增加了37.6%, 其动稳定度也减少了1 136.8。对于级配AC-13, 混合料的高温性能同样受到较大影响, 其动稳定度在Na Cl溶液浓度为5%时下降了1 891。但其累积变形随着Na Cl溶液浓度的增大而不断增加, 在溶液浓度最大时变形达到最大。随着Na Cl溶液浓度从3%到10%, 其变形增加率分别为29.1%, 42.7%, 52.9%, 即试件在浓度为5%时就已经产生了较大变形。浓度从5%变化为10%时, 累积变形变化幅度较之前有所减小。试验结果表明在含盐高湿环境下, 盐分和水分进入SMA-13、AC-13及SUP-13不同级配沥青混合料内部后, 其高温性能均受到影响。

1.2不同沥青混合料低温稳定性研究

沥青具有温度敏感性, 随着温度变化, 其力学特性也会发生很大变化。当温度降低时, 沥青混合料的强度和劲度逐渐增大, 与此同时, 其变形能力随着劲度增大显著下降, 从而容易产生脆性破坏。同时伴随着温度降低, 由于沥青混合料模量较大其内部会产生较大温度应力, 容易导致低温开裂[3,4]。

本文采用低温弯曲试验评价不同沥青混合料的低温变形性能。参照规范, 试验温度设为-10 ℃, 加载速率为50 mm/min。同样设置3%, 5%, 10%不同浓度盐溶液, 将不同级配混合料试件干湿循环21 d后进行低温对比试验, 试验结果见表2。

从试验结果可以看出, 经过不同浓度的盐溶液干湿循环后, 3种级配试件的抗弯拉强度、最大弯拉应变随盐溶液浓度增加而降低。SMA-13级配试件经过3%、5%、10%3种不同浓度盐溶液干湿循环后, 抗弯拉强度分别下降了6.9%、10.7%、26.2%, 最大弯拉应变分别下降了11.4%、19.4%、27.0%。AC-13级配试件经过3%、5%、10%3种不同浓度盐溶液干湿循环后, 抗弯拉强度分别下降了3.2%、7.4%、19.0%, 最大弯拉应变分别下降了9.2%、17.0%、22.5%。SUP-13级配试件经过3%、5%、10%3种不同浓度盐溶液干湿循环后, 抗弯拉强度分别下降了9.1%、17.9%、25.8%, 最大弯拉应变分别下降了14.4%、17.7%、24.2%。SMA-13、AC-13级配试件的抗弯拉强度在盐溶液浓度为10%时才表现出较大的损失, 而SUP-13级配试件抗弯拉强度在盐溶液浓度为5%时即出现了较大的损失, 这与SUP-13级配试件空隙率较大有关。较大的空隙率使盐分以及水分更容易进入混合料内部引起沥青结合料老化, 降低沥青与集料之间的粘结力, 导致沥青混合料的低温抗开裂能力降低。

1.3不同沥青混合料水稳定性研究

为确保临海地区沥青路面具有良好的水稳性能[5], 本文采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价3种不同级配的沥青混合料的水稳定性。

(1) 浸水马歇尔试验

将马歇尔试件分组分别在3%、5%、10%浓度的Na Cl溶液中干湿循环2 d, 并设置未经浸泡的试件作对比。之后将试件在已达规定温度的恒温水槽中保温48 h后进行马歇尔试验, 记录稳定度和流值, 对比分析试验结果见表3。

从试验结果可以看出, 随着Na Cl溶液浓度的增大, SMA-13、AC-13以及SUP-13级配的残留稳定度均呈现减小的趋势, 但当Na Cl溶液浓度为10%时, SMA-13试验结果反而优于浓度为5%时的试验结果。而当Na Cl溶液浓度由5%增大到10%, AC-13残留稳定度仍继续减小。当Na Cl溶液浓度为3%时, 残留稳定度出现了超过100%的现象。在其他浓度时, 残留稳定度均较高, 超过了90%。SUP-13级配试件的残留稳定度随盐溶液浓度增大而一直下降。

由此可以看出, 应用浸水马歇尔试验评价沥青混合料的水稳性能时, 试验结果差异很小, 很难从定量的角度准确地评估影响沥青混合料水稳性能的各种因素所占比重, 也难以开展试验机理等理论研究。在试验过程中, 进入试件内部的水始终处在静止状态, 不能模拟实际行车荷载作用下盐水对集料和沥青膜的冲击破坏作用, 因此浸水马歇尔试验不适用于评价含盐高湿环境下沥青混合料的水稳性。

(2) 冻融劈裂试验

浸水马歇尔试验仅仅评价了高温条件下沥青混合料的水稳性能, 没有考虑低温条件下含盐高湿环境对沥青混合料水稳定性的影响, 因此进行冻融劈裂试验简单模拟混合料经历冻-融的过程后的水稳定性能。将经过3%、5%、10% 3种不同浓度Na Cl溶液干湿循环21 d的试件以及未经浸泡的试件随机分成2组, 将第1组试件置于室温下保留备用。第2组试件按规程要求, 在98.3~98.7 k Pa真空饱水15 min, -18 ℃冰冻16 h、60 ℃水浴保温24 h, 然后和未冻融的试件同时放入25 ℃水浴保温2 h, 进行劈裂试验。试验结果见表4。

从试验结果可以看出, 随着盐溶液浓度的增加, 3种级配试件的劈裂强度比TSR均呈递减的趋势。说明在含盐高湿环境下, 随着盐分以及水分的不断侵蚀, 沥青混合料的水稳性能逐渐降低。经过盐溶液侵蚀破坏作用后, SMA-13及AC-13试件的抗冻融劈裂性能要优于级配SUP-13。由于2种试件的空隙率存在着差异, 而空隙率会对混合料水稳定性产生重要影响, 表现为设计孔隙率较大的SUP-13水稳定性能较差。

2 含盐高湿环境下沥青混合料形态特征研究

沥青混合料经Na Cl溶液干湿循环作用后各项性能指标均有不同程度的下降, 为了进一步深入研究含盐高湿环境对沥青混合料的影响, 本文拟从外观和微细观2个角度分析浸泡Na Cl溶液前后沥青混合料试件形态特征的变化。沥青混合料试件在Na Cl溶液干湿循环21 d前后的外观形态如图1所示。

由图1可以直观地看出马歇尔试件在Na Cl溶液中浸泡前后表面形貌发生了很大变化, 浸泡并干燥后的试件表面覆盖了大量的Na Cl晶体, Na Cl晶体填充了试件表面的空隙, 甚至侵入到了试件表面的微裂缝中。试件表层沥青混合料中集料表面裹覆的沥青膜发生破损, 部分沥青膜已经剥落, 且表层混合料的空隙较对比组试件明显增大。

经Na Cl溶液干湿循环前后马歇尔试件内部沥青混合料的SEM微观形貌如图2、图3所示。由图2中可以看出, 在未经Na Cl溶液侵蚀作用的沥青混合料中, 许多矿粉颗粒凸出于沥青胶浆的结合界面并有部分结团现象, 矿粉颗粒表面尚未被沥青薄膜完全裹覆, 胶浆表面较为粗糙且具有较大的孔隙, 该现象说明此时的沥青用量偏小, 并不能保证沥青混合料在浸水和冻融条件下的水稳定性。由图3可知, 经Na Cl溶液干湿循环21 d的沥青混合料, 在矿料与沥青界面处可以明显看到白色的局部区域, 并大范围地向周围扩散, 推断出此物质为Na Cl晶体。Na Cl溶液通过孔隙进入沥青混合料内部后, 不断在混合料内部聚集并产生结晶膨胀, 而混合料内部却没有足够的空间容纳氯盐结晶, 直接导致沥青与集料的粘结力下降, 造成混合料强度降低, 从而加剧沥青混合料的破坏。

3 临海含盐高湿环境侵蚀机理分析

在含盐高湿环境下, 含有Na Cl的高浓度盐雾在沥青路面上凝结形成Na Cl溶液并逐渐通过沥青混合料的空隙渗入到路面结构内部。临海含盐高湿地区沥青路面早期水损坏现象比较严重, 结合前面的试验研究、形态特征和微观分析结果可知, 含盐高湿环境对沥青混合料的侵蚀机理如下[6,7]:

(1) 盐溶液对沥青的乳化作用。积聚在混合料中的盐溶液与沥青接触后, 盐溶液中的Na+与沥青产生化学吸附形成极不稳定的吸附层, 遇水后极易乳化, 同时Na+还会与碱性集料发生碱集料反应生成硅酸盐凝胶, 这些反应均显著地降低沥青与集料的粘附性。在沥青与集料的界面交汇处, 由于盐溶液的表面张力比沥青要大得多, 盐溶液比沥青能得到更大比例的集料表面, 加速了沥青从集料表面的剥落。另外, 在氯盐溶液的作用下沥青混合料的空隙率逐渐增大, 这又进一步加剧了氯盐溶液对沥青混合料的影响, 加速沥青结合料的乳化作用, 进而造成沥青路面早期水损坏的发生。

(2) 盐溶液加速沥青结合料的老化。沥青混合料经受氯盐溶液的长期作用后, 盐溶液中Cl-的侵蚀加速了混合料中沥青的老化, 使沥青的劲度模量增大、低温延度减小, 沥青变硬、变脆, 柔韧性和变形能力降低。沥青老化后, 沥青与粗细集料的粘附性减弱, 沥青混合料的粘聚力和混合料试件破坏时的最大弯拉应变减小, 在水分、温度和荷载的循环作用下沥青路面就会出现早期水损坏和低温开裂等病害。

(3) 混合料内部氯盐的结晶膨胀。当滞留在沥青混合料内部盐溶液中的水分蒸发后, Na Cl晶体不断地在沥青混合料内部空隙中聚集并结晶膨胀, 而混合料内部没有足够的空隙容纳膨胀增大的氯盐结晶, 从而导致混合料内部出现损伤, 混合料的强度大幅度降低, 使得沥青路面易发生车辙和裂缝等病害。同时, 侵入混合料内部的氯盐溶液还会起到润滑剂的作用降低集料之间的相互嵌挤作用力和沥青混合料的内磨阻角, 从而降低沥青路面的高温抗车辙性能。

5 结语

本文通过室内试验模拟含盐高湿环境对3种级配沥青混合料性能的影响, 对比分析其路用性能的差异和侵蚀作用机理, 得到以下结论:

(1) 经过含盐高湿环境侵蚀后, SMA-13、AC-13及SUP-13的高温性能均呈现下降趋势。随着盐溶液浓度的增加, 其性能下降趋势加剧。AC-13沥青混合料的高温性能受含盐高湿环境影响最大。

(2) 低温弯曲试验结果表明, 随着盐溶液浓度的增加, SMA-13、AC-13及SUP-13的抗弯拉强度和最大弯拉应变均逐渐下降。由于SUP-13级配的空隙率较大, 盐溶液更易浸入混合料内部后造成沥青老化, 粘结力降低, 影响混合料低温性能。

(3) 沥青混合料的水稳性能与其空隙率有着较大关系。采用Superpave法设计的SUP-13级配空隙率较大, 更容易受盐溶液侵蚀而导致水稳性能下降。

(4) 含盐高湿环境的侵蚀作用机理:盐溶液对沥青的乳化作用可以显著地降低沥青与集料的粘附力;盐溶液加速沥青结合料的老化, 使得沥青变硬、变脆, 柔韧性和变形能力降低;混合料内部氯盐的结晶膨胀, 产生结晶压力, 导致混合料内部出现损伤, 使得混合料的强度大幅度降低。

参考文献

[1]何肖斌.海水盐雾对沥青路面的危害及防治措施[J].福建交通科技, 2009 (2) :33-35.

[2]丛培良, 陈拴发, 陈华鑫.除冰盐对沥青混凝土性能的影响[J].公路, 2011 (6) :180-184.

[3]周金枝, 郑建华.氯盐浸蚀下沥青混凝土低温性能试验研究[J].中外公路, 2012, 31 (10) :215-217.

[4]熊锐, 陈拴发, 关博文, 等.冻融与腐蚀耦合作用下沥青混凝土性能研究[J].武汉理工大学学报, 2011, 33 (2) :72-76.

[5]任传军, 施惠生, 关函非.SBS改性沥青混合料耐海水侵蚀性能研究[J].中南公路工程, 2006, 31 (6) :58-60.

[6]Federal Highway Administration (FHWA) .Manual of Practice for Effective Anti-icing Program:A Guide for Highway Winter Maintenance Personnel[R].Report No.FHWA-RD-95-202.Mc Lean, Va.1996.

硬质沥青及其混合料路用性能的试验研究 篇7

关键词：密级配沥青路面,沥青混合料,沥青掺量,影响分析,最佳沥青掺量

由于沥青混合料组成材料存在不合理配比,导致在公路的运营过程中面临一些问题,如沥青路面过早出现路面车辙、早期水损害严重等现象[1],尤其在湿热地区,问题更为突出。因此,从路面材料沥青混合料组成设计的合理性和使用性能的试验研究等多方面入手,解决沥青路面的低温开裂、高温车辙等病害问题,提高沥青路面使用寿命和使用质量,具有十分重要意义[2]。针对目前普遍采用的重交通AC-13C型沥青混合料,在不同的沥青掺量(在相同的压实条件下,即空隙率)情况下分别进行了马歇尔稳定度试验、车辙试验、冻融劈裂试验[3],对沥青掺量这一沥青混合料性能主要影响因素[4]进行研究,得到了确定出某个最佳的沥青掺量的试验方法,使混合料既能满足高温稳定性能,又能满足低温抗裂及耐久性能的要求。

1 试验

1.1 原材料

沥青。重交AH-70石油沥青,实测25℃时的针入度为71(0.1 mm),15℃时延度>150 cm,软化点为46℃,符合JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》(以下简称《规范》)的要求。

粗集料。碎石最大粒径13.2 mm,洁净,干燥,无风化,无杂质,密度2.715 g/cm3,吸水率1.0%,压碎值16.1%,具有足够的强度和耐磨性,符合JTG E40—2005《公路工程集料试验规程》(以下简称《集料规程》)的要求。

细集料。人工砂最大粒径4.75 mm,洁净,干燥,无风化,无杂质,黏土含量≤3%,密度2.727 g/cm3,砂当量71%,与沥青具有良好黏结力,符合《集料规程》的要求。

矿粉。矿粉视密度2.672 g/cm3,含水率0.3%,0.075 mm筛孔通过率>76.1%,干燥,不含泥土杂质,符合《集料规程》的要求。

1.2 矿料级配

沥青混合料矿料级配采用AC-13C类型,矿料由粗集料、细集料和矿粉组成,符合《集料规程》矿料级配范围的要求。AC-13 C型沥青混合料一般用于城市道路和其他道路工程两层式沥青路面的上面层。

为了较好控制矿料级配,粗集料、细集料均筛分成单粒级,再按《集料规程》要求的级配范围合成矿料级配,见表1。

1.3 试验方案

选择沥青混合料级配类型为AC-13C型,矿料粒径为0.15～13.20 mm,矿粉为粒径<0.15 mm。根据《规范》推荐的沥青掺量范围为3.0%～7.0%。进行混合料配合比设计时,沥青掺量逐渐增加,使得沥青掺量依次为3.2%,4.0%,4.8%,5.6%和6.4%,分别配制成试件1组,2组,3组,4组,5组,根据JTJ052—2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(以下简称《沥青规程》)制作沥青混合料试样。试件双面各击实75次,制作成型并养护24 h后,进行物理力学性能指标的测定,来研究沥青掺量与沥青混合料性能、沥青路面性能之间的关系。试件密度用体积法测定,稳定度和流值用马歇尔试验仪测定,所有试验数据进行统计分析,结果见表2。

对每组试件分别进行马歇尔稳定度测定、车辙试验、冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验,用来评价不同沥青含量对沥青路面路用性能影响。

2 结果与分析

2.1 沥青掺量对沥青混合料强度的影响

根据《沥青规程》对沥青混合料马歇尔稳定度测定的试验结果见图1和图2。

图1反映了沥青掺量与空隙率的对应关系,空隙率随沥青掺量的增加而降低,沥青掺量从3.2%升高到6.4%,则空隙率将会从10.3%降低到0.3%。图2给出了沥青掺量与马歇尔稳定度的对应关系,由图2可以看出,对于相同级配条件下,试样马歇尔稳定度随沥青掺量的增加呈现先上升后下降的凸型曲线,在沥青掺量为4.5%时稳定度达到最大值,超过4.5%后,马歇尔稳定度迅速下降。说明了沥青掺量对沥青混合料的稳定度影响较大。根据现有的理论[1],之所以有这种规律,其原因在于空隙率越大,混合料的实际有效厚度越小,其整体抗力越小,强度越低,而在相同的级配条件下,沥青掺量越高则空隙率越小。同时,从试验结果中发现,实验中所有沥青掺量得到的马歇尔稳定度均超出了《规范》中的设计值(8 k N),因此,在实际中使用马歇尔稳定度作为确定沥青掺量的控制指标还值得商榷。

2.2 沥青掺量对沥青混合料高温稳定性的影响

沥青路面在高温条件下或长时间承受荷载作用,沥青混合料会产生显著的变形,其中不能恢复的部分成为永久变形,即车辙。车辙的产生降低路面的使用性能,危及行车安全,缩短了沥青路面的使用寿命。

车辙试验是评价沥青混合料在规定条件下抵抗塑性流动变形能力的方法。根据T0719—1993《沥青及沥青混合料规程》要求,进行60℃的恒温、0.7 MPa的轮压下车辙试验,研究沥青掺量对沥青路面车辙(高温稳定性)的影响。动稳定度和车辙变形量随沥青掺量增大的变化关系曲线见图3、图4。

图3反映动稳定度随沥青掺量增大而减小,沥青掺量在4.0%～5.0%之间,动稳定度有一个稳定时期,且>1 200次/mm。图4反映车辙变形量随沥青掺量增加而增大,沥青掺量超过5.0%后60 min车辙变形量迅速增加,表明沥青含量不能超过该值。

从试验结果中发现,实际满足《规范》要求的沥青掺量范围相对较小,这说明在工程中确定最佳沥青掺量以及施工过程中控制沥青混合料质量时,动稳定度应当作为一个主要的控制指标。

2.3 沥青掺量对沥青混合料水稳定性的影响

混合料的水稳定性是决定沥青路面抗水损坏能力的根本因素,直接关系到路面的各种使用性能。根据T0729—2000《沥青及沥青混合料规程》要求,进行冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验来评价沥青掺量对混合料水稳定性的影响。图5为混合料试样24 h浸水后马歇尔试验的结果。

可以发现,除了沥青掺量为3.2%的这个点残留稳定度为79.16%外,其余均满足《规范》80%的要求。因此,现行《规范》将马歇尔稳定度作为沥青混合料中沥青掺量的控制指标,作者认为并不合理。同时,浸水马歇尔试验也并不能准确反映混合料的水稳定性。

图6给出了不同沥青掺量与冻融劈裂残留强度关系曲线。由图6可知,经过冻融后,沥青混合料的强度均显著下降,大部分试件已无法满足强度要求,经曲线拟合后发现,满足75%残留强度要求的沥青掺量区间仅在4.6%～6.4%之内,而该区间正是最佳沥青含量范围,因此,冻融劈裂残留强度可作为另一个控制指标。由于冻融对沥青混合料强度有较大影响,在寒冷地区,沥青混合料的冻融残留强度应该着重考虑。

3 结语

1)沥青掺量的变化对沥青路面路用性能产生显著影响,根据数学原理,必存在某个最佳沥青掺量,使得沥青混合料的各项性能均很好地满足各种路用需求。

设计中应该把混合料的抗车辙性能和冻融残留强度作为主要的控制指标。

2)对于密级配沥青混凝土路面,在工程实践中,马歇尔稳定度(包括浸水马歇尔稳定度)可不做考虑,或者仅作为参考指标。

3)相同级配条件下,沥青掺量对沥青混合料的高温稳定性及水稳定性有着重要影响。对于不同的温度地区、降水地区,进行沥青路面结构设计时,其控制指标侧重点应有所不同。

参考文献

[1]吴瑞麟,石力万,余海洋,等.影响沥青路面全厚度车辙关键因素的试验研究[J].武汉理工大学学报,2008,30(1):58-61.

[2]丛培良,余剑英,吴少鹏,等.影响沥青混凝土路面车辙因素分析[J].石油沥青,2007,21(4):48-53.

[3]孙立军.沥青路面结构行为理论[M].上海:同济大学出版社,2003.