基质沥青与改性沥青（精选12篇）
基质沥青与改性沥青 篇1
0 引言
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
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基质沥青与改性沥青 篇2
改性沥青在道路施工中的应用与研究
在沥青混凝土保持密级配的基础上,大部分采用改性沥青,来提高沥青道路的`路用性能,其中配合比设计、施工装备和施工工艺的改进是提高沥青混凝土质量的根本保证,尤以矿料级配、沥青及骨料的加热温度和压实成型最为关键.
作 者：葛永卫 作者单位：河北省衡水路桥工程有限公司刊 名：黑龙江交通科技英文刊名：COMMUNICATIONS SCIENCE AND TECHNOLOGY HEILONGJIANG年，卷(期)：200932(2)分类号：U416.217关键词：改性沥青 沥青用量 施工工艺
基质沥青与改性沥青 篇3
关键词：PE+SBS;施工工艺;质量;控制措施;探讨
1、改性材料的特性
1.1SBS改性沥青的特性
SBS改性沥青是在沥青基质的基础上，掺加一定量的SBS改性剂，通过搅拌的方法让SBS与沥青充分混合，形成SBS改性沥青路面材料，这样利用了SBS良好的物理特性，提高了改性沥青路面的使用寿命和耐高温、抗高寒的特性，添加SBS的改性沥青有以下主要优点：
1）有效克服了温度差异，具有很好耐高温、抗高寒性能。
2）具有非常强的承载能力，能有效的抵抗车辙损坏。
3）提高了路面的持久能力，尤其是在流量大、出现车辆超载的时候，具有很好的应变能力，能够有效的减少以上原因造成的路面永久变形。
4）稳定性强，能有效改善路面在遇到水造成的侵蚀，具有很强的水稳定性。
5）增加了路面的摩擦力，增强了路面的抗滑力。
6）提高了路面的抗压能力，能有效提高路面的承载量。
7）减少路面因自然环境造成的风化现象。
8）减少车辆行驶过程中，因漏油而造成的化学性破坏。
1.2 PE改性沥青的特性
PE改性沥青是在沥青基质中添加一定量的PE（中文称为高低密度聚乙烯）改性剂，通过搅拌形成的复合的改性沥青。我国在上世纪90 年就已从国外引进了相关的先进技术，使得PE 材料对沥青进行改性并在多项重要路面工程中进行了实践应用。另外，加上国内研究人员的深入改良，使得现在路面建设中对PE 改性沥青的认识得到了更广泛的应用和推广，添加PE改性剂的沥青具有以下优点：
1）耐高温稳定性提高，对夏季高温条件下行车造成的车辙、挤压现象有很大的改善。
2）温差变化对道路的影响降低。使用PE改性后的沥青路面，因温度变化引起的变化减少，固化的稳定性加强，提高了改性前纯沥青路面的黏度，具备了较高的抗流动变形能力。
3）耐寒性能得到了提高。PE可提高沥青的低温延度，增加沥青的柔韧性。
4）稳定性增强。由于石料表面黏附的改性沥青膜厚度增加，可有效提高沥青路面抗水侵蚀性，提高了路面的有效使用寿命。
5）降低了车辆行驶过程中的噪声污染。
6）增加轮胎与路面之间的抓着力，保障了行驶安全。
2、施工工艺和质量控制措施
2.1添加原材料的质量控制
要经常针对材料的规格、品种、颗粒大小、含泥水量、风化石含量进行检查。如果外观检查认为颗粒组成不正常，那么就要进行必要的筛选试验。另外，还要经常检查添加剂矿粉的颜色是否符合标准，确认有没有结块和明显的颗粒不均匀情况。对于入库的材料要按规范标准进行严格的检验，抽检时，要加大抽检的量，发现不合格的情况，立即终止继续使用。储存地要进行场地接触面的硬化处理，防止杂质混入添加剂中。储存地要单独设置，防止不同规格的添加剂混杂在一起。并且经对储存区域进行标示，避免出现上错料的情况发生。
2.2复合改性沥青的调制
一般要用多台设备进行现场调制，常用的工艺步骤如下：
1）在已经预热的沥青中泵入抗剥落剂，应保证掺量符合设计标准，一般情况下不应超过0.3%。
2）调制的温度一般设定在165℃左右，最高不超过190℃，因为在160℃～180℃时，添加剂的物理特性才能保持住，且有利于加工，过高的温度会对添加剂的特性进行破坏，降低使用性能。
3）要进行充分的研磨，一般时间不能少于半小时，研磨一般要重复三次。
4）操作的人员要持证上岗，确定工艺标准能100%的执行。
5）要安排专人对复合沥青的制作时长、温度控制、添加剂用量进行登记，发现问题及时处理。
除了以上工艺要求外，在实际操作时，进行拌和操作的人员要熟悉设备的性能和操作标准，以便保证拌和设备的正常操作运行，温度控制、添加剂的计量等各项功能能正常达成，混合料的配比、沥青的使用量和拌和后的外观应满足标准的要求。拌和出的复合沥青要具备调制均匀、无离析现象、无花白出现的特点。不得出现为了提高产量而出现缩短拌制时间的情况发生。在刚开始搅拌时，混合料的温度比较难控制，所以此时，应该把温度稳定前的料丢弃，这样做是为了防止影响初期拌和复合料的拌和质量。
需要注意的是，要随时观察复合料在拌和过程中的均匀性，及时发现异常问题，找出问题的原因所在及时处理。在生产开始时，相关人员要熟悉所用各种添加剂的外观特点，以保证生产过程中不出现混料现象。
2.3改性沥青的运输
复合改性沥青在进行运输时，运输车辆多使用大吨位的车辆，这样是为了先确保车辆运输能力能满足要求。车辆使用前要对车辆的性能进行检查，保证运输车辆的运转正常，确保车辆的顺畅使用。不管是否遇到刮风、下雨等其它非正常天气，运输车辆都应该用完整的双层蓬布进行覆盖。运输途中运输车辆应尽可能减少临时停车的次数，尽可能的保持匀速行驶，防止出现突然加速和紧急刹车的情况发生。在施工摊铺的时候，要严格比对运料单收料，并且要认真检查复合沥青的外观和质量是否符合标准。
2.4改性沥青混合料的摊铺
在进行摊铺改性沥青混合料时，要先进行修补、处理摊铺基层，同时为保证上层面与下层面能够完好的粘结，应该均匀的洒一层粘层油。具体操作时，要彻底干净地清扫、冲洗下层面的杂物，砂浆。其它浮渣应使用钢刷进行清除;下层面的坑槽、松散和其它病害应按规定用沥青混合料修补;对下层面的标高、横坡、平整度要进行检测，对影响质量且无法在上面层消除的缺陷地段进行调平。
粘层油洒布的操作。由于下层面已受到一定污染，为确保上层面与下层面有有效粘结，在摊铺复合沥青前，应对下层面、横缝接口、与新铺复合沥青接触的路缘石、雨水进水口等的侧面，均匀地喷洒一层粘层油。
摊铺的复合沥青未压实前，要严禁操作人员进入踩踏。摊铺过程中应该随时查看并调整松铺厚度，通过观察混合料的质量，发现问题及时报告技术负责人予以处理。卸料时，严禁出现撞击摊铺机的情况发生，要操作摊铺机靠上并推动料车前进。
2.5改性沥青混合料的压实及处理
复合改性沥青混合料的压实是确保沥青上层面质量的重要原则，在不出现推移的情况下，要尽可能提早压、碾。碾压时的温度、速度和次数要严格执行操作规范。碾压力度必须保证均匀、连续。复合改性沥青混合料在进行碾压时，应统一规划协调好压路机的碾压路线和碾压次数，确保铺筑面在有效的时间内达到符合标准的压实度。在碾压过程中，应在起步后再操作振动，在停止振动后方可进行停机操作，驱动轮要朝向摊铺机的方向。压路机往返时应呈阶梯形状，初次压实时不要使用轮胎压路机进行操作。摊铺机在进行平接缝的处理时，摊铺机要驶离施工现场，改由人工操作，将路面端部的混合料铲除后再予以压实，将坡下的部分用切割机切掉并进行清除处理，缝边要涂刷粘层沥青。在具体施工前，要先保证中层面的清洁、平整。施工过程中，要保证平整度的控制，防止出现混合料离析的现象，自卸车在装料时要按规定的次数进行移动。在碾压时，应遵循先轻后重、先边缘后中央的原则进行操作。
3、结语
PE+SBS改性沥青的应用，在道路施工中是一项技术性很强的工艺，施工过程中的混料、拌和、运输、压实等操作都影响着路面施工的质量。加强该复合性沥青路面施工工艺的研究，有助于建设高质量的道路，提高道路使用的综合效益。另外，还要注重施工操作人员操作规范的培养，以保证施工工艺和质量控制落到实处。
参考文献：
天然沥青对基质沥青低温改性研究 篇4
随着高等级公路的发展,改性沥青已成为重要的交通建筑材料。对于冬夏温差较大和冬季漫长的北方地区,道路开裂成为最严重的道路灾害,道路沥青的低温性能就显得尤为重要。因此,对道路沥青在低温高寒地不同车辙荷载所能承受的最大变形能力,以及温度变化时外加作用力产生的横向、纵向形变的程度都提出了更高的要求。
为了提高沥青的低温性能,通常采用聚合物改性法,但由于聚合物与基质沥青存在相容性问题[1,2],改性过程需提高拌合温度和使用特殊的剪切设备,增加了能耗和改性沥青的成本。天然沥青作为一种性能优良的改性剂,改性温度低,在170℃时,天然沥青与基质沥青即能很好混溶,工艺设备简单,改性效果明显,因而具有广阔的应用前景[3,4]。在沥青低温性能的评价方面,一直以来参考标准也都有争议[5,6,7,8,9],测力延度试验测试改性沥青的应力变化、断裂做功以及温度敏感系数等数据为系统全面评价改性沥青低温性能提供了重要的参考,较为真实反映出低温时沥青路面在外力作用下的承载受力形变,并通过改性前后玻璃化温度的变化证实了天然沥青对基质沥青低温性能的改善。
本文利用测力延度仪,测试新疆天然沥青改性克拉玛依90#以及110#基质沥青在5℃和10℃时的测力延度特性,记录了沥青试样延度变化时应力变化的全过程[10,11],并计算在天然沥青不同掺量下改性沥青的低温应力、断裂做功、温度敏感系数以及改性前后玻璃化温度的变化,来评判天然沥青对改性沥青低温性能的影响情况以及确定天然沥青的最佳掺量。
1 实验
1.1 主要原料及仪器设备
基质沥青:克拉玛依90#、克拉玛依110#。基质沥青改性剂:新疆乌尔禾地区天然沥青。
主要仪器设备:电动搅拌机(2400 r/min);天津宏州数显延度仪。
1.2 原材料性质分析
新疆乌尔禾地区天然沥青质地优良,含氮量高,蜡含量低,色泽乌黑。天然沥青元素含量为C 86.0%,N 1.6%,H10.9%,S 0.5%。
对天然沥青和2种基质沥青做了常规性能测试,软化点测试采用国家标准环球法,黏度采用60℃的标准,实验结果见表1。
注:由于天然沥青的高软化点,在60℃的黏度无法测试,由于其脆性,试验温度的延度也无法测试。
将天然沥青作为改性剂加入到基质沥青中,由于其具有较高含氮量,可提高基质沥青的高温性能和软化点,降低其针入度,增大沥青黏度(见表2)。
1.3 改性沥青延度拉力试验
用粉碎机将天然沥青粉碎,过80目筛,按照0、3%、5%、7%、9%的添加量,分别掺入110#沥青与90#沥青中,选取改性温度165~175℃,搅拌时间20 min,搅拌速度2000 r/min,搅拌结束,改性沥青表面成光亮的镜面。
采用如普通延度试验的8字试模,常温冷却0.5 h后,将其放入试验温度5℃的恒温水槽中0.5 h后割模,割模结束后再将其放入此水槽恒温0.5 h,然后测出试样断裂的最大应力,以及对应的延度,绘制曲线图,计算曲线面积,讨论断裂做功以及断裂功率。重复以上试验,试验温度改为10℃,比较温度应力变化曲线图。以此研究沥青试样在不同温度时外力作用下的形变、内部分子粘弹力的改变及脆性断裂的速率。
2 结果与讨论
分别对天然沥青不同掺量改性沥青的测力延度测试,记录了最大断裂应力(沥青断裂过程记录的最大应力)、断裂做功和断裂功率随着天然沥青掺量的变化,以及计算在2个试验温度条件下温度敏感系数的变化。
2.1 天然沥青掺量对改性沥青最大断裂应力的影响
在气候变化,温度升降的时候,由于沥青混凝土的热膨胀和冷收缩,沥青混凝土产生横向和纵向的温度应力,如果温度应力大于其横向最大变形能力时,沥青混凝土将出现裂纹和裂痕,这将给公路带来严重的损害。天然沥青作为一种改性剂,增大了沥青试样内部分子间作用力,粘弹性所表现出来的拉锯作用加强。在沥青延度试验中,天然沥青的加入明显影响着改性沥青拉伸应力的大小。图1是沥青试样在测力延度试验中从被拉伸至断裂的过程出现的最大应力图。
从图1可以看出:
(1)110#和90#基质沥青随着天然沥青的加入,最大的断裂应力都呈上升趋势,随着加入量的增加,其上升趋势逐渐平缓。110#基质沥青5℃时最大断裂应力为35 N,当天然沥青的添加量为5%时,最大断裂应力提高为基质沥青的2.57倍。10℃时,110#基质沥青的最大断裂应力为9 N,添加量为5%时,最大断裂应力提高5倍。110#基质沥青在天然沥青的添加量7%出现最高点,5℃、10℃时最大应力分别是改性前的2.64倍、5.45倍。
(2)110#和90#2种基质沥青以及改性沥青都呈现相同趋势,在5℃时的最大应力明显大于10℃时的最大断裂应力。在一定温度范围内,温度越低,粘弹性越弱,分子间作用力越大。10℃试验温度改性沥青最大应力的增幅大于5℃时的增幅。
(3)110#改性沥青随着天然沥青加入量的增加,最大断裂应力增大,当添加量大于5%时,最大断裂应力增幅变小,并出现明显的拐点。同样,90#改性沥青随着天然沥青加入量的增加,越过7%的最高点后,应力逐渐变小。
2.2 改性沥青断裂做功
基质沥青通过改性后,改性沥青的能量储存增大。拉力与延度关系曲线图面积正好反映了沥青试样从被拉伸开始直至沥青试样完全断裂时的外力对沥青试样的做功情况,面积越大,断裂做功越多,表明沥青试样在此温度情况下的抗拉强度越大,外力作用时间越长,作用距离越远(见图2)。
由图2可以看出:
(1)随着天然沥青掺量的增大,90#和110#的断裂做功都表现为先增大后减小的趋势。
(2)当天然沥青的加入量为5%时,110#改性沥青在温度为5℃和10℃时断裂做功均出现最高点,比基质沥青分别提高2.19倍、2.77倍;90#改性沥青在天然沥青的添加量为7%时,断裂做功在5℃和10℃时均增至最大,较基质沥青分别提高1.95倍、3.00倍。
(3)试验温度为10℃时2种改性沥青的断裂做功小于5℃时的断裂做功。由于在一定温度范围内,温度越高,改性沥青的粘弹性越好,2种沥青都表现为10℃时最高点断裂做功的增幅大于5℃时的增幅。
2.3 不同掺比对改性沥青温度敏感系数的影响
1976年美国的Douglas Anderson I和Max Wiley L首次提出测力延度试验方法,采用2组不同的试验温度[12]。试验过程中拉伸力大小的变化由传感器测出并记录下来。通过力F与延度D的关系曲线求取粘韧性(曲线与延度横坐标之间的面积),最后得出感温性指标。
式中:T1、T2——试验温度,℃;
Vl、V2———温度T1、T2相对应的粘韧性,N·m。
通过在5℃,10℃2个试验温度下对改性沥青进行的测力延度实验,应用式(1)计算出不同配比时2种改性沥青的感温系数(见图3)。温度敏感系数越小,说明改性沥青试样的黏韧性越好,低温性能越佳。
由图3可知:
(1)随着天然沥青掺量的增大,90#和110#改性沥青的温度敏感系数均呈现由减小到增大的相同趋势。
(2)90#改性沥青在天然沥青的掺量5%~6%时,110#改性沥青在天然沥青的掺量6%~7%时的温度敏感系数最小。
2.4 不同掺比对改性沥青玻璃化温度的影响
玻璃化温度是无定形聚合物在玻璃态和高弹态2种状态的转化临界温度,反映了高聚物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象,是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度。通过DTA法测试了基质沥青改性前后的玻璃化温度变化(见图4)。
由图4可见,添加5%天然沥青后,90#和110#2种改性沥青的玻璃化温度都明显降低,低温耐受能力显著提高,证实了天然沥青对基质沥青低温性能的改善。
3 结论
(1)通过5℃、10℃2个试验温度时,改性沥青最大断裂应力、断裂做功、温度敏感系数等试验很好地预估沥青混合料低温开裂情况,证明了新疆天然沥青对基质沥青的低温性能有很好的改性效果。为道路沥青的户外铺设和应用研究奠定了基础。
(2)天然沥青在改性基质沥青时,最大断裂应力以及断裂做功均随天然沥青添加量的增加而增大,由于试验温度不一样以及基质沥青的不同,表现出不同的增减幅度。随着加入量的增加,最大应力的变化先增大后逐渐趋于平缓。
(3)5℃、10℃温度条件下,温度敏感系数的变化与断裂应力和断裂做功存在很好的相关性。
(4)添加5%天然沥青后,改性沥青的玻璃化温度明显降低,证实了天然沥青对基质沥青低温性能的改善。
(5)综合各方面考察因素,110#基质沥青中天然沥青的最佳添加量为7%,90#基质沥青中天然沥青的最佳添加量为5%时,2种改性沥青表现出较好的低温性能。
参考文献
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基质沥青与改性沥青 篇5
根据SRSX性沥青和天然沥青的.特点,提出设计方法.结合金山枫泾新镇工程实际,从原材料要求、配合比设计、施工过程控制等几方面,对复合改性沥青在透水沥青混合料中应用实例进行探讨,总结经验.
作 者：韩勇强 HAN Yong-qiang 作者单位：上海建设机场道路工程有限公司,上海,200023 刊 名：中国市政工程 英文刊名：CHINA MUNICIPAL ENGINEERING 年，卷(期)：2009 “”(3) 分类号：U414.7+5 关键词：透水沥青混合料 SBS改性沥青 天然沥青 配合比设计 施工过程控制★ 在选人用人照检查材料
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改性沥青路面施工技术初探 篇6
关键词：改性沥青；路面施工；施工技术；碾压
中图分类号：U416
文献标识码：
文章编号：1009-2374(2009)17-0147-02
一、改性沥青路面的特点
改性沥青(SMA)是由较多的沥青结合料、矿粉和稳定剂填充于粗集料骨架中形成的间断级配的热拌沥青混合料。它不但具有良好的抗车辙性能及耐久性，而且雨天抗滑性能较好，可降低车辆行驶的噪声等。因此，虽然其施工成本较高，但国外很早就在重载交通中广泛地应用。近几年国内许多高速公路建设也陆续引进这一技术，希望利用这—新的施工工艺来解决老规范中AC、AM、AK未能很好解决的问题。改性沥青路面作为一种新型的路面结构，具有如下特性：(1)施工成本高，对路基与路面施工质量要求高；(2)沥青要充分发挥其效能，需要将改性剂完全分散在沥青中；(3)改性沥青及SMA混合料具有粗集料多、矿粉多、结合料多、细集料少、掺纤维稳定剂、材料要求高的特点；(4)碾压难以达到密实效果，而且碾压中会有负面效应，可能产生推拥；(5)冷却后的改性沥青及SMA混合料非常坚硬，具有较高的强度。
二、改性沥青路面施工技术
1、原料的质量控制集料的规格、品种、含泥量、含水量、风化石含量等需作认真检查，若在外观检查中发现异常的颗粒组成，则必须进行筛分试验。所有进场材料都应按规范进行检验，不合格的材料坚决退场，视工程重要程度，必要的情况下，加大抽检率。堆料场要进行场地硬化处理，不同规格的料堆间应设置隔离墙，必须避免不同规格碎石混杂在一起。料堆需做好标示，标示要清楚易识别，可避免上错料。质量检查员应具有一定资质，才能做好原料质量控制工作。
2、改性沥青制作改性沥青应现场制作，制作完毕应按规定抽样率对改性沥青质量进行抽检，确保制备质量。改性沥青现场制作工艺如下：(1)掺人抗剥落剂，确保掺量满足设计要求；(2)基质沥青加热到160℃～165℃时，泵人到改性设备；(3)严格控制导热油的温度；(4)严格控制制备温度，SBS的加热温度不宜超过190℃，建议控制在160℃～180℃；(5)研磨要充分，研磨时间不宜少于30分钟；(6)安排专人对每锅油的制作时间、温度、SBS掺量进行登记。
三、改性沥青混合料的摊铺与压实
1、改性沥青摊铺前应首先做好下承层的清扫、修补等处理工作，这些准备工作应在摊铺前1天完成，由负责人验收确认。为确保上面层与下承层能够粘结完好，摊铺温度宜控制在170℃～180℃，且不得低于160℃，不得高于190℃。如果采用一台摊铺机可以保证不出现离析，也可以采用一台进行摊铺，可以获得较好的平整度。摊铺机应配备容量足以保证均匀连续摊铺作业得收料斗，保证上一车卸料完后，下一车料能及时供料，不致中途停机待料。还应装上自动进料控制器，并适当调节到能在整平板前方保持厚度均匀的沥青混合料。每车料摊铺完后不得收料斗。混合料摊铺速度应与拌和机供料速度协调，保持匀速不间断的摊铺，不得中途停机。施工人员不得踩踏未经压实的摊铺混合料。摊铺中应随时检测和调整松铺厚度，松铺厚度偏差宜控制在0～3mm以内。严格按程序操作摊铺机接斗，尽量避免粗集料的离析。料车应在离摊铺机前沿20cm处停下来，调为空档，由摊铺机靠上并推动料车前进，严禁料车撞击摊铺机。若出现机器故障或时逢下雨等不能进行连续摊铺，应及时通知拌和组，并告知技术负责人。
2、改性沥青混合料的压实按照“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行碾压。碾压温度、速度及遍数应严格按规范执行，在保持碾压温度并保证不出现推移的情况下，尽可能进行早压。改性沥青混合料的压实是沥青上面层质量能否得以保证的根本，因此，改性沥青混合料碾压应派专人负责指挥协调各台压路机的碾压路线和碾压遍数，在尽可能短的时间内使铺筑面达到规定的压实度。在碾压中，应先起步后振动，先停振后停机，换向缓慢平稳。为避免碾压时混合料摊挤产生拥包，碾压时应将驱动轮朝向摊铺机，碾压路线及方向不应突然改变，压路机折返应呈阶梯形，不应在同一断面上，初压时不得使用轮胎压路机。碾压后的路面在冷却前，路面上不允许停靠任何车辆或机械。安排专门的人员看护，确保新铺路面无矿料、杂物、油料等物质，路面冷却至50℃方可允许通行。
3、注意事项。(1)改性沥青混合料施工中应特别注意温度控制，施工中要精心组织、密切配合，及时将混合料摊铺碾压成型。否则将给施工造成极大不便而无法保证质量。(2)安排专人清扫摊铺机的两条履带前的路面，保证摊铺机能够平稳行走。沥青必须缓慢、均匀连续不间断地摊铺。摊铺过程中，不得随意变换速度或中途停顿，摊铺速度应根据拌和机产量，施工机械配套情况及摊铺层厚度、宽度确定。摊铺速度为3.5m／min。(3)沥青混合料的摊铺要满足温度的要求，并应根据沥青标号、粘度、气温、摊铺层厚度合理选用。并且要求运料车必须覆盖保温，采用高密实度的摊铺机，烫平板应加热；摊铺后紧接着碾压，缩短碾压长度。(4)改性沥青混合料摊铺温度不低于170℃，初碾温度不低于165℃，终碾温度不低于100％。若施工现场气温较低，风速过大，可适当提高出料温度及时碾压，以碾压时不引起推移裂缝为宜。(5)派专人对摊铺温度和虚铺厚度进行实际测量，作好记录。(6)压路机的碾压段长度应和摊铺机的摊铺速度相平衡，并保持大体稳定。(7)碾压完成后应封闭交通，在冷却前，不允许任何机械在路面上停放，避免杂物、油料等落在新铺路面上。
四、施工质量控制
質量控制中应对沥青混合料进行直观检查，正常的沥青混合料外观又黑又亮，运料车上混合料呈圆锥状，或在摊铺机受料斗中“蠕动”。若混合料特别黑亮，表明沥青含量过大，或集料未充分烘干。若混合料呈褐色，暗而脆，粗骨料未被沥青完全裹覆，表明沥青含量过少，或拌合温度过高或拌合不充分。另外，混合料温度检查也很必要，混合料温度超过195℃时废弃。厚度检测是质量控制的重点，摊铺作业中，应派专人经常检查虚铺厚度，并与初始设计值比较，确保厚度要求得到满足。外观检查也是质量控制的重要内容之一。碾压完成后，需要对铺层表面进行外观检查，检查混合料表面是否平整、均匀和密实，避免出现局部粗糙、小波浪撕裂或拉沟等质量问题。改性沥青路面接缝处理比较复杂，施工中一定要杜绝冷接缝问题。因为改性沥青混合料冷却后会非常坚硬，甚至用切割机切缝都很困难。另外，在用2台摊铺机进行摊铺时，如果摊铺机间距较远，可能会出现纵向接缝不能保持热接缝状态。如果路面横向宽度太大，应采用分幅摊铺、一次碾压成型的方式施工。碾压从两边向中间进行，保证压路机压实后的材料为支撑边，振动碾压SBS改性沥青混合料时，压路机每轮带重叠的宽度不应超过20cm；静压时，重叠宽度不应少于20cm。压路机的碾压段长度应和摊铺机的摊铺速度相平衡，并保持大体稳定。压路机每次从两端折回的位置应呈阶梯形地随摊铺机前进，使折回处不在同一断面上，在摊铺机连续摊铺的过程中，压路机不得随意停顿。横向接缝和纵向接缝的处理需要谨慎。纵向接缝的处理可以采用在边部设置挡板，或在最后一遍碾压时，压路机边上拖一把切刀。这样便于在碾压中将边缘切齐。横向接缝的处理则是在每天施工完工后稍停—会在其尚未冷却之前切割好，并用水将接缝冲洗干净，第二天，涂刷粘层油，即可接下去铺新混合料。接缝跳车是施工的薄弱环节，因此在所有的接缝施工过程中，都必须利用6m直尺对平整度进行检查，防止接头不好影响全路的平整度。摊铺温度是质量控制效果好坏的保证，施工中必须注意温度控制。
五、结语
改性沥青路面是一种新型的路面结构，造价高，对路基与路面的施工质量要求较高，因此，施工中必须采取严密的质量控制措施，确保施工质量，才能达到预期的经济效益。本文仅作简单探讨，要降低其造价，广泛推广其工程应用，还需进一步研究。
参考文献
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[3]樊凡浅论SMA沥青路面施工技术与质量控制，城市道桥与防洪，2004，(5)
[4]朱永红，SMA沥青混凝土路面摊铺的质量控制，建材技术与应用，2005，(3)
基质沥青与改性沥青 篇7
关键词：沥青路面,改性沥青,开级配排水性沥青磨耗层
开级配排水性沥青磨耗层(OGFC)是一种孔隙连通的沥青混凝土结构,是为解决公路路面积水问题而设计出来的[1,2]。OGFC可以使路面积水通过内部孔隙垂直到达下面的不透水层,然后从侧面排出路面。OGFC的主要特点是孔隙率较大(18%～25%),这就要求沥青混合料具有足够的强度、耐久性;并且混合料内部长期遭受雨水侵蚀,这对混合料的抗水损害能力也提出了更高要求。影响OGFC沥青混合料性能的因素很多,如原材料的性能,混合料的级配,成型的工艺等。大量研究表明影响OGFC沥青混合料路用性能的关键指标是沥青的60 ℃粘度[3],随着沥青60 ℃粘度的增大,混合料的强度和水稳定性明显增加。因此选用60 ℃粘度大的沥青作为OGFC沥青混合料的结合料就显得尤为重要。
OGFC于20世纪60年代首次在德国出现,随后在欧美、日本及澳大利亚等国家引起了广泛的重视[4]。日本对OGFC的研究虽较欧美晚,但从一开始就将研究的重点放在高粘度改性沥青的研究上,开发出一种高粘度沥青改性剂TPS[5]。近些年来,OGFC沥青混合料在我国也越来越受到重视,已铺筑了一些试验路段[6],许多单位对采用TPS制备的高粘度改性沥青进行了研究。然而,由于使用的基质沥青不同,导致使用相同的改性剂制备的改性沥青具有不同的性能。
采用TPS作为改性剂制备高粘度改性沥青,研究了TPS对不同基质沥青的改性效果及TPS掺量对改性沥青性能的影响。
1试验
1.1原材料
基质沥青:选用3种不同产地的针入度等级为70的沥青为基质沥青(分别记为S-70、Z-70和T-70),3种沥青的物理性能与化学组成如表1所示。
TPS改性剂:日本大有建筑株式会社生产。
1.2试样制备
将基质沥青加热到(175±5) ℃,缓慢加入改性剂TPS,恒定温度下用高速剪切乳化机剪切45 min,然后置于搅拌器下继续低速搅拌2 h,即制得高粘度改性沥青。
1.3性能测试
1.3.1 常规物理性能
高粘度改性沥青的软化点、延度和针入度分别按GB/T 4507—1999、GB/T 4508—1999和GB/T 4509—1998进行测试。
1.3.2 粘度
高粘度改性沥青最重要的一个指标就是60 ℃粘度,在日本道路协会标准中规定高粘度改性沥青的60 ℃粘度应大于20 000 Pa·s。由于粘度太高,现有粘度计不易直接测量。该文利用Brookfield粘度计分别测试t=135 ℃、120 ℃、110 ℃、100 ℃、90 ℃下的粘度η(Pa·s),然后按lnη-1/T作图(T=273+t),拟合曲线多项式,外推得到60 ℃粘度。经对多种SBS改性沥青实验验证,按照上述方法得到的计算值与实测值之间的差异均在10%以内。
2结果与讨论
2.1TPS对不同基质沥青物理性能的影响
固定TPS掺量,分别对3种基质沥青进行改性,改性沥青的物理性能见表2。由表2可见,3种沥青采用TPS改性后,针入度和5 ℃延度相近,软化点和15 ℃延度有较明显的差异,而60 ℃粘度的差异则十分显著。3种基质沥青中,以S-70沥青改性效果最好,其60 ℃粘度大于20 000 Pa·S,各项指标均符合日本道路协会高粘度改性沥青的标准。TPS对不同基质沥青改性,改性沥青在性能上表现出这种差异与基质沥青的组成有较大关系。在表1中,3种基质沥青的化学组成的主要差异是芳香份含量和胶质含量。比较表1和表2,可以发现基质沥青的胶质含量越高,改性沥青的60 ℃粘度越大。因此在制备高粘度改性沥青时,应对基质沥青进行优选,以使改性剂用量小,改性沥青性能优。
2.2TPS掺量对高粘度改性沥青性能的影响
选取S-70为基质沥青,研究了TPS掺量对改性沥青软化点、延度、针入度和60 ℃粘度的影响。
2.2.1 TPS掺量对改性沥青软化点的影响
图1反映了TPS掺量对改性沥青软化点的影响。图1表明,随着TPS掺量的增加,改性沥青的软化点逐渐增大,TPS掺量从14%～16%,软化点增加较为明显,当TPS掺量大于16%以后,软化点的增加很小。
2.2.2 TPS掺量对改性沥青针入度的影响
图2是改性沥青针入度随TPS掺量的变化曲线。由图2可知,随着TPS掺量的增加,沥青针入度不断减小;TPS的掺量在14%～16%之间时,针入度变化比较明显,但当TPS掺量大于16%以后,针入度变化越来越小。
2.2.3 TPS掺量对改性沥青延度的影响
图3反映了改性沥青5 ℃延度随TPS掺量的变化规律。图3表明,随TPS掺量的增加,改性沥青的5 ℃延度逐渐增大。但总体而言,在TPS掺量大于14%以后,增加TPS掺量,改性沥青的延度增加不大。
2.2.4 TPS掺量对改性沥青粘度的影响
图4是改性沥青60 ℃粘度随TPS的变化曲线。由图4可见,当TPS掺量在14%～15%之间时,改性沥青的粘度变化很小,而当TPS掺量大于15%以后,改性沥青的粘度显著增大,在TPS掺量为16%时,改性沥青的60 ℃粘度大于20 000 Pa·s,达到日本高粘度改性沥青标准。由此也表明,以S-70为基质沥青制备高粘度改性沥青时,TPS掺量不应低于16%。TPS掺量在大于15%以后,改性沥青的60 ℃粘度显著增大,可能原因是TPS在沥青中逐渐形成了较完善的网络交联结构。
3结论
a.TPS对不同沥青改性,其改性效果与基质沥青的组成密切相关。在相同TPS掺量下,基质沥青的胶质含量越多,改性沥青的60 ℃粘度越大。
b. TPS对相同沥青改性,TPS掺量对改性沥青的软化点、针入度和延度的影响较小,但对其60 ℃粘度影响显著。
c. 采用TPS对S-70沥青改性,当TPS的掺量为16%时,改性沥青的各项性能指标可以满足日本高粘度改性沥青标准。
参考文献
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[2]Richard Field,Hugh Masters,Melvin Singer.Status ofPorous Pavement Research[J].Water Research,1982,16(6):849-858.
[3]倪富健,徐皓,冷真,等.沥青性质对排水性沥青混合料性能的影响[J].交通运输工程学报,2003,3(4):1-4.
[4]李闯民.开级配沥青磨耗层(OGFC)的研究[J].公路,2002,3:70-75.
[5]倪富健,覃勉,刘清泉,等.TPS改性剂在排水型沥青混合料中的应用研究[J].公路交通科技,2004,10(21):17-21.
基质沥青与改性沥青 篇8
1 沥青标准体系比较
从表1的标准对照, 我们可以看出以下几点。
(1) 50号沥青与SBS改性沥青的针入度是相同的。
(2) SBS改性沥青的针入度指数指标要求比50号沥青高, 针入度指数越高温度敏感性越好。
(3) 50号沥青的软化点比SBS改性沥青的软化点低, 高温稳定性差。
(4) 50号沥青没有弹性恢复的要求, 比起有弹性恢复要求的SBS改性沥青来说, 抗疲劳性能差。
(5) 50号沥青10℃的延度还远远不如SBS改性沥青5℃的延度, 这说明50号沥青的低温性能远远比不上SBS改性沥青。
50号沥青与SBS改性沥青有着与用标准来比较相吻合的性能差别, 而且SBS改性沥青的实际性能要远高于标准, SBS改性沥青的最大特点是同时兼备良好的高低温性能, 这是50号沥青所不能比拟的。50号沥青因化学组分决定其抗低温和抗疲劳性能不如SBS改性沥青。
2 通过沥青及沥青混合料性能评价试验进行比较
下面主要以茂名石化生产的M M N5 0#沥青、中海油生产的中海5 0#来进行性能研究, 并与克拉玛依7 0#沥青及塔河SBS改性沥青进行横向性能对比, 塔河SBS改性沥青性能按照SBS (I-C) 标准执行。
2.1 对四种沥青进行了常规性能检测及SHRP试验评价
M M N 5 0#及中海5 0#两种沥青的分级均为PG64-22;克拉玛依70#及塔河SBS改性沥青分级均为PG70-28。
四种沥青的针入度大小分别为:塔河SBS改性沥青>克拉玛依70#沥青>MMN50#>中海50#, 四种沥青的软化点高低排序为:塔河S B S改性沥青>中海5 0#>克拉玛依7 0号>M M N 5 0#, 其中5 0#与7 0#沥青的软化点基本相当, 相差不超过1℃~2℃, 但根据SHRP理论对四种沥青高温性能的测试分析得出的高温性能高低为:塔河SBS改性沥青>克拉玛依7 0号>中海5 0#>M M N 5 0#;M M N 5 0#1 0度延度只有1 9.5 c m, 而塔河S B S改性沥青和克拉玛依7 0号都超过100cm, 根据SHRP规范对四种沥青进行弯曲蠕变试验, 结果显示四种沥青的低温抗裂优劣为:塔河SBS改性沥青>克拉玛依70号>中海5 0#>M M N 5 0#;四种沥青的疲劳性能均满足superpave规范要求。
2.2 对四种沥青的路用性能进行比较
(1) 高温性能。
从车辙试验表明, 50号沥青混合料的高温动稳定度为1500次/mm左右, 其高温性能只能满足现行规范普通沥青混合料在 (1~4分区) 的动稳定度要求 (≥1000次/mm) , 达不到现行规范改性沥青混合料的动稳定度要求 (≥2800次/mm) ;而塔河SBS改性沥青高温动稳定度为2 8 5 0次/m m左右, 四种沥青动稳定度大小为:塔河SBS改性沥青>克拉玛依7 0号>中海5 0#>M M N 5 0#。
(2) 低温性能。
以表2试验结果说明三种沥青混合料的弯拉强度和弯拉劲度模量有相同的规律:塔河S B S改性沥青>克拉玛依7 0号>M M N 5 0#, 其中塔河S B S改性沥青明显高于克拉玛依70号和MMN50#, 后两者差别不大, 但克拉玛依70号的最大弯拉破坏应变高于塔河S B S改性沥青和M M N 5 0#, 总体来说, 不管是弯拉强度、弯拉劲度模量还是弯拉破坏应变, M M N 5 0#都要小于克拉玛依70号和塔河SBS改性沥青。以小梁最大弯拉破坏应变表征沥青混合料抵抗低温开裂能力, 破坏应变越大表征该种沥青混合料的低温抗裂能力越好, 由此得出结论, MMN50#沥青混凝土低温抗裂性差于克拉玛依70号和塔河SBS改性沥青。研究表明5 0#沥青基本上适用于年极端最低气温为-9℃以上的地区。
(3) 疲劳性能。
论文的结论是, 疲劳性能中海50#>MMN50#>克拉玛依70号>塔河SBS改性沥青, 这主要是因为塔河SBS改性沥青是温区改性沥青, 针入度为79, 比中海50#、MMN50#、克拉玛依70号的针入度都要小, 劲度模量也要小, 采用应力控制模式测疲劳寿命主要取决于沥青混合料的劲度模量, 当采用相同的级配、集料时, 主要取决于沥青的劲度模量, 在广东一般使用SBS (I-D) 标准的改性沥青, 针入度在40~60之间, 这与50号沥青一致, 但是软化点却比50号沥青高很多, SBS (I-D) 改性沥青的劲度模量高于50#沥青, 同时SBS改性沥青弹性恢复好, 因此可以断定SBS (I-D) 的疲劳性能大于50#沥青。
(4) 水稳定性。
M M N 5 0#、中海5 0#和克拉玛依7 0号三种沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比均大于规范技术标准且结果相当, 说明三种混合料都具有很好的水稳定性, 数值还反映, 中海5 0#水稳定性最好, MMN50#沥青其次, 克拉玛依70号最弱。
(5) 其它性能。
50#硬质沥青的耐久性及渗水性均能满足规范技术要求。
2.3 50号沥青目前存在的问题
高温车辙和高温单轴静载蠕变试验表明, 50号沥青混合料的高温性能不如克拉玛依70号和塔河SBS改性沥青, 这与PG分级试验的结论一致, 50号沥青分级为PG64, 克拉玛依7 0号和塔河S B S改性沥青分级为PG70, 说明较硬的沥青并不一定具有较高的高温性能。
目前国内的50号沥青质量不稳定, 比如M M N 5 0#沥青, 其低温性能还不满足一般最低要求。
从沥青和混合料温度敏感性研究表明, 5 0#沥青的温度敏感性较差, 在常温下, 其性能强于一般基质沥青, 但随着温度的降低和升高, 其性能都有所降低, 其降低速度要快于普通基质沥青。
3 关于沥青的再生问题
50号沥青属于普通基质沥青, 普通基质沥青的再生技术已经有国家规范指导, 根据目前国外的废旧沥青混合料再生方式来看, 主要有路拌再生 (包括“就地冷法再生”以及“就地热法再生”) 与厂拌再生 (包括“工厂冷法再生”以及“工厂热法再生”) 四种主要再生方式, SBS改性沥青同样可以很好再生利用, SBS改性沥青的再生在国内研究还比较少, 在国内大规模使用的年限大多在10年以内, 翻修的路段不多。国际上SBS改性沥青的再生技术已经比较成熟, 在美国SBS改性沥青的再生研究和工程实施早有开展。SBS改性沥青主要采用工厂热再生及冷再生工艺, 由于SBS改性沥青老化后粘度大, 对旧料加热需要很高的温度, 因此采用传统普通沥青热再生技术有一定难度, 不能采用就地热再生, 但可以采用工厂热再生, 改性沥青黏度大, 加热过程中沥青会粘贴旧料进料桶壁, 从而损失了旧料中的沥青, 可采用混合料温拌再生技术, 只须将破碎后旧料加热到一定温度 (使沥青还不太容易粘贴进料桶壁) , 一般在70℃~80℃即可, 新集料、沥青的温度需要加热到比通常拌和更高的温度, 通常要高10℃~20℃, 目的在于通过高温使得旧料中的沥青熔化, 在沥青中加入温拌剂, 降低沥青的粘度, 从而降低旧料、新料混合后拌和温度;采用温拌再生技术, 目前在国内也有普遍使用, 如西安市政道路维修大多都采用这种技术, 据了解, 采用温拌再生技术沥青混合料的性能不比传统热再生技术差, 由于旧料不用加热, 因此更有利用再生后沥青混合料的低温性能, 其它性能也都能满足技术规范要求, 同时还可以节能环保。另外SBS改性沥青也可以使用冷再生技术, 由于沥青仍然是与石料、矿粉等裹腹在一起的混合体, 不需要加热分离, 因此同样可以采用传统普通基质沥青的冷再生工艺。
4 结语
从以上的研究分析来看, 50号沥青与SBS改性沥青在路用性能无论是在高温性能、低温性能、疲劳性能都存在巨大的差距, 只是在水稳定性上有一定改善, 但是存在质量稳定性差, 温度敏感性较差等缺点, SBS改性沥青与50号沥青一样都可以采用工厂热再生及冷再生工艺;50号沥青虽然针入度明显变小, 但软化点相对于70号沥青并没有多大增加, 高温性能甚至还不如某些高黏度70号沥青 (如上述国产克拉玛依70号沥青) ;相比70号沥青, 只是在疲劳性能及水稳定性上有所提高, 但是却损失了低温性能, 增加了温度敏感性, 因此不适合用于上面层, 也不适合代替SBS改性沥青用于中面层 (抵抗车辙关键层) , 在交通量不大, 重载车不多的高速公路, 可以用50号沥青来代替70号沥青用于中、下面层使用。而对于交通量大, 重载车多的高速公路, 及气候炎热地区建议还是使用SBS改性沥青用于中、上面层。
参考文献
风化煤改性沥青的制备与性能研究 篇9
我国风化煤资源分布广、储量大，但由于风化煤含氧量高，发热量低，已失去作动力燃料和炼焦煤的价值，一直未将风化煤作为有益矿产资源充分利用[1]，风化煤含有大量再生腐殖酸和多种含氧活性官能团，如羧基、酚羟基、醌基、醇羟基等，腐殖酸是一种内表面积很大的高分子有机物，是天然的羟基羧酸，具有很强的吸附、络合能力[2]。能将这一丰富的资源充分的利用起来，具有重要的现实意义。石油沥青具有良好的粘结性、抗老化性和防水防腐能力，长期以来被广泛的用作建筑、道路、防腐和密封材料。然而改性沥青具有高温流淌、低温冷脆开裂、耐候性不佳等缺点[3]，因此改善改性沥青材料的高温性能、低温性能和降低成本是该领域研究的重点。本研究将新疆风化煤用于改性沥青材料中，提高了沥青材料的高温性能和其他性能，降低了环境污染，并且未见有关文献报道。
1 实验部分
1.1 仪器和试剂
仪器:高剪切混合乳化机(ME-100L)，电脑全自动沥青针入度仪(HDLZ-IV)，数显全自动沥青软化点测定仪(DF-4)，沥青旋转薄膜烘箱(85型)，低温双数显沥青延伸度仪(SY-2(B))，红外光谱仪(Nicolet NEXUS 670 FT-IR)，透射电子显微镜(JEM-100SX)，扫描电子显微镜(S-450,HITACHI),X射线衍射(D/MAX-ⅢC)。试剂:风化煤(300目，新疆)，基质沥青(兰炼90号，中石油兰州炼油化工总厂)，丁苯橡胶SBR(中石油兰州石化公司)。
1.2 改性沥青的制备
将一定量的风化煤和改性剂加入到热融的沥青中，在165℃～175℃的温度下，经高剪切机在4 000 rpm/min～5 000 rpm/min的转速下剪切50 min，然后用筛子过滤除去混在改性沥青材料中的较大颗粒物质后，即得改性沥青材料。
2 改性沥青性能测试和讨论
2.1 风化煤改性沥青的性能
风化煤以300目粒度未经过处理直接加入，从表1可知，基质沥青软化点为47℃，当加入风化煤后，改性沥青的高温性能大有改善，特别是含量3%时，软化点达到58℃，能将软化点提高10℃左右。说明风化煤中的腐殖酸及其他成分能有效提高沥青的高温性能和抗氧化性能。继续增大风化煤的含量到6%时，软化点反而下降，说明腐殖酸量增大的同时，其他杂质的量也在增加，软化点反而降低。为了提高改性沥青低温及其他性能，本研究以风化煤复配粉末SBR进行探讨。
2.2 风化煤复配改性沥青的性能
从表2结果可知，随着SBR量的增加，改性沥青的耐低温性能大大提高，沥青的针入度指数有所减小，可能由于SBR本身分子量大和腐殖酸的络合作用，分子间的作用力增强，粘度增大，提高改性沥青高温性能和耐低温性能，降低了沥青的温度敏感性。
另外，本研究以粘韧性能对沥青评价，因为SBR改性沥青的粘韧性及韧性很难达到国家标准，由表3可知，风化煤复配粉末SBR(4%)改性沥青中，由于风化煤中腐殖酸的吸附和络合作用，在一定程度上增加了沥青的粘韧性和韧性。
N·m
3 风化煤改性沥青的结果分析
3.1 红外光谱分析(FT-IR)
从图1可知，风化煤在沥青中有一定的化学效应。风化煤改性沥青在1 216 cm-1出现一微弱吸收峰，认为COOH中C=O伸展振动，说明腐殖酸的表面羟基和沥青中的羧酸根形成酯;在870 cm-1处出现了新的吸收峰，归属苯环内δC-H面内吸收峰，说明改性沥青在某种程度上发生芳构化，芳香酚增加。风化煤复配粉末SBR改性沥青时，除了上述特征峰外，在1 315 cm-1处出现新的吸收峰，归属为烯烃δC-H面内弯曲振动，在967 cm-1处归属为芳环的δC-H面外弯曲振动，说明芳香酚增加并有利于增加改性剂与沥青的相容性，提高改性效果。
3.2 电子显微镜观察
从扫描电镜下可以看见，风化煤的孔隙中均被沥青所填充，这样的分布和吸附，能提高改性沥青的稳定性。但还是有部分固体颗粒没有被沥青包裹住而暴露出来。它们与沥青不相容。在透射扫描电镜下，风化煤颗粒均匀的分布在沥青中，颗粒的最大粒径为0.83μm，最小粒径为9 nm，风化煤颗粒以近似纳米分布在沥青中，改性沥青的一些性能提高[4,5]。本研究又从沥青稳定性实验探讨杂质的影响，风化煤改性沥青达到技术要求，但在离析实验结果中，下软化点略高于上软化点，说明改性沥青材料稳定，改性剂与沥青没有离析，可能由于杂质密度大而沉降下来导致上述结果，杂质包括无机盐等成分。
3.3 风化煤与改性沥青相容性机理
沥青是一种混合物，平均分子量500左右[6]。由于组成较多且性质差别较大，造成了沥青微观上的不均匀，性质相近，结构类似的组分聚集在一起。风化煤改性剂进入沥青时，腐殖酸的平均分子量在300左右，所以风化煤中的有机组分和沥青有一定的相容性。当风化煤以几乎纳米的微粒均匀分散于沥青中后，风化煤中的腐殖酸具有一定的吸附、络合功能，它与沥青相混合便将沥青吸附在风化煤微粒的表面，这种作用包括物理吸附和化学络合，风化煤中的碳黑对沥青的性能产生一定的影响，另外由于碳黑是由正六边形网状平面的层面构成的，层面与层面之间连接着一个结合体，并通过范德华力产生相互凝聚的倾向，其层面边缘上的氢原子、不配对电子和含氧基团的化学活性很大，可以和其他物质发生物理吸附和化学结合反应。因此可以改善沥青的粘附性，耐久性，抗磨性，抗氧化性等[3]。
4 结语
1)本研究以风化煤作为沥青改性剂，提高了沥青的高温性能和其他一些重要性能指标，并与沥青具有较好的相容性。表明风化煤中的腐殖酸具有化学络合和物理吸附作用，风化煤中的碳黑能提高改性沥青的粘附性，耐久性，抗磨性，抗氧化等。2)风化煤改性沥青具有价格低廉、性能优异等特点，可用于建筑、道路、防腐和密封材料等领域，不仅减少了环境的污染，同时扩大了风化煤的使用范围。
参考文献
[1]马秀欣,赵宏波.我国泥炭、褐煤和风化煤的资源优势及其应用领域[J].中国煤炭,2005(1):6-7.
[2]窦琇云.腐殖酸化学性质和结构分析[J].腐殖酸,1995(4):4.
[3]沈金安.改性沥青与SMA路面[M].北京:人民交通出版社,1999.
[4]徐国财,张立德.纳米复合材料[M].北京:化学工业出版社,2002.
[5]张玉龙,李长德.纳米技术与纳米塑料[M].北京:中国轻工业出版社,2002.
基质沥青与改性沥青 篇10
我国从1992年首次试用此项技术, 经过十年的研究与探索, 改性沥青和SMA技术已得到初步的应用与推广。我单位1997年即开始接触此项施工, 结合工程实践, 我认为要想确保SMA施工质量, 除了有正确的SMA配合比设计外, 在施工中, 必须首先选择优质的符合要求的材料, 其次注意施工中各项环节的控制要求。
1 材料标准和选择
1.1 沥青结合料
沥青须具有较高的粘度, 符合一定的要求, 以保证有足够的高温稳定性和低温韧性。在我国必须符合“重交通道路沥青技术要求”, 在大多数地区, 要使用比通常的标号硬一级的沥青, 最好采用改性沥青。
1.2 粗集料
为充分发挥粗集料的嵌挤作用, 必须采用坚硬、粗糙的石料。建议粗集料的性质在JTJ 032公路沥青路面施工技术规范规定的抗滑表层的基础上对抗压碎性能作适当提高。其中对石料压碎值提高到不大于25%, 针片状颗粒含量指标要求不大于15%, 吸水率限制不能放宽。为达到提高的技术要求, 必须从料源着手, 选择优质石料, 覆盖层的泥土一定要清除干净, 出成品料的破碎机械不能使用颚式破碎机, 终破必须使用锥式 (回转式) 或锤式破碎机破碎。
1.3 细集料
细集料最好使用坚硬的人工砂, 人工砂是利用坚硬的石料反复破碎而制成的, 它具有一定的粗细级配, 不同于从石屑中筛分出来的细颗料碎屑, 石粉数量较少。在大多数情况下, 要求采用人工砂还有困难, 细集料必须采用一部分洁净的石质坚硬的石屑, 不宜全部使用天然砂。
1.4 填料
我国由于粉煤灰质量不一, 含泥量较大, 不得用于SMA作矿粉使用。用于SMA的填料必须使用磨细的石灰石粉, 石粉的质量应符合JTJ 032公路沥青路面施工技术规范的要求, 通过0.075 mm的百分率应大于75%, 且最好不用回收的粉尘。当回收粉尘量比较大时, 全部不用将严重影响矿粉比例, 不得不使用一部分以弥补矿粉数量的不足, 但不能太多, 在0.075 mm的通过量中新加矿粉的数量不得少于50%。
1.5 纤维稳定剂
国产纤维尚在研究开发过程中, 在使用进口纤维时, 应停止使用石棉纤维, 采用木质素纤维、矿物纤维、聚合物纤维等各种正式纤维产品。木质素纤维通常为混合料总量的0.3%, 矿物纤维通常为混合料总量的0.4%, 聚合物改性剂的用量按照供应商的要求及以往的经验确定。纤维外加剂的用量误差在±10以内。
2 施工环节控制
2.1 改性沥青及SMA路面的施工温度
对于公司改性沥青路面的施工, 应该说与普通的热拌沥青混合料路面除了在施工温度上应该根据改性沥青的粘度适当提高之外, 基本上没有什么区别。至于温度提高多少, 要视改性剂的品种和剂量确定。在JTJ 036公路改性沥青路面施工技术规范中作出了许多明确的规定。一般情况下, 可在普通沥青混合料施工温度的基础上提高10℃～20℃。为保证施工温度, 应注意以下各环节:
1) 改性沥青制作温度应该满足改性剂充分融化及分散均匀的需要。改性沥青宜随配随用, 不得长时间存放。制作好的改性沥青的温度应该满足沥青泵输送及喷嘴均匀喷出的需要。在满足施工的前提下, 沥青的加热温度尽可能不要太高。通常情况下, 改性沥青的加热温度需控制在170℃～180℃, 不必担心沥青的老化影响。
2) , 200℃以上, 尤其是对于SMA路面, 不管使用不使用改性沥青, 由于加入的冷矿粉及纤维数量很大, 温度不够高, 不能充分分散拌匀。拌和好的混合料贮存时间不得超过24h。
3) 改性沥青及SMA混合料在运输过程中都必须加盖篷布, 防止混合料表面结硬。
4) 混合料的摊铺、碾压要一气呵成。在尽可能高的温度下进行, 所有施工工序必须在混合料温度下降至100℃以前全部结束。
5) 改性沥青及SMA混合料路面不得在气温低于10℃的气候条件下施工。
2.2改性沥青及SMA混合料的拌制
这几年的施工中, 改性沥青均是成品运至工地, 直接泵送使用, 故对改性沥青按规范要求的温度加热即可。在拌和中, 我们应注意以下几点:
1) SMA与普通密级配沥青混凝土的最大不同之处是SMA为间断级配, 粗集料粒径单一, 量多, 细集料很少, 矿粉用量多, 给拌和带来不少困难, 故应该在料斗、料仓的安排上下功夫。首先是冷料仓, 粗集料数量多, 一个料斗经常不够, 可能就会发生冷料仓数量不够的问题。热料仓也有问题, 如果按照通常的方法设置振动筛和热料仓, 将会发生粗集料仓经常不足 (亏料) , 而细集料仓经常溢仓的不正常情况。结合实情, 我们可以将料的粒径适当增大一些, 沥青适当少用一些。
2) SMA所需的细集料数量很少, 使冷料仓的开启成为困难, 造成料的计量不准确。故细集料不能露天堆放, 需加棚以遮盖。
3) SMA的矿粉需要量比一般热拌沥青混合料要增加2倍, 一个螺旋升送器往往来不及供料, 这就要求在矿粉设备及人力安排上特别注意。
4) 改性沥青及SMA混合料拌和以后, 不能贮存太长时间, 一方面时间长了将会使料表面结成硬壳, 另一方面SMA的沥青用量比普通沥青混合料多, 时间长了, 会发生沥青的析漏, 造成沥青用量不均匀。因此改性沥青或SMA混合料的贮存都不能过夜, 即当天拌和的必须当天使用完。
2.3改性沥青及SMA混合料的运输和摊铺
1) 由于改性沥青和SMA的沥青玛脂的粘性较大, 运料车的车箱底部要涂刷较多的油水混合物。而且为了防止运料车表面混合料结成硬壳, 运料车运输过程中必须加盖苫布。运料车的数量也要适当增加。
2) 改性沥青混合料粘度较高, 摊铺温度高, 摊铺阻力要比普通混合料大。一般需要使用履带式摊铺机摊铺, 而且摊铺机的摊铺宽度也不能像普通混合料那样伸长太多。
3) 为了保证路面的平整度, 要求做到缓慢、均匀、连续不间断地摊铺, 摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿, 但是由于改性沥青或SMA生产时拌和机生产率降低等原因, 摊铺机供料不足的问题比较突出, 很难保证摊铺机不间断地均匀摊铺, 所以摊铺机的速度要慢一些, 一般不超过3m/min～4m/min, 有时甚至放慢到1m/min～2m/min左右, 这对摊铺机手的操作技术要求较高。必须做到宁可运料车等候摊铺车, 也不能摊铺机等候运料车。
4) 对SMA混合料, 混合料的可压实余地很小, 松铺系数要比普通混合料小得多, 用ABG摊铺时, 有时甚至不超过1.05。
5) 施工中及时收集天气预报, 注意现场摊铺与料场拌和的一致性。
6) 改性沥青及SMA混合料大部分使用在表面层, 表面层的摊铺对路面的平整度影响极大。摊铺机必须有良好的自动找平功能。为保证路面的标高, 改善下层的平整度, 沥青面层的中、下层一般采用钢丝绳或导梁引导的高程控制方式。对表面层, 除了高程外, 厚度也至关重要, 所以常用“雪橇式”的厚度控制方式, 为避免下层局部的不平整对厚度自动控制的干扰和影响, 必须寻找一个较大范围的基准面, 才能保证表面层的总体施工质量。
2.4改性沥青及SMA路面的碾压成型
压实工艺, 除了提高碾压温度外, 对压实机具没有特别要求工程上一般掌握的碾压成型的最低温度为130℃。
1) SMA必须采用刚性碾碾压, 不容许采用轮胎压路机碾压。因为轮胎压路机的搓揉将使玛脂上浮, 造成构造深度降低, 甚至泛油。在我国, 可采用振动压路机, 碾压原则“高频低幅”, 同时遍数不要太多。
2) 碾压SMA必须密切注意压实度的变化, 对SMA结构来说, 过碾压是个大忌。所以只能通过严格控制碾压遍数的方法控制压实度。一般初压用DD 110紧跟摊铺机后面压1遍～2遍, 复压用钢性碾静压3遍～4遍, 或振动压路机碾压2遍～3遍, 最后用较宽的10t钢性碾终压1遍即可结束。
3) 由于SMA的结构组成特点, 粗集料的用量大到70%以上, 高温状态下主要靠粗集料的嵌挤作用, 混合料在摊铺机铺筑后本身就已经有相当大的压实度, 一般有85%以上, 压路机碾压下去的程度极小, 所以初压的痕迹也是极小的。由于集料的充分嵌挤, 压路机碾压过程中, 前轮前面不会发生明显的推拥, 级配良好的SMA可以说几乎看不出有任何推拥现象。我们总结的碾压方针即为:紧跟、慢压、高频、低幅。
4) 施工中注意接缝的及时热处理, 避免冷处理。改性沥青与SMA技术在我国还处于刚刚起步的阶段, 许多方面还需要我们进行大量的理论研究与实践总结, 但高速公路使用改性沥青与SMA结构已成为不可阻挡的世界潮流, 在我国也必将得到广泛的应用与推广。我们一定要及时、熟练掌握此项新材料、新技术, 抓好全面质量管理, 提高企业的市场竞争力。
参考文献
基质沥青与改性沥青 篇11
【关键词】改性沥青；施工；质量控制
改性沥青因其优良高温稳定性,较好的低温抗裂能力及抗水性等特点,在公路路面工程中已得到規模性应用。改性沥青混合料粘度较高，各工序的施工温度均比普通沥青混合料的施工温度要求高，贮存、运输期间的降温不应超过10℃。沥青路面施工质量与摊铺机械的性能密切相关，沥青摊铺机械型号多种，性能不一。沥青摊铺时必须均匀、连续，工人素质必须高，要能正确判断摊铺界面。
1 材料质量控制
应经常检查集料规格、品种、扁平细长颗粒、含泥量、含水量、风化石含量等。如果外观检查认为颗粒组成不正常,则进行必要的筛分试验。应经常检查矿粉的色泽是否正常,有无团结块和明显的粗颗粒情况。进场材料要按规范进行检验,尽可能加大抽检密度,对不合格的材料坚决予以清除出场。
2 SBS改性沥青混凝土配合比设计
通常热拌沥青混合料配合比应通过目标配合比设计、生产配合比设计和生产配合比验证三个阶段，确定沥青混凝土的材料品种及配合比、矿料级配、最佳用油量等指标。SBS改性沥青混合料配合比设计与普通沥青混合料设计相同。新规范对高速公路、一级公路还需进行车辙试验，二级路参照执行。
设计沥青混凝土类型选择时，注意公称最大粒径与结构层厚度之比，是否满足2.5～3倍的要求，过小路面易起包，过大施工离析。各阶段配合比曲线应是一个顺适的曲线。一般来说，是否顺适的权限，做出的马歇尔试验结果不同，路面视觉、质量差别也较大。
在生产配合比验证阶段，一定要按生产配合比结果进行试拌、试铺试验段，取样进行马歇尔试验，从路上钻芯取样观察空隙大小，由此确定生产的标准配合比对SBS改性沥青的用量进行调整。进场材料，特别是矿料，要随时试验，如发现沥青混合料、矿料级配，马歇尔试验指标不符合要求，及时调整配比。把握好做试验路时的气温。气温太低，则得到相关数据对以后高气温季节施工指导性不强，如碾压遍数影响压实度。
3 改性沥青SMA混合料的拌制
3.1 生产SMA采用的间歇式沥青拌和机额定生产能力为200t/h，实际生产能力为133～155t/h。在采用间歇式沥青拌和机时，SMA与普通沥青混合料生产的主要区别是：
木质素纤维的分散拌匀非常重要；SMA不应在贮料仓里储备时间过长，数量不宜过多；采用人工添加木质素纤维易产生由于人为因素而少加或多加的现象，从而影响SMA的使用品质；采用机械添加木质素纤维应防止输送管道堵塞；要准确掌握施工温度。
3.2 SMA混合料宜使用间歇式拌和机，根据试验室提供的生产配合比进行生产控制，严格控制各料仓的材料用量，特别注意冷料细集料的进料情况，因为SMA的细集料用量很少其料仓开口自然很小，如果细集料潮湿，下料困难，需要加大料仓开口，但这样细集料用量就会增大。所以应尽可能让细集料保持干燥。
3.3 改性沥青SMA混合料的温度控制；沥青的加热温度到160℃以上，一般不超过沥青软化点以上100℃；集料的加热温度一般在210℃～220℃；总拌和时间控制在60S～70S之间；混合料的出厂温度不宜低于180℃；高于195℃的混合料应废弃。拌和出厂的混合料应均匀，目测无花白料、冒青烟、纤维团、离析、结块或析漏等现象。对于过度加热的混合料或已经炭化、起泡或含水的混合料都应废弃。拌和好的SMA混合料应立即使用，如需存放，以不发生析漏为度，且不得储存到第二天使用。
4 SMA的摊铺和碾压成型
SMA的摊铺与普通沥青混凝土相同。由于使用了SBS改性沥青及纤维稳定剂，混合料的摊铺温度宜为160℃～180℃，温度低于140℃的混合料禁止使用。当路表温度低于5℃时，不宜摊铺改性沥青SMA；SMA的摊铺厚度应根据试验路的数据来确定。
在摊铺沥青混合料前要对基层的标高、平整度进行检查,对影响面层沥青混合料质量的缺陷进行提前处理、修补。为保证基层和面层粘结良好,在基层上铺洒粘层油。粘层油应洒布均匀,桥面水泥混凝土面板用同步碎石封层技术,洒布防水层后铺设沥青面层。为保证面层的平整度,在摊铺时应尽量连续施工,以减少摊铺机和压路机的停顿,尽量减少横缝,提高其面层平整度。上面层的摊铺应用平衡梁控制,不得采用钢丝基准线厚度控制方法。摊铺过程中要注意厚度检查,发现异常应立即停机检查平衡梁感应器,并对已铺的异常路段进行返工处理。摊铺机前至少保证有5辆料车等候,在第6辆料车到达现场后开始进行摊铺。摊铺前应将熨平板加热至不小于100℃,摊铺机起步速度应适当放慢,升至施工速度后应匀速摊铺,尽可能减少中途停机再起动产生的波浪,做到拌料速度与摊铺速度一致。摊铺速度控制为2～4m/rain。两台摊铺机夯锤的振动级数在试验段施工过程中初步确定,不得随意调整。混合料摊铺温度不应低于160℃。摊铺中,应密切注意摊铺、碾压动向,对离析、拥包、波浪、边角缺料等,均应及时清除找补。
5 接缝处理
接缝是影响路面平整度的一个重要因素。在施工中应尽量避免沥青混凝土冷却后处理接缝，如果存在接缝处理，一般要在路面完工后待沥青混合料冷却前将处理的路面切割成垂直面。并用水将接缝处冲洗干净；新混合料摊铺前涂抹粘层油并用熨平板在表面层上预热，下料摊铺。接缝处碾压应尽快处理，先纵向在5m-10m来回碾压，再横向在2m-4m碾压，最后按正常的速度进行纵向碾压。沥青路面的施工必须接缝紧密,连接平顺,不得产生明显的接缝离析,上、下层的横向接缝应错位1m以上。各层横向接缝均应采用垂直的平接缝当面摊铺采用梯队作业时的纵缝宜热接缝当加宽段产生冷接缝时应切齐。切割时的泥水必须冲洗干净,等干燥后涂涮粘层油。
6 SBS改性沥青混合料路面平整度控制的技术措施
施工前首先要将沥青混合料中面层的质量缺陷弥补好，以保证中面层清洁、无杂物、平整、无明显局部突起或低洼处，因为下面层、中面层将为上面层的平整度打基础，摊铺机的撒料分布会因多占或少用而受影响。仅通过4㎝厚的上面层来弥补中面层的缺陷，质量难以保证。施工中的平整度控制应严格防止混合料产生离析，自卸车在装料时要按规定的次数进行移动，规范中要求移动一次一斗料装车。改性沥青混合料储仓卸料口也不宜距自卸车太高，以免粗集料离析。摊铺机应均匀、连续、不间断摊铺。摊铺机前洒落的混合料要及时清理，人工在摊铺好的路上进行修补往往适得其反，达不到效果。碾压速度要与摊铺机速度相匹配。碾压要保持合理有效的遍数，应遵循：先静压一遍、振动两遍、结束前静压二遍的五遍原则，同时要解决好粘轮与水隔离的关系，防止过度用水造成的急骤降温。在碾压时，先轻碾后重碾，先压边，后逐步向路中心碾压。按工艺规定的碾压速度、遍数、重叠宽度进行初压、复压、终压三个步骤，终压用双轮静压收面，最后压平轮迹。
7 施工过程中的质量控制
7.1 改性沥青SMA应特别重视原材料的质量检查、施工温度和压实工序的管理。重点控制SMA混合料的试件的密度、空隙率、VMA、VFA、VCA等四大体积指标，应使其保持一定的稳定性。
7.2 改性沥青SMA混合料的制作施工过程中的质量控制，主要是混合料的拌和温度、出厂温度、到现场温度、摊铺温度、初压温度、终压温度、混合料拌和均匀性、矿料级配和沥青用量。检测矿料级配和沥青用量，每天每台拌和机取样进行抽提及筛分试验不少于两次，矿料级配的偏差应符合规范容许范围的要求，木质纤维的质量误差不应超过要求数量的±10%，油石比误差不能超过标准配合比最佳油石比的±0.3%。2.5.3改性沥青SMA路面的质量检测，主要是压实度、厚度、平整度、构造深度和摩擦系数等。
参考文献：
[1]沈金安：《改性沥青与SMA路面》人民交通出版社 1999.
[2]《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004 人民交通出版社2004.
基质沥青与改性沥青 篇12
因此,本文在改性沥青常规指标的基础上进行了材料动力学分析(DMA)、差示扫描量热曲线(DSC)和扫描电镜测试,得到粘弹性参数与频率、温度的关系,主吸热峰与温度的关系,改性剂在沥青中的粒径与分布等,从而评价胶粉、SBS 2种改性沥青的动态力学性能与温敏性,为配制沥青基缓冲耗能材料提供参考。
1 胶粉与线型SBS改性沥青常规指标
1.1 原材料
镇海石化AH-70石油沥青,天津异彩30目胶粉,岳阳石化YH-791SBS。具体技术指标见表1、表2。
YH-791SBS(SBS1301-1)为线型结构,嵌段比为30/70,拉伸强度20.5 MPa,300%定伸应力5.2 MPa。
1.2 常规性能对比试验研究
根据复合材料共混改性原理[1]:复合材料可综合均衡各聚合物组分的性能,取长补短,消除各单一聚合物组分性能上的弱点,获得综合性能较为理想的聚合物材料。胶粉和SBS的温敏性比沥青低,所以胶粉或SBS加入石油沥青会降低温度敏感性,即改善低温柔性和高温粘性。随着掺量的增加,改性沥青的性能应向着胶粉或SBS的方向发展,即弹性增加,粘性下降。因此,配合比设计及常规指标试验结果见表3。
因为高掺量胶粉与高掺量SBS导致试验时材料内应力增大,变形能力不能达到30 cm,参考JTJ 052—2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中沥青粘韧性试验(T0624—1993),粘韧性计算整个拉伸过程(拉断为止)的做功面积。
注:①沥青与改性剂的质量比。
从以上试验结果可以看出,胶粉改性沥青的最优配比为1∶(0.20~0.24),而线型SBS改性沥青的最优配比为1∶0.06。
图1给出了2种最优比改性沥青的粘韧性曲线。其中胶粉改性沥青的荷重峰值为0.45 k N,最终变形为34.5 mm,粘韧性值为7.54 N·m,韧性值为1.2 N·m;而线型SBS改性沥青的荷重峰值为0.6 k N,最终变形为90 mm,粘韧性值为24.32N·m,韧性值为16.82 N·m。因此从做功耗能的角度考虑,后者要优于前者。
2 材料动力学分析试验研究
针对地冲击与震动的主脉宽[2]换算得到其主频为10~100Hz,为此对优选配比的胶粉与线型SBS改性沥青进行了3种温度(10、18、26℃)、5种频率(1~100 Hz)的材料动力学分析。试验结果见表4。
用数学式可将粘弹性材料拉压应力与应变表示为:
根据复模量定义
或G*=G'+i G"=G'(1+iβ)
其中β为粘弹性阻尼材料的损耗因子,它是衡量阻尼材料耗散震动能量的主要指标之一,与每周振动所耗损的能量与贮存能量成正比。表示为:
式中:G*——复拉压模量;
G'——复模量实部,也称储能模量,表示为G'=Ecosα;
G"——复模量虚部,它决定粘弹性阻尼材料受到拉压变形时转变成热的能量损耗,所以又称为耗能模量[3],表示为G"=G'sinα=βG'。
对单位体积的阻尼材料而言,在地冲击或交变应力下每周期所做的功,即在1个周期中能量的耗散或阻尼能用△w表示:
△w=蓦τdγdv=πτ0sinα=πγ02G"
最大弹性能即1个地冲击周期之内总应变能w为:
因此耗散能与贮存能之比
上式说明粘弹性阻尼材料的损耗因子β表示每个地冲击脉冲所消耗的能量与最大弹性势能之比值。因此损耗因子越大,则其衰减地冲击震动的作用越大。从表4可以看出,改性沥青的动态模量随着激励频率的增加而增加,而损耗因子则随之减小;改性沥青的动态模量随着温度的升高而降低,而损耗因子则随之升高。当对两种改性沥青进行比较时,同温度同频率时,SBS改性沥青的储能模量低于胶粉改性沥青,而耗能模量较为接近,损耗因此高于胶粉改性沥青。由此可以判断,线性SBS改性沥青具有更强的衰减地冲击震动的能力。
3 差示扫描量热曲线分析
沥青作为高聚物、中低聚物及某些微量的小分子组成的混合物,其主要成分属于高分子范畴,所以沥青聚集态变化可以应用热分析测试技术加以评价[4]。2种改性沥青的DSC曲线见图2。
由图2可见,沥青和其它高分子材料一样,随温度的上升而出现相态的变化,在DSC曲线上表现为吸热峰的产生,所不同的是由于沥青是由无数不同组分组成的多相混合物,不同组分的相态转化温度并不相同,所以在沥青的DSC曲线上表现出的是多种组分相态转变峰的一个重叠峰。所以,沥青的DSC曲线峰没有其它物质曲线峰表现的有规律,而是表现为多个转变温度和吸热峰。但是从DSC曲线上还可以获得2个重要信息,即吸热峰温度范围和吸热峰的大小,这2个参数反映了沥青或改性沥青的聚集状态。
胶粉与SBS改性沥青的吸热峰参数见表5。
由表5可以看出,胶粉改性沥青的峰值温度与突变温度都低于线性SBS改性沥青,说明胶粉改性沥青的粘弹性温域更宽。这可能是由于SBS分散粒度更小,尽管比胶粉掺量低,但仍吸收了更多的沥青轻质组分,改变了自由沥青的成分结构而导致的。根据高分子物理原理,轻质组分的减少直接导致改性沥青玻璃化转化温度的提高。
4 扫描电镜分析
胶粉与SBS改性沥青的扫描电镜照片见图3。
由图3可以看出,2种改性沥青都是“海-岛”结构两相体系共混物,改性剂为分散相,基质沥青为连续相;不同的是胶粉在沥青中的分散度较低,粒径约为5μm,形状不规则,分布均一性较差;而线型SBS在沥青中分散度较高,约为胶粉的0.1%~1.0%,分布均一性较好。
由前面各项性能分析可知,线型SBS具有更优异的综合性能,因此,线型SBS在基质沥青中的平均粒径更接近最佳值,而胶粉的分散平均粒径可能偏大。造成其分散度和均匀度差别的主要原因可能是在高温高速剪切时,胶粉的黏度较大,不容易被剪切分散,而线型SBS的黏度与基质沥青较为接近,容易被剪切分散。
5 结论
(1)改性沥青是一种典型的粘弹性缓冲耗能材料,具有优良的衰减冲击震动作用,相比较而言,线型SBS改性沥青(质量比为1∶0.06)的综合性能更加优异。
(2)采用粘韧性试验指标比较,线型SBS改性沥青的变形能力、粘韧性值、韧性值都远超过胶粉改性沥青。
(3)采用材料动力学分析试验比较,线型SBS改性沥青的损耗因子较大,具有更优异的衰减地冲击震动作用,但储能模量和耗能模量值较低,在应用过程中,需充分考虑其复模量值。
(4)从扫描电镜照片可见,SBS在沥青中的分散度更高、均一性更好,平均粒径更接近最佳粒径,但由于其比表面积更大,吸收了更多的沥青轻质组分,导致其粘弹性温域窄于胶粉改性沥青。
摘要：通过软化点、延度、弹性恢复和粘韧性试验,优选出质量比为1∶0.20的胶粉改性沥青和质量比为1∶0.06的线型SBS改性沥青。针对这2种改性沥青进行了动力学分析、差示扫描量热曲线和扫描电镜分析。试验表明:线型SBS改性沥青的变形能力、粘韧性值、韧性值都远超过胶粉改性沥青;由于线型SBS改性沥青的损耗因子较大,具有更优异的衰减冲击与震动的作用,但由于其模量较低,在应用中需充分考虑其模量;SBS在沥青中分散度更高、均一性更好,但由于其比表面积更大,吸收了更多的轻质组分,导致其粘弹性温度范围较窄。
关键词：废旧胶粉,线型SBS,粘韧性,材料动力学分析,差示扫描量热曲线,扫描电镜
参考文献
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[2]贺永胜,杜建国,吕学利,等.浅谈地下防护工程抗天然地震与爆炸震动的综合防护[J].防护工程,2010(10):75-78.
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