高性能沥青混凝土（精选12篇）
高性能沥青混凝土 篇1
1 概述
高性能沥青路面 (SUPERPAVE) 是美国公路战略研究计划 (SHRP) 最重要的研究成果之一。高性能沥青路面作为SHRP研究成果的专有名称, 它包含了沥青标准和集料标准、矿料级配曲线的组成规定和混合料的体积设计方法三大内容, 提出了控制点和限制区的概念。高性能沥青路面的先进性在于它开发了一套全新的实验设备和方法, 从根本上改变了现行试验方法和规范的纯经验性质, 从而避免了由此带来的局限性。以往我国高速公路沥青路面结构设计大多数采用马歇尔设计方法设计, 发现在我国已建成的高等级公路中, 绝大多数沥青路面达不到路面使用寿命的一半, 有的仅建成2~3年, 甚至通车仅几个月, 沥青路面就出现大面积破坏, 造成了巨大的损失。为了改变这一状况, 交通厅领导在石中高速公路北段试验路的基础上, 决定在同沿高速公路上采用高性能沥青混凝土配合比设计, 进行沥青面层的施工。
2 原材料选择
2.1 沥青
同沿高速公路高性能沥青混凝土采用的沥青, 按照“沥青路面使用性能气候分区指标“、“SUPERPAVE沥青胶结料PG等级”、《宁夏高速公路沥青路面施工指南》和《公路沥青路面施工技术规范》的要求, 采用金石SBR II-C型改性沥青, 其各项指标如表1。
根据检测结果, 金石SBRII-C型改性沥青针入度过大, 后改用金石SBRII-B型改性沥青, 其针入度控制在80-100之间。其PG等级也能满足施工所在2-2-1区域的气候需要。
2.2 集料
粗集料应洁净、干燥、表面粗糙、棱角性好、针片状含量少、没有风化和杂质现象, 并且具有足够的强度和耐磨性。由于本次设计级配类型为superpave-19型, 因此, 采用了S9 (10mm~20mm) 、S12 (5mm~10mm) 、S14 (3mm~5mm) 三档粗集料, 细集料用S16 (机制砂) 。
2.3 填料
填料采用石灰岩经磨细得到的矿粉, 要求表观相对密度不小于2.500, 含水量不大于1.0, 亲水系数<1, 塑性指数<4, 试验结果其表观相对密度为2.714g/cm3, 亲水系数0.94, 塑性指数3.1, 含水量为0.87, 无团粒结块现象。
3 同沿高速公路高性能沥青混凝土的配合比设计
沥青混合料配合比设计应严格按三个阶段进行, 包括目标配合比设计、生产配合比设计以及生产配合比验证三个阶段。
3.1 目标配合比设计
根据工程实际使用的材料和设计配合比要求, 在选择集料结构时, 参考同济大学提出的 (I) 法计算一条级配曲线, 同时采用Superpave控制点、限制区检验及贝雷法检验集料嵌挤程度。在 (I) 法计算基础上适当提高粉胶比, 希望能得到比较好的低温性能和抗水损害能力。通过筛分和级配组成设计确定满足级配要求的集料掺配比例, 采用旋转压实仪成型混合料试件, 计算沥青混合料的体积指标, 从而确定矿料的比例和最佳沥青的用量。据此进行马歇尔试验检验, 并应满足密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准的要求。以此作为目标配合比, 供拌和楼确定冷料仓的供料比例、进料速度及试拌使用。
经过分析, 决定下面层采用高性能沥青混凝土的设计方法设计, 级配类型为superpave-19型。总体思路是:在减少极大颗粒含量的同时, 控制细集料的含量, 并且避开高性能沥青混凝土细集料限制区, 使级配曲线向密实方向发展, 以增加混合料的抗滑和防水能力。
混合料体积设计是建立在经验基础上的且与集料和混合料性质有关的 (包括集料破碎面与级配、空隙率和矿物集料骨架空隙率等) 一种设计方法, 混合料体积设计所用的沥青混合料空隙率为4%。
首先, 确定初始沥青用量和设计级配, 根据superpave-19集料级配范围的要求选择了3个试验级配如表2, 合成级配曲线如图1, 分别测定出细集料、粗集料、矿粉的毛体积相对密度和表观相对密度, 以及级配混合料总的毛体积相对密度和表观相对密度, 并估算出全部集料的沥青用量如表3。
表3中:Gsb——级配集料毛体积密度;Gsa——级配集料表观密度;Gse——级配集料有效密度;Vba——集料吸收的沥青胶结料体积;Vbe——有效沥青胶结料的体积;Ws——立方厘米混合料中集料质量;Pbi——估算沥青用量。
根据公式估计吸入沥青体积 (Vba)
Gmw——混合料重量百分比;
Gsb——全部集料的毛体积率;
Gse——全部集料的有效密度;按照经验回归方程估计有效的沥青用量 (Vbe)
D——集料粒径最大公称尺寸
按照经验回归方程估计有效的沥青用量 (Vbe) , 根据吸入沥青体积Vba和有效沥青体积Vbe计算出初始沥青用量Pb。
Gb——沥青密度
经过计算, 级配Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的初始沥青用量分别为4.44%、4.43%、4.44%。根据沥青用量采用旋转压实仪成型试件, 旋转压实设计单位压力为0.6Mpa, 交通量等级选择次数N最初=8次, N设计=100次, N最大=160次, 根据SUPWEPAVE的设计标准, 按照选择的试验级配和计算出的相应初始沥青用量压实试件, 确定设计集料级配为级配II。其次, 设计沥青用量的选择, 设计集料级配确定以后, 就要选择设计沥青用量。设计沥青用量是指在设计旋转压实次数条件下产生空隙率为4%的沥青用量, 因此, 需要在几个不同沥青用量下压实沥青试件, 然后进行选择。对于级配II, 选择了3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%五个不同的沥青用量, 按照集料级配压实试件, 根据压实结果, 通过沥青用量和空隙率、密度、VMA和VFA的关系, 选择空隙率为4%的沥青用量即4.50%, 最终取4.50%做为设计用量。
3.2 生产配合比设计
生产配合比设计是将拌和楼二次筛分后进入热料仓的材料取出筛分, 再次确定各热料仓的材料比例, 同时反复调整冷料仓进料比例, 以达到供料均衡, 并以目标配合比设计的最佳用油量、-0.3%、+0.3%三个沥青用量进行马歇尔试验, 和旋转压实仪成型混合料试件的体积指标试验检验, 同时从试拌的混合料取样进行上述试验, 检验各项指标是否满足规范的技术指标要求, 如满足要求, 则综合确定生产配合比的最佳沥青用量。如果不符合应进一步调整热料仓比例使之更接近目标配合比级配和沥青用量, 使其符合马歇尔试验技术标准和体积标准, 再试。如还不满足要求应重新设计级配和用油量。
3.3 生产配合比验证
按生产配合比设计确定的比例进行试拌、试铺, 并抽取试验段混合料按要求进行各种试验和施工质量检验, 验证生产配合比设计确定的各种指标是否符合规定。同时观察芯样空隙率大小、试验路的渗水情况, 和评价碾压的难易程度, 由此确定生产用的标准配合比。
4 结论
高性能沥青路面是一种考虑路用性能的沥青混合料设计方法, 该方法从材料体系入手, 系统地分析沥青混合料性质, 通过沥青混合料配比设计, 从材料组成方面控制和减少路面产生永久变形、疲劳开裂和低温开裂。它与马歇尔设计方法的不同点在于:一是根据不同的交通量等级选择不同的压实参数, 使荷载条件反映到沥青混合料的设计当中;二是采用了旋转压实成型试件, 使试件中集料分布更接近于工地现场压实情况, 具有代表性;三是采用了大尺寸试件, 试件直径150mm, 大粒径的集料可以在试件中均匀分布, 减少了马歇尔试件由于尺寸小而产生的实验结果的变异性;四是在试件成型过程中增加了混合料的短期老化, 使混合料性质与实际生产使用的混合料一致。
参考文献
[1]林绣贤.沥青混凝土合理集料组成的计算公式[J].华东公路, 2002.
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[4]宁夏高速公路沥青路面施工指南[Z].宁夏高速公路工程建设指挥部, 2005.
高性能沥青混凝土 篇2
浅析水泥混凝土桥梁沥青混凝土铺装层的疲劳性能
沥青混凝土桥面铺装层属于柔性铺装层,是沥青路面的一个重要组成部分,其性能直接关系到整个沥青路面的实用性能.但在桥梁设计及施工中桥面铺装只作为桥梁附属工程,不被重视,其疲劳损伤所产生危害却很大.为了提高水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装的使用寿命,有效避免疲劳损伤.本文对沥青混凝土桥柔性桥面铺装层的疲劳性能及其破坏原因进行了分析与研究,在总结沥青混凝土桥面铺装层的破坏形式的.基础上,通过理论分析,提出了几点易引起沥青混凝土桥面铺装层损坏因素,并提出需要重点研究的几个问题,指出了今后主要的研究方向.
作 者：蔡靖骅 胡川林 作者单位：浙江省临海市公路管理段,317000 刊 名：中国科技信息 英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)： “”(7) 分类号：U4 关键词：桥面镝装层 疲劳性能 分析与研究高性能沥青混凝土 篇3
关键词：试验；岩沥青；改性沥青；使用性能
中图分类号：U416.217 文献标识码：A
文章编号：1674-2974（2016）05-0125-06
Abstract：In order to explore the performance of European rock asphalt modified asphalt binder， laboratory tests on asphalt binder modified by different contents within 25% of the rock asphalt were carried out. On the basis of the test results， the properties of the modified asphalt binder such as penetration， penetration index， equivalent softening point， equivalent fracture point， softening point， ductility， viscosity， mass loss after RTFOT aging， retained penetration， and aging index were presented and analyzed. The test results and analyses indicated that the high-temperature behavior， temperature susceptibility， applicable temperature range， and aging resistance of rock asphalt modified asphalt binder were improved considerably as the rock asphalt content increased. However， the low temperature behavior and ductility of the rock asphalt modified asphalt binder were deteriorated by the increased rock asphalt content. Therefore， additional tests on the asphalt mixture are needed to evaluate the performance of the rock asphalt modified asphalt binder， particularly for low temperature behavior.
Key words：experiments；rock asphalt； modified asphalt； performance
随着社会经济的不断发展，道路交通量日益增多，车辆轴载不断加重，对沥青的使用性能要求越来越高.为了改善沥青的使用性能，近些年来天然沥青作为改性剂改性石油沥青受到国内外的广泛重视并得到了一定的推广[1].目前我国所应用的天然沥青主要有北美岩沥青、特立尼达湖沥青、布敦岩沥青等，国产的天然沥青主要有青川岩沥青等[2].
欧洲岩沥青是一种天然岩沥青，产自欧洲东南部巴尔干半岛.将其挖掘、机械粉碎后成为较细的颗粒，外观呈黑色；沥青质含量高，达到40%～60%.岩沥青软化点高、含氮量高、抗老化性能强，具有优良的路用性能[3].欧洲岩沥青在国外应用较为广泛，然而国内对其研究较少，在一定程度上限制了其推广和应用.
为了更好地了解欧洲岩沥青对基质沥青的改性效果，本文以岩沥青作为改性剂，按不同比例掺入基质沥青中制成岩沥青改性沥青结合料，并对不同掺量的岩沥青改性沥青进行实验室试验，分析不同掺量岩沥青改性沥青的温度敏感性、高温性能和低温性能，为欧洲岩沥青在工程中的应用提供理论依据.
1 试验材料
基质沥青采用70号A级道路石油沥青，基质沥青、岩沥青的技术性能指标[4-5]和试验结果分别见表1和表2.由于规范中暂无欧洲岩沥青标准，表2中列出了青川岩沥青标准.根据表1和表2中的试验结果，本研究中试验用原材料均满足试验规范的技术要求.
2 实验室试验
2.1 改性沥青的制备
将基质沥青加热到150 ℃，按照预定的掺配比例掺入岩沥青，边加边搅拌，以使岩沥青与基质沥青混合均匀，然后放入150～160 ℃的烘箱中，发育1 h之后取出，在150～160 ℃的温度下用高速剪切仪以3 000 r/min的转速剪切1 h.当在搅拌过程中可以观察到沥青质地均匀，冷却后呈光滑的镜面时，即制得岩沥青改性沥青.本研究设定岩沥青掺量为基质沥青的5%，10%，15%，20%和25%.对于基质沥青也采用与改性沥青相同的加工过程，得到零掺量试样.
2.2 改性沥青的性能测试
针入度、软化点、延度、黏度和老化试验按JTGE 20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行[6].其中针入度试验方法采用T 0604—2011“沥青针入度试验”；软化点试验方法采用T 0606—2011“沥青软化点试验（环球法）”；延度试验方法采用T 0605—2011“沥青延度试验”；黏度试验方法采用T 0625—2011“沥青旋转黏度试验（布洛克菲尔德黏度计法）”；老化试验方法采用T 0610—2011“沥青旋转薄膜加热试验”.
3 试验结果分析
3.1 针入度试验结果
针入度是我国选择沥青标号的重要依据，针入度的大小反映沥青的软硬程度及稠度大小，对沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性有重要的影响.不同掺量岩沥青改性基质沥青的针入度见图1.
从图1可以看出，同一温度下，不同掺量岩沥青改性沥青的针入度均低于基质沥青，且沥青材料的针入度随着岩沥青掺量的增加而逐渐减小.以 25 ℃为例进行分析，岩沥青掺量为5%，10%，15%，20%和25%时改性沥青的针入度与基质沥青相比分别下降了12.0%，21.6%，28.1%，38.7%，49.5%.说明岩沥青的掺入提高了基质沥青的稠度，改善了沥青抵抗变形的能力.另外，当岩沥青掺量为25%时，改性沥青针入度为35.3（0.1 mm），其沥青标号为30号.按JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》[4]要求，30号沥青仅适用于沥青稳定基层.
针入度指数PI值是常用的沥青感温性能评价指标[7]，通常认为，PI值越大，沥青的温度敏感性越低[8].沥青的针入度指数PI值可按式（1）和式（2）共同确定.将5 ℃，15 ℃和25 ℃ 3个不同温度下的针入度按式（2）进行直线回归，得到的针入度温度指数AlgPen，代入式（1）计算，即可得针入度指数PI的值[6].
不同掺量岩沥青改性沥青的针入度指数PI值见图2.从图中可以看出，岩沥青改性沥青的PI值均高于基质沥青，且随着岩沥青掺量的增加，PI整体呈增加的趋势.当岩沥青掺量从0%增加到25%时，PI值由-1.10增加到-0.64，且当掺量大于10%时，PI值增量明显.说明岩沥青的掺入减小了改性沥青的温度敏感性，也就是说温度对改性沥青性能的影响减小，改性沥青的感温性能得到显著改善.
当量软化点T800是沥青的针入度为800（0.1 mm）时所对应的温度，可用来表示沥青的高温性能.当量软化点T800可按式（3）进行计算，其中AlgPen和K分别为式（2）回归得到的参数[6].
不同掺量岩沥青改性沥青的当量软化点T800见图3.从图3可以看出，岩沥青改性沥青当量软化点T800的值呈上升趋势，且当岩沥青掺量大于10%时，当量软化点增加的幅度不断增大.这说明岩沥青的掺入可以改善基质沥青的高温性能，且随着岩沥青掺量的增加，高温性能的改善更加显著.
沥青在低温条件下容易产生脆性破坏，当量脆点T1.2是针入度为1.2（0.1 mm）时所对应的温度，可作为沥青结合料的低温抗开裂性能评价指标.当量脆点T1.2按式（4）进行计算，其中AlgPen和K分别为式（2）回归得到的参数[6].
不同掺量岩沥青改性沥青的当量脆点T1.2见图4.从图4可以看出，随岩沥青的掺量增加，岩沥青改性沥青当量脆点T1.2增大，这说明岩沥青改性沥青的低温性能有所下降.另外，当岩沥青掺量在0%～10%范围内时，岩沥青掺量每增加5%，T1.2平均升高0.9 ℃；当岩沥青掺量在10%～20%范围内时，岩沥青掺量每增加5%，T1.2平均升高0.4 ℃；当岩沥青掺量在20%～25%范围内时，T1.2升高0.8 ℃.说明当掺量为10%～20%时，岩沥青对基质沥青低温性能的影响相对较低.
另外，本研究采用当量软化点T800与当量脆点T1.2的差值，即T800-T1.2的值来评价改性沥青的可使用温度范围与岩沥青掺量的关系.分析结果见图5.从图5中可以看出，改性沥青的可使用温度范围随岩沥青掺量的增加呈增大趋势.这说明与对高温性能的改善相比，岩沥青的掺入对沥青低温性能不利影响相对较小；也说明与基质沥青相比，岩沥青改性沥青的可使用温度范围有所扩大.
3.2 软化点试验结果
不同掺量岩沥青对基质沥青软化点的影响见图6.从图6中可以看出，岩沥青的掺入可显著地提高基质沥青的软化点，软化点随着岩沥青掺量的增加而不断增大，且软化点的变化规律和当量软化点T800类似.这说明岩沥青的掺入提高了基质沥青的高温抗变形能力，改善了基质沥青的高温稳定性，且岩沥青改性沥青的高温性能随岩沥青掺量的增加而不断增强，当岩沥青掺量大于10%时其对基质沥青的改善效果更为明显；另外，软化点和当量软化点T800这两个指标的相关性较好，两者均可以反映岩沥青改性沥青的高温性能，且对沥青性能的评价结果一致.
3.3 延度试验结果
本研究中，对岩沥青改性沥青进行15 ℃和10 ℃两种温度的延度试验.其中，基质沥青在15 ℃和10 ℃时延度值均超过100 cm，而掺量为5%～25%的岩沥青改性沥青试验结果见图7.从图7可以看出，岩沥青的掺入使沥青的延度大幅下降，且延度随着岩沥青掺量的增加而降低.当岩沥青掺量较小时，延度下降速度较快，当掺量超过10%时，下降速度趋于平缓.这说明岩沥青掺量的增加使改性沥青的低温性能逐渐降低，而当掺量超过10%时岩沥青的掺量对沥青低温性能的影响较小.
另外，本研究中延度下降的一个主要原因是岩沥青中含有大量的矿物质颗粒，当试件被拉伸到一定的长度时，矿物质颗粒会产生应力集中的现象，直接影响试验结果.故沥青低温性能不能仅通过延度试验进行评价，本研究推荐结合改性沥青混合料的性能试验对沥青低温性能进行综合评价[9].
3.4 黏度试验结果
沥青的黏性是沥青在荷载的作用下抵抗流动变形的能力，其大小通常用黏度表示[10]，沥青的黏度可较真实地反映路面在高温条件下的使用情况[11].沥青黏度越大，其在荷载作用下产生的剪切变形越小，弹性恢复能力越好，残留的永久性塑性变形越小，说明抵抗车辙的能力越强[12-13].另外，JTG F 40-2004《公路沥青路面施工技术规范》[4]要求，在温度为135 ℃时改性沥青的黏度不能超过3 Pa·s.试验结果见图8.
从图8可以看出，当试验温度相同时，岩沥青改性沥青的黏度随岩沥青掺量的增加而增大，当掺量大于10%时增幅较大.以135 ℃黏度为例，岩沥青掺量为10%，15%，20%和25%的改性沥青，其黏度分别为基质沥青的174%，199%，234%，298%.试验结果表明，岩沥青改性沥青在荷载作用下产生的剪切变形小，弹性恢复能力好，抗车辙能力强.同时，5%～25%掺量的岩沥青改性沥青的135 ℃黏度值均未超过3 Pa·s，满足《公路沥青路面施工技术规范》的要求.
3.5 老化试验结果
RTFOT老化是一种短期老化方式，反映了沥青在拌合装置中的性质变化.本研究通过比较沥青RTFOT老化前后物理性能的变化，对岩沥青改性沥青的抗老化性能进行分析和评价.
RTFO试验后改性沥青的质量变化见图9.从图9可以看出，岩沥青掺量越大，沥青的质量损失越大.然而，由于岩沥青中含有大量的矿物质成分和挥发性物质，这是造成质量损失的关键因素，直接影响试验的结果[14].所以当岩沥青掺量增加时，沥青的质量损失增大并不能表明沥青的抗老化性能降低.
岩沥青改性沥青25 ℃时的残留针入度比见图10.从图10可以看出，岩沥青掺量越大，沥青的残留针入度比越大.这说明随着岩沥青掺量的增加，沥青的抗老化性能得到了不断改善[6].当岩沥青掺量超过10%时，残留针入度比的增量明显，岩沥青对基质沥青抗老化性能的改善更为显著.
沥青老化前后黏度的变化可以反映沥青的抗老化性能，通常用沥青老化指数C表示.故沥青的老化指数C可以作为其抗老化性能的指标，其计算公式见式（5）[6].
岩沥青改性沥青的沥青老化指数见图11.从图11可以看出，岩沥青掺量越大，沥青的沥青老化指数越小.这说明随着岩沥青掺量的增加，沥青的抗老化性能得到改善.
4 结 论
本研究通过实验室沥青针入度试验、软化点试验、延度试验、黏度试验和RTFO老化试验，采用针入度、针入度指数、当量软化点、当量脆点、软化点、延度、黏度、老化后的质量损失、残留针入度比和沥青老化指数作为指标，在25%掺量范围内，评价了不同掺量的欧洲岩沥青改性沥青结合料的高温性能、低温性能、感温性能和老化性能.试验结果和分析可以得出以下结论：
1）岩沥青改性沥青的针入度随着岩沥青掺量的增加而降低，而软化点和当量软化点T800则随岩沥青掺量的增加而升高.说明岩沥青的掺入可以提高基质沥青的高温稳定性及抗变形能力，即岩沥青可以改善基质沥青的高温性能.
2）岩沥青改性沥青的延度随着岩沥青掺量的增加而降低，而当量脆点T1.2则随岩沥青掺量的增加而升高.说明岩沥青的掺入使基质沥青的低温抗裂性能有所减弱，即岩沥青对基质沥青的低温性能存在不利影响.然而，改性沥青的可使用温度范围随岩沥青掺量的增加呈增大趋势.说明与对高温性能的改善相比，岩沥青的掺入对沥青低温性能的不利影响相对较小.
3）针入度指数PI值随着岩沥青掺量的增加而增大，说明岩沥青改性沥青的温度敏感性较基质沥青小，且随岩沥青掺量的增加，改性沥青的温度敏感性逐渐减小，即岩沥青可显著地改善基质沥青的感温性能.
4）沥青黏度随着岩沥青掺量的增加而增大，说明随着岩沥青掺量的增加，改性沥青在荷载作用下产生的剪切变形减小，弹性恢复能力变好，抗车辙能力增强.135 ℃黏度值满足Superpave沥青结合料规范不大于3 Pa·s的要求.
5）随着岩沥青掺量的增加，改性沥青老化前后的残留针入度比不断增大，沥青老化指数减小.说明岩沥青的掺入可改善基质沥青的抗老化性能.
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高性能沥青混凝土 篇4
沥青路面因具有噪音低、抗滑性能好、易维修、行车舒适等优点而得到人们的青睐。但沥青是一种复杂的高分子混合物, 在高温下容易燃烧。加之隧道是一个特殊的封闭空间, 内部通风条件很差, 倘若发生交通事故而引发火灾, 沥青混凝土路面燃烧后释放出大量的热和有害气体就会严重影响人的身体健康, 甚至危及生命。因此, 对隧道沥青混凝土路面阻燃性能的测试、评价显得尤为重要。本文介绍了目前有关沥青与沥青混合料阻燃性能的测试方法, 并对这些方法的适用范围进行了分析。
1 阻燃沥青阻燃性能的测试方法
沥青燃烧不同于液体燃料, 也不同于固体燃料。具体表现为单滴温度在着火时刻会产生明显的突跃, 存在明显固体残炭的燃烧阶段, 单滴体积会明显膨胀等[1]。目前评价沥青燃烧性能的指标主要有闪点[2]和燃点, 它们可以有效评价沥青在储存及施工过程中的安全性, 但只是描述了沥青能够燃烧的条件, 而不能说明沥青在已经着火燃烧的情况下持续燃烧的能力。对于沥青结合料阻燃性能的测试, 国内外大都参照评价塑料阻燃性能的测试手段。我国从1980年开始制定了4部塑料燃烧性能试验方法的国家标准, 即《塑料燃烧性能试验方法氧指数法》 (GB 24062-1980) 、《塑料燃烧性能试验方法炽热棒法》 (GB 24072-1980) 、《塑料燃烧性能试验方法水平燃烧法》 (GB 24082-1980) 、《塑料燃烧性能试验方法垂直燃烧法》 (GB 46092-1984) [3]。总体来说, 阻燃性能测试、评价方法可分成下述几类:①引燃性和可燃性;②火焰传播性;③释热性;④生烟性;⑤有毒及腐蚀性燃烧产物;⑥耐燃性[4]。而能够应用于或者说有希望应用于沥青的测试方法主要有氧指数测定法、水平及垂直燃烧测定法、锥形量热仪法[5]、熔融流淌时间和耐烧穿时间测定法[6]、烟密度试验、标准火灾房法[7]等。
1.1 氧指数试验
氧指数可用于表征材料被点燃的难易程度, 衡量材料的火灾危险性。ISO 4589 (1996) 、ASTMD 2863及GB 2406-1980都规定了标准测试方法。氧指数是指在规定的条件下, 试样在氧、氮混合气流中维持平衡燃烧所需的最低氧浓度, 以氧气所占的体积百分数表示, 表示为OI (Oxygen index) , 作为判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度, 部分文献中也称之为极限氧指数, 表示为LOI (Limit oxygen index) 。根据氧指数的定义, 氧指数越高表示燃烧所需要的氧气浓度越高, 试样越难燃烧。一般认为, 当LOI小于21%时为易燃材料, LOI位于21%～27%之间时为可燃材料, LOI大于27%时, 材料在燃烧中可自行熄灭。氧指数可以按GB 2406-1993来检测。氧指数实验是目前在测试阻燃沥青阻燃性能方面应用较广泛的一种测试方法[8,9,10,11]。其过程如下[12]:试样垂直地支撑在一个透明的燃烧筒内, 燃烧筒内有向上流动的氧和氮的混合气体, 点燃试样的上端, 然后观察燃烧现象, 并与规定的极限值比较燃烧持续时间。通过在不同的氧浓度中试验, 可测得最低氧浓度。由于沥青的性质与一般纺织品差异较大, 必须针对沥青的固有特性 (燃烧性能) 来调整试验方法, 并找出影响沥青持续燃烧能力的主要因素。对于沥青氧指数测试需考虑3种主要因素, 即沥青燃烧前加热温度 (T, ℃) 、沥青燃烧时的总气流量和试样量[13,14]。
1.2 水平及垂直燃烧测定法
UL 94可燃性测试是美国安全保险材料研究室开发的方法, 它是被广泛使用的塑料可燃性测试方法之一, 用来初步评价被测塑料是否适合于某一特定应用场所。ANSI UL 94、ISO 12992 (1995) 、GB 4608-1996都规定了测定塑料可燃性的标准方法。材料阻燃分类为94 HB者一般采用水平燃烧测定方法, 我国《塑料燃烧性能试验方法-水平燃烧法 (GB/T 2408-1996) 》与UL-94HB基本相同, 其试样尺寸为长125mm, 宽13mm、厚3mm, 以两头为25mm, 中间为75mm的准距划上标线, 试样夹在环形夹里水平放置, 用燃烧器在边缘灼烧试样并在30s内点燃试样, 然后撤离燃烧器, 如果在火焰撤离后2s内熄灭, 材料定为难燃Ⅰ级。如果火焰前沿到达第二标线前熄灭, 材料定为难燃Ⅱ级。如果火焰前沿到达或超过第二标线, 材料定为难燃Ⅲ级。水平燃烧试验是主观性较强的试验, 其火焰控制是关键因素, 难以把握, 因此试验误差较大[15], 在文献[16,17]中采用的就是这种试验方法。而UL 94法的V-0、V-l、V-2及5-V通常采用垂直燃烧测定方法。此法是一种在规定的试验条件下对垂直放置的试样施加火焰后根据其燃烧行为进行材料燃烧等级分类的方法[18], 它适用于塑料的UL 94垂直燃烧实验, 根据试样燃烧时间、熔滴是否引燃脱脂棉等结果, 将阻燃分为V-2、V-1、V-0、5-V 4个级别, 其中V-2为最低阻燃级, 5-V为最高阻燃级。
1.3 锥形量热仪法
同极限氧指数法相比, 锥形 (Cone) 量热仪法试验更加接近材料的实际燃烧情况[5], ISO 5660-1 (1993) 及ASTM E-1354 (1990) 规定的锥形量热仪法是目前应用最广泛的测定塑料燃烧热释放速度的方法。锥形量热仪可用于测定材料的引燃时间 (T) 、质量损失速率、有效燃烧热 (EHC) 、烟密度等很多与材料有关的阻燃性能参数。此方法在阻燃塑料的应用方面很广泛, 效果也很明显。
1.4 熔融流淌时间和耐烧穿时间测定法
采用图 (1) 所示装置来测定受火时沥青熔融的流淌和油毡耐烧穿时间。该法采用的试样尺寸为长×宽×厚= (120～150) mm× (40～55) mm×3mm, 火焰长度为25mm。沥青熔融的流淌或油毡耐烧穿的时间越长, 其阻燃性能越好[6]。
1.5 烟密度试验
大量前期研究表明抑烟比阻燃更重要, 抑烟性的评价指标有烟密度法和烟尘质量法, 通常采用烟密度法[6]。烟密度法[19]定义为规定暴露面积的试件在规定容积的烟箱内燃烧产生烟雾, 测定平行光束在烟雾中穿过单位光路长的透光率变化, 再计算比光密度Ds。烟密度法通常采用烟密度箱试验仪进行, 《塑料燃烧性能试验方法——烟密度法 (GB/T 8323-1987) 》的烟箱容积V为914mm×914mm×610mm, 试件的暴露面积A=65mm×65mm, 光路长L=914mm。试验分为3步: (1) 成型试件, 采用地毯式玻璃纤维网浇注填料沥青胶泥, 冷却后切成75mm×75mm矩形, 试件厚约5mm, 用厚约0.4mm的铝箔覆盖试件背面并卷边, 然后通过石棉板固定在试样盒中。 (2) 接通电源, 调整辐射炉电流使辐射强度达到25kW/m2, 调节丙烷燃气流量到50cm3/min, 调节空气流量到规定值500cm3/min, 点火燃烧。 (3) 记录透光率与时间, 当透光率达到最小值后再进行2min试验后停止。通过透光率计算比光密度, 然后作比光密度-时间图。
1.6 标准火灾房法
传统的测试方法 (如LOI法、垂直燃烧法、水平燃烧法) 普遍存在的缺点是实验规模为实验台尺寸而且测试参数单一, 最主要的不足在于测试结果难以与材料在真实火情中的燃烧行为相关联。近年来有人将锥形量热仪应用于材料阻燃性能的研究, 但仍然只局限于实验台尺寸的测试。ISO 9705标准火灾房是在全尺寸大尺度房间内开展可燃物燃烧试验, 测量单位时间内的放热量, 即热释放率或释热速率[7]。热释放率是火灾过程最重要的参数, 可以衡量火灾的尺度和规模。
1.7 烟气毒性
烟气毒性的评价是借用医药品、农药和化学品的传统毒性评价方法, 采用动物的半数致死浓度来表达[20]。沥青的烟气毒性按照GA/T 506-2004《火灾烟气毒性危险评价方法》进行烟气毒性测试。
1.8 ASTM E-108
ASTM E-108是美国材料试验协会 (ASTM) 为测试屋面材料燃烧性能而制定的试验方法[21]。该方法包括以下几部分试验内容: (1) 间断燃烧暴露试验 (Intermittent flame exposure test) ; (2) 火焰扩展试验 (Spreacl of flame test) ; (3) 燃烧标志试验 (Burning drand test) ; (4) 快速标记试验 (Flyins brand test) ; (5) 淋雨试验 (Rain test) 。根据上述几项试验, 可将材料划分为A、B、C 3级, A级阻燃性能最好。ASTME-108虽不能用于说明在所有真实条件下屋面材料的耐火性能, 但可以提供比较屋面材料在遭受模拟真实火焰下的耐火性能的基础。该方法可用于测试火焰的表面蔓延和在暴露条件下屋面材料对以外部穿透方式进入屋顶底边的火焰的阻燃性能, 可评判在风力为5.4m/s时模拟暴露火焰试验中屋面材料是否成为快速燃烧材料, 还可考察屋面材料长期暴露在雨水中, 其阻燃性能是否受到有害影响。
2 阻燃沥青混凝土阻燃性能的测试、评价方法
目前, 对沥青混凝土阻燃性能的测试方法研究相对较少, 主要有以下2种。
2.1 评价沥青混凝土燃烧对路用性能影响的方法
丛培良[22]在实验室对现场燃料发生泄漏并引起火灾进行了模拟, 研究了阻燃沥青混凝土在火灾发生时所产生的阻燃作用。具体试验步骤如下:
(1) 采用集料级配和油石比相同的阻燃沥青和普通改性沥青PG76分别成型标准马歇尔试件和车辙试件;
(2) 成型好的阻燃沥青混合料试件和普通沥青混合料试件各分成2组, 使2组试件的体积性能相同, 准备进行常规试验和燃烧后试验;
(3) 将燃烧试件分别浸没到93汽油中5s取出, 立即点燃试件测试燃烧时间;待自熄后放在60℃烘箱中5h烘干, 称量质量损失, 未燃烧的常规试件同样放入烘箱中5h, 测定质量损失;
(4) 对燃烧后的马歇尔试件进行飞散试验和稳定度试验并与未燃烧的马歇尔试件的试验结果对比;
(5) 车辙试验重复步骤 (3) 后, 进行车辙动稳定度试验并与未燃烧车辙试件的试验结果对比。
通过试验对比表明, 阻燃沥青对沥青混凝土的阻燃性能具有一定的改善作用。
2.2 燃烧深度的评价方法
梁晓莉等[23]进行了马歇尔试件完全燃烧试验和模型隧道路面燃烧试验, 探讨了隧道发生火灾过程对沥青混凝土路面面层的灼烤影响深度, 为沥青混凝土路面阻燃面层厚度选择提供了依据。具体方法如下:
(1) 马歇尔试件燃烧试验
采用电炉直接烘烤燃烧试验, 结果很难引起燃烧。因此, 沥青混合料的燃烧试验采用在沥青马歇尔试件上浇上少量汽油来引燃。在少量汽油用量下, 马歇尔试件并不能达到沥青混合料的燃烧温度而引起混合料燃烧。实际试验中增加了汽油用量, 采用每隔1min加入30mL汽油, 连续加入15次, 共计汽油用量为450mL, 并测量试件的初始温度和燃烧火焰熄灭时的试件表面温度。
(2) 隧道模型沥青混凝土路面燃烧试验
由于马歇尔试件完全燃烧试验是对马歇尔试件进行无约束无阻碍燃烧, 与具有一定强度和一定空间结构层面的沥青混凝土路面燃烧的实际现象有较大区别。为此, 在模型隧道中进行了路面燃烧试验。考虑到汽油有较大的流淌性, 实验中先圈定3个直径为30cm的圆形试验范围。在试验圈内先加入400mL汽油, 点燃, 每隔1min加入150mL汽油, 在第1个试验圈内连续加4次, 共计1000mL。在第2个试验圈内连续加9次, 共计1750mL。在第3个试验圈内连续加入15次, 共计2650mL。
通过马歇尔试件燃烧试验和模型隧道路面燃烧试验表明, 隧道沥青混凝土路面在表面持续25min汽油燃烧条件下, 路表面烧灼影响深度为3.2cm。隧道沥青混凝土路面的防火和阻燃层厚度应不小于4cm。
2.3 其他评价方法
丁庆军等[24]采用燃烧时间与质量损失法, 以汽油作为液态燃烧物, 考察采用轮碾法成型尺寸为300mm×300mm×50mm的试块, 为模拟真实路面结构形式, 试验时试块置于钢板上, 底面封闭, 待100g的93#乙醇汽油完全倒于试块表面后, 迅速点燃, 测量燃烧时间与质量损失。通过室内性能试验与模拟燃烧试验对水泥混凝土、AC、SMA和OGFC几种路面材料的路用性能、沥青含量和防火性能进行对比分析, 研究结果表明, 利用高粘度改性沥青配制的OGFC-13动稳定度达到7000次/mm以上, 飞散损失仅为4.25%, 构造深度在1.7mm以上, 结构稳定, 抗滑性能好。同时面层沥青用量少, 其大空隙率结构可有效控制汽油燃烧的火势, 防火性能甚至优于水泥混凝土路面。
黄志义等[25]根据沥青燃烧性能分析, 也提出了几种评价沥青混合料的方法: (1) 碳化烧损长度评价。碳化长度是衡量材料防火性的重要指标, 是衡量材料遇火燃烧时, 火势蔓延、扩大的可能性及材料延燃、续燃及死灰复燃程度的大小。 (2) 沥青燃烧烟气的评价。沥青受热后不但燃烧, 而且还会分解、释放出一些易燃气体和有毒气体。这在隧道中是十分危险的, 空气中充满了易燃气体往往容易爆炸。故需要对沥青燃烧产生的烟气进行分析, 选择燃烧后烟气相对较少的沥青。 (3) 对沥青路面燃烧耐火性综合评价。通过比尺模型试验, 模拟现场火灾, 测定燃烧火场与燃烧过程, 收集燃烧烟气, 并进行烟气分析, 寻找防火的途径。
3 讨论
(1) 沥青结合料阻燃性能的测试评价方法较多, 主要有氧指数试验法、水平及垂直燃烧测定法、锥形 (Cone) 量热仪法、熔融流淌时间和耐烧穿时间测定法、烟密度试验法、标准火灾房法、烟气毒性法、ASTM E-108法等。但针对隧道沥青混凝土路面而言, 目前主要采用极限氧指数法和烟密度试验法, 其中以极限氧指数法评价居多。烟密度试验法主要测定沥青燃烧过程中释放出的烟量, 评价阻燃剂的加入是否会引起发烟量的增加, 或抑烟剂的加入对阻燃沥青燃烧过程中发烟量的抑制效果。烟气毒性法主要考察阻燃剂、抑烟剂和其他添加剂的加入是否会与沥青中的某些组分发生化学反应以致燃烧时产生新的有害成分。而其他测试方法则主要针对塑料或其他行业测定有关沥青产品的阻燃性能, 对隧道路面用沥青阻燃性能的测试评价还有待进一步验证和完善。
(2) 隧道沥青混凝土路面阻燃性能的测试、评价目前分为沥青结合料的阻燃性能和沥青混凝土的阻燃性能的测试、评价。在工程实际中, 主要对沥青结合料的阻燃性能进行测试研究, 以此来评价相应沥青混凝土的阻燃性能, 而对沥青混合料阻燃性能的研究较少。根据前期研究[24], 沥青混合料的阻燃性能除了与沥青的阻燃性能有关外, 还与沥青混合料的级配类型、混合料配合比 (含油石比) 有关。因此, 即使使用同一种沥青结合料, 当沥青混合料的级配类型、配合比 (尤其是矿粉含量、沥青含量等) 有较大变化时, 除了对沥青结合料的阻燃性能进行测试外, 还需对沥青混合料的阻燃性能进行测试。
(3) 根据文献[22]的研究结果分析可知, 阻燃沥青对沥青混凝土的阻燃性能具有一定的改善作用。但评价方法对阻燃性能的影响较大。例如, 采用燃烧时间来评价阻燃沥青混凝土的阻燃性能时, 不能很好地说明其阻燃性能, 甚至会得出相反的结论。而采用质量损失、飞散损失变化及残留稳定度评价时, 可以得出阻燃沥青对沥青混合料的耐火性能、阻燃性能具有一定的改善作用。根据马歇尔试件燃烧后的形状观察[23], 可以认为沥青混合料试件在达到一定温度后会发生软化而失去结构强度。在模拟隧道内沥青混凝土路面的直接燃烧试验中, 汽油的浸泡导致混合料结构松散而失去强度的影响要大于火源直接燃烧的影响程度。因此, 选择合理的评价指标和评价方法对阻燃沥青混合料阻燃性能的测试评价至关重要。
4 结语
(1) 目前对沥青混凝土路面阻燃性能的研究主要集中在沥青的阻燃性能方面, 而针对沥青混合料阻燃性能的研究则很少。即使使用相同的沥青结合料当沥青混合料的级配类型和配合比不同时, 其阻燃性能往往存在较大差异。因此, 沥青路面阻燃性能的测试和评价不应局限于沥青结合料阻燃性能的测试和评价, 还应对沥青混合料的阻燃性能进行测试和评价, 因为沥青混合料是沥青混凝土路面的最终产品, 其阻燃性能直接关系着沥青路面的阻燃性能。
高性能沥青混凝土 篇5
采用Superpave设计方法对沥青混合料进行设计,通过室内试验和现场试验路铺筑及检测,总结分析出Superpave沥青路面具有优良的路用性能,能够解决沙漠地区沥青路面高温稳定性和低温抗裂性的.矛盾,在沙漠地区具有广泛的应用前景.
作 者：孟庆营 张海斌 陈晓麟 MENG Qing-ying ZHANG Hai-bin CHEN Xiao-lin 作者单位：孟庆营,MENG Qing-ying(天津市政工程研究院,天津,300074)
张海斌,ZHANG Hai-bin(中交一公局海威公司,北京,1001119)
陈晓麟,CHEN Xiao-lin(浙江交通职业技术学院,杭州,311112)
如何改善路面沥青结合料的性能 篇6
关键词：改善路面沥青结合料性能
1、改善沥青结合料的性能
改善沥青的温度敏感性、低温稳定性和流变性对提高混合料的高温和低温力学性质效果非常显著，沥青性能改善对提高路面长期使用性能有着非常重要的作用。比较各种改性沥青的性能，sBs改性沥青无论从高温、低温眭能、弹性恢复性能，还是感温性能几个方面，都有明显的优势，是其他改性沥青如PE和EVA无法相比的。sBs的优越性突出表现在使软化点大幅度提高的同时，又使低温延度明显增加，感温性得到很大改善，不仅高温稳定性大幅度提高，而且低温性能也同时改善，并且弹性恢复率特别大，所有指标都有明显提高，这是非常难得的。sBs改性沥青具有其他改性剂或综合改性剂无法相比的优点，而且在价格上也可以与PE、EVA竞争，所以改性沥青以选用sBs为佳。目前，世界上使用最多的是sBs，约占改性沥青总量的40％-44％。
2、提高集料的质量
在考虑材料对沥青混合料的影响时，往往比较重视沥青的影响，而对集料的影响重视不够。然而，集料质量差，混合料的质量必然也差，故要提高沥青混合料的性能，必要条件是保证集料的质量，然后再考虑矿料级配的控制。要提高路面抗车辙的能力，集料要符合下面两项要求：一是碎石表面微观粗糙度大，且形状接受立方体，质地坚硬；二是使用人工砂，限制使用圆形颗粒的天然砂。但是，我们生产的碎石针片状偏多，形状难以接近立方体；人工砂没有专门生产供应，所谓的人工砂一般只是轧石厂筛余的下脚料。碎石的粒径组成比例也不稳定，筛分结果有较大偏差。这样势必引起混合料级配的改变，对路面的质量和使用寿命产生很大影响。为此，我们应该采取有效措施，提高矿料质量，保证颗粒组成的稳定性。轧好的碎石要分开堆放，并做好防尘保护，保持碎石清洁。进场材料要按规范进行检验，尽可能加大抽检密度，不合格的材料坚决退场。堆场要进行场地硬化，避免将堆场的土混入碎石中。不同规格的料堆间设置隔离墙，以免不同规格碎石混杂一起。料堆要有明显标示，防止上料时装错料。
3、改善沥青与集料的粘结性
路面早期破坏水损害是其中一个重要原因。水损害产生的原因除了施工和配合比设计方面的原因以外，沥青结合料与集料表面的粘结力丧失而导致集料松散剥离是其中的主要原因。沥青混合料的粘附性差(水稳性不好)，容易导致面层严重辙槽、局部松散和坑洞等水损坏现象。国内外道路工程师们常采用两种方法，一是利用碱性矿料处理酸性矿料的表面，使后者活化，传统做法是使用石灰或水泥。由于用消石灰水处理矿料工程量较大，也可以直接往拌和室内加消石灰或生石灰粉。掺消石灰粉、生石灰粉或水泥是首选推荐措施，理由是这种方法价格便宜，施工简单，只要用它代替一部分矿粉就可以了。另外一种方法是向沥青中加入少量液体抗剥落剂，这些液体抗剥落剂的初期效果不错，但其长期性能或耐久性尚待进一步研究，工程应用时要注意选择。
4、使用纤维沥青混凝土
在沥青混凝土中掺加纤维，以改善沥青混凝土的性能，提高沥青混凝土的高温稳定性，低温抗裂性、抗疲劳性、柔韧性、抗剥落；性、抗磨耗性和水稳性，以及抵抗反射裂缝等方面都有很好的功效。按照混合料总重的2.25％的比例加入博尼维后，大约每立方米有超过18亿根分离的博尼维吸附并稳定沥青，使沥青的粘稠度和粘聚力增大，并由于纵横交错的加筋作用，使得混合料具有较高的强度。从动稳定度的结果可以看出，博尼维可使混合料的高温抗车辙性能改善。试验结果还可以看出，博尼维经搅拌均匀后，分布于沥青混合料中，通过加筋作用使混合料具有了较好的柔性，其劲度模量增加，耐疲劳性改善，并使混合料的低温抗裂性能增强，疲劳寿命增加。
5、改善沥青混凝土面层的使用性能
沥青混合料的性能要求往往是矛盾的或相制约的，照顾了某一种性能，很可能会降低另一方面的性能。这里最突出的有两对矛盾，第一是高温稳定性和疲劳性能与低温抗裂性能的矛盾。为了提高高温抗车辙能力，应尽量采用粗级配，增加集料数量，减少用油量，采用粘稠度小的沥青，但这样的混合料低温很容易开裂，疲劳性能差；而为了提高耐久性和低温抗裂性能，则要近可能使用稠度大的沥青，而且要增加用量，用细集料、密集配混合料，但这样到了夏天很容易产生泛油和车辙病害。第二是路面表面特性和耐久性的矛盾。要求抗滑性能好，不濺水，雨雾小，噪音轻，必须提高表面粗糙度，采用构造深度大的粗集料、开级配或半开级配的沥青混合料。但是这样的混合料空隙率必然较大，而孔隙率大的混合料空气接触面大，老化快，耐久性差，耐疲劳性能差；为了提高耐久性，就要采用较小空隙率的混合料。为了解决这两对矛盾，采用传统集配是达不到要求的，实践证明下面几种方法的应用效果非常显著。
5.1使用多碎石沥青混凝土国内研究统计资料显示，sA C-16混凝土的稳定度可达到传统A C25[型混凝土的2.67倍，表面构造深度TD一般都在0.8-1.1(ram)之间，最大可超过1.2mm。且SAC有优良的摩擦系数和表面构造深度，可达到密级配，并具优良的抗辙槽能力。
5.2使用沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)
sMA由于具有相互嵌锁的骨架，它的抗形变能力受高温影响不大。此外，它的卓越封闭性(由于其高沥青含量在每一碎石周围形成了厚沥青膜)能抵风化作用。
高性能沥青混凝土 篇7
关键词：沥青混合料,路用性能,配合比
0 引言
随着我国公路建设的发展,高等级公路沥青路面应用越来越广泛。我国国民经济高速发展的同时,交通流量的增大,轴载的加重以及渠化交通等已成为现代交通的显著特点,已是公路运输发展的必然趋势。鉴于这种形势,对路面提出了更高的要求。我国目前公路上使用较多的是密集配沥青混凝土(AC),鉴于此,本文以AC-13结构为基础,通过辽河90号沥青,SBS改性沥青,橡胶1号沥青进行沥青混合料设计,研究沥青类型对混合料路用性能的影响。
1 试验材料
1.1 沥青
模型墙沥青采用沈阳三鑫集团提供的辽河90号基质沥青、SBS改性沥青以及橡胶1号沥青,不同沥青的各项技术指标见表1。
1.2 集料
粗集料(2.36 mm～13.2 mm)选用辽宁黑山产优质玄武岩,细集料(0.075 mm～2.36 mm)选用大连本地产石灰岩,矿粉为石灰岩磨制的矿粉。集料主要性质见表2。
2 混合料配合比设计
对于AC结构的配合比采用文献[1]中的有关条文进行。按照文献[2]中的级配范围进行调整,调整后级配情况如表3所示。按照文献[1]中相关规定,采用马歇尔试验方法确定沥青混合料的最佳油石比,其结果如表4所示。
3 沥青混合料路用性能研究
3.1 沥青混合料水稳定性
不同沥青种类混合料水稳定性试验结果如表5所示。
%
由表5可以看出,采用SBS改性沥青的混合料水稳定性比其他两种沥青混合料的水稳定性好,尤其是冻融劈裂强度比,采用橡胶1号沥青的混合料效果相对差一些,采用辽河90号基质沥青的混合料效果最差。
3.2 高温稳定性
高温稳定性采用60 ℃车辙试验,结果见表6。
从表6中可以看出,采用SBS改性沥青的混合料动稳定度最大,是采用辽河90号沥青的混合料动稳定度的1.5倍。
对于普通沥青混合料而言,夏天高温使得沥青胶浆变软,车辙主要靠级配骨架起作用,在本文中的AC-13Ⅰ型级配又是属于一种典型的密实—悬浮结构,因此动稳定度次数较小。而采用改性沥青后,由于沥青的软化点等指标的提高以及有效改善沥青胶浆的作用,提高了混合料的内摩阻力,有效改善了沥青混合料在行车荷载作用下抵抗车辙变形的能力,即提高沥青混合料的高温稳定性。
3.3 疲劳耐久性
疲劳试验采用控制应力的三分点加载小梁试验,试验温度15 ℃。不同沥青种类混合料试验结果如表7所示。
大量研究表明,同一应力比下若干试件的对数疲劳寿命表现为正态分布,而且应力比与疲劳寿命在双、单对数曲线上表现为线性关系,通常可用方程(1),(2)表示:
表8,表9中列出了几种混合料的疲劳寿命方程。
比较这3种混合料的疲劳方程,可得如下结论:
1)沥青混合料的应力比—疲劳寿命曲线呈双、单对数关系,可用方程logNf=k-nlogsi或logNf=k′-n′si来表示。2)对于双对数坐标下的以应力比表示的疲劳方程logNf=k-nlogsi而言,3种混合料疲劳方程中n值变化范围为1.51～2.19,方程中k的变化范围为2.90～3.52。3)对于单对数坐标下的以应力比表示的疲劳方程logNf=k′-n′si而言,沥青混合料的弯拉疲劳曲线基本平行,曲线的斜率n′值变化范围为1.65～2.04,n′值变化范围相对较小,表明混合料的疲劳性能比较稳定。k′值变化范围为4.62～4.85,变化范围很小。4)由表8,表9可见,双对数曲线下疲劳方程较单对数坐标下疲劳方程而言,前者疲劳曲线的n值和k值变化范围比后者的芳大,说明双对数曲线下更能区分疲劳性能的高低。5)由疲劳方程可见,3种沥青混合料疲劳性能的优劣顺序为:SBS>橡胶1号>辽河90号。
4结语
1)SBS改性沥青较基质沥青以及橡胶1号沥青在高温稳定性、水稳定性、抗疲劳性上表现出良好的性能。
2)在施工工艺方面,SBS改性沥青较普通沥青复杂,成本更高。因此在今后的使用中,应综合根据道路等级、社会效益以及经济效益采用优质沥青进行混合料的设计。
参考文献
[1]JTJ 052-2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].
[2]JTG F40-2004,公路沥青面施工技术规范[S].
路面用环氧沥青混凝土性能研究 篇8
环氧沥青混凝土按使用场合分为钢桥面用环氧沥青混凝土、水泥混凝土桥面用环氧沥青混凝土和路面用环氧沥青混凝土。其中钢桥面用环氧沥青混凝土具有优异的力学性能, 高低温稳定性、耐疲劳性能等, 并已在钢桥面铺装中得到广泛应用, 取得良好的效果。而路面用环氧沥青混凝土在高速公路中的应用比较少, 因此深入开展对路面用环氧沥青混凝土的性能研究具有重要的理论意义和应用价值。本研究以广东省在建项目平远 (赣粤界) 至兴宁高速公路为依托, 对路面用环氧沥青混凝土的性能进行试验研究并对经济效益进行分析。
2 材料性能
2.1 环氧沥青
采用江苏句容宁武科技开发有限公司生产的M-11双组分环氧沥青。该路面用环氧沥青由A、B组分组成, A组分为液态双氧树脂, B组分为沥青、固化剂及添加剂组成的混合物。M-11环氧沥青由组分A和组分B按重量比1:11.5混合制得。其主要技术标准见表1~2。
2.2 集料及矿粉
粗集料应选择洁净、干燥, 具有足够的强度和耐磨性的材料, 经优选采用玄武岩集料, 其粒径规格有3~5mm、5~10mm、10~15mm三种。细集料采用机制砂, 规格为0~3mm。矿粉由石灰岩经磨细得到。粗细集料及矿粉的各项指标符合《公路沥青路面施工技术规范》 (JTGF40-2004) 的要求。
2.3 环氧沥青混合料
本项目GAC-16C环氧沥青混合料采用马歇尔配合比设计方法进行设计, 试验时集料加热到120℃, 环氧沥青组分A加热到90℃, 环氧沥青组分B加热到120℃, 在得到最佳级配和油石比下, 制作马歇尔试件, 将试件于120℃恒温12h进行固化, 然后检测环氧沥青混合料固化后的体积指标, 试验数据见表4~5。
3 环氧沥青混合料性能试验
本项目正常路段采用SBS改性沥青GAC-16C沥青混合料, 环氧沥青试验路采用的是M-11环氧沥青GAC-16C混合料, 分别按最佳油石比和级配制作混合料, 然后进行各项性能对比试验。
3.1 马歇尔稳定度
马歇尔稳定度试验方法是评价沥青混合料强度指标的最基本也是最重要的一个方法。试验分两组, SBS改性沥青混合料马歇尔试件在常温下养护24h进行稳定度试验;试验路M-11环氧沥青混合料马歇尔试件, 在120℃温度下养护12h, 固化后进行稳定度试验。
M-11环氧沥青混合料在120℃温度下固化, 模拟的是混合料铺筑完的后期强度。从表6可见, 环氧沥青混合料固化后在流值上与SBS改性沥青混合料大致相同, 而稳定度却明显高于后者。
3.2 抗拉强度
采用劈裂试验来检测两种沥青混合料的抗拉强度, 劈裂试验主要用于测定混合料在劈裂破坏或处于弹性阶段时的力学性质。试验温度为25℃, 加载速率为50mm/min, 试验结果见表7。
从表7可见, 环氧沥青混合料比SBS改性沥青混合料具有更好的抗拉强度, 在相同的荷载作用下能更有效抵抗路面开裂的机率。
3.3 高温稳定性
高温稳定性反映了混合料抵抗路面车辙、推挤、拥抱等病害的能力, 本文采用车辙试验检测动稳定度来对比两种材料的高温性能。车辙板试件尺寸采用300mm×300mm×50mm, 试验温度为60℃, 轮压为0.7MPa, 试验数据见表8。
从车辙试验数据来看, 在60℃条件下环氧沥青混合料的动稳定度远大于SBS改性沥青混合料, 而且60min累计变形只有0.25mm。说明环氧沥青混合料高温稳定性更好, 具有更好的抗车辙能力。
3.4 低温抗裂性能
沥青是一种温度敏感性材料, 随着温度的降低, 变形能力也随之下降, 导致沥青混合料在温度应力的作用下产生收缩裂缝。本研究采用低温弯曲试验评价沥青混合料的低温抗裂性能。试验温度为-15℃, 小梁试件尺寸为30mm×35mm×250mm, 加载速率为50mm/min, 试验结果见表9。
试验结果说明环氧沥青混合料在低温情况下, 比SBS改性沥青混合料具有更好的变形能力, 能够更有效的抵抗低温收缩开裂。
3.5 水稳定性
沥青混合料的抗水损害能力, 对路面的耐久性至关重要, 因此本文采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价两种混合料的水稳定性, 试验数据见表10。
从表10的数据可以看出, 环氧沥青混合料的抗水损害能力高于SBS改性沥青混合料。一方面是由于环氧沥青混合料设计空隙率小, 矿料和沥青相对接触面积较大, 另一方面是由于环氧沥青固化后, 沥青与集料之间的粘结力更强, 能够更好的防止水侵入造成的沥青从集料表面剥落。
4 经济性分析
路面用环氧沥青混凝土未在高速公路路面施工中得到大规模应用, 一方面是由于环氧沥青混凝土对施工条件要求严格, 需要较高的施工水平, 另一方面是环氧沥青混凝土的单价相对较高。但通过混合料的性能试验发现, 环氧沥青混凝土具有更好的力学和路用性能, 在相同的路面设计要求下, 可以减少结构层厚度, 从而降低工程造价, 并且可以缩减工期, 具有良好的经济效益。
以平兴高速为例, 对环氧沥青试验段造价和正常路段进行对比。环氧沥青试验路采用5.0cm环氧沥青GAC-16C上面层, 7.0cm SBS改性沥青GAC-25C下面层;正常路段采用4.5cm GAC-16C (SBS改性沥青) 上面层, 5.5cm GAC-20C (SBS改性沥青) 中面层, 7.0cm GAC-25C (70#沥青) 下面层。现将试验路与正常路段单幅1km造价进行对比, 单幅宽11.25m, 数据见表11。
从表11的数据可以看出, 本项目试验路每公里单幅造价比正常路段低7.7万元, 说明环氧沥青混凝土不仅具有良好的使用性能, 而且综合经济效益更好。
5 结语
(1) 路面用环氧沥青混凝土具有优良的力学性能和路用性能, 作为路面铺装材料具有明显的性能优势, 主要表现在高温稳定性强, 能有效抵抗路面变形, 减少车辙和拥抱的发生;具有优秀的低温变形能力, 能减少路面低温收缩裂缝的产生;具有良好的粘结性, 减少路面水损害的发生。
(2) 虽然环氧沥青混凝土的单价较高, 但由于环氧沥青混凝土具备性能优势, 在路面厚度设计时可适当减少结构层厚度, 并减少后期养护成本, 因此路面采用环氧沥青混凝土铺装具有良好的综合经济效益。而推广环氧沥青混凝土在高速公路路面中的大规模应用, 更重要的是解决环氧沥青施工难度大的问题, 更多的从施工组织、施工工艺方面进行研究。
参考文献
[1]《道路与桥梁铺装用环氧沥青材料通用技术条件》 (GB/T20598-2014) .
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高性能沥青混凝土 篇9
1 废橡胶粉活化与活化沥青制备
1.1 常规橡胶沥青的制备
首先,把用于改性的基质沥青放到加热容器里加热,使其温度达到180℃备用;然后,把规定质量加热后的基质沥青投放到拌合容器中;并将设计比例的磨细橡胶粉分批次缓慢倒入搅拌容器内,并缓慢搅拌,其中橡胶粉添加比例为基质沥青的18%;待所有橡胶粉都混合到拌合容器后,将容器置于能够自动控温的加热设备上,然后采用能够高速剪切分散沥青的FM300型号的乳化机器进行拌合,拌合过程严格控制温度和旋转速度,温度设定在180℃左右,搅拌旋转速度设置为2000r/min,搅拌时间为60min。另外,调制好的沥青现配现用,不放置[2,3]。
1.2 利用活化工法制取橡胶沥青
首先,把用于改性的基质沥青放到加热容器中加热,使其温度达到170℃备用;然后,把规定质量加热后的基质沥青投放到拌合容器中;并将设计比例的磨细橡胶粉和活化辅助剂B分批次缓慢倒入到搅拌容器内,并缓慢搅拌,防止沥青飞溅,其中橡胶粉添加比例为基质沥青的18%,活化剂质量为橡胶粉质量的4.5%;等到所有的橡胶粉都混合到拌合容器后,将容器放到能够自动控制温度的加热设备上,然后采用能够高速剪切分散沥青的FM300型号的乳化机器进行拌合,拌合过程严格控制温度和旋转速度,温度设定在170℃(±3℃),搅拌旋转速度设置为500r/min,搅拌时间为60min。另外,调制好的沥青现配现用,不储存放置。
2 试验结果分析
采用各种工法制作的橡胶沥青,其各项指标如表3.3所示:
2.1 高温性能分析
(1)表3.3的数据显示,加入橡胶粉以后,能够有效改善基质沥青的软化特性,提升基质沥青软化点和当量软化点,其中将沥青软化点温度升高15℃以上,当量软化点升高10℃以上。结果表明,橡胶沥青在较高温度下具有较好的高温稳定性;将活化后的橡胶改性沥青与普通橡胶沥青的试验指标进行对比研究,得出活化橡胶沥青的各项指标比改性前均略有提高,但都处于同一量级内,即两种沥青在高温下的稳定性基本相同,具有良好的抗车辙性能。
(2)从表3.3试验结果能够得出,沥青材料的粘性主要是通过沥青材料颗粒之间的分子引力形成的,温度对橡胶沥青的粘性有一定影响,且温度越高,橡胶沥青的粘性会很大程度的降低,随着温度的增加分子比较活跃,运动加快,分子间距离增加,导致分子引力减小,从而使得粘度降低。当试验温度为180℃时,活化后的橡胶沥青布氏旋转黏度为1.559Pa·S,位于1.0~4.0Pa.s的区间内,完全达到国家乃至国际中关于橡胶改性后的沥青的技术要求,活化后的沥青在高温和低温条件下都具有较好的稳定性,即布氏旋转黏度值既不会因太低而影响胶结料的高温性能,又不会因太高而影响施工的和易性。从布氏旋转黏度指标上来看,活化后的沥青混合料比未活化前稍大,这表明了活化后的橡胶沥青材料具有更好的高温稳定性。
2.2 低温性能
对于低温下沥青混合料的特性评价指标国内外都未达成一致的意见。在我国,通常选用两个参数评价沥青混合料的低温性能,一是5℃时,标准试件拉伸至断裂时的长度;其二是当量脆点T12来衡量在低温条件下沥青结合料抵抗开裂的能力。然而,我国的许多学者不同意采用用第一个指标来评沥青的低温特性。因此,本文利用当量脆点T12来评价橡胶沥青材料的低温特性。脆点是在特定的试验条件下,沥青发生断裂时的温度。通常情况下,随着当量脆点的降低,沥青在低温下抵抗开裂的特性会逐渐变好。没有活化的橡胶沥青在针入度为1.2时的温度能够降低到-19.4℃,比基质沥青下降了2.6℃,结果表明,未经活化处理的橡胶沥青在较低的温度下,产生裂缝的概率比基质沥青小;而经过活化后的橡胶沥青,其针入度为1.2时的温度却降低至-21.1℃,比基质沥青下降了4.3℃,减小的比例大于25%,这比未经活化的橡胶沥青还要小1.7℃,这说明普通的橡胶沥青经过活化处理后,可以大大提高在低温条件下的抗开裂性能。
2.3 弹性恢复性能
《北京市废胎胶粉沥青及混合料设计施工技术指南》对卸去作用力后的沥青恢复变形的特性做出了界定,其弹性恢复概率应当超过55%。从相关试验研究结论能够得出,没有经过活化的橡胶沥青,卸载后弹性变形回复率为65%,这一数据显示了其优良的弹性变形能力。能够很好地抵抗疲劳和开裂;活化后的橡胶沥青发生弹性变形的概率为68%,高于普通的橡胶沥青,表征活化工法配制的橡胶沥青具有极强的弹性变形能力,因此,相比基质沥青和未经活化处理的橡胶沥青,活化后的橡胶沥青在抗疲劳性能和防止反射裂缝形成方面具有很大优势。
2.4 抗老化性能
本文针对活化工法配制的橡胶沥青、未经活化的普通橡胶沥青和基质沥青做了RTFOT试验(旋转薄膜烘箱试验)。表3.3中数据显示,3种不同的沥青经过老化试验后,质量有着不同程度的减小,它们的重量分别减小了0.05、0.06与0.05,三者非常的接近;从25℃条件下的针入度比和5℃时的延度比,试件断裂时被拉伸的长度来看,橡胶沥青的抗老化性在一定程度上有所改善,从改性沥青的改性机理角度分析:磨细后的橡胶粉末在与加热后的沥青混合时,橡胶粉末状颗粒将会与沥青产生离子交换,形成新的产物,而且橡胶粉中的S、C、SiO2、Fe2O3元素和化合物与橡胶中添加的预防老化的外加剂都会进入到沥青胶体中,在一定程度上能够缓解沥青老化问题。对于活化后的橡胶沥青,与普通的橡胶沥青具有相似的抵抗老化的能力。
3 结语
本文采用工法制备橡胶沥青混凝土,研究橡胶沥青的各种性能,结果表明:(1)工法橡胶沥青混凝土在试验温度为180℃时,活化后的橡胶沥青布氏旋转黏度为1.559Pa·S,表明活化后的橡胶沥青材料具有更好的高温稳定性。(2)在低温条件下,活化处理后的橡胶沥青同针入度温度更低,表明普通橡胶沥青经活化处理后,可以大大提高在低温条件下的抗开裂性能。(3)分别对活化工法橡胶沥青、普通橡胶沥青和基质沥青做了RTFOT试验,结果表明其质量损失比为0.05、0.06与0.05,表明活化橡胶沥青与普通橡胶沥青具有相似的抗老化能力。
摘要：随着高等级路面的不断使用,对沥青路面性能的要求也越来越高。本文通过活化工法制取橡胶沥青的试验,研究橡胶沥青混凝土的性能。研究结果表明,橡胶沥青混合料与普通沥青混凝土相比,具有较好的高温稳定性、弹性回复性、抗老化性和存储稳定性。
关键词：道路工程,橡胶沥青,性能研究
参考文献
[1]曹荣吉,陈荣生.橡胶沥青工艺参数对其性能影响的试验研究[J].东南大学学报(自然科学版),2008,38(2):269-273.
[2]黄卫东,王伟,黄岩,等.橡胶沥青混合料高温稳定性影响因素试验[J].同济大学学报(自然科学版),2010,38(7):87-92.
高性能沥青混凝土 篇10
我国公路沥青混凝土路面设计采用弯沉作为设计指标,采用层底拉应力为验算指标,并没有考虑其抗剪切性能。然而由于抗剪性能不足导致的车辙病害日益突出,沥青混合料抗剪性能愈发引起人们的关注。目前关于抗剪性能的试验方法有三轴试验、轮辙试验等,但三轴试验操作,复杂难以广泛推广,而轮辙试验所需试件为方形,与芯样尺寸不符。另外,由于实验室成型试件与实际摊铺的路面结构在颗粒排列组成、压实性能等方面不同,导致根据试验室成型试件得出的指标值难以控制施工质量及路面的使用性能,而芯样代表着路面的真实性能,通过对其综合评价得出指标值可以对施工过程进行质量控制,并实现对路面性能的评价。本文针对取芯芯样,采用动载的单轴贯入试验方法,确定实验条件并提出评价指标,通过长平高速公路无车辙路段的评价结果初步界定指标值范围。
1 试验原理及可行性分析
贯入试验早在20世纪60年代就被提出,由于当时试验条件和评价方法的缺陷,在沥青混合料应用方面并没有得到很好的发展。林绣贤[1]在文章中曾提出“经理论分析论证和试验结果表明,任何贯入实验都是抗剪强度的反映,单轴贯入试验可以测定沥青混合料的抗剪强度,只是试验的条件需要论证”。近几年,同济大学孙立军教授率先提出采用单轴贯入试验对沥青混合料抗剪性能进行评价[2],哈尔滨工业大学谭忆秋教授在2002年博士后出站报告中对该试验方法进行了深入讨论,目前该试验研究仍在进行中。试验采用静载试验,借助无侧限抗压强度试验,目的是得出真实的抗剪能力τ。本文则是采用动载下的单轴贯入试验方法评价芯样抗剪能力,目的并非进行真实抗剪性能的测试,而是模拟实际车辆荷载条件,通过对大量实际路面芯样的试验结果分析,提出评价指标并界定出能够提供足够抗剪性能的指标值范围,期望通过该指标能够正确地灵敏地评价出不同性能芯样的抗剪能力的区别,从而能够实现对实际路面抗剪性能的评价。
图1为采用ANSYS软件模拟车辆荷载作用下路面所受最大剪应力和单轴贯入试验下芯样所受最大剪应力的比较图,表1为二者的理论计算结果。可以看出二者的分布状态极为相似。当路面和芯样各层材料参数相同,荷载同为0.7 MPa的情况下,最大剪应力差值仅为3%左右。因此,芯样的单轴贯入试验可以模拟路面在实际车辆荷载作用下的剪切受力状态,可以评价沥青混合料高温抗剪切能力。
2 试验条件及控制指标
试验条件及控制指标均通过室内试验多次比较试验,最终确定如下:
试验荷载:试验在材料试验系统(MTS)上进行,采用控制应力式无侧限正弦波重复加载模式,在相邻波形之间不插入间歇时间,试验频率为10 Hz[3,4],荷载大小为3.5 MPa。
试验温度:评价混合料的抗剪能力必须选择高温的不利状态。根据他人研究结果表明[5,6],当温度达到45℃时,可以明显区分不同混合料的抗剪性能。受实验条件限制,选择45℃作为试验温度。
试件尺寸:芯样直径为(100±1) mm。关于芯样高度对最大剪应力的影响,本文采用ANSYS软件进行分析。荷载为0.7 MPa条件下,计算不同厚度、不同模量芯样的最大剪应力,得出最大剪应力随深度变化的趋势图(见图2)。其结论为:不同高度芯样相同高度处的最大剪应力值相接近;芯样内部最大剪应力随着深度的增加而逐渐递减;在深度为3 cm内递减速度非常快,约递减了60%左右;3 cm～5 cm区间内递减速度减慢;大于5 cm区间则最大剪应力值几乎不变。因此,芯样的高度要求大于5 cm。
控制指标:荷载作用1 000次的贯入深度(mm)。
3 长平高速公路芯样试验分析
长平高速公路是京哈高速的长春至四平段[7],交通量大且重车多。1996年竣工后,经过近10年的通车运行,长平高速公路各路段相继出现严重损坏,尤其车辙病害严重,大多数路段车辙深度大于2 cm,局部路段达15 cm以上,严重影响了行车安全。但是桩号K239—K240路段的路况却依然良好,车辙深度仅为1 cm左右,表面没有龟裂损坏,只有少量的横向裂缝。本次试验的取芯原则为在同一交通量的区间内,选择轻度车辙路段的行车道、停车道以及重度车辙路段的停车道,而重度车辙路段的行车道已经损坏,并重新铺筑,已与原路面结构不同,无法进行比较试验。取芯过程中发现,停车道处芯样难以完整,松散情况较多。
典型芯样图片见图3,从外观上可以看出路况好(车辙深度<1.5 cm)的芯样层间联结良好,级配合理且形成骨架结构,无离析现象;而路况差(车辙深度>4 cm)的芯样层间联结差,粗集料较少且分布不均匀,呈悬浮状态。表2为上述三处典型位置芯样动载单轴贯入试验的试验结果。
(表中“>10的含义为:试件在荷载没有达到规定作用次数时就产生完全破坏,瞬间位移值增加很大,导致MTS机器因超限停止工作。“⊥”的含义为:在预压过程中,很小的力就导致试件破坏,试验无法进行。)
图4为动载单轴贯入试验后的破坏形式,破坏后芯样顶面有一明显的压头压入深度,顶面开裂并向下延伸到中面层处,侧面向两边挤开。
抗剪性能排序为:路况好行车道>路况好停车道>路况差停车道,其中行车道处贯入深度均小于3 mm且平行性好,而停车道处二者贯入深度相接近,但试验过程中,路况差停车道处3个芯样中有2个作用次数小于1 000次,说明路况好停车道明显优于路况差停车道。
4 结 论
芯样为多层组合结构,整体抗剪性能受层间结合状态等因素影响,需要结合其他评价结果综合分析,本文由于实际取芯原因,芯样数量有限,芯样种类有限,仅得到初步结论如下:
(1)芯样代表路面内部的真实结构状态,通过对一定样本数量的芯样评价可以实现对整个路面性能的评价,是一种简单、直观、有效的评价方法。
(2)动载单轴贯入试验可以模拟车辆行驶荷载状态,有效评价出不同性能混合料的抗剪能力,试验方法可行。
(3)以长平公路通车运行10年,路况依然良好路段的指标值作为标准,重复荷载作用次数1 000次,贯入深度小于3 mm,则足以提供良好的抗剪能力。
(4)路况好行车道处芯样评价指标值较稳定,平行性好,说明行车碾压作用促进内部结构形成稳定状态。
(5)本试验以长平公路芯样为样本(AC16级配),对于其它类型级配仍需进一步试验验证。
参考文献
[1]林绣贤.关于沥青混凝土路面设计中抗剪指标的建议.公路,2004;(12):67—69
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[6]解晓光.按材料-结构-工艺一体化原则设计沥青碎石基层的研究.哈尔滨工业大学博士论文,2005
高性能沥青混凝土 篇11
【摘要】本文分析了乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面高温稳定性、低温稳定性、抗疲劳性、水稳定性、抗老化性能、防渗水性能以及表面性能的特殊性，表明乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面是一种使用品质优良的沥青路面。
【关键词】乳化沥青稀浆混合料；贯入式沥青路面；路用性能；特殊性
【Abstract】This paper analyzes the emulsified asphalt slurry mixture penetration asphalt pavement in high temperature stability， low temperature stability， fatigue resistance， water stability particularity， aging resistance， water seepage performance and surface properties， indicating emulsified asphalt slurry Mixture penetration asphalt pavement using a good quality asphalt pavement.
【Key words】Emulsified asphalt slurry mixture；Penetration asphalt pavement；Road performance；Particularity
1. 前言
（1）不论是何种沥青路面混合料，对其路用性能的基本要求都是：具有足够的高温稳定性，良好的低温抗裂性、耐久性、水稳定性、防渗水性能以及足够的抗滑能力。
（2）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的结构如图1所示，是不同于典型的沥青路面结构（悬浮密实型结构、骨架空隙型结构和骨架密实型结构）的新结构。
2. 乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面性能特点的分析
2.1 乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面高温稳定性特点的分析。
乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面混合料中，最大碎石粒径与路面厚度一致，形成“顶天立地”的强大骨架结构，其抗剪强度远远超出实际需求，并且它不随温度的改变而改变，其极限是把最大粒径碎石压碎。因此，对于乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面混合料，不用检验高温稳定性。
2.2 乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面低温稳定性特点的分析。
（1）沥青路面的开裂是各国普遍关心的问题，其危害在于能使道路产生功能性和结构性的破坏。沥青路面裂缝分三种：温度收缩裂缝、温度疲劳裂缝和反射裂缝，在道路使用过程中它们可能是交互作用。沥青路面裂缝，沥青结合料的性能起到特别重要的作用，其贡献率高达90%，而矿质材料对抵抗裂缝几乎是无能为力，其贡献率充其量只有10%。
（2）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的低温稳定性主要是由最大碎石之间的悬浮密实型混合料来保障的。
（3）沥青在乳化过程中，有些乳化剂对基质沥青的性能会造成损害，如延展度降低等，但这些损害很容易通过SBR胶乳改性得到恢复甚至是提高。
（4）对于乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面，洒布用沥青尽量选用软化点低、延展度大的热沥青；拌和用乳化沥青尽量选用蒸发残留物延展度大的SBR胶乳改性乳化沥青；洒布沥青客观上可以起到吸收应力的作用；微表处混合料的油石比一般在7%～9%之间，属于富油沥青混合料；乳化沥青稀浆混合往往使用水泥作添加剂，它能使沥青与矿料粘结更牢固。这些都有利于提高乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的低温稳定性，并且这些要求很容易达到，有的甚至是自身就具备的功能或作用。
（5）综上所述，乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的低温稳定性很容易得到保证。
2.3 乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面抗疲劳性能特点的分析。
（1）大交通量和重轴载对沥青路面的破坏日益严重，路面在行车荷载反复的作用下，长期处于应力应变交迭变化状态，导致沥青路面结构强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定次数以后，路面内部产生的应力就会超过强度下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳断裂破坏。
（2）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的抗疲劳性能主要是由最大碎石之间的悬浮密实型混合料来保障的。
（3）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面中的下列情况或特性有利于提高路面整体的抗疲劳性能：最大碎石是主要的荷载承受者和传递者，减小了最大碎石之间的悬浮密实型混合料的作用；可以选用延展度较大的沥青（包括SBR改性乳化沥青蒸发残留物），并且混合料中富含沥青；使用的洒布沥青可以使层间结合紧密；撒布碎石的间隙是开放性的，在行车轮胎的碾压揉搓下，间隙中的悬浮型沥青混合料会达到密实。
（4）综上所述，乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的抗疲劳性能很容易达到优良。
2.4 乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面水稳定性特点的分析。
（1）沥青路面混合料的水稳定性就是抗水损害能力，是指路面混合料在水存在的条件下，经受荷载和温度胀缩的反复作用，一方面水分逐渐浸入到沥青与集料的界面上，同时由于水动力的作用，沥青膜渐渐地从集料表面剥落，并导致集料之间的连接力丧失而使路面混合料整体力学强度降低的过程。因此，沥青与集料的黏附性和抗剥离性是沥青路面混合料水稳定性的重要保障。
（2）在乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面中，撒布碎石的间隙是开放性的，间隙中的悬浮型沥青混合料在行车轮胎的碾压揉搓下很容易达到密实，防止水分浸入路面；由于使用沥青富裕并且延展度大，再加上悬浮密实型沥青混合料的承载作用较小，使乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的低温稳定性和抗疲劳性能得到提高，裂缝不出或少出可以防止或减少水分浸入路面；乳化沥青稀浆混合料往往用消石灰或水泥作添加剂，有的甚至直接用水泥代替矿粉，消石灰和水泥都能提高沥青和集料的黏附性和抗剥离性。这些是乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面混合料水稳定性的充分保障。
2.5 乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面抗老化性能特点的分析。
（1）沥青路面的抗老化性能主要是沥青的抗老化性能决定的，沥青的老化主要分两个阶段，一是施工阶段，二是使用阶段（使用环境的客观条件不可控，此不赘述）。施工阶段主要是施工温度较高，虽然时间短但老化程度高。
（2）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面施工的常温化程度高，因此，其抗老化性能相对要好。
2.6 乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面防渗水性能特点的分析。
在乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面中，撒布碎石的间隙是开放性的，间隙中的悬浮型沥青混合料在行车轮胎的碾压揉搓下很容易达到密实，防止水分浸入路面；另外，由于使用沥青富裕并且延展度大，再加上悬浮密实型沥青混合料的承载作用较小，使乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的低温稳定性和抗疲劳性能得到提高，裂缝不出或少出可以防止或减少水分浸入路面。
2.7 乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面表面性能特点的分析。
乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面表面性能的特点如下：路面构造深度较大，可以选用较硬碎石，抗滑性能很易得到保证；高温稳定性很好，能够长期保证路面的平整度；构造深度大，吸音效果好；路表面粗糙，反光少。
3. 结束语
（1）传统的的沥青路面不但要解决高温稳定性，而且要解决低温稳定性，这叫两头堵，很难；乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面的高温稳定性很好，重点是要考虑低温稳定性，这叫一头把，容易多了；
（2）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面特别优良的骨架结构致使它的低温稳定性、抗疲劳性、水稳定性、抗老化性、防渗水性很容易得到保证或提高；
（3）乳化沥青稀浆混合料贯入式沥青路面表面性能良好。
参考文献
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[基金项目]河南省交通运输厅科技计划项目（2015J03）。
[文章编号]1619-2737（2016）03-14-130
高性能沥青混凝土 篇12
1 环氧沥青的固化反应
环氧沥青是一种热固性材料，其中，A组分是一种环氧树脂，B组分是顺酐改性的沥青类物质加上酸酐型高温类的固化剂。沥青顺酐化后，沥青分子上引入具有与环氧树脂能够进行交联反应的功能基团，保证沥青能够参与和环氧树脂的固化反应，形成三维立体互穿网络结构聚合物。此外，酸酐型固化剂与环氧树脂之间也能发生化学反应形成空间交联网络，因此可以从根本上改变普通沥青的热塑性，同时显著提高了材料的粘附力、拉伸强度、断裂延伸率和低温性能。而常用于沥青改性的SBS材料为线性大分子结构，两者之间存在显著性差异。
2 材料与试验方法
2.1 材料
2.1.1 沥青
环氧沥青为两组分，其中A组分为环氧树脂，B组分为基质沥青，其性能指标见表1。选择SBS改性沥青材料性能指标见表2。
2.1.2 集料
集料中10 mm～16 mm(1号料)、4.75 mm～10 mm(2号料)、2.36 mm～4.75 mm(3号料)为玄武岩，2.36 mm(4号料)以下为石灰岩。矿粉为石英岩矿粉。试验中玄武岩粗集料基本性质见表3，矿粉的基本性质如表4所示。
2.1.3 级配
沥青混凝土铺装层所用矿料级配是在传统规范级配的基础上，借鉴SMA和Superpave混合料设计的优点，并结合所用集料基本性质，桥面铺装不同层位的功能要求以及整个铺装层的防水效能，增加了矿料间的骨架性和密实性而设计。其目的是获得最适当的沥青用量而且具有较大的强度和密实性，来改善铺装层的荷载应力，并具有良好的耐久性和施工性能，方便铺筑。矿料级配既满足了交通部沥青路面施工技术规范所要求的级配范围，又满足了Superpave设计方法级配控制点、限制区等要求。
2.2 试验
将加热的环氧沥青与经烘箱预热的集料加入拌和机在120℃下拌合50 s，拌合后的混合料放入模具中正反击实75次，成型环氧沥青马歇尔试件EC-13;AC-13同样在120℃下成型马歇尔试件;而SMA-13在175℃下成型，且在拌合期间加入了3‰的纤维。对以上成型的马歇尔试件分别按照JTJ 052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程，进行马歇尔稳定度试验(T 0709-2000)，分别在15℃和25℃进行沥青混合料劈裂试验(T 0716-1993)。
车辙板试件成型采用轮碾成型，车辙板长300 mm，宽300 mm，厚50 mm，在60℃中养生4 h，按照JTJ 052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程，模拟10 t的车辆分别对SMA-13,AC-13,EC-13环氧沥青混合料进行1 h的车辙试验(T 0719-1993)。将轮碾成型的板块状试件(环氧沥青混合料的车辙板试件需要在120℃条件下固化4 h)切割制作棱柱体试件，尺寸为250 mm×30 mm×35 mm。试验温度15℃和-10℃，加载速率50 mm/min，做小梁弯曲试验(T 0715-1993)。
3 结果与分析
3.1 最佳油石比
本研究选用5种油石比进行马歇尔试验，从而确定三种沥青混凝土各自的最佳油石比。通过马歇尔测定的稳定度与流值，计算孔隙率(VV)、矿料间隙率(VMA)、沥青饱和度(VFA)。实验结果如表5所示。
由表5数据可以绘制相对毛体积密度、空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率及稳定度与油石比关系曲线图，确定沥青用量初始值1(OAC1)、确定沥青用量初始值2(OAC2)、综合确定最佳沥青用量OAC。经过计算发现，AC-13改性沥青混合料的最佳油石比确定为4.3%,SMA-13沥青玛脂混合料的最佳沥青用量为6.2%,EC-13环氧沥青混合料的最佳油石比确定为6.2%。
3.2 水稳定性
分别将AC-13,SMA-13,EC-13三种混合料浸泡水中30 min,48 h,96 h，进行浸水马歇尔试验，从而计算残留稳定度。计算结果见表6。
由表6得知，SMA-13沥青玛脂混合料的残留稳定度基本上保持在98%以上，AC-13改性沥青混合料残留稳定度为75%左右，而且SMA-13和AC-13浸水时间从48 h增长到96 h稳定度损失较小。EC-13环氧沥青混合料浸水马歇尔试验却表现出与SMA-13和AC-13相反的特征，即浸水稳定度随着泡水时间的增长而增高，随着浸水时间的增长，稳定度还有所上升，表明环氧沥青混合料的水稳性很好。
3.3 车辙
车辙试验能较好地反映车辙的形成过程，得到世界各国的广泛认可与采用，本研究采用在60℃下车辙试验来评价三种混合料的高温抗车辙能力。结果如表7所示。
从表7结果可以看出，SMA-13和AC-13具有相同数量级的动稳定，其中SMA的数值略高于AC，但是环氧沥青混合料EC-13的动稳定是SMA-13和AC-13的近10倍，说明环氧沥青混合料具有较SMA-13和AC-13更高抗车辙能力。
3.4 劈裂
在15℃和25℃下，劈裂试验的强度、拉伸应变见表8。
由表8可知，无论是15℃和25℃，环氧沥青混合料EC-13均具有较SMA-13和AC-13高的劈裂强度，其数值为后者的近两倍，同时具有与SMA-13和AC-13相近的破坏应变。
当温度从15℃升高至25℃时，则AC-13改性沥青混合料的劈裂强度降低约23.9%,SMA-13沥青玛脂混合料的劈裂强度降低约23.4%,EC-13环氧沥青混合料的劈裂强度降低约8.4%。显然，环氧沥青强度较高且受温度影响很小。
3.5 弯曲
用低温弯曲试验来评价沥青混合料的低温性能，试验温度15℃和-10℃进行试验，实验结果如表9所示。
由表9可知，15℃条件下，EC-13环氧沥青混合料的抗弯拉强度大于SMA-13和AC-13，数值约为后二者5倍，而应变约为后二者20%;-10℃条件下，环氧沥青混合料的抗弯强度仍较SMA-13和AC-13高，是SMA-13的1.4倍，是AC-13的2倍，三者破坏应变大致相同。
温度从15℃降低-10℃时，SMA-13沥青混合料与AC-13沥青混合料的抗拉强度均明显增大，SMA-13沥青混合料增加了3倍，AC-13沥青混合料增加2倍;弯拉应变方面，SMA-13沥青混合料降低了约84.9%,AC-13沥青混合料降低约79.3%;环氧沥青混合料的抗弯拉强度与弯拉应变变化较小。因此，环氧沥青强度受低温影响很小。
4 结语
环氧沥青是热固性材料，固化后环氧沥青与集料之间的粘结强度比热塑性材料的粘结强度大，在集中力作用下，不易开裂和剥落，破坏路面;在高温条件下，环氧沥青与普通热塑性沥青不同，不易变软，更因为选用集料级配较密，压实度很高，抗车辙能力大大提高，车辙深度降低显著;在低温条件下，环氧沥青同样受温度影响很小，不会致使沥青混合料的劲度模量迅速上升，变硬，变脆，有效防止了低温开裂;环氧沥青良好的防水性能和高粘结力更是解决了水损害这一严重病害，延长了道路使用寿命，具有良好的路用性能。因此，环氧沥青经固化后特有的热固性使环氧沥青混合料强度很高，且强度受温度影响很小，满足了日益增长交通量对桥面铺装层强度的要求，是一种良好的桥面薄层铺装材料。
摘要：为了研究环氧沥青混凝土在薄层铺装中的性能优势,通过马歇尔试验、浸水马歇尔试验、车辙实验、弯曲试验、劈裂试验,分析比较了环氧沥青混凝土与SBS改性沥青混凝土、沥青玛脂碎石SMA的路用性能。研究结果表明:环氧沥青混凝土桥面薄层铺装路用性能优于当前普遍采用的SBS改性沥青混凝土和沥青玛脂碎石SMA,是一种良好的桥面铺装材料。
关键词：桥面铺装,环氧沥青混凝土,性能
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