改性沥青玛碲脂混合料（精选6篇）
改性沥青玛碲脂混合料 篇1
1 SBS改性沥青质量分析
S B S改性沥青各项指标的试验是按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTJ052-93) 规定的方法执行的, 除应进行三种常规试验:针入度 (15℃、25℃、30℃) 、软化点、延度 (5℃, 5cm/min) 外, 还需做弹性恢复 (2 5℃) 、脆点、当量软化点等试验, 用于与基质沥青进行相应的比较。
试验结果表明, 改性后的沥青性能指标发生了很大的变化: (1) 经掺加SBS改性后的沥青, 针入度显著减小, 25℃针入度从88.8cm变为74.4cm, 减小了14.4cm;软化点从46.0℃提高到65℃, 提高了19℃, 效果非常显著。 (2) 采用SBS改性沥青的最大特点不仅是高温稳定性大幅度提高, 而且低温性能也同时改善。从低温延度可以看出, 基质沥青的5℃延度很小, 改性后延度从12.0℃增加到48.5cm, 增加了36.5cm。 (3) 沥青经改性后, 反映沥青最基本性能的温度敏感性指标针入度指数P I值从基质沥青的-0.909提高到0.803, 同时当量软化点T800从45.3℃提高到54.7℃, 当量脆点从-16.1℃降低到-24.8℃。温度塑性范围即当量软化点与当量脆点之差, 从基质沥青的6 1.4℃扩大到7 9.4℃。说明不仅提高了高温性能, 同时提高了低温性能, 改性效果非常好。 (4) SBS改性沥青的抗老化性能良好, 薄膜加热后的针入度比保留82%以上, 尤其是5℃低温延度损失极小。
为了验证S B S改性沥青的效果、保证试验结果的权威性和准确性, 由大连市市政工程质量监督站出面委托国家交通部公路科学研究所对我公司生产的S B S改性沥青进行了检测。结果表明我公司生产的S B S改性沥青除了离析软化点差指标不符合《公路改性沥青路面施工技术规范》 (JTJ036-98) [以下简称《规范》]的SBS (I-D) 类聚合物改性沥青的技术要求外, 其他各项指标均达到了技术要求。离析软化点差是表示S B S改性沥青离析程度的指标, 因SBS改性沥青在停止搅拌、冷却过程中, 聚合物会从沥青中离析, 所以需要对改性沥青做离析试验。由于我们送检的SBS改性沥青样品在未加稳定剂的情况下, 经过了数天的冷却和静止周转至位于北京的国家交通部公路科学研究所, 必然要产生离析现象, 所以, 离析软化点差指标不符合规范技术要求也就不足为奇。《规范》中聚合物改性沥青的技术要求规定:“改性沥青在现场制作后立即使用或贮存期间进行不间断的搅拌或泵送循环时, 对离析试验指标可不做要求”, 从我公司目前生产情况来看, 所生产的S B S改性沥青基本上是自产自用、边生产边使用, 不存在冷却、贮存、运输等问题, 也就无从谈起S B S改性沥青的离析问题, 更不会影响SBS改性沥青及混合料的质量。
2 SBS改性沥青混合料的质量分析
《规范》中规定;“根据各种不同的使用目的, 改性沥青混合料应有适宜的矿料级配, 可以采用密级配沥青混合料或SMA、OGFC等间断级配沥青混合料”, 我们曾经选用过密级配来制作改性沥青混合料, 效果不甚理想, 后来我们参照《公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》 (SHC F40-01-2002) 技术要求选用类同于沥青玛蹄脂碎石的间断级配来制作改性沥青混合料, 效果良好。SMA是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量的细集料组成的沥青玛蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混合料, 它最基本的组成是碎石骨架和沥青玛蹄脂结合料两大部分, 其坚固的骨架结构具有优异的抗永久变形能力, 而填充粗集料骨架孔隙的沥青玛蹄脂结合料则赋予S M A高度的耐久性, 粗糙的表面构造使路面具有良好的抗滑性、较低的交通噪音和明视度。可以说, S M A是国内外道路施工应用最好、最为流行的一种磨耗层类型。S M A使用聚合物改性沥青尤其是高粘度改性沥青时, 由于聚合物改性剂本身也是防止混合料发生析漏的稳定剂, 因此S M A混合料可以少加或不加纤维。由于不加纤维, 不仅降低了S M A的生产成本, 而且简化了SMA混合料的生产工艺。因此, 在沥青路面使用改性沥青时, 选择无纤维SMA路面在技术上和经济上也是非常合理的.不过, 聚合物改性剂虽然对改性路面性能比较有利, 但稳定沥青结合料、防止析漏的作用则不如纤维, 真正意义上的改性沥青SMA可增强SMA抵抗永久变形能力;延长SMA路面的服务寿命, 进一步提高S M A疲劳抗力与低温抗裂能力;减少薄面层破坏危险;减少析漏。也就是说, 如果在改性沥青混合料中填加纤维, 其各方面效果肯定优于无纤维改性沥青SMA。因此, 一些大城市在比较重要的施工项目中, 不惜增加成本, 采用了这种改性沥青S M A。而我市的情况与之不同, 既要少花钱, 又要修好路。为此, 我们只能在改性沥青混合料的设计上选择无纤维改性沥青S M A (即混合料的矿料级配是按照SMA间断级配来选取, 而沥青结合料则是使用S B S改性沥青) 。从生产情况和所铺筑的路面效果来看, 我们的选择是比较适宜的。
评价S B S改性沥青混合料效果的指标, 主要是空隙率、矿料间隙率、粗集料骨架间隙率、沥青饱和度等四项指标, 其次是马歇尔试验的稳定度和流值, 采用的试验方法主要是马歇尔试验。我公司试验室依照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTJ052-2000) , 针对在中山路所使用的S B S改性沥青混合料做了如下试验:
根据《规范》规定, 除了前述试验项目外, 改性沥青的车辙试验和弯曲试验是必检项目, 而我公司试验室因条件和设备所限, 无法进行试验, 只能委托有条件、有能力的试验部门 (如国家交通部公路科学研究所) 来试验。由国家交通部公路科学研究所所出具的试验报告来看, 我公司生产的S B S改性沥青混合料车辙试验的动稳定度和弯曲试验的低温破坏应变两项指标均达到了《规范》和《公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南》 (SHC F40-01-2002) 的技术要求。
总而言之, 我公司生产的S B S改性沥青及混合料在试生产过程中, 经过各方面 (特别是国家权威部门) 检测试验证明是合格的, 达到了国内先进水平, 而实际施工的效果也比较理想, 完全能够满足城市重交通道路的施工技术要求, 可以推广应用。
参考文献
[1]公路工程沥青及沥青混合料试验规程. (JTJ052-93) .
[2]公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南. (SHC F40-01-2002) .
[3]公路工程沥青及沥青混合料试验规程. (JTJ052-2000) .
改性沥青玛碲脂混合料 篇2
关键词：SBS改性沥青混合料,施工质量,控制
SBS属于苯乙烯类热塑性弹性体, 是苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物, SBS改性沥青是以基质沥青为原料, 加入一定比例的SBS改性剂, 通过剪切、搅拌、发育等方法使SBS均匀地分散于沥青中, 形成SBS共混材料, 利用SBS良好的物理性能对沥青做改性处理。用这种改性沥青拌和出来的改性沥青砼的高温稳定性、低温稳定性、抗疲劳能力、抗老化能力、粘结力均较普通沥青有明显提高。正是由于SBS改性沥青的诸多优点, 使得它可以全方位地改善沥青混合料的路用性能, 有效地防止或延缓路面损坏的发生, 大大延长路面的使用寿命。洛阳至吉利快速通道是SBS改性沥青路面在洛阳公路首次推广使用。改性沥青的性质不同于普通沥青, 因此在施工各环节的具体控制中也存在着许多不同。
洛阳至吉利快速通道一期路面工程路线长12公里, 为双向四车道一级公路, 计算行车速度80km/h, 路基宽度为26m;汽车荷载等级为公路-I级, 桥梁净宽2×净-11.5米, 4cm改性沥青混凝土面层 (AC-13C) 271577m2, 6cm中粒式沥青混凝土面层 (AC-20C) 271577m2;2cm沥青表面处置14852m2;粘层 (改性乳化沥青) 271577 m2;封层 (改性乳化沥青) 264390m2。在K1+000处路线左侧1200米处设立拌和站, 距离施工现场平均运距10公里。
1 原材料质量控制
1.1 粗集料
1.1.1 选择偃师佛光产石灰岩碎石作为上面层4cm厚AC-13的骨料, 该碎石洁净、干燥、无风化、无杂质, 石料质量稳定, 变异性小, 石料压碎值、针片状颗粒含量以及石料与沥青的粘附性等均符合图纸和规范要求;
1.1.2 堆料场进行场地硬化, 避免将堆料场的土混入碎石中;
1.1.3 集料进场宜在料堆顶部平台卸料, 经推土机推平后, 装载机从底部按顺序竖直装料, 减少集料离析;
1.1.4 日常检查集料规格、级配、针片状颗粒含量、含泥量、含水量等指标。不同规格的料堆间设置隔离墙, 料堆有明显标示, 防止上料时装错料。
1.2 细集料
细集料选择偃师佛光产机制砂, 与改性沥青有良好的粘附性, 砂当量70%以上, 日常经常检查集料级配、含泥量、砂当量。不可用石屑粉代替机制砂。
1.3 填充料
1.3.1 填充料采用石灰岩石料经磨细得到的矿粉, 日常检验每车检查矿粉的外观、密度、级配、塑性指数、亲水系数、加热安定性等各项指标, 矿粉要洁净干燥能自由从矿粉仓流出。
1.3.2 本工程回收粉不再回收使用, 保证配合比设计中沥青混合料粉胶比为0.8-1.2。
1.4 沥青
沥青热拌厂应尽量减少储存SBS沥青, 与生产紧密结合做到随进随用, 存贮不宜超过24h。为避免SBS改性沥青储存过程中发生离析, 卧式罐存放改性沥青时, 应采用强制循环泵, 以加强其流动性。储存改性沥青时不宜装得过满, 以防沥青加热时向外溢出。每天的施工任务完成后, 尽可能将沥青罐内的沥青用完。如不能用完, 则将剩余的少量沥青抽到其它储存罐内, 以减少沥青与空气接触的表面积, 从而防止沥青老化, 特别注意的是, 当每天施工任务完成后, 应将沥青泵反向转动, 把沥青管中沥青打回沥青罐内, 防止沥青管内的沥青温度过低而堵塞沥青管, 并且要加强沥青管的保温措施。每批次到场沥青要及时检测延度、针入度、软化点三大指标。
2 沥青混合料配合比设计
改性沥青混合料的配合比设计, 应按照规范要求采用马歇尔配合比设计方法, 分为目标配合比、生产配合比及生产配合比验证三个配合比设计阶段, 确定矿料级配组成及最佳沥青用量。
3 SBS沥青混合料的拌和控制
3.1 沥青混合料采用计算机控制的间歇式拌和机拌制, 拌和过程中能逐盘采集并打印各个传感器测定的沥青用量和沥青混合料拌合量、拌合温度等参数。在正式生产前, 由拌和站对设备进行全面的检修, 并委托计量检定单位对拌和机称量系统进行校验。重点检校称量装置和温控系统, 以保证生产的混合料配合比和温度均符合要求。开始生产后要密切注意各种计量仪表, 发现仪表显示数据与规范要求数据偏差超出要求时, 应立即进行排查分析原因并采取相应应对措施。
3.2 根据试验室提供的目标配合比调整各集料送料口大小和进料速度, 从皮带运输机目测各种材料的质量和均匀性, 待设备流速调整好后, 取单个热料仓集料进行生产配合比设计, 根据生产配合比确定的沥青用量掺拌沥青, 随时检查沥青泵、管道、计量器是否受堵, 保证沥青用量, 需要时随时清洗。
3.3 沥青材料采用导热油加热沥青。沥青的加热温度必须控制在165-175℃之间, 绝不能因温度过高使沥青老化;矿料的加热温度控制在185-205℃之间;混合料出厂温度宜控制在160-180℃之间。改性沥青混合料温度不得超过195℃, 若超过废弃温度, 混合料立即废弃掉。
3.4 沥青混合料沥青混合料的拌和时间宜为30s-50s (干拌时间不得少于5s-10s) , 实际拌和时间应以混合料拌和均匀、所有矿料颗粒全部裹覆沥青结合料且粗细料分布均匀、色泽一致为度, 并经试拌最终确定。正式拌和允许出厂混合料的出锅后经检查无花白料或焦化料, 并且无结团成块或严重的粗细料分离现象, 混合料情况良好。
3.5 混合料拌合中, 在沥青拌合稳定后取样进行马歇尔试验、沥青含量和抽提后矿料筛分试验。马歇尔试验是对每天铺筑路面压实度实施控制的必要手段, 对取样和试件成型都要严格按照相关试验规程进行操作, 保证试验数据对施工的指导和施工质量控制。
3.6 混合料应随拌随运, 如因特殊情况需贮存时, 储料仓应保温性能良好, 贮存过程中混合料温降不得超过10℃。并应随时检查是否出现混合料老化, 滴漏及离析现象, 并经质检员检测合格后方可出厂。
3.7 生产过程中注意跟踪检测, 质量员随时进行抽验, 制定施工中的级配控制范围并严格控制进场材料的质量, 如有材料变化并经检测沥青混合料的马歇尔技术指标不符合要求时, 应及时调整配合比, 保证混合料质量符合要求及相当稳定。
总之, 改性沥青混凝土因其性质决定了必须保持沥青混合料较高温度条件下才能进行正常施工, 因此, 改性沥青混凝土施工除了一般要求外, 应对各工序的温度控制高度重视, 这也要求改性沥青施工前后场协调性很高, 只有根据全面质量管理的要求建立健全有效的质量保证体系, 对施工各工序的质量进行检查评定达到规定的质量标准, 同时施工中实行动态管理, 注重对试验检测及计算数据、汇总表格如实记录和保存, 不断总结积累才能提高施工水平, 拌制出合格的混合料, 铺筑出优良的沥青混凝土路面。
参考文献
[1]JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[S].
[2]吕伟民.沥青混合料设计原理与方法[M].上海:同济大学出版社, 2000.
改性沥青玛碲脂混合料 篇3
关键词：TLA改性沥青,灰分,施工工艺,路用性能
1 引言
特立尼达湖沥青 (TLA) 是世界上最有名的天然沥青, 在南美西印度群岛特立尼达境内的沥青湖中, 蕴藏了数以百万吨的湖沥青。
公路交通是保证国民经济发展和为人民服务的公共基础设施, 是衡量一个国家经济实力和现代化水平的重要标志。改革开放30年来是我国公路发展速度最快、规模最大、最具活力的时期, 截至2007年底我国高速公路通车总里程达5.36万公里, 有21个省区市高速公路里程超过1000公里, 其中, 河南、山东两省突破4000公里, 江苏、广东两省突破3000公里。2008年我国将新建高速公路5000公里, 完成"五纵七横"国道主干线系统收尾工作, 推进国家高速公路和西部开发8条省级公路通道建设。在我国公路建设中, 沥青路面作为一种无接缝的连续式路面, 以其足够的力学强度、对行车荷载的良好承载能力、行车平稳低噪音、不扬尘、维修养护简单且实现机械化施工等优点已在现代高等级公路中占有了90%左右的比例。但令人担忧的是国内已经建成的多条沥青路面高速公路出现了严重的早期破坏现象, 通车不到几年就出现大规模的路面开裂、剥落、泛油、拥包、车辙等破坏现象, 严重影响了行车舒适性和行车安全。虽然其中有很多其他方面的因素, 但是沥青路面施工中过程控制不严格, 关键环节控制不得力是造成路面早期破坏的重要原因之一。
2 原材料质量控制
2.1 粗集料质量要求
粗集料包括经过加工 (轧碎、筛分) 而成的粒径大于2.36mm的碎石、破碎砾石或筛选砾石等。对于粗集料进行质量控制时一般应该注意以下几点: (1) 粗集料应该石质坚硬、耐磨、洁净、颗粒形状, 要求接近立方体、多棱角, 扁平、无风化、无杂质, 细长颗粒含量不能具有良好过多。 (2) 集料与沥青应该具有良好的粘附性, 以增强沥青混合料的强度和耐久性。 (3) 集料生产过程中做好场地排水措施, 各种规格石料之间应采用碎石袋或砌墙隔离等措施进行有效的间隔, 防止石料混杂和污染;对不合格的块石集料不得装车;对拌和厂生产粗集料每500t检验一次, 同时应检验材料的均匀性。
2.2 细集料质量控制
细集料可采用天然砂、机制砂或石屑, 大部分公路的沥青上面层沥青混合料应采用与沥青有良好粘结能力的优质天然砂或机制砂。与粗集料一样, 细集料应该洁净、干燥、无风化、无杂质, 同时要求坚硬、级配良好、形状接近立方体。这里采用了珠海伟加达石场的花岗岩, 其规格和质量要求满足技术要求, 详细见下表所示:
2.3 沥青的作用及种类
沥青路面工程中, 沥青材料是作为粘结材料出现的, 是各种集料之间的粘接剂。我国的高等级沥青路面通常分为上、中、下二层, 沥青不仅用于沥青路面层, 在各沥青层间也将用到, 如粘层油、透层油, 只是不同层对沥青的要求会有所不同。根据沥青的用途, 大致可以分为以下几类:基质沥青、改性沥青、乳化沥青、煤油稀释沥青、改性乳化沥青, 不同种类的沥青将用于不同的层次。
3 TLA改性沥青混合料配合比控制
3.1 目标配合比设计
为确保沥青混合料的高温抗车辙能力, 同时兼顾低温抗裂性的需要, 确定设计级配时, 以AC-13级配中值为基础, 适当减少9.516mm粗集料的用量, 减少0.6mm以下部分细集料的用量, 使中等粒径集料较多, 形成S型级配曲线, 同时考虑到40%TLA改性沥青中含有12.8%的灰分, 所以应控制0.075mm通过率小于或等于级配中值, 以确保最后沥青混合料的级配在级配中值附近。
根据经验估算的油石比, 按0.5%间隔变化, 取5个不同的油石比, 用实验室小型拌和机在确定的温度范围内拌和沥青混合料, 试模和底座应该按规定温度预热, 按规定的击实次数和温度范围成型马歇尔试件。对于40%TLA改性沥青分别采用五个不同油石比4.5%, 5.0%, 5.5%, 6.0%和6.5%, 对击实成型的马歇尔试件, 进行毛体积密度试验和马歇尔稳定度试验。
3.2 路用性能检验
3.2.1 高温稳定性
采用车辙试验检验TLA改性沥青混合料的高温稳定性, TLA改性沥青混合料60 0C车辙试验结果见下表。按照我国沥青路面气候分区而言, 对于属夏炎热冬温区, 要求规定基质沥青混合料动稳定度不小于1000次/mm, TLA改性沥青混合料动稳定度不小于3500次/mm, 本次试验的动稳定度均满足技术要求。比较两种混合料试验结果, TLA改性青混合料的动稳定度比基质青混合料的动稳定度提高了285%, 表明TLA改性沥青混合料的抗车辙能力远大于基质沥青混合料, 具有优良的高温稳定性。
TLA改性沥青混合料车辙试验结果
3.2.2 水稳定性检验
采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验两种方法来检验TLA改性沥青混合料的水稳定性, TLA改性沥青混合料浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果表明水稳定性很好。
4 施工关键技术控制
4.1 混合料运输质量控制
全国大部分的公路采用了15t位的自卸汽车运输, 车厢内清扫干净。为防止沥青与车厢板粘结, 车厢侧板和底板可涂一薄层洗涤剂水溶液或油水混合物 (植物油与水的比例可为1:4) , 不得直接使用柴油, 装卸过程中不得有余液积聚在车厢底部。
连续摊铺过程中, 运料车应在摊铺机前10-30cm处停住, 不得撞击摊铺机。卸料过程中运料车应挂空档, 靠摊铺机推动前进。从拌和机向运料车上放料旧寸, 往车厢内装一斗料, 车就移动一次位置, 一般应分5次挪动汽车位置, 以减少粗细集料的离析现象。
4.2 混合料碾压质量控制
压实是沥青路面施工的最后一道工序, 是保证沥青混合料质量、物理力学性质和功能特性符合设计要求的重要环节。合适的碾压, 既能使沥青面层达到高密度, 又具有良好的平整度。沥青混合料的密实度越大, 空隙率越小, 其稳定度、抗拉强度和劲度就越大, 因而其疲劳寿命也越大, 在使用过程中产生的压缩变形也就越小, 抗车辙能力越强, 因此如何压实对保证路面质量特性非常重要。
5 路面平整度的控制
路面平整度是道路的一种质量特征, 车辆在不平整的道路上行驶, 不但影响旅客和司机的安全与舒适性, 不但影响车辆的运行费用 (例如增加油耗, 降低行车速度和车辆使用寿命, 延长出行时间) , 同时还会加速道路结构的破坏, 影响路面的使用年限和养护周期。因此, 随着对公路服务质量要求的不断提高及路面管理系统的建立, 平整度成为目前路面使用性能最主要的指标之一。
这里选择XLPY-E型连续式平整度仪进行测试, 评价标准和计算结果分别见下表:
平整度标准差和IRI作为单项指标在高速行驶状态下, 人们对路面平整度的反映比在一般公路上更敏感, IRI也表现出了一定的不适用性。
6 总结
以上开展了TLA改性沥青路面施工质量控制技术的研究, 主要包括了原材料质量、混合料配合比设计、路用性能、现场施工等几个方面的控制, 但由于我国区域广阔, 各地气候、环境千差万别, 并且对于TLA改性沥青以及混合料的研究尚处于起步阶段, 所以还不能提出广泛适用的统一控制方法, 只能具体问题具体研究。
参考文献
[1]王福.特立尼达湖改性沥青路用性能及其应用, 山西建筑, 2003年
改性沥青玛碲脂混合料 篇4
纤维作为一种加筋稳定剂已广泛应用在路面材料领域。已有研究成果[1]认为:掺加纤维加筋稳定剂可以改善沥青混合料的高温稳定性及疲劳耐久性,并且具有低温抗裂和防止反射裂缝的性能。纤维沥青混合料铺筑施工过程中,纤维在拌和锅中与高温集料相互混合接触而受热,发生一定程度的物理化学变化,如颜色变黄、刚度增大;同时,在纤维沥青路面使用过程中,长期受到水分、紫外线、漏油、太阳辐射和氧气等的作用,纤维沥青混合料会随之老化,导致其力学性能降低,劲度模量增大,柔性降低,最终满足不了交通荷载要求而劣化。因此,研究老化对纤维沥青混合料的影响具有显著的意义。本研究对添加木纤维、钢纤维的混合料试件进行热老化,采用直剪试验、劈裂试验获取了纤维在提高沥青混合料抗老化性能方面的作用及适用范围,对路面结构设计和施工具有指导意义。
1 室内老化评价方法
目前,沥青混合料短期老化试验方法主要有烘箱加热法、延时拌和法和微波加热法等,其中烘箱加热法[2]模拟施工条件好、方法简便、设备投资费用不高。沥青混合料长期老化的方法主要有加压氧化、延时烘箱加热、红(紫)外线处理等。从体现野外条件、程度、易于实施、设备投入不高、可敏感地反映沥青混合料性能的变化等方面,延时烘箱加热[3]是长期老化试验方法中最有效的方法,该方法对沥青混合料施以高温强化手段,以达到沥青加速老化的目的。
老化水平通常分为3个级别,即未老化、短期老化、长期老化。各老化水平的具体室内老化方式及对应的实际路面老化程度模拟水平见表1。
沥青混合料老化评价试验,目前较多采用低温劈裂试验[3]及弯曲试验[4,5],试验的指标涉及劈裂强度、劲度模量、弯拉强度、弯拉应变等。本文针对热老化后混合料试件开展直剪试验和劈裂试验,将粘聚力和劈裂强度作为评价指标,研究纤维沥青混合料的老化性能。
2 原材料及性能
2.1 沥青
采用韩国SK(ASFHALT)AH-70沥青,其技术指标见表2。
2.2 集料
采用的粗集料为花岗岩,细集料为花岗岩和天然砂,矿粉为石磨石灰岩矿粉,密度2.6897 g/cm3,亲水系数0.6681,粗集料的物理性能指标见表3。
2.3 矿料级配
采用AC-5I连续型密级配的沥青砂砾,试验用合成级配见表4。
2.4 纤维
选用木纤维和钢纤维2类纤维,分别制备特定掺量试样,试验情况见表5。
3 热老化试验
在最佳沥青用量下,按照规定的拌合温度拌制沥青混合料,对松散混合料进行如下处理:
(1)将松散混合料置于(135±1)℃的强制通风烘箱内加热,每隔1 h翻拌1次,加热4 h±5 min进行短期老化;
(2)将混合料倒入拌和锅中加热到180℃,拌合均匀,制成标准马歇尔试件;
(3)成型好的试件放置于强制通风烘箱内,加热到85℃进行为期5 d和10 d的长期老化;
(4)经过老化后的试件在室温下冷却5 h以上,进行直剪试验及劈裂试验。
4 直剪试验及分析
将老化后的沥青混合料试件与未老化的基准试件做直剪试验。试验采用应变控制式直剪仪,内径61.8 mm、高20 mm的环刀。在室温20℃下,分别以100、200、300、400 kPa 4级进行压力加载。直剪试验结果见表6。
4.1 老化对纤维混合料粘聚力的影响
由表6可见,在老化初期,粘聚力大小排序为:钢纤维>木纤维>不加纤维;随着老化时间延长,粘聚力均呈上升趋势,在老化5 d后,不加纤维的沥青混合料粘聚力开始下降,掺加木质素纤维和钢纤维的沥青混合料粘聚力仍在增大,增长速率明显减小。
添加纤维的混合料粘聚力明显高于没有掺纤维的试样。由于集料和沥青结合时,极性分子很容易和集料结合。木质素纤维对沥青的吸附作用较强,在混合料中能大量吸附极性分子抑制其挥发。同时,集料与沥青、纤维与沥青的粘结大大减少了沥青与氧气相互作用的机会,最终导致降低各组分向沥青质转化的速率,延缓了老化,表现在物理性能上就是粘聚力增大。在剪力作用下,钢纤维大于380 MPa的抗弯拉强度能提供较高的抗剪强度,粘聚力也随之增大。随着老化时间增长,沥青黏度增大,钢纤维与混合料之间的模量差距缩小,更有利于与纤维粘结发挥纤维的桥接作用及钢纤维的高模量抗剪性能。而未加纤维的混合料,缺乏加筋桥接作用,很容易被剪坏。
图1揭示了纤维在混合料内的阻裂作用机理。纤维散布在混合料中形成网状结构,在很大程度上限制了集料的剪切变形,起到阻变的功能。另外,纤维的加入可以有效地分散荷载,消减应变能,使结构整体性更强,因此纤维混合料的粘结力比普通混合料的要大。
4.2 老化对纤维沥青混合料摩擦角的影响
由表6可见,老化初期,摩擦角相差较大,随着老化时间延长,沥青黏度增大,添加纤维的试样摩擦角开始高于未掺纤维的;当老化达到一定时间,内摩擦角趋于稳定,而且3种试样摩擦角数值相近。
混合料是在最佳沥青用量下进行拌和,沥青饱和度接近,内摩阻力相差不大。随着老化时间的增加,轻质油分逐渐挥发,沥青质含量增加,黏度不断增大。纤维的加入,影响了混合料的内摩阻力,增大了内摩擦角。
5 劈裂试验及分析
将老化后的试件与未老化的混合料试件做常温劈裂试验,结果见表7。
5.1 老化对纤维沥青混合料劈裂强度的影响
由表7可见,沥青混合料的劈裂强度随老化时间的延长均呈增强趋势,且在数值上差异较小。在老化初期,木质素纤维沥青混合料劈裂强度增幅较快;老化5 d后,钢纤维沥青混合料劈裂强度很快接近峰值,而木质素纤维沥青混合料的劈裂强度呈下降趋势。
表7说明,在沥青混合料中添加纤维可以改善混合料的抗拉性能,延长使用寿命。沥青混合料经历高温后,沥青中的轻质油分挥发、氧化以及产生聚合作用等,使得低分子油分含量迅速减少,沥青质含量增加,劈裂强度均有大幅增长;在混合料中掺加了纤维后,纤维在沥青混合料中错综分布,其显著的加筋作用既能抵抗劈裂拉力,又能将拉力传递给周围的集料和粘结沥青,使得集中应力得以释放,表现出较高的劈裂强度。
5.2 老化对纤维沥青混合料劲度模量的影响
表7显示,老化初期混合料破坏劲度模量呈显著的增长趋势,掺加钢纤维前后的沥青混合料劲度模量变化不大,而掺加木质素纤维的混合料随老化时间延长劲度模量变化显著。添加木质素纤维的混合料,老化5 d时破坏劲度模量增长到最高值274 MPa,老化10 d时破坏劲度模量则回落到131 MPa。
沥青混合料老化后,由于轻质成分的挥发、极性物质的氧化和自身的位滞,沥青的黏度增大,变硬,因此破坏劲度增大。老化后,沥青的极性增强,与石料表面的极性物质结合更加紧密,木纤维加入后吸附了大量的沥青,使得沥青质含量增加,劲度模量增大;而钢纤维加入后沥青用量并没有增加,沥青质含量不变,劲度模量变化幅度很小,只是在混合料中发挥其桥接阻裂作用。
6 结语
(1)木质素纤维和钢纤维均可以增强沥青混合料的抗老化性能。木质素纤维具有吸附稳定作用,用于非长期轻载交通路面效果较好;钢纤维具有桥接阻裂、优化路面结构作用,适宜长期重载交通沥青混凝土路面。
(2)老化对沥青混合料的粘聚力和摩擦角都有一定的影响。随着老化时间的延长,尤其是过了5 d之后,其摩擦角变化趋于稳定,变化较小,而不同试样粘聚力变化差异大,因此,以粘聚力作为评价纤维沥青混合料老化性能指标比较合理。
(3)老化后混合料劈裂强度随着老化时间的延长而增大,纤维的加入能够稳定混合料的性能,优化内部配比,提高劈裂强度,钢纤维提高较明显。掺入木质素纤维的沥青混合料由于其较多的沥青含量对沥青混合料的劲度模量提高幅度较高,短期使用效果较好。
摘要：通过直剪试验和劈裂试验研究了纤维类型及老化时间等对纤维沥青混合料抗老化性能的影响。选取路面原材料,设计了无纤维、木纤维、钢纤维混合料对比试验,获取了混合料粘聚力、摩擦角、劈裂强度、劲度模量随老化时间的变化规律,发现随着老化时间增长,添加不同纤维的试样粘聚力差异大,掺入纤维的混合料劈裂强度提高明显,钢纤维具有桥接阻裂作用,更适合于长期重载交通路面的抗老化。
关键词：木纤维,钢纤维,沥青混合料,老化,性能
参考文献
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[4]李宁利,李铁虎,张争奇,等.考虑老化的沥青混合料低温性能[J].河北工业大学学报,2008,37(1):9-14.
改性沥青玛碲脂混合料 篇5
布敦岩沥青 (BRA) 产自南太平洋印度尼西亚苏拉威西省布敦岛 (BUTON) 。BRA是石油在岩石夹缝中经过长达亿万年的沉积变化, 在热、压力、氧化、融媒、细菌的综合作用下生成的沥青类物质。BRA是天然沥青中的一种, 其他天然沥青包括湖沥青、海底沥青等。
由于天然沥青常年与自然环境共存, 性质特别稳定, 且通常具有非常优良的路用性能。天然沥青不直接作为一种沥青使用, 而是作为人工炼制沥青的改性剂少量掺配使用, 形成改性沥青, 使之优良的技术性能得到最大发挥。与SBS等人工改性沥青相比, 天然岩沥青是石油基的固体, 与沥青的相容性非常好, 改性后不离析, 改性后的沥青性质更稳定。大量研究与工程实践表明, 使用天然改性沥青铺筑的沥青路面, 具有高使用寿命、高稳定性、高抗水损与很强的耐微生物侵蚀的能力、很高的抗疲劳强度, 显著改善和提高沥青路面性能。本文对布敦岩沥青及其混合料的性能进行了室内试验研究。
2 BRA沥青分级指标体系的评价
基质沥青采用佛山中油高富石油有限公司的“高富”牌70#沥青, BRA的掺加比例分别为0%、20%、30%、40%、50%、100%。 (本文中的掺加比例均为外掺法, 即BRA掺加量与基质沥青的质量比) 将基质沥青加热到135℃, 手工搅拌10分钟左右, 使BRA均匀的分散在基质沥青中, 避免因BRA含过多的矿物成分而产生离析;然后直接放入170℃烘箱中发育1个小时, 即可浇注沥青试模。
图1、图2结果表明:随着BRA含量的增加, 混和沥青的针入度不断下降, 说明混和沥青的稠度增大, 掺加BRA后能使沥青变硬, 抵抗变型能力有所增强;软化点逐渐升高, 说明岩沥青对提高沥青的热稳定性有积极贡献, 掺量越大, 混和沥青的热稳定性越高。但BRA含有较多的矿物质, 试验结果会受到影响。
3 AC-13C型布敦岩沥青改性沥青混合料路用性能研究
3.1 原材料试验
试验集料选用雷州市草罗岭采石有限公司的玄武岩集料10~15mm碎石、5~10mm碎石、0~5mm石屑。矿粉采用广州市从化吕田石芯碳酸钙粉厂的石灰石矿粉。基质沥青选用佛山中油高富石油有限公司的“高富”牌70#沥青, 相对密度1.029。 (试验结果详见表2、表3)
3.2 AC-13C型沥青混合料级配的确定
根据各种矿料的筛分级配结果, 结合混合料级配要求, 用EXCEL计算各矿料配比组成, 其合成级配见表4、表5。
3.3 最佳油石比的确定
3.3.1 基质沥青混合料油石比的确定
试验采用高富70#沥青, 按3个不同油石比制备试件进行马歇尔试验 (击实温度控制在145~155℃) , 结果见表6。按确定最佳油石比的步骤, 从表7中可以得到:OACmin=4.8%, OACmax=5.1%;a1=5.5, a2=4.5, a3=4.8, 故OAC1=4.9%;OAC2= (OACmin+OACmax) /2=4.9%。综合考虑, 选取最佳油石比OAC为4.9%。
3.3.2 布敦岩沥青改性 (直投法) 沥青混合料油石比的确定
拌合方式:先将未加热的岩沥青和加热到190℃的集料干拌30S, 以使岩沥青均匀分散在矿料中。然后将加热到160℃的AH-70#沥青按照预定用量加入, 拌合90S, 最后加入矿粉, 再拌合90S。所得混合料在170℃恒温, 然后击实75次。 (表7为布敦岩沥青室内试验时的温度控制)
抽提试验表明, 布敦岩沥青中大约含有20%的纯沥青, 其余80%为矿物成分, 所以可以认为BRA岩沥青中含20%纯沥青, 因此计算最大理论相对密度时应转化为实际值。 (表8)
按确定最佳油石比的步骤, 从表9通过作图法可以得到:掺加3%BRA改性沥青混合料最佳油石比为4.73%;掺加4%BRA改性沥青混合料最佳油石比为4.72%。则车辙试验所用级配见表10。
3.4 沥青混合料高温稳定性检验
为了检验沥青混合料的抗车辙能力, 按最佳油石比分别制备标准试件, 在60℃、0.7MPa的试验条件下进行车辙试验, 结果见表11。
3.5 试验结果分析
从表6、表9、表11可知, 采用布敦岩沥青改性的沥青混合料具有优良的使用性能:
⑴马歇尔试验的各项指标都达到规范的要求, 其中, BRA改性沥青混合料的马歇尔稳定度在18k N以上, 远高于规范要求的7.5k N和基质沥青混合料的15.5k N。
⑵高温稳定性好:由表11可知, 掺加3%和4%BRA岩沥青改性沥青混合料车辙结果远大于2800次, 已经满足JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》1-4区改性沥青的技术要求;掺加4%BRA岩沥青改性沥青混合料的动稳定度要比掺加3%BRA岩沥青的大1317次/mm, 从45min车辙变形量来看, 掺加4%BRA改性沥青混合料要比基质沥青混合料和掺加3%BRA改性沥青混合料的车辙变形量要小得多。
4 结论
⑴掺加BRA的基质沥青能随掺量的增大, 针入度不断下降, 软化点逐渐升高, 但BRA含有较多的矿物质, 试验结果会受到影响;
⑵BRA掺加使沥青混合料的马歇尔稳定度明显增大, 得出的结果要比技术规范的≥7.5KN要大很多;
⑶掺加BRA的AC-13C沥青混合料60℃车辙试验结果符合改性沥青的规范要求, 说明布敦岩沥青确实能显著改善和提高沥青路面的高温稳定性能;BRA掺加量为4% (相对于矿物质) 时抗车辙效果最好。
参考文献
[1]JTG F40-2004, 公路沥青路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2004.
[2]JTG E20-2011, 公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京:人民交通出版社, 2011.
改性沥青玛碲脂混合料 篇6
布敦岩沥青产于南太平洋印度尼西亚苏拉威西岛东南部布敦岛, 其形成是由于石油不断地从地壳中冒出, 存在于山体、岩石裂隙中, 经长期蒸发凝固而形成的天然沥青。布敦岩沥青中的矿物质很细, 具有很好的吸收沥青的能力, 能够加强沥青与矿料的粘附作用, 在印尼称为活性剂[1]。布敦岩沥青天然沥青软化点高, 用布敦岩沥青作改性剂的改性沥青具有良好的高温稳定性及低温抗裂性能, 且耐久性好, 故在印尼高速公路、机场跑道和桥面铺装中有着广泛的使用[2,3,4,5]。
近年来, 我国经济的迅速发展带来了交通运输需求的快速增长, 交通量迅猛增长, 载重量和轴重增加, 并有一定的超载现象。我国大部分地区夏季高温, 南方地区多雨, 这些不利的交通荷载条件和气候条件导致我国沥青路面面临严峻考验, 部分沥青路面通车不久就出现了严重的早期破坏, 如车辙、水损害、低温缩裂、坑槽等。
实践证明, 天然岩沥青作为改性剂的改性沥青其高温稳定性、耐老化性, 以及水稳定性都有显著改善, 很大程度上对预防沥青路面病害的出现、提高道路服务水平、延长道路使用寿命都发挥着积极的作用。因此, 作者拟通过室内试验评价不同掺量布敦岩沥青改性沥青混合料的高温稳定性, 并同普通沥青混合料和SBS改性沥青混合料作对比, 为以后布敦岩沥青的应用和研究提供借鉴。
2 原材料
2.1 沥青
本文采用的Budunsel岩沥青各指标试验值见表1。基质沥青 (壳牌A-70#) 各指标试验结果见表2。
2.2 粗、细集料
本文配合比设计采用的角岩粗集料分别是10~20mm、5~10mm碎石;细集料采用的角岩0~3mm石屑, 性能试验结果见表3、表4。
2.3 填料
填料是玄武岩矿粉, 试验结果见表5。
3 AC-20型沥青混合料设计
本研究首先进行基质沥青混合料的配合比设计。选用AC-20矿料级配范围, 矿料比例确定为10~20mm碎石∶5~10mm碎石∶0~3mm石屑∶矿粉∶水泥=50∶14∶30∶4∶2。其中0~3mm石屑100%除尘。
根据设计级配, 首先选择5个沥青含量 (3.66%、4.12%、4.58%、5.03%、5.48%) 成型普通沥青混凝土马歇尔试件。确定最佳沥青用量为4.48%, 即最佳油石比为4.69%, 其目标空隙率为4.5%。
2%、3%、4%掺量的Budunsel岩沥青改性沥青混合料设计采用相同的级配。沥青混合料最佳油石比以及相对应的体积指标汇总如表6所示。同时, 绘制AC-20沥青混合料最佳油石比、沥青运动粘度变化图, 如图1。
图1表明, 随着岩沥青掺量的提高, 沥青混合料最佳油石比先增大后减小, 掺量为4%时, 最佳油石比比普通沥青混合料的最佳油石比还要小, 这可能和Budunsel岩沥青里的沙粒状矿物成分有关, 这种沙粒状物质在混合料压实时能提供较大的润滑作用, 使混合料更易压实;同时, 岩沥青掺量增加时, 岩沥青改性沥青的粘度也随着增加, 沥青由普通沥青的流动状态逐渐转变为粘滞状态。
4 室内试验
本文采用GTM旋转压实剪切系统、车辙试验、单轴贯入试验对AC-20型Budunsel岩沥青改性沥青混合料、AC-20型普通沥青混合料、AC-20型SBS改性沥青混合料的高温稳定性能进行了全面的对比分析。以此研究Budunsel岩沥青的改性效果和最佳掺量。
4.1 GTM试验
本试验GTM试验机设计压强为0.7MPa, 机器角为2°。普通沥青混合料试验温度为148℃, 布敦岩沥青改性沥青混合料试验温度为165℃, 试件成型尺寸为Φ100×100mm[6]。试验采集了一系列力学数据, 如表7所示。
根据试验数据可知, GSI指标满足GTM试验机设计指标要求, 说明本文的沥青混合料级配设计合理, 沥青用量选择适当, 混合料在相应的压实圈数和压实温度下达到稳定状态。GSF指标满足GTM试验机设计指标要求, 且布敦岩沥青改性沥青混合料的GSF数值比基质沥青混合料大, 2%、3%、4%掺量的岩沥青改性沥青混合料GSF较基质沥青混合料GSF分别大1.4%、4.3%、4.3%, 说明岩沥青的掺入, 有利于混合料抗剪强度的提高, 高温稳定性增强, 但布敦岩沥青改性沥青的GSF值较SBS改性沥青混合料GSF值要小, 抗剪强度不如SBS改性沥青混合料。指标还表明, 布敦岩沥青掺量在3%和4%时, GSF值没有变化, 表明其抗剪强度基本一致。
注:GSI为旋转稳定系数;GSF为抗剪安全系数。
根据以上试验数据, 还可以绘制出图2。
图2表明, 随着岩沥青掺量的增大, 压实圈数先减后增, 在掺量为3%时, 混合料是最易压实的;同时GSF曲线表明, 在3%的掺量以内, 混合料的抗剪性能随着掺量几乎成线形增加, 但超过3%时, 其抗剪性能无变化。
4.2 车辙试验
本试验设计试验温度为60℃, 轮胎压力为0.7MPa, 沥青混合料车辙试验结果见表8。
布敦岩沥青改性沥青混合料动稳定度随着岩沥青掺量的提高逐渐增大。添加2%、3%、4%岩沥青的混合料动稳定度分别比普通沥青混合料提高了112%、184%、200%;但与SBS改性沥青混合料仍有较大差距。
4.3 单轴贯入试验
由于GTM设计方法计算得到的GSI、GSF指标是相对系数, 沥青混合料抗剪强度的具体数值无法求得, 本文在GTM的基础上, 采用单轴贯入试验对沥青混合料的抗剪强度进行了试验研究。
研究认为, 单轴贯入试验中试件内部产生的剪切应力分布与实际路面在车轮荷载作用下产生的剪应力分布相似, 甚至可以重合;由于压头直径大大小于试件直径, 在加载过程中周边的材料将形成对压头下圆柱体的侧向约束, 试件破坏意味着约束的破坏, 能够准确反映沥青混合料抗剪强度形成机理;侧向约束的大小与沥青性能和混合料性能密切相关, 贯入压力不同, 所受到的侧向约束也不同, 在这个过程中竖向压力是主动的, 侧向压力是被动的, 竖向压力不同侧向约束也不同。单轴贯入试验方法评价沥青混合料的抗剪强度是合理的, 其受力模式与路面一致, 试验方法简便易操作。与三轴试验相比, 贯入试验能够直接测量沥青混合料的抗剪强度, 数据直观。
本研究采用的试验设备为HYD-25型COOPER材料试验机, 试验参数如下:
加载速率:1mm/min;
加载波形:直线波;
贯入压头直径:28.5mm;
标准试件尺寸:Φ100mm×100mm;
试验温度:60℃, 试件在60℃保温箱中保温4~8h;
试验数据采集:峰值压力;
剪应力系数:τ=0.339。
利用GTM试验机成型布敦岩沥青改性沥青混合料试件, 并采用单轴贯入试验测量了混合料的抗剪强度, 试验结果见表9。
与普通沥青混合料相比, 岩沥青提高了沥青混合料的抗剪强度, 并且随着岩沥青掺量增加抗剪强度随之增长, 意味着沥青混合料的抗车辙能力在逐渐增强, 掺量在3%增加到4%时, 抗剪强度仅增加0.02MPa, 即抗车辙能力增加不明显。同时, 布敦岩沥青改性沥青混合料抗剪强度较SBS改性沥青混合料抗剪强度要低。
5结语
(1) 不同掺量布敦岩沥青混合料GSF指标均满足GTM试验机设计指标要求, 且比普通沥青混合料大, GSF随岩沥青掺量的提高而变大, 当掺量达4%时, GSF不再增大, 说明Bundunsel岩沥青混合料有良好的抗高温性能, 且存在一个最佳掺量。
(2) 与普通沥青混合料相比, 岩沥青提高了沥青混合料的抗剪强度, 并且随着岩沥青掺量提高抗剪强度增大, 意味着沥青混合料的抗车辙能力在逐渐增强, 当岩沥青掺量由3%增加到4%时, 其抗车辙性能增加不明显。
(3) 基于不同掺量下AC-20沥青混合料各性能指标的变化规律, 推荐Busunsel岩沥青掺量为3%。
摘要：为研究布敦岩沥青改性沥青混合料的高温稳定性, 分别对掺0、2%、3%、4%的布敦岩沥青改性沥青混合料进行了配合比设计, 采用GTM旋转压实剪切系统、车辙试验、单轴贯入试验对AC-20型布敦岩沥青改性沥青混合料进行了试验研究, 并与普通沥青混合料和SBS改性沥青混合料进行性能对比。结果表明, 布敦岩沥青改性沥青混合料具有良好的高温稳定性, 布敦岩沥青的最佳掺量为3%。与普通沥青混合料相比, 岩沥青提高了沥青混合料的抗剪强度, 并且随着岩沥青掺量提高抗剪强度增大。
关键词：布敦岩沥青,改性沥青,高温稳定性,抗剪强度
参考文献
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[4]刘树堂, 杨永顺, 房建果等.布敦岩沥青改性沥青混合料试验研究[J].同济大学学报 (自然科学版) , 2007, 35 (3) :351-355.
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