改性沥青混合料的低温性能试验
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收稿日期:2005204226基金项目:国家西部交通建设科技项目(200131800019)作者简介:张宜洛(19662),男,河南偃师人,副教授,博士研究生.第26卷 第4期2006年7月长安大学学报(自然科学版) Journal of Chang πan University (Natural Science Edition )Vol.26 No.4J ul.2006文章编号:167128879(2006)0420035205沥青混合料的基本参数对其高低温性能的影响张宜洛,郑南翔(长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安710064)摘 要:沥青混合料的结构和参数决定了沥青路面的路用性能。
将沥青类型、级配、级配的4.75mm 、2.36mm 的通过率以及粉油比等作为沥青混合料的基本参数,从混合料的宏观特点出发,用试验的方法揭示各项基本参数对混合料高低温性能的影响及变化规律。
结果表明:沥青的变化和结构的调整对其温度稳定性影响相当大;随着4.75mm 通过率和2.36mm 通过率的增大,沥青混合料的高低温性能趋差;粉油比应在不同类型中加以综合考虑。
关键词:道路工程;沥青混合料;基本参数;高温稳定性;低温抗裂性能中图分类号:U414.75 文献标识码:A Influence of basic parameters on high and low temperatureperformances of bituminous mixtureZHAN G Y i 2luo ,ZH EN G Nan 2xiang(Key Laboratory for Special Area Highway Engineering of Ministry of Education ,Chang ’an University ,Xi ’an 710064,Shaanxi ,China )Abstract :The parameters and struct ure of bit uminous mixt ure determine t he performances of as 2p halt pavement.Taking t he types of asp halt ,t he grade of mixt ure ,t he 4.75mm passing percent 2age ,t he 2.35mm passing percentage ,and t he ratio of powder to oil as t he basic parameters ,a lot of test s are carried out to reveal t he influence of t ho se basic parameters on t he performances of as 2p halt pavement at low and high temperat ure.The result s show t hat t he types of asp halt and t he change of mixt ure st ruct ure have a great influence on t he performances of pavement.Wit h t he in 2crease of 4.75mm and 2.35mm passing percentage ,t he performances of bit uminous mixt ure will dicrease ;t he influence of t he ratio of powder to oil must be considered in different struct ure.1tab ,12figs ,6ref s.K ey w ords :road engineering ;bit umino us mixt ure ;basic parameters ;stability at high tempera 2t ure ;anti 2cracking ability at low temperat ure0 引 言沥青路面的路用性能是由沥青混合料内部的材料及其结构属性所决定的,由于某些因素的变化而出现不同的路用性能表现形式,形成了不同的沥青混合料类型[1]。
沥青混合料低温稳定性实验方案一、实验方法选择对于沥青混合料低温性能的评价有多种方法 ,常见的有劲度模量法、低温收缩系数法、低温蠕变速率法、美国 SHRP计划采用的J 积分试验法及直接冻断试验方法等1、劈裂试验S T =P T(0. 27 + 1.0μ)/ h X Tμ = (0.135A - 1. 794)/ (- 0. 5A - 0.031 4)X T = Y T (0.135 + 0.5μ)/ (1.794 - 0.031 4μ)X T = Y T(0.135 + 0.5 )/ (1.794 - 0.031 4 )式中: S T为破坏劲度模量;μ为泊松比; Y T为试件相应于最大破坏荷载时的垂直方向总变形 ,mm; A 为试件垂直变形与水平变形的比值(A = Y T / X T) ;h为试件高度 ,mm.从上述S T的计算公式可以看出 ,其值大小实际反映的是应力与应变的比值 ,是反映材料刚度大小的指标.而沥青混合料在抵御开裂时 ,应力水平和应变水平是同时反应抗开裂性能的指标 ,用其比值衡量抗开裂性能显然是不恰当的 ,目前这种方法已不常采用。
2、沥青混合料弯曲蠕变试验(现规范推荐方法)沥青混合料弯曲蠕变试验用于评价沥青混合料低温下的变形能力和松弛能力。
但在低温弯曲蠕变试验中应力水平的选择非常重要, 对于使用原状沥青及空隙率小的混合料可以采用“八五”攻关提出的 0℃、1M Pa 应力水平的试验条件, 但对于改性沥青及空隙率大的混合料使用这一应力水平,采用0. 1σf的应变水平。
应该注意的是由于沥青在加热及路面使用过程中必然发生老化 , 并影响混合料的低温柔性 , 所以该指标仅适用于配制的新拌沥青混凝土配合比检验。
3、低温收缩试验该指标实际反映的是在无约束条件下混合料试件自由伸缩 ,应变随温度梯度变化的情况 ,反映了混合料受温度影响在形变方面的性能 ,当受到约束时其抵御形变应力的能力没有得到反映.因此以温度收缩率的大小来判定混合料的抗开裂性能 ,是不够全面的。
《沥青结合料流变性能与低温性能研究》篇一一、引言沥青结合料是道路工程中重要的材料之一,其性能的优劣直接关系到道路的使用寿命和行车安全。
流变性能和低温性能是沥青结合料性能的两大重要指标。
本文将对沥青结合料的流变性能和低温性能进行研究,为道路工程中选用合适的沥青结合料提供理论支持。
二、流变性能研究1. 流变性能概述流变性能是指沥青结合料在受力作用下的变形和流动特性。
流变性能的好坏直接影响到沥青混合料的施工性能和使用性能。
因此,对沥青结合料的流变性能进行研究具有重要意义。
2. 实验方法本文采用动态剪切流变仪(DSR)对沥青结合料的流变性能进行测试。
通过改变温度和剪切速率,得到沥青结合料的流变曲线,进而计算其流变参数。
3. 实验结果与分析通过DSR实验,我们得到了沥青结合料在不同温度和剪切速率下的流变曲线。
结果表明,随着温度的升高和剪切速率的增大,沥青结合料的流变性能逐渐增强。
此外,我们还发现不同种类的沥青结合料在相同条件下的流变性能存在差异。
三、低温性能研究1. 低温性能概述低温性能是指沥青结合料在低温环境下的抗裂性和韧性。
对于北方地区的道路工程,低温性能尤为重要。
因此,对沥青结合料的低温性能进行研究具有重要意义。
2. 实验方法本文采用弯曲梁流变仪(BBR)对沥青结合料的低温性能进行测试。
通过测量沥青结合料在不同温度下的弯曲蠕变劲度模量和蠕变柔量,评价其低温性能。
3. 实验结果与分析通过BBR实验,我们得到了沥青结合料在不同温度下的弯曲蠕变劲度模量和蠕变柔量。
结果表明,随着温度的降低,沥青结合料的低温性能逐渐降低。
此外,我们还发现不同种类的沥青结合料在相同条件下的低温性能存在差异。
通过对比分析,我们可以为道路工程中选用具有较好低温性能的沥青结合料提供依据。
四、结论与建议通过对沥青结合料的流变性能和低温性能进行研究,我们得到以下结论:1. 沥青结合料的流变性能和低温性能受到多种因素的影响,包括温度、剪切速率、沥青种类等。
沥青混合料低温性能评价指标的研究摘要:我国沥青混合料低温抗裂性能的主要评价指标是低温弯曲试验的破坏弯拉应变和弯拉强度,但平行试验很可能出现破坏弯拉应变较接近而弯拉强度相差较大的矛盾结果。
本文基于低温弯曲试验,采用单位体积破坏能和弯曲系数来评价沥青混合料的低温性能,能避免使用单一指标破坏应变相差较大的情况,且能利用弯曲系数预测混合料抵抗低温的能力。
关键词:低温评价指标破坏能弯曲系数0引言目前,我国主要用低温弯曲试验评价沥青混合料的低温性能,在低温条件(-10℃)下对小梁施加跨中荷载直至断裂,得到荷载与跨中挠度关系曲线,以破坏弯拉应变作为评价指标,但采用单一评价指标很有可能出现平行试验中破坏弯拉应变较接近而弯拉强度相差较大的矛盾结果。
针对低温弯曲试验方法的不足,本文从能量的角度对沥青混合料进行了粘弹性分析,由低温弯曲试验得到的应力-应变曲线,回归出沥青混合料的单位体积破坏能,用破坏能和弯曲系数作为沥青混合料的低温抗裂性能评价指标。
1矿料级配本文采用ac-16型沥青混合料,沥青为壳牌70#,集料采用石灰岩,各筛孔的通过率见表1。
表1 ac-16各粒径通过筛孔百分率2基于低温弯曲试验的评价指标试件尺寸:40mm×40mm×250mm小梁,跨距200mm,单点跨中加载,试验在mts810闭环液伺服试验机上进行,加载速率为50mm/min。
由弯曲试验的荷载-跨中挠度曲线可以得到弯曲破坏荷载、破坏时的挠度,计算出试件的抗弯拉强度、梁底破坏弯拉应变以及破坏时的弯曲劲度模量,并确定小梁试件在破坏时的单位体积破坏能。
2.1单位体积破坏能不同沥青混合料具有不同的能量储存能力,称为破坏能。
沥青混合料试件达到破坏时所消耗的能量与其抗裂性能有较好的关联性,消耗的能量越大,抗裂性能就越好。
根据破坏能的定义,单位体积的破坏能可以表示为:(2-1),其中表示破坏能;εc为应力达到峰值时的应变。
因此,可根据应变能(wε)是否大于材料的破坏能()来判断沥青混合料是否发生低温开裂。
建筑材料学报JOURNAL OF BUILDING MATERIALS第!4卷第1期2021 2Vol. 24,No. 1Feb. .2021文章编号:1007-9629(2021)01-0131-07TB 胶粉复合SBS 改性沥青及混合料的低温性能张家伟】,黄卫东】,吕泉】,关维阳2(1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海201804;2.中国建筑第八工程局有限公司,上海200135)摘要:通过小梁弯曲蠕变试验(BBR )以及半圆弯拉试验(SCB ),对不同TB 胶粉掺量和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)掺量的TB 胶粉复合SBS 改性沥青及其混合料的低温性能进 行研究,并对其低温性能指标进行相关性分析.结果表明:与基质沥青相比,TB 胶粉改性沥青具有优异的低温性能,且随着TB 胶粉掺量的增加,其低温PG 分级温度下降,沥青低温应力变小,混合料低温抗裂性增强;TB 胶粉复合3 %SBS 改性沥青及其混合料的低温性能高于基质沥青,且随着TB 胶粉掺量的增加,其低温性能改善效果较为显著,但低于相应掺量的TB 胶粉改性沥青;随着SBS 掺量的增加,10%TB 胶粉复合SBS 改性沥青的低温性能变化不明显,混合料的低温抗裂性变差;TB 胶粉改性沥青的低温PG 分级可以很好地反映沥青及其混合料的低温性能, 而TB 胶粉复合SBS 改性沥青不能通过单一的PG 分级来评价其低温性能,需要结合其他指标共同评价.关键词:TB 胶粉;SBS ;低温;小梁弯曲蠕变试验;半圆弯拉试验中图分类号:U414 文献标志码:A doi :10. 3969/j. issn.1007-9629. 2021. 01. 018Low Temperature Performance of TB Crumb Rubber CompositeSBS Modified Asphalt and MixtureZHANG —73— , HUANG Wetdon g 1 , LUQuan 1 , GUAN Wetyan g 2(1.TheKeyLaboratoryofRoadandTra f icEngineering,MinistryofEducation,TongjiUniversity,Shanghai201804,China;2.ChinaConstructionEighthEngineeringDivisionCo.,Ltd.,Shanghai200135,China)Abstract : Bending beam rheometer test(BBR) and semi-circular bend test(SCB) were conducted to studythelowtemperatureperformanceofterminalblend(TB)crumbrubbercompositestyrene-butadiene-sty- rene(SBS) modifiedasphaltanditsmixturewithdi f erentcontentsofTBcrumbrubberandSBS.Thecor-relation of di f erent low temperature performance indexes was analyzed.The results show that comparedwith the matrixasphalt, TB crumb rubber modifiedasphalthasexce l entlow-temperatureperformance,andwiththeincreaseoftheTBcrumbrubbercontent,thelowtemperaturePGofTBcrumbrubbermodi- fiedasphaltdecreases,thethermalstressofasphaltdecreases,andthelowtemperaturecrackresistanceofmixtureisenhanced;thelowtemperatureperformanceofTBcrumbrubbercomposite3% SBS modified asphaltanditsmixtureisbe t erthanthatofmatrixasphalt,andwiththeincreaseoftheTBcrumbrubbercontent,theimprovemente f ectoflowtemperatureperformanceofcompositemodifiedasphaltismoresig-nificant,butisnotbe t erthanthatwiththecorrespondingcontentofTBcrumbrubbermodifiedasphalt; with the increase of SBS content, the low temperature performance of 10%TB crumb rubber composite收稿日期:2019-09-02 ;修订日期:2019-11-29基金项目:国家自然科学基金资助项目#1778481,51978518,51908426)第一作者:张家伟#993—),男,河南信阳人,同济大学博士生.E-mail : jiaweizhang@tongji. edu. cn通讯作者:吕 泉#991—),男,浙江义乌人,同济大学在站博士后,博士. E-mail : 1991 lvquan @tongji. edu. cn132建筑材料学报第24卷SBS asphalt does not change significantlyNand the low temperature crack resistance of the mixturebe- comes poor; the low temperature PG grade of TB crumb rubber modified asphalt can well reflect the low temperature performance of asphalt and its mixture, while the low temperature performance of TB crumbrubber composite SBS modified asphalt can't be evaluated by a single low temperature PG index, which needs to be evaluated together with other indexes.Key words : TB crumb rubber ; SBS ; low temperature ; BBR ; SCB低温开裂是沥青路面的主要病害之一,在中国 北方地区,冬季气温通常在0 f以下,随着温度的下 降,沥青路面内部的低温应力迅速累加直至超过混 合料的强度从而发生开裂.在沥青混合料中,集料的 温缩系数远远小于沥青,故普遍认为沥青混合料低 温性能的80%由沥青的低温性能决定*1+.因此,在 实际工程应用中,一般通过改善沥青的低温性能来 提高混合料的低温抗裂性.TB 胶粉改性沥青(MA-TB )是特殊的橡胶粉改 性沥青⑵,TB胶粉在高温条件下发生脱硫反应,快 速分解并与沥青融合,形成的改性沥青外观与普通 改性沥青无异,可以均匀存储和工厂化生产.研究表 明[35],TB胶粉改性沥青具有良好的低温性能和耐 疲劳特性,但高温性能较差,因此通常与苯乙烯-丁 二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS )进行复合改性来提 升沥青混合料的路用性能.TB 胶粉复合SBS改性 沥青混合料的疲劳性能要优于SBS改性沥青以及 橡胶沥青混合料*6+,TB 胶粉复合SBS改性沥青的 低温PG分级温度也显著低于其他种类的改性沥 青7.魏相荣8研究发现TB 胶粉和SBS复合改性 沥青后,其混合料的高温稳定性、低温抗裂性以及疲 劳性能均优于TB 胶粉改性沥青和SBS改性沥青混 合料.董瑞琨等9的研究结果也显示出TB胶粉复 合SBS 改性沥青比SBS 改性沥青具有更好的疲劳 自愈合性能.但目前关于TB 胶粉复合SBS 改性沥 青的研究大多侧重于与其他种类改性沥青进行性能 对比,复合改性过程中TB 胶粉和SBS 掺量对沥青 及其混合料性能影响的相关研究较少.目前对沥青低温性能的评价,国内外较为主流 的评价指标是低温延度试验、测力延度试验以及SHARP 推荐的低温PG分级*10+.这些指标给出的 是沥青在某一特定条件下的试验结果,虽然能区分 不同沥青低温性能的优劣,但沥青路面的低温开裂 是由于温度下降,混合料内部应力缓慢集中而发生 开裂的过程,其无法模拟降温过程中沥青内部实际 的受力情况.对沥青混合料低温性能的评价,最常见的方法是通过低温小梁弯曲蠕变试验(BBR )得到其弯曲蠕变劲度,该方法较为简单,但评价指标也较为单一,无法评价路面开裂后的裂缝发展情况.本文制备了不同TB 胶粉掺量和SBS 掺量的TB 胶粉复合SBS改性沥青,通过BBR研究了其低 温流变特性,探究了在温度下降过程中,沥青内部低温应力的变化情况;通过半圆弯拉试验(SCB )研究 了 TB 胶粉复合SBS改性沥青混合料的低温抗裂性 能;系统地评价了 TB 胶粉掺量和SBS掺量变化对TB 胶粉复合SBS改性沥青及混合料低温性能的影 响,并对其低温性能指标进行相关性分析.1试验1. 1原材料1.1.1 改性沥青沥青为埃索70.基质沥青(E70);TB 胶粉为江 阴产橡胶粉,粒径为0.6 mm ;SBS 为岳阳石化公司生产的线型SBS.改性沥青的制备工艺为:将TB胶粉加入到基质沥青中,在220 f 下高速剪切16 h 以 上,制备TB 胶粉掺量"为20 %的TB 胶粉改性沥青(20TB ),其他掺量TB 胶粉改性沥青则通过在20TB 中添加基质沥青稀释后得到;TB 胶粉复合 SBS 改性沥青则通过向175 fTB 胶粉改性沥青中加入一定量的SBS,搅拌1 h 后制得.改性沥青的配合比及基本性能指标如表1所示.文中:MA-TB +3SBS 表示SBS 掺量为3%的TB 胶粉复合SBS 改性沥青;MA10TB+SBS 表示TB 胶粉掺量为10% 的TB 胶粉复合SBS 改性沥青.1. 1. 2改性沥青混合料粗集料为玄武岩,细集料为石灰岩,矿粉为石灰 岩矿粉,混合料选用AC-13级配,设计孔隙率为4%(体积分数),选用马歇尔设计方法,确定最佳油石比为0.049,混合料的级配如表2所示.1.2试验方法1.2.1 BBR 试验按照 ASTM D6648—2016《Standard test method1)文中涉及的掺量、油石比等除特殊说明外均为质量分数或质量比.第1期张家伟,等:TB胶粉复合SBS改性沥青及混合料的低温性能133表1改性沥青的配合比及基本性能指标Table1Mixproportionsandbasi.performan.eparametersofmodifiedasphaltsAsphalt 3(TB)/w(SBS)/%%Penetration()/Softening((25f)/)point/f(0.1mm)Ductility(5f)/cmE70006450.93SBS034573.948.05TB507151.35TBl3SBS535852.448.0 10TB10010350.912.310TBl2SBS1027051.753.010TBl3SBS1036856.253.010TBl4SBS1046559.754.0 15TB15011550.727.015TBl3SBS1537355.352.0 20TB20012050.530.020TBl3SBS2037061.558.0表2改性沥青混合料的级配Table2Gradation of modified asphalt mixture1613.29.5 4.752.361.180.60.30.150.075 mm 1.2.2SCB试验采用预先开缝的圆盘形试件进行SCB试验.试件尺寸为0150X110mm,通过旋转压实成型.采用控机床圆试件度为25mm圆,圆开,并跨进行开缝,缝深7)为12.7、25.4、381mm.试验温度为—18f,设置3组平行试验,结果取平均值.加载前将试件置于一18f箱进行保温,试验开始时取并放置于UTM100仪器上进行加载.为保证开裂速度均匀,根据预试验及文献调研,加载速率定为0.5mm/min,跨径为120mm.SCB试验荷载-位移曲线见图1.C7(area withshadow)Peak of loading100.096.475.547.134.724.817.612.48.9 6.2(by mass)%0Displacement/mmfordePerminingPheflexuralcreepsi f nessofasphal binder using the bending beam rheometer(BBR)),采用Cannon弯曲梁流变仪进行BBR试验.采用压老化试验(PAV)后的沥青进行试验,设置平行试验2组,结果取平均值.分别加载8、15、30、60、120)40s,沥青小梁试件的弯曲蠕变劲度S,为::4,,()式中:P为跨中加载力;L为跨径S为小梁试件宽度;,为小梁试件厚度为t时刻的跨中挠度.取60s时的S60和蠕变曲线斜率960作为评价指标,并以S60<300MPa和960$0.3作为控制指标进行PG分级的划分.根据ASTM D6816-11《Standard practice for determining low-temperature performance grade (PG)of asphalt binders/首先通过Christensen-Anderson-Marasteanu(CAM)模型构建弯曲蠕变劲度主曲线,然后采用Hopkins and Hamming方法将弯曲变度曲线模曲线,后完应力计算.假设从0°C开始降温,降温速率1°C/h,终点为一45°C,线膨胀系数a为0.00017,度不断下降的情况下沥青内部产生应力.图1SCB试验荷载-位移曲线Fig1Load-displacementcurveofSCBtest采用应变能释放速率1c值来评价混合料的低温抗裂性能,1c值与现场开裂率有很好的相关性*5〕,通常沥青混合料的1c值大,表]裂性能越好.1c值不同缝深下SCB试验的应变能密度U(见图1)来计算:2结果与讨论2.1BBR试验2.1.1低温PG分级图2为改性沥青的低温PG分级结果.由图2可见:(1)对于TB胶粉改性沥青,TB胶粉的掺量越高,沥青PG分级温度,表明TB胶粉的加入改善沥青低温性能.(2)对于SBS掺量3%的TB胶粉复合SBS改性沥青:随着TB胶粉掺量的增加,TB胶粉复合SBS改性沥青的低温PG 级温度;当TB胶粉5%增加到10%时,改性沥青PG分级温度;当TB 胶粉大于10%时,改性沥青PG分级温度比近.说明在TB胶粉高时,SBS的加134建筑材料学报第24卷图2改性沥青 PG 分级结果Fig.2 LowPemperaPurePGclassificaPionresulPsofmodifiedasphalPs入对沥青低温PG 分级的改善效果并不显著• (3)对TB 胶粉10%的TB 胶粉复合SBS 改性沥青,随着SBS 加,改性沥青 PG 分级度比近,呈 后趋势,由此可见 SBS TB 胶粉改性沥青 性 改善并不还会TB 胶粉改性沥青 性能.2.1.2 应图S 为改性沥青的低温应力曲线.由图S 可见:度,沥青内部产生应力逐渐增大;随着TB 胶粉加,相同温度下改性沥青应力逐渐 ,度较大;在一S0°C时,基质沥青的低温应力明显高于TB 胶粉改性沥 青,不同TB 胶粉TB 胶粉改性沥青 应力比 近,说明TB 胶粉的加入对沥青 性能的改 善;对于TB 胶粉复合3%SBS 改性沥青,加入TB 胶粉后,沥青应 10%TB 胶粉复合3%SBS 改性沥青 应 ,TB 胶粉 大于10%时,沥青应 大,这说明加入3%SBS 后,TB 胶粉掺量不宜太高;对于10%TB 胶粉复合SBS 改性沥青,可以 几种沥青的低温应力曲线 比较接近, 了复合改性后,SBS 对沥青 i 温0 5 0 5 03.22 L Lo.EdlAlyssu il sl E u n u q l50302010o%0.55 o.E d w /s s u h sl e u uCD q H5 O2 2■-3SBS一 ■▲ 5TB+3SBS ♦ 10TB+3SBS ■• 15TB+3SBS ■-20TB+3SBS30-20OO Temperature/Temperature/T (a) MA-TB(b) MA-TB+3SBSE d l w s sCD h sIEULI1.61.41.21.00.80.60.40.20-10TB -50 -40 -30 -20 -10Temperature/(c) MA-10TB+SBS图3改性沥青的低温应力曲线Fig.3 ThermalsPresscurvesofmodifiedasphalPs由图3还可见:加入TB 胶粉后沥青的低温应;20%TB 胶粉改性沥青应 I基质沥青的30%,卩 度;加入3%SBS 后,随着TB 胶粉加,改性沥青的低温应 了 后增加的趋势;对于10%TB 胶粉改性沥青,随着SBS 加,沥青的低温应后增加的趋势,但变化幅度并不大.从低温应力结果来看,10%TB 胶粉复合3%SBS 改 性沥青复合改性方案•2. 2 SCB 试验对s 种缝深试件的应变能密度U 进行线性拟合,得到人值,改性沥青混合料 SCB 试验结果见表s.由表s 可见! TB 胶粉掺量的 加,TB 胶粉改性沥青混合料的1c 值之增第1期张家伟,等:TB 胶粉复合SBS 改性沥青及混合料的低温性能135加,表明其低温抗裂性变好;TB 胶粉掺量为20% 时,改性沥青混合料的1c 值很大, 其低温抗 裂性改善效果 ;对TB 胶粉复合3%SBS改性沥青来说,TB 胶粉掺量的增大使改性沥青 混合料的1c 值提高)裂性能提升;在10%TB 胶粉改性沥青 加不同掺量的SBS,少量的 SBS (2%% 改性沥青混合料的1c 值增大,其低温抗裂性有一定的提高,而随着SBS 掺量的增加,混合料的1c 值 , 裂性变差.加入SBS 后,随着SBS加,混合料的裂性能逐渐下降,PG 分级变化趋势截然相反,说TB 胶粉复合SBS 改性沥青,沥青 性能优劣并不能代表混合料的裂性 .表3 改性沥青混合料的低温SCB 试验结果Table 3 Low temperature SCB test results of modified asphalt mixtures+/BJ7=12. 7 mm 7 = 25. 4 mm7 = 38. 1mmRegression equation1cAsphaltE700.770.470.15夕/25 = —0. 976x 10. 043 3,B : = 0. 999 90.983 SBS 1.080.520.16y /25 = —1. 442x 10- 060 2B : = 0- 983 7 1.445 TB 1.230.880.21y /25 = —1. 617x 10. 072 0B : = 0. 970 51.625TB13SBS1.170.630.30g/25 = —1. 382x 10. 063 2,B : = 0. 982 71.3810TB 1.59 1.020.17y /25 = —2. 231x 10. 093 8B : = 0. 986 7 2.2310TB12SBS 2.281.610.22y /25 = —3. 246x 10. 137 4,B : = 0. 961 5 3.2510TB13SBS 1.660.620.33y /25 = —2. 087x 10. 087 9B : = 0. 904 5 2.0910TB14SBS1.190.910.00y /25 = —1. 872x 10. 075 5,B : = 0. 913 7 1.8715TB 2.380.650.47y /25 = —3. 014x 10. 123 2B : = 0. 822 0 3.0115TB13SBS1.890.330.44y /25 = —2. 273x 10. 093 3,B : = 0. 693 6 2.2720TB 4.891.510.83y /25 = —6. 387x 10. 258 7,B : = 0. 871 7 6.3920TB13SBS3.51 1.110.35y /25 = —4. 976x 10. 192 7B : = 0. 917 84.982.3低温指标相关分析沥青 PG 分级是现行评价沥青低温性能最常用的指标, 沥青的低温应力、混合料的1c值进行相关性分析,结果如图4、5所示.由图4)可 见:TB 胶粉改性沥青PG 分级温度 ;低温应力存在很强的线性相 系,与混合料1c 值 :一定线性相系,即TB 胶粉改性沥青的PG 级温度可以 沥青及混合料性能,沥青PG 分级温度 ,低温应力越小,其混合料的1c 值越大,低温抗裂性越小;TB 胶粉复合3%SBS 改性沥青PG 分级温度与其低温应力以及混合料1c 值的相关系数均比较低,但随着沥青低温PG 分级温度的变化,其低温应混合料1c 值的变化趋势 TB 胶粉改性沥青相同, 复合改性沥青 PG 分级温度在一定程度上也能反应沥青混合料 性能的优劣;10%TB 胶粉复合SBS改性沥青 PG 分级温度与低温应力之间的相性很低,混合料1c 值 相关性很高.有趣的是,线性相 结果显示,随着10%TB 胶粉复合SBS 改性沥青PG 分级温度的变化,其低温应力与混合料1c 值的变化趋势与TB 胶粉改性沥青以及TB 胶粉复合3%SBS 改性沥青的变化趋势0-----------------------35 -30 -25PG/t3.02.52.01.51.00.5./巧=0.180 lx+6.901 41^=0.998 5T h e r m a l s t r e s s /M P aP L L N2 b i o I a o ui •一一•• ” —* •尸0.077 4x+3.7047?=0.71T h e r m a l s t r e s s /M P ao O i i 4b o0----------------------------------35 -30 -25 -20PG/tj=-0.023 5x+0.642 2用=0.012 80----------------------------------35 -30 -25 -20PG/t(a) MA-TB (b) MA-TB+3SBS(c) MA-10TB+SBS图4低温PG 分级与低温应力的相关性分析Fig. 4 Relationship between low temperature PG and thermal stress-207.06.05.0『°3.02.01.00-35-30 -25 -20PG 代(a) MA-TB 、、、、^=-0.468 3x-10.89• '、、、、疋=0.767 16.05.04.0Y 3.02.01.00-35-30 -25 -20PG/P(b) MA-TB+3SBS• ^=-0.270 8X-5.153 4j^=0.505 63.53.02.5严1.51.00.50-35-30 -25 -20PG/P(c) MA-10TB+SBS/>=0.860 7x+27.93t疋=0.901 8图5低温PG 与应变能释放速率的相关性分析Fig5 RelationshipbetweenlowtemperaturePGand 1c value相反,即较低的低温PG 分级温度反而会使得沥青低温应 高,混合料的1c 值更小/ 裂性变差.因此对TB 胶粉复合SBS 改性沥青来说,SBS 的 入使沥青体系变加复杂,低温PG 分级不能反映实际复合改性沥青 混合料裂性能,需要用其他指标 性能进行综合评价.3结论(1) 与基质沥青相比,TB 胶粉改性沥青具有优异的低温性能, TB 胶粉掺量的增加,TB 胶粉改性沥青的低温PG 分级温度下降,沥青低温应变小,混合料应变 放速率1c 值大 温抗裂性增强.(2) TB 胶粉复合3%SBS 改性沥青及其混合料的低温性能高于基质沥青,且随着TB 胶粉:的 增加,复合改性沥青性能改善效果,显著,但 相应TB 胶粉改性沥青.(3) )SBS 掺量的增加,10%TB 胶粉复合SBS 改性沥青性能变化并不明显,而其混合料 1c 值变小$裂性 变差/(4) TB 胶粉改性沥青的低温PG 分级可以很好地反映沥青 混合料 性能,而TB 胶粉复合SBS 改性沥青不能通过单一的PG 分级来评价其性能,需要结合其他指标共同评价.参考文献:[1]BOULDIN M G, DONGRE R, ROW G M, et al. 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改性沥青混合料的低温性能试验
作者:张波周斌
来源:《中小企业管理与科技·下旬刊》2011年第09期
摘要:改性沥青在低温状态时,加不同剂量的添加剂时耐穿透力、撕裂能力的不同。
关键词:改性沥青聚苯乙烯穿透力撕裂能力
1 实验一:通过对改善沥青中掺入回收聚苯乙烯料的量对改性沥青在不同温度下的影响
实验目的:通过对改善沥青中掺入回收聚苯乙烯料的量对改性沥青在不同温度下耐穿透力、耐撕裂能力、粘度的影响,比较出不同掺入量在各方面综合质量的强弱。
针对改性沥青的这些特点以及影响改性沥青抗低温性能的因素做出了以下的研究实验。
试验方法:
1.1 加入3%、5%、7%、9%的聚苯乙烯料抗拉力的测定。
设定加入3%的聚苯乙烯料的改性沥青为A1,加入5%的聚苯乙烯料的改性沥青为A2,加入7%的聚苯乙烯料的改性沥青为A3,9%的聚苯乙烯料的改性沥青为A4。
采用4块两两相对的金属铁板,其面积为50*50*50cm的抗拉力板备用。
用相同的传统沥青为材料,在三份等量的传统沥青中分别加3%的聚苯乙烯料、5%的聚苯乙烯料、7%的聚苯乙烯料、9%的聚苯乙烯料,在制作A1、A2、A3、A4的时候采用相同的工艺,花费相同的时间,准备原料到此为止。
将A1、A2、A3、A4分别夹在已经准备好的抗拉力板中,将温度设定在10℃,利用压力器压制A1、A2、A3、A4的组合版30小时,压力设定为20吨,30小时后测定A1、A2、
A3、A4的厚度。
然后再分别在0℃、-10℃、-20℃、-30℃的温度下分别测定A1、A2、A3、A4的厚度变化,以此来测定在不同温度下,加入不同剂量的聚苯乙烯料的时候抗拉力能力的不同,以下为实驗的厚度测定结果:
1.2 加入3%、5%、7%、9%的聚苯乙烯料耐撕裂能力的测定。
设定加入3%的聚苯乙烯料的改性沥青为B1,加入5%的聚苯乙烯料的改性沥青为B2,加入7%的聚苯乙烯料的改性沥青为B3,9%的聚苯乙烯料的改性沥青为B4。
用同一个款式的搅拌机将面积为50*50*50cm的实验材料分别在10℃、0℃、-10℃、-20℃、-30℃搅拌1个小时,测定被搅拌后的B1、B2、B3、B4的粉碎系数,以此来测定不同温度下加入不同量的聚苯乙烯料的改性沥青的耐撕裂能力。
以下为不同温度下搅拌1个小时B1、B2、B3、B4的搅拌后的粉碎1.3 加入3%、5%、7%、9%的聚苯乙烯料粘度的测定。
设定加入3%的聚苯乙烯料的改性沥青为A,加入5%的聚苯乙烯料的改性沥青为B,加入7%的聚苯乙烯料的改性沥青为C,9%的聚苯乙烯料的改性沥青为D。
因为沥青的变化规律在非线性粘度范围内比较复杂,而在线性范围内研究会使试验简单化,保证试验数据的重复性的同时减少了变量和数学描述,提高了试验效率。
因此各种粘度函数应该限定在线性粘度范围内。
本试验采用的仪器是动态剪切流变仪,用来测定沥青的动态粘度性能,以正弦应力为仪器的荷载,这种加载方式较好地模拟了沥青路面在承受车辆行驶时车轮瞬时施加的负载和重复负载。
首先进行应变扫描试验以确定沥青的线粘度范围。
加载时间为5min,实验选取的温度为-10℃、-15℃、-20℃和-25℃,得到沥青的低温劲度模量曲线。
-10℃和30℃频率扫描的结果如下:
试验结果分析:本试验研究加入不同量的聚苯乙烯料后沥青混合料的低温性能,得出以下结论:
①从实验一结果可以看出,聚苯乙烯料量为7%时对拉力的抗性较低。
在低温环境下板的厚度变化较小,即沥青对拉力的抗性较强。
②实验二试验结果看出10℃下3%的聚苯乙烯料量抗撕裂力最强,在0℃左右抗撕裂能力较为稳定。
③实验三结果表明聚苯乙烯料量越多则沥青的粘度越大。
④试验所得结果基本验证了理论上的沥青混合料低温性能。
2 实验二:不同添加剂对沥青混合料低温性能的影响
实验目的:添加剂对改善沥青耐低温的能力起重要的作用,研究不同添加剂对改善沥青的性能影响。
试验方法:
2.1 低温对沥青柔软度的影响:分别对加入Sasobit,路孚8000、TPS三种新型添加剂的沥青混合料低温性能进行研究。
2.2 约束试件温度应力试验:
①改性沥青的添加料为试验1中的三种,三种添加剂的性能不同添加量也不同,确定路孚8000的掺量为所制材料总量的14%,TPS的掺量为所制材料总量的13%,Sasobit的加入量为所制材料总量的3%。
制作30minx30minx200mm的棱柱体试验品。
②把以上准备好的实验材料相贴放好,在两个板子之间加粘性物质使他们不会分离。
③传感器作为这个实验的检测物质,将4个传感器与所实验的材料相连,粘贴的位置占整个实验材料的不同位置并且将其等分,这样传感器就能感受到在不同的位置,实验材料温度的大小差异。
在试验过程中,三个传感器的输入值有略微的差异,得到的数值取其平均值作为每块实验材料的实验结果。
④将位移感受器也放置在实验材料上,位移感受器也受到温度的影响,记录实验前的材料温度,记录实验后的材料温度,记录实验过程中温度的变化程度。
⑤用制冷设备把材料所处环境控制在低温
环境,温度的传导需要一定的时间,所以当环境温度达到要求温度后还要放置30分钟,使实验材料的内内外外达到相同的低温,此时可以进行实验。
试验结果分析:本章主要研究了加入新型添加剂后沥青混合料的低温性能,主要得出以下结论:①在低温条件下,加入不同的混合材料,可以导致改善沥青不同的柔韧程度。
②添加橡胶可为相对理想的改善沥青混合料。
③橡胶混合料显示出了明显的优势,橡胶添加料在相比之下可以作为较理想的添加物。
3 小结
改性沥青与传统的沥青相比,具有抗低温,在低温的状态下抗拉力强,耐穿透力,耐撕裂能力等优点。
改善沥青混合料的耐低温试验充分证明了改性沥青给人们的生产生活带来的方便与实惠,给人们出行提供了一份坚实有力的保障。
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