层状硅酸盐改性沥青及其混合料 路用性能研究与应用
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0引言随着我国高速公路的蓬勃发展,沥青路面作为主要的铺装形式得到大面积推广。
由于我国交通运输量不断增加,在环境因素和持续重交通荷载量的作用下,沥青路面往往过早出现松散脱粒、车辙、水损害、开裂等病害现象,而沥青混合料掺入纤维材料后可有效提升其各项性能、防止路面病害的发生,该结论已得到相关文献的证实[1-3]。
纤维材料主要应用于SMA 沥青混合料中,起到减少路面破坏、延长道路使用年限的作用。
目前,纤维材料在SMA 沥青混合料中应用较多的主要是木质素纤维和玄武岩纤维。
刘福军[4]对比分析玄武岩纤维、木质素纤维、聚酯纤维改善AC-16C 、SMA-13两种沥青混合料性能的效果,得出结论:玄武岩纤维改善沥青混合料性能方面优于木质素纤维和聚酯纤维。
对于聚合物化学纤维的研究,也有大量的结论可供参考[5]。
矿物纤维和聚合物化学纤维造价成本较高,木质素纤维大部分取自原木,生长周期慢,并且为积极响应国家退耕还林及绿色生态环境环保的政策,应尽量采用绿色环保材料。
我国具有丰富的竹资源[6],竹纤维是一种天然环保的有机纤维,具有良好的强度、韧性[7]、较高的耐磨性和良好的染色性。
鉴于竹纤维SMA 沥青混合料路用性能的研究较少,本文以包括竹纤维在内的3种纤维对SMA-13沥青混合料综合性能的影响进行对比分析,优选纤维种类,为工程实践的选择提供参考依据。
1原材料及配合比1.1沥青本文采用SBS 改性沥青作为胶结料,沥青为国产品牌,相关技术指标见表1。
表1SBS 改性沥青技术指标项目指标针入度(25℃,100g ,5s )/(0.1mm )软化点(℃)5℃延度(cm )135℃运动黏度/(Pa·s )25℃弹性恢复(%)闪点(℃)溶解度(%)密度/(g/cm³)TFOT 加热试验后质量损失(%)针入度比(%)5℃延度(cm )试验结果5169281.58326099.61.0300.26920规范要求40~60≥60≥20≤3≥75≥230≥99实测±1≥65≥151.2矿料采用的集料来自广西来宾市某石场,粗集料为辉绿岩、细集料为石灰石石屑,矿粉为磨细石灰石粉,性能均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40—2004)的要求。
文章编号:1000G033X (2020)07G0006G05收稿日期:2020G02G10作者简介:胡小金(1975G),男,陕西西安人,高级工程师,从事沥青路面施工及管理工作.高速公路A C G20C 中面层S B S 改性沥青混合料配合比设计及性能验证胡小金1,高继明2,马庆伟3,周㊀雄1(1 陕西路桥集团路面工程有限公司,陕西西安㊀710054;2 中交第二公路工程局有限公司,陕西西安㊀7100653 西安公路研究院,陕西西安㊀710065)摘㊀要:为了解决道路车辙问题,有效地提高沥青混合料的动稳定度,增加路面结构的承载能力,研究了一种技术含量和附加值较高的新型聚合物改性沥青,通过对A C G20CS B S 改性沥青混合料在高速公路中面层中的配合比设计,并进行了试验路验证.研究结果表明,A C G20CS B S 改性沥青混合料具有良好的水稳定性㊁高温稳定性和低温抗裂性.关键词:S B S 改性沥青混合料;配合比设计;路用性能;施工质量中图分类号:U 414.03㊀㊀㊀文献标志码:AM i xD e s i g na n dP e r f o r m a n c eV e r i f i c a t i o no f S B SM o d i f i e dA s ph a l t M i x t u r e f o rA C G20CI n t e r m e d i a t eC o u r s e o fE x p r e s s w a yHU X i a o Gj i n 1,G A OJ i Gm i n g 2,MA Q i n g Gw e i 3,Z H O U X i o n g1(1.R o a dS u r f a c eC o n s t r u c t i o nC o .,L t d .o f S h a a n x iR o a d &B r i d g eG r o u p,X i a n710054,S h a a n x i ,C h i n a ;2.C C CS e c o n dH i g h w a y E n g i n e e r i n g Co .,L t d .,X i a n710065,S h a a n x i ,C h i n a ;3.X i a nH i g h w a y Re s e a r c h I n s t i t u t e ,X i a n710065,S h a a n x i ,C h i n a )A b s t r a c t :I no r d e rt os o l v et h e p r o b l e m of p a v e m e n tr u t t i ng ,e f f e c t i v e l y i m p r o v eth ed yn a m i c s t a b i l i t y o fa s p h a l t m i x t u r e a n di n c r e a s et h el o a d Gb e a r i n g c a p a c i t y o f p a v e m e n ts t r u c t u r e ,a n a d v a n c e d p o l y m e r Gm o d i f i e da s p h a l t w i t h h i g ha d d e dv a l u e w a ss t u d i e d .M i x d e s i gn o fS B S m o d i f i e d a s p h a l tm i x t u r e f o rA C G20C i n t e r m e d i a t e c o u r s e o f e x p r e s s w a y wa s c o n d u c t e d ,a n d t e s t s e c t i o n w a s c o n s t r u c t e d f o r p e r f o r m a n c e v e r i f i c a t i o n .T h e r e s e a r c h r e s u l t s s h o w t h a t S B Sm o d i f i e da s p h a l tm i x t u r eh a s g o o d m o i s t u r es u s c e p t i b i l i t y ,h i g h Gt e m p e r a t u r es t a b i l i t y a n dl o w Gt e m pe r a t u r e c r a c k r e s i s t a n c e .K e y wo r d s :S B Sm o d i f i e d a s p h a l tm i x t u r e ;m i xd e s i g n ;p a v e m e n t p e r f o r m a n c e ;c o n s t r u c t i o n q u a l i t y 0㊀引㊀言沥青路面由于具有良好的行车舒适性㊁优异的使用性能,因此在中国高速公路的建设中得到了广泛的应用[1].目前随着交通量的急剧增加,在重载车比例升高,高胎压的作用下,重载交通车道㊁道路交叉口㊁长大纵坡㊁公交专用道㊁公交港湾等路段的车辙损坏现象尤为突出[2].此类车辙产生的主要原因是混合料高温稳定性不足,高温变形大.夏季沥青路表面温度可达60ħ以上,车轮边缘处路面易发生剪切变形破坏.为了解决道路车辙问题,路面结构设计提出全寿命设计方法,以层位分工理论为基础,主要以中面层为主抗车辙区.中面层的强度和稳定性关系到整体路面结构的使用质量和寿命[3].而聚合物改性沥青是一种技术含量和附加值较高的新型优质筑路材料[4].它通过把聚合物掺入道路沥青中而改善使用性能,能显著延长路面寿命㊁降低噪声㊁提高行车舒适6性和安全性.针对高速公路重交通,地形复杂㊁纵坡大㊁桥隧比例大,弯道多,重载交通车流量大等特点,本文确定中面层配合比设计思路应为:以抗车辙为主㊁兼顾抗疲劳性能;矿料级配采用骨架密实结构.1㊀原材料技术性质1.1㊀矿料1.1.1㊀粗集料㊀㊀采用陕西铁力耐特绿色建材有限公司生产的19~26.5m m ㊁9.5~19m m ㊁4.75~9.5m m ㊁2.36~4 75m m 闪长岩碎石.集料试验严格按照«公路工程集料试验规程»(J T G E 42 2005)的要求和方法进行.1.1.2㊀细集料和填料机制砂采用陕西铁力耐特绿色建材有限公司生产的9.5~19m m 闪长岩碎石自行加工,矿粉采用山阳钟岭碎石场生产的9.5~19m m 的钙质灰岩碎石自行加工.表1㊀粗集料质量规格试验结果检测项目集料规格19~26.5m m9.5~19m m4.75~9.5m m2.36~4.75m m要求值规范值毛体积相对密度3.0473.0313.0062.943表观相对密度3.1163.1123.0933.045ȡ2.5ȡ2.5吸水率/%0.730.860.941.14ɤ3.0ɤ3.0针片状颗粒含量/%>9.5m m 7.09.4ɤ12ɤ15<9.5m m11.8ɤ18ɤ20压碎值/%13.5ɤ23ɤ28<0.075m m 颗粒含量/%0.10.10.10.2ɤ1.0ɤ1.0洛杉矶磨耗/%16.3ɤ30ɤ30坚固性/%4.14.14.44.2ɤ12ɤ12粘附性/级5ȡ5ȡ4表2㊀机制砂试验结果指标试验结果规范值项目要求值砂当量/%77ȡ60ȡ70亚甲蓝值/(g k g-1)1.5ɤ25ɤ2.5棱角性/s 39.1ȡ30ȡ30坚固性(>0.3m m 部分)4.4ɤ12ɤ12表观相对密度2.982ȡ2.5ȡ2.6表3㊀填料试验结果指标试验结果规范值项目要求值矿粉表观相对密度2.808ȡ2.5ȡ2.5亲水系数0.71<1.0<0.8塑性指数/%3<4<4含水量/%0.2ɤ1.0ɤ1.01.2㊀沥青采用新加坡产 S P C 牌90#A 级道路石油沥青,其性能指标试验结果见表4.1.3㊀改性沥青加工工艺S B S 改性沥青加工设备均采用北京金凯越沥青材料有限公司生产的高精度间隙可调的胶体磨设表4㊀90#A 级沥青试验项目及试验结果检测项目试验结果规范值项目要求值针入度(25ħ,100g ,5s)/0.1m m89.580~100针入度指数/P I 0.45-1.5~1.010ħ延度/c m >100ȡ20ȡ3015ħ延度/c m>100ȡ100软化点(环球法)/ħ46.5ȡ45动力黏度60ħ/(P a s )163.0ȡ160含蜡量(蒸馏法)/%2.0ɤ2.2ɤ2.0闪点/ħ286ȡ245溶解度(三氯乙烯)/%99.7ȡ99.5密度(15ħ)/(g c m -3)1.029实测薄膜加热试验,163ħ,5h质量变化不大于/%0.216ʃ0.8残留针入度比(25ħ)/%64.1ȡ57残留延度(10ħ)/c m9.5ȡ8备,S B S 改性沥青加工分为溶胀㊁研磨㊁发育3个阶段.1.3.1㊀准备工作对用于改性的新加坡S P C 牌90#A 级道路石油沥青按要求进行检测,结果符合规范要求.采用7S B S 改性剂材料(北京燕山石化星型4303),通过实验室小型剪切设备进行改性沥青配伍性试验,确定改性配方为:改性剂掺量为4 5%(内掺),稳定剂掺量为1ɢ,抽出油掺量为1.5%.表5㊀改性沥青试验项目及试验结果项目检测结果规范值项目要求值针入度(25ħ,100g ,5s )/0.1m m7360~80针入度指数/P I -0.1ȡ-0.4延度(5c m m i n -1,5ħ)/c m45.5ȡ30软化点(环球法)/ħ91.5ȡ55ȡ80运动黏度135ħ/(P a s )2.2ɤ31.8~3闪点(C O C )/ħȡ230溶解度(三氯乙烯)/%ȡ99密度(15ħ)/(g c m -3)1.032实测弹性恢复25ħ/%95ȡ65ȡ80贮存稳定性,48h 软化点差/ħ1.3ɤ2.5T F O T 或R T F O T后残留物质量变化/%-0.105ɤʃ1.0针入度比25ħ/%74.2ȡ60ȡ70延度5ħ/c m 29ȡ20弹性恢复25ħ/%ȡ70改性参数S B S掺量/%稳定剂/%抽出油/%研磨遍数发育温度/ħ发育时间/h 4.5(内掺)0.11.52175~1803h1.3.2㊀溶胀把90#A 级道路石油沥青(温度控制在150ħ左右),经流量计准确计量后通过板式换热器快速加热到165ħ~175ħ,按确定配方要求的数量送入预混罐,并启动搅拌.按确定配方对S B S 改性剂计重称量(计重称量和包装袋计数双控),将称重好的S B S 改性剂加入至预混罐中,罐中温度控制在165ħ~175ħ.将预混的改性剂和沥青的混合液送入溶胀罐中溶胀20m i n.1.3.3㊀研磨将溶胀完的混合液通过2个串联式的胶体磨研磨2次.1.3.4㊀发育将完成研磨后的改性沥青送入发育罐中(加入配比确定的稳定剂和抽出油),搅拌发育3~4h (温度控制在175ħ~180ħ之间).最后,将发育完成并检测合格的S B S 改性沥青送入沥青拌合楼的储存罐(配搅拌系统)备用.2㊀生产配合比设计2.1㊀矿料级配合成预定拌合机产量为280t h -1,根据目标配合比矿料级配控制冷料仓上料比例及速度,骨料加热至180ħ~190ħ,上料30m i n (模拟正常生产情况).骨料放料次序由大到小,分2次放料,取第2次所放集料,热料仓矿料合成级配如图1㊁2所示.图1㊀A C G20C 沥青混合料矿料级配(路基段)图2㊀A C G20C 沥青混合料矿料级配(桥梁段)2.2㊀成型M a r s h a l l 试件根据目标配合比确定的最佳油石比及«公路工程沥青及沥青混合料试验规程»(J T G E 20 2011)要求,以最佳油石比浮动ʃ0.3%,分别采用4.0%㊁4.3%㊁4.6%成型M a r s h a l l 试件,各标段矿料级配比例见表6.表6㊀矿料级配比例路段22~28m m 11~22m m 7~11m m 4~7m m 0~4m m 矿粉路基段/%7.034.022.06.027.04.0桥梁段/%7.033.021.06.029.04.02.3㊀马歇尔试验M a r s h a l l 试件成型温度控制:矿料加热温度为8180ħ~190ħ,沥青加热温度为160ħ~165ħ,混合料拌和温度为170ħ~175ħ,试件击实温度为160ħʃ2ħ,双面击实75次.沥青混合料理论最大相对密度采用计算法.M a r s h a l l试件自然冷却至室温后脱模,体积指标及力学指标结果见表7.2.4㊀确定最佳油石比综合考虑,路基段落生产配合比最佳油石比均为4 3%,桥梁段生产配合比最佳油石比均为4 4%,具体见表8.表7㊀M a r s h a l l试件物理力学指标油石比/%最大理论相对密度毛体积相对密度空隙率/%矿料间隙率/%饱和度/%稳定度/k N流值/m m 4.02.8372.7004.813.965.313.132.24.32.8232.7114.013.871.313.792.94.62.8092.7153.414.076.013.523.2规范值计算实测3~5ȡ13.065~75ȡ82.0~4.0本项目要求值计算实测4~5ȡ13.065~75ȡ102.0~4.0表8㊀A CG20C型沥青混合料最佳油石比时M a r s h a l l试件试验结果项目试验结果路基段桥梁段要求值最佳油石比/%4.34.4最大理论相对密度2.8232.817计算毛体积相对密度2.7112.710实测空隙率/%4.03.84~5矿料间隙率/%13.814.0ȡ13.0饱和度/%71.372.865~75稳定度/k N13.5514.54ȡ10流值/c m3.12.92.0~4.0粉胶比/%1.21.52.5㊀路用性能对A CG20C沥青混合料采用最佳油石比进行水稳定性㊁高温稳定性和低温抗裂性检验,试验结果见表9.表9㊀A CG20C沥青混合料路用性能试验结果试验项目试验结果路基段桥梁段规范值/%项目要求值/%残留稳定度/%93.994.4ȡ85ȡ90冻融劈裂/%90.192.0ȡ80ȡ85动稳定度/(次 m m-1)81727633ȡ2400ȡ5000低温弯曲破坏应变/με29772938ȡ2800ȡ2800渗水系数/(m L m i n-1)不渗不渗ɤ120ɤ100㊀㊀评价沥青混合料水稳定性的试验方法主要包括浸水马歇尔残留稳定度试验和冻融劈裂试验.由试验结果可知S B S改性沥青混合料残留稳定度和劈裂抗拉强度比符合J T G E20 2011改性沥青混合料潮湿区水稳定性检验技术要求.高温稳定性是验证沥青混合料路用性能的重要指标,目前对沥青混合料高温性能的室内试验评价方法主要是车辙试验.车辙试验结果表明S B S改性沥青混合料符合高温稳定性规范技术要求.采用低温弯曲试验评价S B S改性沥青混合料的抗裂性能.由表9可得,S B S改性沥青混合料破坏时的最大弯拉应变符合规范技术要求.3㊀施工质量检测3.1㊀试验段铺筑3.1.1㊀黏层施工黏层油采用S B R改性乳化沥青,采用AG90#基质沥青现场改性.黏层油的洒布量为0 4k g m-2,通过现场检测,其质量和外观均较好.3.1.2㊀桥面防水层施工防水层采用S B R改性乳化沥青,改性方式为采用AG90#基质沥青现场改性.防水层的喷洒分2次进行,每次喷洒量为0 3k g m-2,总量控制在0 6k g m-2,待第1次喷洒的防水层破乳完全后再进行第2次喷洒,通过现场检测,其质量和外观均较好.3.1.3㊀同步碎石封层施工桥面S B S改性沥青同步碎石封层采用改性沥青S B S IGC和4.75~9.5m m碎石.通过现场检测,S B S改性沥青洒布量为1.30k g m-2,碎石撒布量为9.3k g m-2,黏结性及均匀性均良好.3.1.4㊀A CG20C中面层施工(1)A CG20C沥青混合料的拌和.A CG20C沥青混合料的拌和时间应以混合料拌和均匀㊁所有集料颗粒全部裹覆沥青为度.经试拌确定,干拌时间为5s㊁湿拌时间为44s.沥青加热温度为160ħʃ95ħ,矿料加热温度为185ħʃ5ħ,沥青混合料出厂温度为175ħʃ5ħ.(2)A C G20C 混合料的摊铺.采用1台中大D T 1800摊铺机单机摊铺,摊铺速度为2.0~2.5m m i n -1(路基段落)或1.5~2.0m m i n -1(桥梁段落),松铺系数为1.23.摊铺温度不低于160ħ.(3)A C G20C 混合料的压实.对于路基试验段,初压采用2台双钢轮压路机紧跟摊铺机前静后振各碾压2遍:碾压速度为40~60m m i n-1.在初压完成后,2台30t 轮胎压路机各碾压2遍,碾压速度为40~60m m i n -1,1台37t 胶轮压路机碾压2遍,碾压速度为60~100m m i n -1.终压采用1台振荡压路机静压2遍,碾压速度为60~100m m i n-1.碾压连续进行,直到所有的轮迹全部消失.对于桥梁试验段,初压采用1台振荡压路机紧跟摊铺机后振碾压2遍,碾压速度为60~80m m i n-1.在初压完成后,2台30t 轮胎压路机各碾压2遍,碾压速度为30~50m m i n -1,1台37t 胶轮压路机碾压2遍,碾压速度为60~80m m i n -1.终压采用2台双钢轮压路机各静压2遍,碾压速度为30~50mm i n -1.碾压连续进行,直到所有的轮迹全部消失.3.2㊀试验段现场检测3.2.1㊀厚度及压实度检测试验段后,现场进行了厚度和压实度检测,厚度㊁马歇尔标准密度及理论密度压实度均满足设计要求,具体数据见表10.表10㊀厚度及压实度检测路段检测项目检测值平均值路基段厚度/c m压实度/%马氏密度理论密度6.06.06.26.36.35.96.1100.199.399.4100.399.299.699.796.096.796.396.296.796.496.4桥梁段厚度/c m压实度/%马氏密度理论密度6.46.16.36.16.26.26.2100.2100.099.499.699.999.899.896.096.095.695.495.995.895.83.2.2㊀平整度检测平整度检测采用连续式平整度仪(八轮仪)分别对每个车道进行检测,检测结果符合项目要求,详细数据见表11.表11㊀平整度检测结果路段检测结果/m m要求值/m m 路基段0.77ɤ1.0桥梁段0.90ɤ1.03.2.3㊀渗水检测经检测,施工段中面层试验段渗水均满足设计要求,详细数据见表12所示.表12㊀渗水检测结果汇总路段检测结果/(m L m i n-1)要求值/(m L m i n-1)路基段50006255ɤ100桥梁段0030026ɤ100㊀㊀A C G20C 中面层S B S 改性沥青混合料路面具有较好的密实性㊁抗渗水性能,且表面平整密实,无明显离析㊁推挤㊁拥抱及轮迹现象.4㊀结㊀语(1)通过马歇尔试验对A C G20C 中面层S B S 改性沥青混合料进行配合比设计,确定了合理的级配范围,得出路基段最佳油石比为4.3%,桥梁段最佳油石比为4.4%,并对S B S 改性沥青混合料进行了马歇尔体积指标㊁高温稳定性㊁水稳定性㊁低温抗裂性及渗水等路用性能指标检验,结果显示各项指标都均满足设计及规范要求,表明配合比设计性能稳定性.(2)根据配合比结果进行试验段铺筑,现场检测结果显示,S B S 改性A C G20C 中面层的压实度㊁厚度㊁平整度和渗水系数等使用性能均满足设计及规范要求,从而验证了A C G20C 中面层S B S 改性沥青混合料配合比是合理的.参考文献:[1]㊀韦金城,余四新.青临高速试验路沥青路面结构应变分析和永久变形预估[J ].公路交通科技,2015,32(8):1G5.[2]㊀刘和能,刘海鹏,陶张志,等.西南地区重交通中面层抗车辙剂技术应用[J ].公路,2018(10):80G85.[3]㊀包雪巍,侯权河,张富有.沥青混凝土中面层抗车辙剂施工技术研究[J ].公路,2018(10):50G54.[4]㊀赵小彦.S B S 改性彩色沥青及透水沥青混合料性能研究[J ].公路,2019(3):251G255.[责任编辑:杜卫华]01。
高模量剂与SBR复合改性沥青及其混合料性能研究余志刚【摘要】为改善高模量沥青混合料抗裂性能差等路面病害突出问题,通过对高模量剂与SBR复合改性沥青及其混合料性能系统研究,评价了不同PRM和SBR掺量下复合改性沥青针入度体系指标和PG分级,基于车辙、低温弯曲、浸水马歇尔、冻融劈裂和弯曲疲劳试验确定了PRM高模量剂和SBR适宜的掺量范围.试验结果表明:掺加SBR改性剂可显著改善高模量沥青混凝土的低温抗裂性和抗疲劳耐久性,PRM与SBR复合改性沥青可大幅改善高模量沥青以及SBR改性沥青混合料的综合路用性能,复合改性沥青混合料的抗疲劳耐久性优于SBS改性沥青混合料.实体工程和试验段检测结果表明,PRM与SBR复合改性沥青混凝土延长了道路的使用寿命,推荐最佳复合改性剂的掺配比例为2.5%SBR+0.6%PRM.%In order to improve crack resistance and solve issues of pavement disease of high modulus asphalt mixture, this article did systematic study on road performance of high modulus agent and SBR composite modified asphalt mixture, Evaluated penetration composite index and PG classification system of PRM and SBR modified asphalt under different modifier dosage.Based on rutting, low-temperature bending, immersion Marshall, freeze-thaw splitting and bending fatigue testing to determine the PRM agent and SBR high modulus suitable dosage.The results showed that adding SBR modifier can significantly improve the high modulus asphalt concrete low temperature crack resistance and fatigue durability, PRM and SBR modified asphalt composite can significantly improve the high modulus asphalt and SBR modified asphalt mixture overall roadperformance, the composite modified asphalt mixture fatigue durability than SBS modified asphalt mixture.Solid engineering and test section test results show that, PRM complex with SBR modified asphalt concrete prolongs the life of the road, to recommend the best blending ratio of compound modifier is 2.5% SBR + 0.6% PRM.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2017(042)002【总页数】6页(P272-277)【关键词】道路工程;高模量剂;高模量剂与SBR复合改性;路用性能【作者】余志刚【作者单位】重庆工程职业技术学院建筑工程学院, 重庆 402260【正文语种】中文高模量沥青混合料(High Modulus Asphalt Concrete,简称HMAC)是一种整体模量较高,抗疲劳性能良好的特种沥青混合料,按照法国NFP98140/141C高模量沥青混凝土设计指南,只有满足模量(15 ℃,10 Hz,0.02 s)大于14 000 MPa、丰度系数大于3.4%、加载30 000次车辙变形率小于7%、100万次疲劳形变小于130 με的沥青混合料才可称之为高模量沥青混合料[1-4]。
SMC常温改性沥青性能及施工应用技术引言当前我国高速公路绝大部分为沥青路面,通常采用热拌沥青混凝土铺筑。
根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004),当环境温度低于10 ℃时,不得进行热拌沥青混凝土的摊铺施工,所以我国西北地区冬季的10月份至第二年的4月份无法正常进行沥青路面的摊铺,极大地限制了施工时间。
热拌沥青混凝土在制备及摊铺时存在释放大量的沥青烟、施工温度高耗能高、施工人员专业要求高、工序繁杂、污染严重等不足,给沥青路面的摊铺带来了一系列的技术难题。
1 SMC常温改性沥青概述SMC常温改性沥青是一种新型筑路材料,其主要成分是基质沥青和SMC (Styreneic Methyl Copolymers)常温改性剂。
SMC常温沥青改性剂是一种将甲基苯乙烯类嵌段共聚物溶剂与环氧树脂、环氧树脂固化剂及其他催化剂按照一定比例配制而成的高分子聚合物溶液,呈褐色,密度为0.8~1 g/cm3,闪点在55~110 ℃之间。
其主要成分甲基苯乙烯类嵌段共聚物可以从废旧塑料、废旧橡胶等甲基苯乙烯类高分子材料中提炼出来[1]。
SMC常温改性剂的主要成分为橡胶烃油,对其进行环氧化学改性后,与沥青类材料具有较好的相容性,可以使沥青类材料在常温条件下成液态,从而实现沥青混合料常温拌和、常温摊铺及碾压的目的,填补沥青路面冬季不宜施工的空白[2]。
另外,掺入改性沥青中的环氧树脂固化剂与空气接触后,缓慢交联固化,形成强度,达到提高沥青混合料路用性能的目的。
2 SMC常温改性沥青的性能优点2.1 生产简单生产SMC改性沥青的操作非常简单,不需要复杂的工艺流程和昂贵的专用设备,不受沥青性能参数的影响,不用高速剪切、胶体磨合,不用发酵时间的等待,只需在温度为100 ℃时将改性剂和沥青搅拌均匀即可,甚至可以在沥青罐车中加入SMC常温改性剂,通过沥青罐车长途颠簸完成搅拌。
搅拌好的SMC 改性沥青可长期存放2 a以上,且性能不变,也不产生分层离析现象。
高模量与SBS改性沥青对沥青混合料适应性研究摘要:通过室内试验对普通沥青混合料中添加一定比例的高模量改性剂与SBS改性沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能和水稳定性能进行对比分析,试验结果表明,高模量添加剂能大幅度提高基质沥青混合料的高温性能,且高于SBS沥青混合料;在水稳定性上亦具有较好的抗水损坏性能;同时高模量沥青混合料相较于SBS沥青混合料具有较好的经济成本优势。
在实际使用过程中也验证了以上性能。
关键词:高模量沥青混合料 SBS改性沥青适应性1引言我国幅员辽阔,气候多样,无论是南方还是北方半刚性基层沥青路面是我国公路路面的主要结构形式。
目前国内为防止沥青路面产生早期水损害多数采用密级配和高沥青用量,由于近年来气候变暖因此炎热天气和持续高温现象加剧。
部分道路汽车超载所带来的重轴载和高轮压使得沥青路面普遍存在车辙损坏严重的现象。
本文为了研究高模量改性剂(混合料添加剂,英文缩写RCA)对沥青混合料的适配性,选取SBS改性沥青混合料与高模量改性沥青沥青混合料各项性能展开对比研究。
通过在沥青混合料拌和过程中添加高模量添加剂,对基质沥青混合料进行改性,制备了高模量沥青混合料,并依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的各项试验的要求,制备密级配(AC-20)成型试件,开展各项性能研究。
本研究以SBS改性沥青混合料为对照组,通过进行浸水马歇尔试验、冻劈裂试验和标准高温车辙试验等路用性能试验,探究高模量添加剂对基质沥青混合料的高温稳定性和水稳定性的影响,并且与SBS沥青混合料进行对比分析,最后对高模量沥青混合料性能进行适用性评价。
2 原材料及配合比2.1 高模量沥青混合料添加剂高模量沥青混合料添加剂是一种直投式改性沥青混合料添加剂,能有效提高沥青混合料的各项性能,其中高温性能最为显著。
高模量沥青混合料添加剂是在添加基质沥青之前加入拌和锅进行拌和,通过搅拌和高温的作用与基质沥青进行充分的接触和作用,进而对基质沥青进行改性,提高最终沥青混合料成品的性能。
sbs改性沥青应力吸收层工程应用分析
SBS改性沥青应力吸收层是一种常用的道路材料,用于改善
道路的耐久性和承载能力。
下面是对其工程应用的详细分析:
1. 作用:SBS改性沥青应力吸收层主要作用是吸收和分散
道路的应力,减少应力对道路结构的影响,提高道路的耐
久性和承载能力。
它能够有效地防止裂缝的产生和扩展,
减少路面变形和沉降。
2. 材料特性:SBS改性沥青应力吸收层具有良好的弹性和
柔韧性,能够适应道路的变形和振动。
它具有较高的抗拉
强度、抗冲击性和抗老化性能,能够在不同的气候条件下
保持稳定的性能。
3. 施工方法:SBS改性沥青应力吸收层的施工一般分为以
下几个步骤:清理和修复道路表面,涂布沥青底层,铺设SBS改性沥青应力吸收层,进行压实和养护。
施工过程需要
注意材料的温度控制和压实质量的控制,以确保施工质量。
4. 工程应用:SBS改性沥青应力吸收层广泛应用于高速公路、城市道路和机场跑道等道路工程中。
它可以用作新建
道路的表层材料,也可以用于道路维修和改造。
在工程中,根据道路的设计要求和交通负荷,选择合适的厚度和配方,以满足道路的使用要求。
总之,SBS改性沥青应力吸收层在道路工程中具有重要的应
用价值。
通过合理的选择材料和施工方法,可以提高道路的耐久性和承载能力,延长道路的使用寿命。
交通部西部交通建设科技项目 合同编号:2006 318 000 76 密 级:
层状硅酸盐改性沥青及其混合料 路用性能研究与应用
研究报告简本
内蒙古自治区交通厅赤通鲁公路建设监督管理办公室 武 汉 理 工 大 学、长 安 大 学 2010年3月 目 录 1. 引 言....................................................................................................1 2. 项目研究的技术路线...........................................................................2 3. 项目完成的主要研究内容及取得的成果...........................................4 4. 项目在依托工程中的推广应用及效益...............................................6 5. 项目的技术创新点...............................................................................7 1. 引 言 尽管世界各国的气候条件相差十分悬殊,但数十年来各国在高等级公路上主要采用沥青路面,水泥混凝土路面仅占少数。其主要原因是:沥青路面行车舒适、噪音小,养护和使用性能恢复容易,对路基变形的适应性强等。然而,沥青路面也较易产生一些损坏现象,如高温车辙、温度裂缝、疲劳破坏等,从而影响其耐久性。导致沥青路面损坏的因素很多,除设计、施工和材料因素外,环境因素也是沥青路面损坏的主要原因。作为粘结材料的沥青,存在易于老化的缺点,不可避免地会加速路面的损坏。 层状硅酸盐(蒙脱土、累脱石等)已被广泛用于改善聚合物的性能。大量研究表明,少量层状硅酸盐与聚合物形成插层复合材料后,可以显著提高聚合物的力学性能、热性能、气体阻隔性和耐老化性能。利用层状硅酸盐对沥青改性,可以改善沥青的流变性能和耐老化性能。 近些年来,我国实施了西部大开发战略。而西部开发,首先要加快发展公路交通基础设施建设。但西部地区的气候条件对公路路面,尤其是沥青路面的耐久性提出了更为严峻的挑战,西部地区海拔高,紫外线辐射强,日照时间长,路面温度相对较高,导致沥青老化速度快,同时西部地区天气寒冷,使用过程中冷热循环次数多,极易导致已老化沥青路面的损坏。按照《国家高速公路网规划》,到2010年我国高速公路总里程将达到8.5万公里。到2002年底,我国高速公路已建成2.5万公里、在建1.6万公里、待建4.4万公里,分别占总里程的29%、19%和52%。待建里程中,东部地区0.8万公里、中部地区1.2公里、西部地区2.4万公里,今后建设重点将在西部地区。实际上到目前为止,我国高速公路已通车里程超过6万公里,但西部增加里程相对较少。西部地区公路建设普遍存在难度大,费用高的问题,无论从施工建设还是从经济角度考虑,都应努力延长其使用寿命。因此,研究新型改性沥青及其混合料路用性能以满足西部建设之需要,提高沥青路面的性能尤其是抗车辙能力和耐老化能力,不仅十分必要,同时也具有重要的社会经济意义和很大的市场应用前景。 “层状硅酸盐改性沥青及其混合料路用性能研究及应用”是2006年立项的交通部西部交通建设科技项目(项目合同编号:2006 318 000 76)。项目根据内蒙古地区海拔高,紫外线辐射强,日照时间长,昼夜温差大的特点,提出高温差、
1 高紫外辐照地区沥青路面耐久性问题,研究层状硅酸盐改性沥青的制备及其混合料路用性能,并应用于内蒙地区高速公路工程。 根据可行性研究报告和合同的要求,本项目的总体目标是:通过国内外调研、理论分析、室内试验和实体工程,提出层状硅酸盐改性沥青的制备工艺,建立相关评价指标,同时针对西部地区气候特点,制定层状硅酸盐改性沥青混合料的设计方法,编写层状硅酸盐改性沥青混合料施工技术指南,形成一整套层状硅酸盐改性沥青混凝土的应用技术,达到提高沥青路面的性能尤其是抗车辙能力和抗裂缝能力的目的。 项目由内蒙古自治区交通厅赤通鲁公路建设监督管理办公室和武汉理工大学、长安大学共同承担。项目实施中,在内蒙古交通厅赤通鲁公路建设监督管理办公室领导下,以及各合作单位的密切配合下,进行了大量的试验研究、现场混合料铺筑、理论分析和系统总结。经过近3年的艰苦努力,最终顺利完成了合同和研究大纲规定的各项研究任务,并达到了预期的目标。 本项目以层状硅酸盐改性沥青的制备和层状硅酸盐改性沥青混合料路用性能与应用研究为核心,以提高沥青道路抗车辙性能、抗老化性能,提高路面耐久性为目标,在层状硅酸盐改性沥青的试验室制备、性能表征、现场制备技术以及层状硅酸盐改性沥青混合料级配优化设计、路用性能研究、施工技术等方面取得了一系列成果,提出了层状硅酸盐改性沥青现场制备技术指南和施工技术指南,为该课题研究成果的进一步推广奠定了基础。
2. 项目研究的技术路线 本项目依托内蒙古自治区省际通道支线赤峰至通辽高速公路、通辽至鲁北一级公路建设项目,基于材料科学的基本原理,充分借鉴国内外先进的研究成果和成熟的工程经验,采用微观与宏观相结合的研究方法,进行层状硅酸盐改性沥青及其混合料的路用性能及应用研究。 由于氧及紫外线的作用是引起沥青长期老化的主要原因,而紫外光的影响实际上也与氧的存在密切相关。如果能减少氧向沥青中的渗透扩散,不仅能避免沥青的氧化,而且也能有效减缓沥青的紫外线感光氧化。基于上述分析,本项目的研究思路为:
2 (1) 通过层状硅酸盐对沥青改性,形成层状硅酸盐/沥青插层复合结构,以改善沥青的流变性能和耐老化性能,提高沥青的高温抗车辙能力和气体阻隔性,减缓氧在沥青中的扩散,改善沥青耐热氧与紫外光氧老化的能力。 (2) 研究层状硅酸盐改性沥青的制备工艺及其结构与性能(流变性能、耐老化性能等),同时针对西部地区气候特点研究沥青混合料的设计方法、路用性能和施工工艺,制备高耐候性沥青混凝土。 项目研究总体技术路线如图1所示。
层状硅酸盐 改性沥青 熔体插层改性
改性沥青的结构表征
改性沥青的流变性能 改性沥青的老化性能
沥 青
层状硅酸盐
层状硅酸盐改性 沥青混合料 室内制备
路用性能
疲劳特性老化性能
工业制备 与实体工程 层状硅酸盐改性沥青的工业制备技术 层状硅酸盐改性沥青混合料的施工技术 图1 项目技术路线图
3 3. 项目完成的主要研究内容及取得的成果 3.1层状硅酸盐改性沥青的室内制备 通过对比不同层状硅酸盐改性剂改性沥青的性能,选择适合沥青改性的改性剂。采用针入度、软化点、粘度来评价改性沥青老化前后的物理性能,使用动态剪切流变仪(DSR)进行改性沥青的动态流变性能的测试,并对层状硅酸盐改性沥青的热储存稳定性进行研究,最后对该项目沥青的抗老化性能进行了研究,从微观角度提出了层状硅酸盐改性沥青的抗老化机理。 (1) 层状硅酸盐改性剂的选取。选取钠基蒙脱土、有机化蒙脱土和累托石等三种层状硅酸盐:a) 在1%、2%、3%、4%四种掺量下,对3种不同产地基质沥青(包括内蒙地区常用沥青)进行熔体插层改性;b) 改性温度分别为130℃、150℃、170℃;c) 改性时间分别为1h、2h、3h。在不同改性条件下:d) 采用X射线衍射分析(XRD),观测硅酸盐的层间距变化;e) 运用原子力显微镜(AFM)技术,表征硅酸盐片层在基质沥青中分布及排列状态。根据以上测试手段,选择和确定更易在沥青介质中形成插层或剥离结构的硅酸盐种类及试验条件。 (2) 层状硅酸盐改性沥青常规性能。通过以下评价指标:a) 软化点;b) 针入度;c) 延度;d) 粘度;e) PG分级。研究不同掺量下层状硅酸盐对基质沥青物理性能的影响。 (3) 层状硅酸盐改性沥青流变性能。研究包括:a) 改变剪切流变仪(DSR)的频率,研究层状硅酸盐对沥青剪切复合模量(G*)、相位角(δ)、车辙因子(G*/sinδ)等流变性能的影响;b) 采用动态机械分析仪(DMA),测定改性沥青在不同温度、不同频率下的弹性复合模量;c) 采用BBR试验对沥青的低温流变性能进行评价。 (4) 层状硅酸盐改性沥青热储存稳定性。通过离析试验研究不同种类和不同掺量层状硅酸盐改性沥青的热储存稳定性。 (5) 层状硅酸盐改性沥青的抗老化性能。研究包括:a) 通过TFOT、RTFOT、PAV压力老化,结合沥青常规性能、流变性能试验,研究层状硅酸盐改性沥青抗热氧老化性能;b) 采用紫外线老化环境箱,改变紫外线强度及老化时间,通过老化后前沥青性能、组分变化,研究该改性沥青的抗紫外光老化能力;c) 借助傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对沥青老化前后分子中的羰基、砜基、甲基、亚甲基、芳香环以及分子结构的总体特征变化进行分析。
4 3.2层状硅酸盐改性沥青混合料的制备和性能研究 应用SHRP级配设计方法和贝雷参数法对层状硅酸盐改性沥青混合料进行了级配优化设计,并在试验室制备了混合料,对其高温抗车辙能力进行了研究,采用万能试验机(UTM)对混合料的疲劳性能、低温抗裂性能进行了研究。 (1) 沥青混合料的级配优化与制备。结合Superpave技术与贝雷法,进行混合料配合比设计。采用旋转压实成型试件,改变贝雷法参数(CA、Fac、Faf),研究其与混合料体积性能的关系,并通过路用性能试验,对不同公称粒径的级配曲线进行优化。 (2) 沥青混合料性能研究,研究包括:a)疲劳性能 采用UTM动态伺服系统,改变四点弯曲疲劳试验中的控制方式(应力、应变)及参数,进行层状硅酸盐改性沥青混合料与基质沥青混合料疲劳性能对比研究;采用恒温烘箱对混合料进行热氧老化,然后采用紫外老化箱对混合料进行光氧老化,研究两种混合料在经历多重老化后的疲劳特性;b)抗高温变形性能 采用车辙试验仪,研究对比基质沥青与改性沥青混合料抗高温变形能力;根据依托工程实际路面结构形式和厚度,制备全厚式混凝土试件,模拟层状硅酸盐改性沥青在实际路面中的抗高温变形能力。c)抗低温开裂性能 采用UTM试验系统,测定沥青混合料的低温抗裂性能和动态模量;通过沥青混合料低温弯曲蠕变试验确定不同低温条件下的破坏能Wf。 3.3层状硅酸盐改性沥青的应用技术研究 在通辽市壳牌沥青公司的协助下,对层状硅酸盐改性沥青的工业制备技术进行了研究,提出了工业制备技术指南;在通下高速公路十四标段进行了长达两公里的层状硅酸盐改性沥青混合料试验路的铺筑,总结了施工中各个细节的经验,制定了层状硅酸盐改性沥青混合料现场施工技术指南,为层状硅酸盐改性沥青的实际推广应用提供指导。 (1) 层状硅酸盐改性沥青的工业制备技术。寻找一种简单、方便、实用的便于工业化生产的制备设备,使沥青分子扩散并插入到层状硅酸盐片层间;针对所选设备的机械性能和层状硅酸盐及沥青的材料特性确定层状硅酸盐改性沥青工业化制备过程中的机械参数、工艺参数和质量控制要求;研究层状硅酸盐改性沥青贮存和运输过程中的离析程度与控制措施。