分類號:U41;U210710-2009121273碩士學位論文鋼橋面鋪裝澆筑式瀝青混合料配合比設計研究張博導師姓名職稱韓森教授申請學位級別工學碩士學科專業名稱道路與鐵道工程論文提交日期2012年6月4日論文答辯日期2012年6月9日學位授予單位長安大學StudyonmixdesignoftheGussasphaltinsteeldeckpavementADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:ZhangBoSupervisor:Prof.HansenChang’anUniversity,Xi’an,Chinai摘要澆注式瀝青混合料是一種典型的懸浮密實型結構,它的材料特性可簡單表述為四高一低:高粘度的瀝青結合料、高含量的瀝青結合料、高含量礦粉、高粉膠比、低含量粗集料。澆注式瀝青混凝土可以有效的抵抗由鋼板局部撓曲變形在鋪裝層中產生的應力,對鋼橋面板具有優良的粘結性、隨從性。在常溫與低溫條件下,由于存在有非常充分的瀝青膠漿,而瀝青膠漿僅作為顆粒之間的膜體存在于混合料之中,起到了“骨架”的作用,這與普通瀝青混凝土以粗集料為骨架完全不同。因此澆注式瀝青混凝土具有良好的低溫抗裂性能和抗疲勞性能。本文在配合比設計時主要考慮在較小程度影響混合料其他性能的條件下提高其高溫穩定性。主要通過研究不同瀝青結合料、外摻劑對澆注式瀝青混合料的影響,確定出合適的瀝青結合料和外摻劑種類及其最佳用量范圍。在此基礎上進行澆注式瀝青混合料配合比設計研究,并通過復合結構分析澆注式瀝青混合料鋼橋面鋪裝結構的路用性能。本文目的在于通過研究影響澆注式瀝青混合料性能的各因素,設計出具有良好性能的澆注式瀝青混合料,解決澆注式瀝青混合料高溫穩定性差的問題。使其性能優于現有的鋼橋面鋪裝結構體系,能解決重載、超載等交通條件下鋼橋面鋪裝的耐久性問題。關鍵詞:澆注式瀝青混合料,配合比設計,瀝青結合料,外摻劑,路用性能iAbstractTheGussasphaltisakindoftypicaluspend-densestructure,Itcanbesimplyexpressedoffourhigherandonelower:highviscosityofasphaltbinder,amountlargeofasphaltbinder,Highcontentofmineralpowderandlowcontentofcoarseaggregate.It’sstrengthmainlydependsonthetheasphaltrubberpasteandstuffinginteracttoproducecohesion.Andcaneffectivelyresiststressinpavinglayercausedbythelocalbucklingdeformationbysteelplate.SotheGussasphaltconcretehasexcellentcohesiveness,wentafterperformancetosteelbridgepanel.Innormaltemperatureandlowtemperatureconditions,BecausethereareveryfullofasphaltmortartoCreatea"framework"role,thisisdifferentofnormalasphaltconcretetoformframeworkwithcoarseaggregate,Andasphaltmortaronlyasthemembranebetweenparticlesexistsinthemixture,SotheGussasphalthasexcellentthelowtemperaturecrackperformanceandanti-fatigueperformance.Thispaperbasedonthemixturedesignofmainconsiderationwheninsmallerimpactmixtureotherperformanceconditionsimprovetheirhightemperaturestability.Mainlythroughresearchdifferentasphaltbinder,additivestoinfluenceoftheGussasphaltconcrete,Todeterminetherightcombinationofasphaltmaterialandtheadditiveagenttypeandscopeofthedosage.BasedonthistoresearchtheGussasphaltconcretemixdesign,AndthroughthecompositestructuretoanalysistheWay-useperformanceofgussasphaltinsteeldeckplatepaving.TheobjectiveofthispaperistothroughtheresearchofinfluencepouringtypetheperformanceoftheGussasphalttodesigntheGussasphaltwhichhasthebetterperformance,andtoresolvetheproblemofbadhightemperaturestability.Maketheperformancemorethanexistingsteeldeckplatepavingstructuresystem,Cansolvetheheavytrafficconditions,overloadingofthedurabilityofsteelbridgedeckpavement.Keywords:Gussasphalt;mixdesign;asphaltbinder;adjustingagent;roadperformanceii目錄第一章緒論(11.1問題的提出及研究意義(11.1.1問題的提出(11.1.2研究意義(21.2國內研究現狀(31.2.1國外研究現狀(31.2.2國內研究現狀(71.3主要研究內容(81.4技術路線(9第二章原材料技術性質分析(112.1瀝青結合料(112.1.1特立尼達湖瀝青(112.1.2基質瀝青(122.1.3改性瀝青(132.2集料(132.3礦質填料(152.4改性劑和外摻劑(15第三章瀝青結合料設計研究(183.1概述(183.1.1國外瀝青結合料研究(183.1.2國內瀝青結合料研究(203.2不同瀝青結合料對澆注式瀝青混凝土性能的影響(203.2.130#基質瀝青摻不同比例TLA對澆注式瀝青混凝土性能的影響(233.2.250#基質瀝青摻不同比例TLA對澆注式瀝青混凝土性能的影響(253.2.370#基質瀝青摻不同比例SBS改性瀝青對澆注式瀝青混凝土性能的影響(273.3最佳瀝青結合料的確定(293.4結論(30第四章外摻劑設計研究(324.1概述(324.2sasobit對澆注式瀝青混合料性能影響研究(324.3粒化聚合物對GA-10混合料性能影響研究(364.4結論(38第五章GA-10混合料配合比設計研究(40iii5.1概述(405.2級配選擇設計(415.2.1各國GA-10級配范圍(415.2.2GA-10混合料級配設計(425.3油石比對澆注式瀝青混合料性能的影響(445.4路用性能研究(465.4.1高溫穩定性(475.4.2低溫抗裂性(495.5結論(50第六章試驗路施工(516.1工程概況(516.1.1氣候條件(516.1.2交通條件(526.1.3幾何特征(526.1.4鋼橋面板結構參數(536.1.5項目使用條件及橋面瀝青鋪裝設計要求(536.2方案介紹(536.3前期準備工作(546.3.1原材料及技術指標(546.3.2目標配合比設計(566.3.3生產配合比設計(576.3.4混合料性能比較(596.4澆注式瀝青混凝土施工工藝(596.4.1施工前準備(596.4.2澆注式瀝青混合料的拌和(606.4.3澆注式瀝青混合料的運輸(606.4.4澆注式瀝青混合料的攤鋪(616.4.5接縫及邊界處理(636.4.6EMU-100高強水性粘結劑(656.5試驗路檢測(65第七章主要結論及進一步研究建議(65主要結論(65進一步研究建議(67參考文獻(68致謝(71iv第一章緒論1.1問題的提出及研究意義1.1.1問題的提出隨著我國經濟的發展,交通量的不斷增加,我國交通事業也隨之不斷發展。為了滿足交通發展的要求,越來越多的大跨徑鋼橋相繼建成。大跨徑鋼橋橋面系結構采用了縱橫加勁梁的正交異性鋼板體系,因其具有側向抗風能力強、自重輕等優點而被廣泛應用于現代大跨徑橋梁建設中。目前已建的虎門大橋、重慶長江鵝公巖大橋、重慶菜園壩長江大橋、汕頭磐石大橋,廈門海滄大橋,江陰長江大橋、安慶長江大橋、南京長江二橋、漢斜拉鋼橋以及潤揚長江大橋等均采用了正交異性鋼橋面板。正交異性鋼橋面板體系剛度較低,橋面板在荷載作用下的振幅和變形較大,鋪裝層在振動荷載作用下性能衰減更快。大跨徑橋梁通常建在跨江、跨河地域,晝夜溫差懸殊、濕度較大、氣候冬夏溫差很大,鋼箱梁由于鋼材料的特殊性容易受到外界溫度變化的影響。而且鋼橋的鋼箱梁多為封閉式結構,在夏天溫度較高的季節橋面鋼板的實測溫度可達70℃甚至更高。因此正交異性鋼板體系的這些特點對鋼橋面鋪裝層的性能提出了更高要求。尤其在我國,由于超載、重載交通的存在,使得我國的鋼橋面鋪裝面臨著嚴峻的考驗。普通的密級配瀝青混凝土被最早應用于正交異性板鋼橋面鋪裝中。但由于惡劣的使用條件,特別是重載交通的增加,使其發生了大量的破壞,主要破壞形式為車轍、坑槽、推擁、開裂、脫層等。近年來隨著鋪裝技術的發展,鋼橋面鋪裝性能得到了很大的改善,但是高溫穩定性和抗疲勞性能的提高依然鋼橋面鋪裝層亟待解決的問題。因此,越來越多的工程技術人員對鋼橋面鋪裝層出現問題引起了高度重視,尤其是重載交通使用條件下的鋼橋面鋪裝技術被稱之為“世界難題”。從鋪裝材料和施工方法角度來分,目前世界上主要采用的橋面鋪裝方案有4類:①以德國、日本為代表的高溫拌和澆注式瀝青混凝土(gussasphalt方案;②以英國為代表的瀝青瑪蹄脂混凝土(masticasphalt方案(實際上也是澆注式瀝青混凝土,只是鋪裝厚度和工藝與日本有所不同;③德國和日本等國近期采用的改性瀝青SMA方案(stone-masticasphalt;④以美國為代表的環氧樹脂瀝青(epoxyasphalt混凝土方案。其中澆注式瀝青混凝土這種鋪裝方案具有以下優點:(1能夠與鋼橋面板保持很好的粘結性,并起到保護作用;(2能夠與鋼橋面板保持很好的追從性,并且不易疲勞;(3具有較好的耐久性;(4質量輕。由于澆注式瀝青混凝土具有以上所述的優點,因此被廣泛應用于大跨徑橋梁鋼橋面鋪裝結構中。混合料配合比設計是綜合平衡瀝青混合料性能的關鍵技術之一,合理的設計方法與設計參數是取得這種綜合平衡的關鍵。從世界各國的實際情況來看,各國均采用不同的設計方法進行澆注式瀝青混合料的設計。德國澆注式瀝青混合料配合比設計是采用貫入量試驗進行,同時采用漢堡試驗進行檢驗;日本澆注式瀝青混合料配合比設計采用劉埃爾流動度、貫入量、動穩定度與低溫彎曲應變四項指標進行;英國澆注式瀝青混合料配合比設計是采用球硬度數、45℃車轍試驗進行;前蘇聯澆注式瀝青混合料配合比設計則采用貫入量試驗與馬歇爾試驗進行。而我國國內尚無澆注式瀝青混合料拌制方法與成型工藝規范,澆注式瀝青混合料配合比設計主要是參照國內外特別是日本德國的技術規范。因此,我國應在借鑒世界其他國家澆注式瀝青混合料設計經驗的基礎上,提出符合我國條件的澆注式瀝青混合料設計方法。1.1.2研究意義澆注式瀝青混合料特殊的結構特點,決定了其具有良好的低溫抗裂性和抗疲勞性能,但高溫穩定性相對較差。針對澆注式瀝青混合料高溫性能差的問題,研究和采用新的方法或材料對其配合比設計進行改善是非常有必要。大量的研究表明,澆注式瀝青混合料高溫穩定性不足主要有以下幾個原因:(1瀝青粘度和軟化點偏低;(2瀝青含量偏高,導致自由瀝青剩余偏多;(3粗集料中主骨料偏少,在混合料中缺乏主骨料抗剪能力;(4在相對多的自由瀝青中,礦粉的含量顯得偏少,難以發揮瀝青膠結強度。西(安銅(川高速公路是西安以北唯一的南北向快速通道和公路大動脈,渭河大橋屬于西銅高速公路改擴建工程中的一部分,西銅改擴建工程是沿原有線路增修的一條貨運專線,實行客貨分流通行,隨著陜北重化工基地的石油、煤炭外運,近年來,西銅高速公路車流量持續上升,貨運車輛比例不斷增加。因此良好的澆注式瀝青混合料性能在交通量迅猛增長特別是重載交通荷載條件下,可以延長西銅高速公路鋼橋面鋪裝的使用壽命,減少橋面鋪裝的維修。根據國內外鋼橋面鋪裝己有的科研成果,特別是澆注式瀝青混凝土的使用效果,針對國內外鋼橋面鋪裝在惡劣條件下出現的世界性難題,研究澆注式瀝青混凝土配合比設計,設計出性能良好的鋼橋面鋪裝結構體系,能很好的解決西銅高速公路重載、超載交通條件下鋼橋面鋪裝的耐久性問題。總之,提高澆注式瀝青混合料高溫穩定性能已成為鋼橋面鋪裝技術研究的關鍵領域之一。澆注式瀝青混合料由于特有性能被廣泛應用于鋼橋面鋪裝技術中,具有良好高溫穩定性的澆注式瀝青混合料性能在滿足重載交通條件,延長大跨徑鋼橋的使用壽命,具有十分重要的意義,為澆注式瀝青混合料性能的研究和鋼橋面鋪裝技術的發展提出一個新的思路。1.2國內研究現狀1.2.1國外研究現狀澆注式瀝青混凝土(Gussasphalt在概念和淵源上可簡單解釋為“澆入式瀝青混凝土”。法國、英國以及地中海沿岸的國家習慣于用材料特性命名這種材料,稱之為瀝青瑪蹄脂,國內有些學者也翻譯為嵌壓(碾壓式(澆注式瀝青混凝土。與其它材料相比,澆注式瀝青混凝土的特點是在高溫狀態下(約220~250℃下進行拌合,混合料流動性大,攤鋪時依靠自身的流動性成型密實,不需要碾壓,只需要用攤鋪整平機具即可完成施工。澆注式瀝青混凝土在鋼橋面鋪裝中的應用始于英國,在德國和日本得到發展。1929年修建的蘇丹尼羅河大橋是世界上最早采用特立尼達湖瀝青(TLA修筑澆注式瀝青混凝土橋面鋪裝的橋梁。由于其獨特的防水性能、抗老化性能、抗疲勞性能以及對鋼橋面板優良的追從性和粘結性能,在國外澆注式瀝青混凝土被廣泛應用于橋面鋪裝,具有代表性的有德國的Oberkasseler橋、英國亨伯爾橋、法國諾曼底大橋、瑞典霍加庫斯藤大橋、丹麥大貝爾特東橋、日本明石海峽大橋和多多羅大橋等。(1德國澆注式瀝青混凝土的德國原文為Guβ,原是“河流”之意,引申為“澆注流淌”。1917年德國開始進行研究開發澆注式瀝青混凝土,并將其大量應用于鋪面工程和建筑物防水層中。澆注式瀝青混凝土在鋼橋面鋪裝中的應用也很成功,通過對Oberkasseler、Mulheim、Zoo等鋼橋的調查發現澆注式瀝青混凝土鋪裝的性能優異。近年來,澆注式瀝青混凝土主要應用在大型停車場和城市人行街道等市政工程中。澆注式瀝青混凝土在德國一般采用針入度為20~50(0.1mm的直餾瀝青摻15%~35%的TLA。德國澆注式瀝青混凝土在級配上有自己的特色,但在集料要求方面沒有特別之處。從級配方面看,德國澆注式瀝青混凝土級配分為粗、中、細三個等級(0/5、0/8、0/11,粗級配應用于其他表面需求較粗糙的地方或摩擦層,因此其應用范圍相當廣。中間級配多應用于屋外停車場等,細級配多半應用于室內防水層或屋頂防水層。在混合料配合設計上主要依據貫入量試驗。德國澆注式瀝青混凝土配合比設計所用瀝青指標和級配范圍如表1.1和1.2所示。表1.1德國混合瀝青技術標準表1.2德國澆注式瀝青混合料適用級配(2日本歐洲發明了澆注式瀝青混凝土,日本則使這種混合料及其技術得到全面深入的發展及推廣。1950年日本開始研究鋼橋面鋪裝,并于1955年首次將兩層的瀝青混凝土鋪裝應用于東京都的新六橋,1956年日本以多田宏行先生為代表的鋪裝專家在從德國引進相應的技術后,根據日本本國的特點,對德國澆注式瀝青混凝土的相應的技術及材料組成標準進行了比較大的調整,最終形成了符合日本國情的一整套技術,并且將相關的鋼橋面鋪裝技術規范在1961年瀝青鋪裝綱要中做了公布。日本研究認為,湖瀝青摻量過多會導致施工拌和困難,并會使混合瀝青的脆性變大,低溫性能降低,因此日本主張減少膠結料中湖瀝青的比例。同時建議采用標號較低的20#~40#直餾石油瀝青以防止混合瀝青的針入度過大。在混合料級配方面,日本研究認為過細的級配不利于高溫抗車轍,會使混合料的流動性過大,因此,日本給定了澆注式瀝青混凝土級配范圍。對澆注式瀝青混凝土的細集料、粗集料以及預拌碎石有具體的要求。澆注式瀝青混合料配合比設計主要依據劉埃爾流動度試驗、貫入量試驗、動穩定試驗以及極限彎曲試驗進行材料設計和性能評價。日本澆注式瀝青混凝土配合比設計所用瀝青指標和級配范圍如表1.3和1.4所示。1.3日本瀝青技術規范要求1.4日本澆注式瀝青混合料的級配范圍(3英國英國道路運輸研究協會在20世紀50年代早期時就對此作了廣泛的研究,目的是為了尋找一個合適的鋪裝結構:①是否能與鋼橋面板保持很好的粘結性,并且起到保護作用;②是否能與鋼橋面板保持很好的追從性,并且不會產生疲勞;③是否具有較好的耐久性;④是否很輕便。英國澆注式瀝青混凝土將瀝青膠結料、細集料和粗集料按一定的比例配制而成。瀝青膠結料采用60#~70#普通石油瀝青摻配一定比例的湖瀝青拌制而成,湖瀝青的摻配比例一般較高,為50%~70%。表1.5為英國瀝青技術指標。英國澆注式瀝青混凝土對細集料、粗集料以及預拌碎石也有具體的要求,如表1.6和1.7所示。對混合料設計主要以硬度數、軸向加載3600次永久應變、輪轍深度以及車轍率、間接拉伸試驗等進行材料設計和性能評價。1.5英國瀝青技術指標注:S級:B型和T50型用于街道、停車場頂部、人行道以及其他類似用途;H級:T50型用于汽車站或者交通非常繁忙的道路路面。1.6英國集料級配的技術標準1.7英國預拌碎石技術要求1.2.2國內研究現狀我國二十世紀90年代引進了澆注式瀝青混凝土技術,對澆注式瀝青混凝土的研究尚處于起步階段。根據其材料特性和組成原理,通過專家討論,命名為“澆注式瀝青混凝土”,意思是高溫拌和式攤鋪流淌的瀝青混合料。澆注式瀝青混凝土在我國的工程應用主要為臺灣省的高屏溪大橋和新東大橋以及江陰長江大橋和香港青馬大橋。1997年臺灣引進日本的上層改性瀝青密級配,下層澆注式瀝青混凝土的鋪裝結構與方案,并在日本工程技術人員主持下完成了高屏溪大橋和新東大橋兩座鋼橋的橋面鋪裝工程,隨后臺灣建工學院、臺灣中央大學等高校的科研人員在借鑒、吸收國外尤其是日本的技術與經驗的基礎上,通過系統的室內試驗研究與室外試驗段驗證,設計出了針對我國臺灣省夏季持續高溫、濕潤多雨的季節性氣候下的澆注式瀝青混合料。江陰大橋和香港青馬大橋的橋面鋪裝結構都是采用英國單層瀝青瑪蹄脂混凝土鋪裝結構。1999年江陰大橋建成并通車幾個月后,鋪裝層表面隨即產生較為嚴重的車轍和較多的縱向裂縫。導致江陰大橋橋面鋪裝破壞的主要原因是鋪裝層材料的疲勞性能與高溫穩定性較差以及大量通行的重載車和超載車等。青馬大橋通車前后橋面出現鼓包,經修復后至今運營狀況良好。經分析,鼓包的原因可能與施工時局部鋼板表面結露有關。在歐洲、日本澆注式瀝青混凝土的成功應用在很大程度上反映該材料具有很好的低溫性能。該混合料是否能滿足我國南方夏季持續高溫的大陸季節性氣候與十分嚴重的超載交通狀況,需要大量的室內試驗研究與試驗路論證。由于國內尚無澆注式瀝青混合料拌制方法與成型工藝規范,澆注式瀝青混合料的配合比設計主要參照國外特別是日本、德國的技術規范。在合理吸取世界上其他國家澆注式瀝青混合料設計經驗的基礎上,東南大學橋面鋪裝課題組經過大量的室內試拌,形成了我國澆注式瀝青混合料配合比設計方法。東南大學橋面鋪裝課題組結合潤揚大橋試驗橋澆注式瀝青混合料橋面鋪裝和江陰大橋鋼橋面鋪裝試驗段研究和工程實踐提出澆注式瀝青混合料設計指標及技術要求的建議值,如表1.8所示。表1.8澆注式瀝青混合料的設計指標及其技術要求(建議值*凍融劈裂強度比1.3主要研究內容盡管世界各國澆注式瀝青混合料配合比設計方法不盡相同,但是各國的設計方法都旨在提高澆注式瀝青混合料的路用性能。由于澆注式瀝青混合料是典型的懸浮密實結構,存在大量的細集料,將粗集料擠開,使大顆粒不能形成骨架,而較小顆粒與瀝青膠漿占主導地位,混合料的強度主要依靠瀝青與礦料的粘結力和瀝青的內聚力,這種混合料結構強度受瀝青性質及其狀態的影響較大。由于澆注式瀝青混合料的低溫抗裂性和抗疲勞性能較普通瀝青混合料有很大的改善,但其高溫抗車轍性能較差,通過分析澆注式瀝青混合料的結構特點,本課題的主要研究目的是在不影響澆注式瀝青混合料其他性能的前提下,提高其高溫穩定性。本課題通過分析比較,確定影響澆注式瀝青混合料性能的各種因素,研究各因素對澆注式瀝青混合料性能的影響,確定影響澆注式瀝青混合料中各因素的最佳比例,繼而進行配合比設計;并比較分析三種澆注式瀝青混合料鋼橋面鋪裝結構的路用性能;最后進行試驗路研究。主要研究內容如下:(1瀝青結合料對澆注式瀝青混合料性能的影響研究通過對30#基質瀝青摻不同比例湖瀝青組成的混合瀝青、50#基質瀝青摻不同比例湖瀝青組成的混合瀝青和70#基質瀝青摻不同比例的SBS制成的改性瀝青這三種瀝青結合料的研究,分析瀝青結合料對澆注式瀝青混合料性能的影響,并確定最佳瀝青結合料。(2外摻劑對澆注式瀝青混合料性能的影響研究本文通過參照國內外澆注式瀝青混合料配合比設計的經驗以及我國澆注式瀝青混合料的實體工程,選用了sasobit和粒化聚合物兩種外摻劑。研究兩種外摻劑對澆注式瀝青混合料性能的影響規律,并確定外摻劑的最佳用量。(3澆注式瀝青混合料配合比設計本文在確定了瀝青結合料和外摻劑的條件下,進行GA-10配合比設計。設計內容包括:初選級配和油石比,確定最佳油石比,配合比驗證(路用性能測試。(4試驗路研究根據本文的澆注式瀝青混合料設計方法,對西銅高速公路鋼橋面鋪裝所用的澆注式瀝青混合進行設計和施工,并檢驗使用效果。1.4技術路線根據研究內容,本課題制定的研究路線如圖1.1所示。圖1.1課題研究路線第二章原材料技術性質分析2.1瀝青結合料澆注式瀝青混合料是一種非常典型的懸浮密實型瀝青混合料結構,它的特點是采用連續級配,含有較多的細集料,粗集料很少且粗集料不能夠形成骨架結構,由礦粉瀝青構成的膠漿數量豐富,混合料強度主要依靠自身內聚力,瀝青性質及其狀態對混合料結構強度影響較大。澆注式瀝青混合料中瀝青結合料的含量一般都在8%左右,瀝青結合料的性質在很大程度上影響著澆注式混合料的性能。本文參考德國、日本和我國以往實體工程的經驗選用道路石油瀝青和特立尼達湖瀝青(TLA作為主要結合料進行研究。2.1.1特立尼達湖瀝青特立尼達湖瀝青(TrinidadLakeAsphalt是一種非常著名的天然瀝青,產于加勒比海特立尼達的瀝青湖。據檢測,特立尼達湖瀝青中的地瀝青約占53%~55%,礦物質占35%~39%,一些揮發物質合成的水和有機質約占9%~10%;其中可溶性瀝青中的瀝青質含量為36%,比普通瀝青要高6~10倍,氮含量很高,幾乎不含蠟;礦物質主要由石英和粘土礦物組成,且非常精細,90%的顆粒直徑小于75μm,44%的顆粒直徑小于10μm。特立尼達湖瀝青中還含有大量的芳香類化合物,它們中的很大一部分處在相對穩定的變化體系中,這種結構是特立尼達湖瀝青在復雜的地質作用過程中形成的。特立尼達湖瀝青有限公司的研究認為,特立尼達湖瀝青是一種凝膠結構,表面張力較高,由于特有的膠體結構,使其很容易與普通石油瀝青混合,從而使摻有特立尼達湖瀝青的普通石油瀝青的溫度敏感性會顯著降低。澆注式瀝青混凝土中由于含有較多的礦粉和瀝青,并且細集料多,一般基質瀝青或聚合物改性瀝青很難保證其較好的高溫穩定性,TLA由于其具有優良的特性,被廣泛應用于澆注式瀝青混合料。因此,本研究亦選用TLA作為膠結料的主要組成部分,選用的TLA技術性質試驗結果如表2.1所示。表2.1TLA技術性質試驗結果我國規范中對TLA的技術性質沒有做出要求,由于我國澆注式瀝青混合料配合比設計方法主要參考日本的經驗,所以本文查閱日本瀝青技術規范,TLA的各項指標均符合日本瀝青技術規范。2.1.2基質瀝青各國對于基質瀝青的選擇存在很大的差異,德國通常采用B45級(25℃針入度為35~50甚至B25級(25℃針入度為20~30的基質瀝青;日本通常采用標號較低的20#~40#直餾石油瀝青作為基質瀝青;英國通常采用60號#~70#普通石油瀝青作為基質瀝青。本文為了研究基質瀝青對混合料性能的影響,選用KLMY-A-30#、KLMY-A-50#、以及SK-A-70#三種瀝青進行相關性能對比試驗,以便推薦合適的基質瀝青。基質瀝青技術性質測試結果如表2.2所示。表2.2基質瀝青技術性質試驗結果由試驗結果可以看出,這三種基質瀝青的試驗結果均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTGF40—2004中對基質瀝青技術性質要求。2.1.3改性瀝青SBS改性瀝青以其優良的性能被廣泛采用于高速公路,近幾年來,澆注式瀝青混凝土也普遍采用SBS改性瀝青作為膠結料。本研究選用SK-A-70#基質瀝青和不同摻量SBS制備改性瀝青進行試驗,以便后續研究評價不同膠結料對混合料性能的影響。改性瀝青技術性質試驗結果如表2.3所示。表2.3SBS改性瀝青技術性質試驗結果從試驗結果可以看出:(1四種摻量的SBS改性瀝青技術性質均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTGF40—2004中對改性瀝青性質的要求。(2隨著SBS摻量的增加,針入度減小,運動粘度增大,高溫性能提高。但是雖然SBS可以有效提高瀝青的高溫性能,但當摻量超過一定值后,低溫性能降低幅度較大。2.2集料集料是組成瀝青混合料的重要組成部分,在澆注式瀝青混合料的整個體積中,至少有三分之二是集料。所以,礦質集料的性質對澆注式瀝青混合料的性能有著非常重要的影響。在澆注式瀝青混凝土中,集料的物理力學性質與巖性影響著瀝青結合料與集料的粘附性、瀝青混凝土結構的穩定性以及路面的抗滑性能。我國現行規范以2.36mm的直徑界定粗細集料粒徑,粗集料一般包括破碎礫石、碎石等。細集料包括機制砂、天然砂和石屑。集料應選用耐磨、堅硬致密、顆粒形狀較好,并且與瀝青結合料有良好的黏結性能的一致石料。此外粗集料表面應具有粗糙的紋理結構。澆注式瀝青混合料所用集料的最大粒徑一般應小于13.2mm,混合料中粗集料含量大約為25%,細集料含量大約為50%,填料含量大約為25%。因此,細集料的性質在很大程度上影響著澆注式瀝青混凝土的性能。天然砂一般比較堅硬,而且顆粒形狀成橢圓形,與瀝青的粘附性較差,會降低澆注式瀝青混合料的高溫穩定性,對高溫抗車轍不利。因此,一般情況下不采用天然砂。但考慮天然砂對澆注式瀝青混凝土的施工和易性的有利影響,如果采用,須對天然砂的摻加量進行限制,一般情況下,天然砂與機制砂的用量比不得超過2:1(質量比。本研究采用的集料選自產于商州的片麻巖,礦料分為A料(9.5-4.75mm、B料(4.75-2.36mm、以及C料(2.36-0mm三個規格,其技術指標和篩分結果分別如表2.4和表2.5所示。表2.4粗、細集料技術性質試驗結果表2.5粗、細集料篩分結果2.3礦質填料礦粉填料是澆注式瀝青混合料中一個很重要的組成部分,VPPuzinauskas提出礦粉填料有兩個方面的作用,第一,礦粉填料是礦料的部分,可以填充礦料間隙。第二,礦粉填料加入到澆注式瀝青混合料后,懸浮在瀝青中,與瀝青相互作用形成瀝青膠漿,減少自由瀝青數量,這是影響瀝青混合料性質的根本原因。礦質填料的加入改變了瀝青結合料的性質和瀝青結合料的粘稠度,形成的膠漿決定和影響瀝青混合料的低溫特性、高溫特性、粘附性以及疲勞耐性能。澆注式瀝青混合料中礦粉占到很大一部分比例,通常為瀝青的2.5~4倍。各國對礦粉用量要求都在25%左右,也就是說,澆注式瀝青混合料中礦粉大約占到四分之一。因此礦粉的性質是影響混合料性質的一個很主要因素,本研究選用產自商州的石灰石礦粉,其技術指標如表2.6所示。表2.6礦粉的技術性質試驗結果2.4改性劑和外摻劑SBS為苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物。作為一種熱塑性彈性體,SBS兼具塑料與橡膠的特性,加熱熔融后容易與瀝青混合,在溫度降低后可以恢復其彈性體特性,而且在道路的使用溫度范圍之內,SBS具有非常高的彈性和機械強度,在較高的拌和溫度下粘滯度較低,SBS熔融后在瀝青中可以形成網狀結構,從而使瀝青的力學性能發生改變,因此作為瀝青的改性材料SBS是相當適合的。本文選用了SBS改性瀝青,其中SBS技術性質如表2.7所示。第二章原材料技術性質研究表2.7SBS技術性質Sasobit是在德國出現了一種新型的瀝青改性劑,它主要從煤和天然氣中提取得到,是一種高分子量的合成脂肪烴,分子鏈長度在C40~C120之間。它的熔點一般高于普通石蠟,在110~120℃左右。能夠降低瀝青的高溫粘度,易于施工,同時還能提高瀝青混合料的高溫性能。本研究選用的sasobit如圖2.1所示,其技術性質如表2.8所示。圖2.1sasobit表2.8sasobit技術性質長安大學碩士學位論文粒化聚合物是我國自主研發的一種抗車轍添加劑,它能提高瀝青混合料的高溫穩定性。粒化聚合物表面呈灰黑色的扁平狀固體顆粒,由多種高分子聚合物和其他成分合成的瀝青混合料添加劑,可在常溫下保存。根據切割技術的不同,規格一般在5mm左右,在集料干拌時可以根據摻加的比例直接加入,能高效的改善各種類型的瀝青混合料的路用性能,主要用于改善瀝青混合料的抗車轍能力。本研究選用的粒化聚合物如圖2.2所示,其技術性質如表2.9所示。圖2.2粒化聚合物表2.9粒化聚合物技術性質第三章瀝青結合料設計研究第三章瀝青結合料設計研究3.1概述澆注式瀝青混合料中瀝青用量一般高達8%~9%,是一般AC混合料或SMA混合料瀝青用量的1.5~2倍。特立尼達湖瀝青(TLA由于其優良的性能被最早用于修筑澆注式瀝青混凝土橋面鋪裝。隨著筑路材料的不斷改善,鋼橋面鋪裝修筑技術的不斷發展,澆注式瀝青混凝土所采用的瀝青結合料也在不斷地變化。當今世界各國所用瀝青結合料可以分為三類:一類是低標號基質瀝青摻配一定比例的湖瀝青;另一類是聚合物改性瀝青摻配一定比例的湖瀝青;第三類是聚合物改性瀝青。隨著交通量的不斷增加,對鋼橋面鋪裝層的要求也進一步增加。聚合物改性瀝青混合料由于其優良的高溫性能、低溫性能以及抗疲勞性能將成為澆注式瀝青混合料的發展趨勢之一。3.1.1國外瀝青結合料研究(1德國德國澆注式瀝青混合料采用的瀝青結合料一般為低標號(針入度為20~50(0.1mm的直餾瀝青,其中B45級甚至B25級瀝青通常作為0/11(S、0/11等類型的澆注式瀝青混合料的結合料,并摻配15%~35%的TLA。德國基質瀝青與TLA混合后的混合瀝青技術標準如表3.1所示。表3.1德國混合瀝青技術標準長安大學碩士學位論文(2日本日本研究認為過多的TLA會給拌合和施工帶來困難,并且使混合瀝青變硬,容易開裂,因此日本建議減少混合瀝青中TLA的比例。日本一般采用低標號的20#~40#直餾瀝青作為基質瀝青,并摻配一定比例TLA。其技術規范對瀝青結合料的技術性質要求如表3.2所示。表3.2日本瀝青技術性質規范要求(3英國英國澆注式瀝青混合料一般采用的瀝青結合料為60#~70#(針入度為50~80(0.1mm普通石油瀝青作為基質瀝青。由于其采用標號較大的基質瀝青,為了滿足澆注式瀝青混合料的高溫穩定性和抗變形能力,因此摻配TLA的比例較大,一般在50%~70%左右,大約是德國和日本的2倍。英國瀝青技術指標要求如表3.3所示。第三章瀝青結合料設計研究表3.3英國瀝青技術指標注:S級:B型和T50型用于街道、停車場頂部、人行道以及其他類似用途;H級:T50型用于汽車站或者交通非常繁忙的道路路面。3.1.2國內瀝青結合料研究我國采用澆注式瀝青混凝土作為鋼橋面鋪裝技術的時間較晚,基本上是在借鑒日本和德國經驗上有所發展。為了提高澆注式瀝青混凝土的高溫穩定性,我國《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》中規定了改性硬質瀝青的技術要求如表3.4所示。考慮到天然瀝青的缺點,并規定了天然瀝青的摻量一般不超過30%。表3.4我國改性硬質瀝青技術要求3.2不同瀝青結合料對澆注式瀝青混凝土性能的影響澆注式瀝青混凝土由于所含細集料和礦粉較多(一般為75%,瀝青用量較大(一般為8%-9%,低溫性能和抗疲勞性能比普通瀝青混凝土好的多,一般瀝青結合料均能滿足《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工技術指南》中對混合料低溫抗裂性和疲勞性能的要求,但澆注式瀝青混合料易出現高溫穩定性差的問題。因此在篩選最佳瀝青結合料時,本文主要考慮瀝青和混合料的高溫性能,即測試指標是瀝青的針入度和軟化點以及混合料的貫入度及其增量,以此作為控制指標。室內混合料的拌制步驟如下:(1將基質瀝青加熱到160℃,加入TLA,用高速攪拌器以5000轉/min的速度攪拌15min,制成混合瀝青。(2將拌和鍋預熱到235℃,加入集料和瀝青,攪拌1min;如果加入粒化聚合物時,先將集料和粒化聚合物一同加入,攪拌1min,再加入瀝青攪拌1min。(3加入礦粉,攪拌40min即可。貫入度試驗步驟:(1將拌制好的混合料均勻的裝入70.7mm×70.7mm×70.7mm的鋼制試模中,使試模中混合料頂部中間部分稍微凸出一點,使其冷卻后形成比較平整的表面。(2在室溫條件下使試件靜置自由冷卻,并將試件放置在平臺上。(3將按規定冷卻的試件脫模,將冷卻的試件的側面作為測試面(頂面重新裝入鋼制試模中。(4將裝入試模中的試件放入60℃水浴中保溫1h。(5緩慢放下貫入桿,初加荷載為2.5kgf(為貫入桿和承重平臺的重量,并同時用秒表開始計時,讀取10min時百分表的讀數。(6將貫入桿固定,并將百分表的讀數清零,在沒有沖擊力的情況下,將50kg配重砝碼輕輕放在承重平臺上,記錄1min、2min、3min、5min、10min、20min、30min、60min時百分表的讀數。(730min百分表的讀數即為該試件的貫入度。60min百分表讀數減去30min讀數即為該試件的貫入度增量。貫入度試驗儀器和貫入度試驗試件如圖3.1和圖3.2所示。圖3.1貫入度試驗儀圖3.2貫入度試驗試件參照國內外澆注式瀝青混合料所用瀝青結合料的研究經驗以及我國實體工程經驗,本文采用表3.1試驗方案分析結合料對澆注式瀝青混凝土性能影響,以便篩選合適的瀝青結合料。表3.5瀝青結合料設計試驗方案考慮到TLA的摻量較多時會導致混合料的低溫性能和抗疲勞性能很差,所以我國《公路鋼箱梁橋面鋪裝設計與施工指南》中要求TLA的摻加比例不超過30%。從表3.5列出的3種基質瀝青中選出最優的瀝青結合料組合進行比較,最終選出澆注式瀝青混合料所用最佳瀝青結合料。本研究采用已有實體工程(汕頭礐石大橋鋼橋面鋪裝所用澆注式瀝青混合料的配合比進行混合料拌制,試驗級配如表3.6所示,油石比為8.0%。表3.6汕頭礐石大橋澆注式瀝青混凝土級配3.2.130#基質瀝青摻不同比例TLA對澆注式瀝青混凝土性能的影響30#基質瀝青分別以70:30、80:20、90:10、100:0的比例和特立尼達湖瀝青制成混合瀝青,測試混合瀝青25℃針入度和軟化點。用混合瀝青拌制澆注式瀝青混合料,測試混合料的60℃貫入度及貫入度增量。各項技術指標變化趨勢如圖3.3~3.6所示。101520253035010%20%30%25℃針入度/0.1mmTLA比例圖3.3摻不同比例湖瀝青對30#瀝青針入度的影響56586062646668010%20%30%軟化點/℃TLA比例圖3.4摻不同比例湖瀝青對30#瀝青軟化點的影響00.511.522.533.544.5010%20%30%60℃貫入度/mmTLA比例圖3.5摻不同比例湖瀝青對混合料貫入度的影響00.050.10.150.20.250.30.350.40.45010%20%30%60℃貫入度增量/mmTLA比例圖3.6摻不同比例湖瀝青對混合料貫入度增量的影響由圖3.3~圖3.6可以看出:(1湖瀝青的摻入使30#瀝青粘度與高溫穩定性得到提高,且摻量越大,提高幅度越大。由試驗結果可以看出,隨著TLA摻量的增加,混合瀝青的針入度減小,軟化點升高。當TLA所占的比例從0增加到30%時,其針入度從32減小到14,減幅為56.25%;軟化點從56.2增加到65.7,增幅為16.9%。從上述分析可以看出,30#基質瀝青摻TLA時針入度減少幅度很大而軟化點增加幅度較小。(2湖瀝青的摻入使澆注式瀝青混合料的高溫性能得到提高,且摻量越大,提高幅度越大,但當湖瀝青摻量超過一定比例時,混合料的流動性極差。由試驗結果和變化趨勢圖可以看出,隨著TLA摻量的增加,混合料貫入度和貫入度增量都減小。根據室內試驗,當TLA比例增加到30%時,混合料已失去流動性,因此應該排除TLA比例為30%的混合瀝青。當TLA所占的比例從0增加到20%時,貫入度從3.83減小到2.58,減幅為32.6%;貫入度增量從0.42減小到0.21,減幅為50%。從上述分析可以看出,隨著TLA摻量的增加,混合料的高溫抗變形能力提高。但TLA所占的比例不能超過20%,否則澆注式瀝青混凝土流動性極差,無法施工。(3TLA由瀝青質、樹脂和油分及部分不溶物組成,較小的針入度、高軟化點及少量礦物質灰分,使得TLA改性瀝青在高溫穩定性方面有較好的表現。由于TLA瀝青成分中瀝青質和芳香芬含量較高,這正是石油瀝青所缺乏的。同時它常年與環境共存,性質很穩定,因而TLA改性瀝青具有良好的高溫穩定性。因此隨著TLA比例的不斷增加,澆注式瀝青混合料的高溫性能越好。3.2.250#基質瀝青摻不同比例TLA對澆注式瀝青混凝土性能的影響50#基質瀝青分別以70:30、80:20、90:10、100:0的比例和TLA制成混合瀝青,測試混合瀝青的25℃針入度和軟化點。并用混合瀝青拌制混合料,測試混合料的貫入度及其增量。變化趨勢如圖3.7~3.10所示。30354045505560010%20%30%針入度/0.1mmTLA比例圖3.7摻不同比例湖瀝青對50#瀝青針入度的影響5354555657585960010%20%30%軟化點/℃TLA比例圖3.8摻不同比例湖瀝青對50#瀝青軟化點的影響22.533.544.5010%20%30%60℃貫入度/mmTLA比例圖3.9摻不同比例湖瀝青對混合料貫入度的影響0.20.250.30.350.40.450.50.550.6010%20%30%60℃貫入度增量/mmTLA比例圖3.10摻不同比例湖瀝青對混合料貫入度增量的影響由圖3.7~圖3.10可以看出:(1湖瀝青的摻入使50#瀝青粘度與高溫穩定性得到提高,且摻量越大,提高幅度越大。50#基質瀝青摻TLA組成的混合瀝青針入度和軟化點變化趨勢和30#基質瀝青摻TLA組成的混合瀝青的變化趨勢基本相同,當TLA所占的比例從0增加到30%時,其針入度從55減小到37,減幅為32.7%;軟化點從53.7增加到59,增幅為9.9%。針入度的減幅和軟化點的增幅均小于30#瀝青組成的混合瀝青。(2由試驗結果和變化趨勢圖可以看出,50#基質瀝青摻TLA組成的混合瀝青拌制的混合料的貫入度及其增量變化趨勢與30#的變化趨勢也基本相同,隨著TLA摻量的增加,混合料的貫入度及其增量均較小。當TLA所占的比例從0增加到30%時,貫入度從4.04減小到2.31,減幅為42.8%;貫入度增量從0.57減小到0.29,減幅為49.1%。(3究其出現上述現象的原因,就瀝青性質而言,30#瀝青高溫性能優于50#瀝青,因此,摻加TLA后,不管是混合瀝青的高溫性質,還是混合料的高溫性能,30#瀝青都會高于50#瀝青。3.2.370#基質瀝青摻不同比例SBS改性瀝青對澆注式瀝青混凝土性能的影響本研究采用5種不同摻量的SBS改性瀝青,SBS摻量分別為0、5%、6%、7%、8%,測試改性瀝青的針入度和軟化點,并用改性瀝青拌制混合料,測試混合料的貫入度及其增量。變化趨勢圖如圖3.11~3.3-13所示。303540455055606505%6%7%8%針入度/0.1mmSBS摻量圖3.11不同摻量SBS改性瀝青針入度變化22.533.544.555.566.5705%6%7%8%60℃貫入度/mmSBS摻量圖3.12不同摻量SBS改性瀝青混合料貫入度變化0.20.30.40.50.60.70.805%6%7%8%60℃貫入度增量/mmSBS摻量圖3.13不同摻量SBS改性瀝青混合料貫入度增量變化由圖3.11~圖3.13可以看出:(1隨著SBS摻量的增加,瀝青和混合料的高溫穩定性均得到提高。當摻量從7%增加到8%時,混合料的高溫穩定性提高幅度很小。隨著SBS摻量的增加,改性瀝青的針入度減小,軟化點均大于90℃,當SBS摻量大于5%時,針入度變化幅度很小。當SBS摻量從0%增加到8%時,針入度從64減小到35,減幅為45.3%;比較混合料的貫入度及其增量試驗結果可知:隨著SBS摻量的增加,混合料的貫入度及其增量均減小,當SBS摻量從0增加到8%時,貫入度從6.58減小到2.79,減幅為57.6%;貫入度增量由0.72減小到0.35,減幅為51.3%。減小幅度均大于上述兩種混合瀝青。(2SBS在瀝青中可形成網狀結構,從而改變了瀝青的力學性能,這種網狀結構在混合料中起到加筋作用,增加了礦料顆粒之間的相對滑動阻力,從而提高了澆注式混合料的高溫抗變形能力。(3從SBS摻量對混合料高溫性能的影響可以看出,當SBS摻量從7%增加到8%時,混合料的貫入度從2.89減小到2.79,貫入度增量從0.37減小到0.35,變化很小。考慮SBS摻量的增加會導致造價的增大,并使瀝青的改性工藝和混合料的施工難度變大。因此綜合考慮,本研究認為7%的SBS摻量優于8%。3.3最佳瀝青結合料的確定通過上述不同瀝青結合料對澆注式瀝青混合料性能的影響分析可以得出:(1對于30#基質瀝青和TLA組成的混合瀝青,TLA的最佳比例為20%,當TLA的摻加比例大于20%時,混合料失去流動性。因此,建議30#瀝青中TLA的比例應小于等于20%,當摻加比例為20%時高溫性能優于其它比例。(2對于50#基質瀝青和TLA組成的混合瀝青,由試驗結果可以看出,當TLA摻加比例為30%時混合料的高溫性能較20%還有較大的提高。考慮到TLA的摻量較多時會導致混合料的低溫性能和抗疲勞性能很差,因此建議50#瀝青中TLA的摻加比例應小于等于30%,當摻加比例為30%時高溫性能優于其它比例。(3對于70#基質瀝青制成的SBS改性瀝青,SBS的摻量對混合料的性能有顯著的影響。但當SBS的摻量從7%增加到8%時,混合料的高溫性能增加的幅度很小,考慮到SBS摻量的增加會導致施工費用和施工難度的增加,并會使混合料的流動性降低,因此建議SBS的摻量不應大于7%,當摻量為7%時高溫性能優于其它摻量。由以上分析可以看出:30#基質瀝青與TLA的比例為80:20時組成的混合瀝青、50#瀝青與TLA的比例為70:30時組成的混合瀝青以及70#基質瀝青與7%摻量的SBS制成的改性瀝青所拌制的GA-10具有較好的高溫性能,對這三者進行比較,比較結果如圖3.14所示。-0.10.40.91.41.92.42.930#50#改性瀝青貫入度及其增量/mm瀝青種類60℃,mm(60℃,圖3.14三種瀝青結合料抗變形能力比較由圖3.14可以看出,三種瀝青結合料的貫入度及其增量相差不大,考慮到鋼橋面鋪裝的特殊條件,對鋪裝材料的抗疲勞性能和低溫抗裂性能要求較高,而TLA改性瀝青雖然在一定程度上能提高混合料的抗變形能力,但過多的湖瀝青會增加拌和施工的困難,并且使混合瀝青的脆性變大,低溫抗裂性能和抗疲勞性能降低。所以,在混合料貫入度相差不大的條件下,使用SBS摻量為7%的改性瀝青制成的混合料綜合性能優于TLA改性瀝青。3.4結論通過分析三種瀝青結合料對澆注式瀝青混合料性能的影響,本章可以得出以下結論:1.30#基質瀝青摻配TLA,隨著TLA摻加比例的增加,瀝青的針入度逐減小,軟化點升高;混合料的60℃貫入度和貫入度增量逐漸減小;但當TLA的比例超過20%時,混合料失去流動性,因此,30#基質瀝青摻配TLA的最佳比例80:20。2.50#基質瀝青摻配TLA,隨著TLA摻加比例的增加,瀝青的針入度減小,軟化點升高;混合料的60℃貫入度和貫入度增量逐漸減小;考慮混合料的低溫性能和疲勞性能,50#基質瀝青摻配TLA的最佳比例為70:30。3.不同摻量的SBS改性瀝青,隨著SBS摻量的增加,混合料的60℃貫入度和貫入度增量減小;當SBS摻量大于7%時,混合料的60℃貫入度和貫入度增量減小幅度很小,考慮施工難度和造價,本研究認為SBS的最佳摻量為7%。4.比較上述三種瀝青結合料,在考慮高溫性能的條件下,三種結合料的性能基本持平,但考慮到鋼橋面特殊受力條件以及鋪裝材料的低溫性能和疲勞性能,本研究認為SBS摻量為7%的SBS改性瀝青性能最優。第四章外摻劑設計研究4.1概述Sasobit是近年來在德國出現的一種新型瀝青改性劑,高溫時它能夠降低瀝青的粘度,使混合料易于施工。同時,還可以提高瀝青混合料的高溫性能。Sasobit是一種多功能新型的改性劑,常溫下它以固態形式(晶體存在于瀝青中,從而使瀝青的粘度增大;高溫時,當瀝青的溫度超過了sasobit的熔點(110~120℃,一般為115℃溫度,sasobit就會溶化,從而降低瀝青的粘度,使澆注式瀝青混合料的流動性增加。粒化聚合物表面表現出了規整并且良好的纖維結構,內部則類似于交織網,是相互交織在一起的纖維狀態。正是因為這種纖維/纖維網絡結構約束力的存在,當瀝青混合料中存在一定體積纖維狀粒化聚合物變形體時,這些變形體相互間聯結(搭接、纏繞形成一個立體網狀結構—粒化聚合物變形體纖維網,將集料、瀝青、礦粉等連接在一起,很大程度上使它們之間的粘結作用增強,這就等同于提高了瀝青混合料的粘聚力,從而使瀝青混合料的高溫抗車轍性能大大地提高。4.2Sasobit對澆注式瀝青混合料性能影響研究室內sasobit改性瀝青工藝步驟如下:(1取已知質量的SBS改性瀝青并加熱到140℃;(2稱取所需要的sasobit的質量,分次加入到已加熱的瀝青中;(3攪拌;少量的sasobit可以直接人工攪拌均勻,如果sasobit質量過大,可以用攪拌器攪拌至均勻即可。室內劉埃爾流動度試驗步驟:(1將拌合好的混合料沿桶邊均勻注入桶內,當達到試驗需要的溫度后,將支架立于桶的邊沿,讓試驗錘通過支架的導孔垂直置于混合料表面的正中央;(2松開落錘,同時用秒表計時,記錄落錘上兩個刻度線通過支架導孔的時間間隔,這個時間間隔即為混合料在此時的溫度下的流動性,并記錄;(3測出210~260℃范圍內3~4個不同溫度下的流動性;(4施工時混合料的流動性的測試是測試從澆注式專用運輸車中放出的混合料的溫度和該溫度下的混合料的流動性。圖4.1流動度試驗儀圖4.2流動度試驗本研究選用5種不同摻量sasobit的GA-10混合料進行試驗研究,sasobit的摻量分別為0%、1%、2%、3%、4%(占瀝青用量的百分數。采用瀝青25℃針入度、5℃延度、135℃運動粘度指標,以及混合料的240℃流動度、60℃貫入度及其增量、-10℃的最大彎拉應變指標來評價sasobit對GA-10混合料性能的影響,試驗結果如圖4.3~4.8所示。25272931333537390%1%2%3%4%針入度/0.1mmsasobit摻量圖4.3sasobit摻量對針入度的影響51015202530350%1%2%3%4%5℃延度/mmsasobit摻量圖4.4sasobit摻量對5℃延度的影響2.933.13.23.33.43.53.63.70%1%2%3%4%135℃運動粘度/Pa.Ssasobit摻量圖4.5sasobit摻量135℃運動粘度的影響4681012140%1%2%3%4%240℃流動度/Ssasobit摻量圖4.6sasobit摻量對240℃流動度的影響22.22.42.62.833.23.43.63.840%1%2%3%4%60℃貫入度/mmsasobit摻量圖4.7sasobit摻量對60℃貫入度的影響0.10.150.20.250.30.350.40.450.50%1%2%3%4%60℃貫入度增量/mmsasobit摻量圖4.8sasobit摻量對60℃貫入度增量的影響由圖4.3~圖4.8可以看出:(1隨著sasobit摻量的增加,瀝青的高溫穩定性得到提高,粘度和低溫性能降低,且隨著sasobit摻量的增加,變化幅度增大。第四章外摻劑設計研究由試驗結果可知:隨著sasobit摻量的增加,25℃針入度增加,5℃延度減小,135℃運動粘度減小;當sasobit摻量大于2%時,5℃延度急劇減小,且不能滿足《公路瀝青路面施工技術規范》(JTGF40—2004對瀝青技術指標的要求;135℃運動粘度減小幅度變小。因此,從sasobit對瀝青性能的影響來看,sasobit的最佳摻量為1%~2%。(2隨著sasobit摻量的增加,澆注式瀝青混合料的工作性和60℃抗變形能力得到改善,但低溫抗裂性能降低。由試驗結果可以看出:隨著sasobit摻量的增加,混合料240℃流動度減小,說明混合料的工作性變好;60℃貫入度及其增量減小,說明混合料的高溫性能提高;當sasobit的摻量大于2%時,對澆注式瀝青混合料的240℃流動性、60℃貫入度及其增量影響較小,而對混合料的-10℃最大彎拉應變影響較大。因此,從sasobit對混合料性能影響來看,sasobit的最佳摻量應小于等于2%。(3結合sasobit自身的特性,對其改善澆注式瀝青混合料性能的機理做出以下分析:sasobit是一種類似于“蠟”的合成脂肪烴,在溫度為115℃左右時可以融化成液態。由于澆注式瀝青混合料的施工溫度為(220-240℃,遠遠高于sasobit的熔點,因此sasobit融化成液態,降低了瀝青的粘度,同時增加了混合料的流動性。在常溫下,它以固態形式存在于瀝青中,所以增大了瀝青的粘度和軟化點,使得瀝青的延度和針入度降低,但是,由于其固態形式的存在,使得混合料60℃貫入度及其增量減小,高溫性能增加,因此,采用sasobit改性瀝青可以有效解決澆注式瀝青混凝土高溫性能和施工和易性之間的矛盾。4.3粒化聚合物對料性能影響研究室內試驗粒化聚合物的使用方法:將集料和粒化物同時加入拌鍋內,攪拌3min,再加入所需質量的瀝青攪拌5min,最后加入礦粉,攪拌30min即可。現場施工中粒化物的投放分為機械自動投和放人工投放。機械自動投放可以考慮采用投放顆粒狀抗車轍劑或者顆粒纖維的輸