温拌阻燃沥青施工技术研究沥青

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1、温拌阻燃改性沥青路面施工技术研究 温拌沥青混合料施工技术研究项 目 概 况1 温 拌 混 合 料 施 工 技 术 研 究2 阻 燃 沥 青 施 工 技 术 研 究3 下 一 步 工 作 安 排4 一、项 目 概 况 1、 基 于 表 面 活 性 技 术 的 温 拌 沥 青 胶 结 料 性 能 试 验 研 究 、2、 温 拌 沥 青 路 面 施 工 控 制 指 标 研 究3、 路 用 性 能 试 验 控 制 指 标 研 究2.1基 于 表 面 活性 技 术 的 温 拌 沥青 及 沥 青 混 合 料路 用 性 能 研 究 2.1.1、基 于 表 面 活 性 技 术 的 温 拌 沥 青 胶 结 料

2、性 能 试 验 研 究 沥 青 混 合 料 的 可 压 实 温 度 主 要 取 决 于 沥 青 , 而 加 入 温 拌 剂后 沥 青 性 能 的 变 化 趋 势 是 我 们 所 关 心 的 主 要 方 面 。 分 别 对SBS 改 性 沥 青 以 及 SBS 改 性 沥 青 添 加 EvothermTM-DAT温拌 剂 的 温 拌 沥 青 进 行 常 规 指 标 试 验 , 以 及 SHRP PG(性 能分 级 )试 验 (沥 青 胶 结 料 性 能 分 级 与 平 均 7 d 路 面 最 高 设 计 温度 和 路 面 最 低 设 计 温 度 有 关 )。2.1.1.1 低 温 性 能 ( 1

3、) 延 度 沥 青 混 凝 土 路 面 的 低 温 收 缩 裂 缝 主 要 与 沥 青 的 低 温 品 质 以及 沥 青 混 合 料 的 温 度 收 缩 性 能 有 关 , 表 现 为 寒 冷 季 节 混 合料 的 沥 青 膜 拉 伸 破 坏 , 进 而 导 致 集 料 的 破 裂 。 沥 青 结 合 料 的 低 温 拉 伸 变 形 能 力 决 定 着 沥 青 混 凝 土 路 面 的 低 温 抗裂 性 能 。 当 前 , 低 温 延 度 、 弯 曲 梁 流 变 试 验 (BBR) 和 直 接 拉 伸试 验 (DTT)等 是 测 定 沥 青 胶 结 料 低 温 抗 裂 性 能 的 主 要 方 法

4、 。 沥青 胶 结 料 的 低 温 延 度 是 影 响 沥 青 混 凝 土 路 面 低 温 裂 缝 的 重 要 因素 。 Kandhal 通 过 对 宾 夕 法 尼 亚 州 10 条 试 验 路 的 研 究 发 现 , 延度 是 表 征 沥 青 混 凝 土 路 用 性 能 的 重 要 指 标 , 延 度 小 的 沥 青 混 凝土 路 面 使 用 效 果 明 显 变 坏 。 俄 亥 俄 州 对 47 条 公 路 调 查 研 究 结 果也 表 明 路 表 状 态 与 回 收 沥 青 的 延 度 有 关 , 延 度 小 的 沥 青 混 凝 土路 面 使 用 效 果 明 显 变 坏 , 而 且 低 延

5、 度 对 荷 载 引 起 的 纵 向 裂 缝 也有 很 大 影 响 。 通 过 对 SBS和 添 加 EvothermTM后 的 沥 青 胶 结 料 进行 了 延 度 试 验 , 结 果 如 表 2.1 所 示 。 表 2.1 沥 青 胶 结 料 延 度 试 验 项 目 SBS E-SBS5延度/cm 24.0 34.010延度/cm 59.0 69.0RTFOT 5延度/cm 15.5 19.0 由 试 验 结 果 可 以 看 出 , 在 添 加 Evotherm后 , 无 论 是 5 延 度 还是 10 延 度 , 无 论 是 原 样 还 是 经 过 RTFOT(旋 转 薄 膜 老 化 )

6、后 ,胶 结 料 的 延 度 都 有 一 定 程 度 的 增 加 , 说 明 添 加 Evotherm后 沥青 胶 结 料 的 低 温 延 度 得 到 了 改 善 。 这 对 沥 青 混 合 料 低 温 性 能有 利 。( 2) 蠕 变 劲 度 模 量 试 验 (BBR) 路 面 温 缩 开 裂 通 常 是 由 于 沥 青 使 用 过 程 中 不 断 老 化 , 劲 度 模量 不 断 增 加 , 沥 青 的 低 温 柔 性 逐 渐 转 变 为 脆 性 。 对 SBS改 性 沥青 以 及 SBS改 性 沥 青 添 加 Evotherm温 拌 剂 的 温 拌 沥 青 , 经 过RTFOT又 经 过

7、 压 力 老 化 试 验 ( PAV)后 , 用 弯 曲 梁 流 变 仪 (BBR)测 定 沥 青 胶 结 料 的 低 温 弯 曲 蠕 变 劲 度 模 量 S和 斜 率 m(60s)时 蠕变 劲 度 对 数 与 时 间 对 数 的 双 对 数 曲 线 的 斜 率 如 果 蠕 变 劲 度 过高 , 沥 青 就 会 呈 现 脆 性 , 裂 缝 发 生 的 可 能 性 就 较 大 。 为 防 止裂 缝 , 要 求 60 s 时 的 低 温 弯 曲 劲 度 模 量 S不 得 大 于 300 MPa。 斜率 m 值 是 用 来 控 制 好 低 温 下 胶 结 料 劲 度 随 时 间 变 化 的 速 率

8、, 高 的 m值 是 所 期 望 的 值 。 m) , 结 果 见 表 2。 因 为 温 度 不 断 降 低, 热 应 力 就 会 累 积 , 劲 度 变 化 相 对 较 快 , 而 相 对 较 快 的 劲 度 变 化 意 味 着 胶 结 料 有 松 弛 应 力 的 趋 势 , 否 则 此 应 力 积 聚 到 一 定 程度 就 会 造 成 低 温 开 裂。因 此 , 斜 率 m不 得 小 于 0.3。 这 些 指 标 反 映了 沥 青 在 路 面 中 经 过 5 10年 后 的 低 温 性 能 , 是 SHRP PG(性 能 分级 )的 低 温 指 标 。 表 2.2 沥 青 胶 结 料 弯

9、曲 蠕 变 劲 度 试 验 ( BBR) 通 过 添 加 温 拌 剂 以 及 未 添 加 温 拌 剂 的 SBS 改 性 沥 青 试 验 结 果 可 以 看出 , 添 加 Evotherm温 拌 剂 后 的 沥 青 劲 度 模 量 同 未 添 加 温 拌 剂 的条 件 项 目 SBS E-SBSPAV后(-6)蠕 变 劲 度 模 量 S/Mpa 50.7 80.5m值 0.44 0.419PAV后(-12)蠕 变 劲 度 模 量 S/Mpa 141 141m值 0.354 0.327PAV后(-18)蠕 变 劲 度 模 量 S/Mpa 314 320m值 0.282 0.257 沥 青 接 近

10、 , 但 斜 率 m值 发 生 了 一 定 程 度 的 降 低 , 说 明 添 加 温 拌 剂Evotherm后 , 沥 青 低 温 变 形 性 能 产 生 了 一 定 的 削 弱 。 但 其 影 响 较少 , 仍 然 在 SHRP PG同 一 等 级 范 围 内 。 另 外 , 对 于 改 性 沥 青 来 说, 弯 曲 蠕 变 劲 度 模 量 S和 斜 率 m值 同 沥 青 胶 结 料 的 低 温 性 能 的 相 关性 较 弱 , 因 此 不 能 仅 以 此 指 标 来 评 价 改 性 沥 青 胶 结 料 的 低 温 性 能。2.1.1.2 高 温 性 能 (1)高 温 抗 车 辙 因 子

11、及 疲 劳 因 子 。 利 用 动 态 剪 切 流 变 仪 (DSR), 对 老 化 前 后 的 SBS改 性 沥 青 以 及 SBS改 性 沥 青 添 加 Evot herm温 拌 剂 沥 青 胶 结 料 车 辙 因 子 G/ sin及 疲劳 因 子 G3sin进 行 试 验 , 评 价 温 拌 剂 对 胶 结 料 高 温 性 能 的 影 响 以及 老 化 因 子 的 变 化 。 G3/ sin是 高 温 劲 度 , 用 来 评 价 结 合 料 的 抗 车 辙 能 力 。 G3/ sin越大 , 表 示 沥 青 的 抗 车 辙 能 力 越 强 。 原 样 沥 青 高 温 劲 度 要 求 不

12、小 于110 kPa , 旋 转 薄 膜 老 化 (RTFOT)后 不 小 于 212 kPa。 G3sin为 中 等 温 度 劲 度 , 表 示 沥 青 在 变 形 过 程 中 能 量 的 损 失 , 即 变 形 中 不 可 恢复 的 部 分 , 为 模 量 的 黏 性 部 分 。 G3sin越 大 , 表 示 荷 载 作 用 下 的 剪 切 损 失 越 快 , 储 存 的 部 分 (可 以释 放 ,恢 复 )越 少 , 即 耐 疲 劳 性 能 越 差 , 要 求 在 相 应 温 度 下 不 大 于 5 000 kPa。 由 表 2.3可 以 看 出 , SBS改 性 沥 青 添 加 Evo

13、thermDAT 温拌 剂 的 温 拌 沥 青 胶 结 料 , 高 温 等 级 同 原 样 SBS改 性 沥 青 相 同 , 同为 PG76 - xx。 但 在 76 时 的 车 辙 因 子 G3/ sin较 SBS改 性 沥 青 高, 说 明 添 加 EvothermTM的 温 拌 沥 青 的 高 温 抗 车 辙 能 力 略 优 于 SBS改 性 沥 青 。 表 2.3类型温度/相位角/( 。) G*复数模量/pa G*/sin车辙因子/kpa最终温度高温连续分级/未老化 SBS-EvothermTM 64 63.36 5942 6.647 89.970 63.2 3324 3.72476

14、61.93 2062 2.33682 59.28 1304 1.51688 55.84 909 1.098 90 53.71 706 0.875 类型温度/相位角/(。) G*复数模量/pa G*/sin车辙因子/kpa最终温度高温连续分级/未老化SBS 64 62.99 4700 5.276 85.8770 63.01 2811 3.15576 63.02 1751 1.96582 61.96 1146 1.298 88 59.70 776 0.899RTFOT后SBS-EvothermTM 70 65.17 4376 4.822 78.44 7676 66.66 2492 2.71482

15、67.9 1439 1.55388 68.12 871 0.939SBS 64 62.41 5913 6.672 78.08 7670 62.45 3535 3.98776 62.59 2188 2.46582 62.52 1402 1.580 88 62.27 922 1.04190 62.11 615 0.695(2)添 加 Evot hermTM后 对 老 化 因 子 的 影 响 。 美 国 NCHRP 研 究 表 明 , RTFOT 老 化 过 程 中 树 脂 转 化 为 沥 青 质, 组 分 转 化 使 得 树 脂 和 轻 质 油 分 减 少 、 沥 青 质 增 加 。 在 这 个

16、过 程中 表 现 为 老 化 后 G3/sin比 老 化 前 有 所 增 加 , 但 同 时 也 增 加 了 路面 开 裂 的 可 能 性 。 通 过 比 较 SBS及 其 添 加 EvothermTM温 拌 剂 的SBS胶 结 料 的 老 化 因 子 (老 化 后 G3/ sin同 老 化 前 G3/sin 的 比 值 ,老 化 因 子 越 小 , 路 面 的 寿 命 越 长 )发 现 , 在 温 度 为 70 时 , 添 加温 拌 剂 EvothermTM的 胶 结 料 较 未 添 加 温 拌 剂 的 SBS胶 结 料 的 老 化因 子 略 大 , 见 表 2.4。 但 在 温 度 为 7

17、6 以 上 时 , 添 加 温 拌 剂 EvothermTM的 胶 结 料 较 未 添 加 温 拌 剂 的 SBS胶 结 料 的 老 化 因 子 低。 表 2.4 沥 青 胶 结 料 老 化 因 子 温 度 / SBS E-SBS64 1.2670 1.26 1.2976 1.25 1.1682 1.22 1.0288 1.16 0.85 通 过 性 能 分 级 ( SHRP PG)试 验 , 可 知 SBS胶 结 料 同 添 加 EvothermTM温 拌 剂 的 SBS胶 结 料 性 能 分 级 相 同 , 均 属 于 PG76 - 22。 通 过 对 以 上 沥 青 胶 结 料 高 、

18、低 温 性 能 分 析 可 以 看 出 , 添 加 EvothermTM温 拌 剂 后 , 沥 青 的 高 温 性 能 有 所 提 高 。 虽 然 低 温 时添 加 温 拌 剂 的 沥 青 胶 结 料 劲 度 变 化 的 速 率 较 原 样 SBS改 性 沥 青 略低 , 即 m值 小 , 但 是 影 响 不 大 。 并 且 添 加 温 拌 剂 的 沥 青 胶 结 料 的低 温 延 度 较 原 样 SBS沥 青 大 , 说 明 其 低 温 抗 裂 性 能 良 好 。2.1.1.3 DA T添 加 剂 对 SBS改 性 沥 青 粘 度 的 影 响 2.3. 1试 验 方 案 试 验 的 目 的

19、是 测 定 沥 青 三 大 指 标 与 沥 青 布 氏 旋 转 粘 度 。 沥 青 的 高 温 性 能 主 要 是 指 沥 青 高 温 下 的 流 变 性 , 用 粘 度 指 标 评 价。 沥 青 粘 度 是 用 来 衡 量 沥 青 粘 滞 力 大 小 的 一 个 物 性 数 。 沥 青 的 粘滞 性 是 其 技 术 性 质 中 与 沥 青 路 面 力 学 行 为 最 为 密 切 的 一 种 性 质 。在 现 代 交 通 状 况 下 , 为 防 止 路 面 出 现 车 辙 等 损 害 , 沥 青 粘 度 指 标是 首 要 考 虑 的 参 数 。 粘 度 试 验 采 用 美 国 SHRP计 划

20、推 出 的 布 氏 粘 度 仪 , 对 SBS 改 性 沥 青 以 及 添 加 DA T温 拌 剂 的 SBS改 性 沥 青 分 别进 行 粘 温 曲 线 测 定 , 从 而 对 比 各 沥 青 的 高 温 流 变 性 能 及 沥 青 混 合料 的 拌 和 与 压 实 温 度 控 制 。 室 内 试 验 过 程 分 为 两 组 , 一 组 为 SBS 改 性 沥 青 , 另 一 组 为 SBS改性 沥 青 + 温 拌 剂 DAT。 分 别 测 试 不 同 温 度 下 的 布 氏 旋 转 粘 度 , 粘度 结 果 见 表 3和 图 3。表 2.5 布 氏 旋 转 粘 度 试 验 结 果温 度 /

21、 SBS E-SBS110 16.070 13.280 120 6.625 5.821130 3.104 2.522135 2.172 1.698140 1.647 1.293150 1.022 0.921160 0.614 0.583 175 0.352 0.337185 0.236 0.229190 0.187 0.178 从 表 3和 图 3可 以 看 出 , SBS改 性 沥 青 与 加 温 拌 剂 DAT的 SBS改 性 沥青 粘 度 均 随 温 度 的 升 高 而 逐 渐 降 低 。 从 图 3可 以 发 现 , 温 度 在 110 140 范 围 内 , 相 比 于 SBS 改

22、性 沥 青 , 添 加 DA T的 SBS改 性 沥青 的 布 氏 旋 转 粘 度 有 所 下 降 , 但 下 降 的 幅 度 较 低 ; 当 温 度 大 于150 时 , 两 者 粘 度 接 近 。 从 添 加 DAT的 SBS 改 性 沥 青 的 制 备 过程 来 看 , 因 为 温 拌 剂 DA T在 常 温 下 为 液 体 , 待 加 入 温 拌 剂 DAT的 SBS改 性 沥 青 物 理 发 泡 完 毕 后 , DAT温 拌 剂 中 水 溶 液 已 经 基 本挥 发 , 只 剩 余 少 量 表 面 活 性 成 分 , 在 少 水 的 状 态 下 , 活 性 成 分 无法 形 成 有

23、效 的 水 膜 结 构 , 对 SBS改 性 沥 青 的 粘 度 影 响 不 大 。 2.1.2温 拌 沥 青 路 面 施 工 控 制 指 标 研 究2.1.2.1 Eotherm温 拌 沥 青 混 合 料 控 制 指 标 研 究 由 于 基 于 表 面 活 性 平 台 的 温 拌 沥 青 混 合 料 和 传 统 的 热 拌 沥 青 混 合料 在 各 个 方 面 都 有 所 不 同 , 而 且 国 内 也 没 有 相 应 的 规 范 标 准 和 控制 指 标 , 因 此 采 用 AC-13、 AC-20、 WMA的 室 内 试 验 和 生 产 施 工等 各 环 节 进 行 研 究 , 探 究

24、适 合 温 拌 沥 青 混 合 料 的 质 量 控 制 指 标 。3.1.1 温 度 控 制 指 标 研 究 研 究 思 路 是 首 先 以 美 德 维 实 伟 克 公 司 建 议 的 拌 合 施 工 温 度 125, 对 3 种 级 配 进 行 配 合 比 设 计 , 3种 级 配 如 表 3.1所 示 , 确 定 各 自的 最 佳 沥 青 用 量 。 以 此 最 佳 沥 青 用 量 , 在 不 同 温 度 下 用 马 歇 尔 法成 型 试 件 , 观 察 其 空 隙 率 变 化 规 律 , 进 而 确 定 最 佳 拌 合 施 工 温 度。 表 3.1 矿 料 级 配 通 过 以 下 筛 孔

25、 的 通 过 率 /%类 型 19.0 16.0 13.2 9.5 4.75 2. 36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075AC-13 100.0 100.0 92.9 82.0 52.4 30.8 23.1 15.4 12.3 8.8 5.2AC-20 95.0 85.0 71.0 61.0 41.0 30.0 22.5 16.0 11.0 8.5 5.0AC-25 89.0 81.5 71.0 53.0 35.4 25.0 16.6 12.3 9.0 7.6 6.0 随 成 型 温 度 改 变 , 试 件 空 隙 率 变 化 趋 势 如 图 1 所 示 。 3种 级 配的 E-

26、WMA 有 类 似 的 变 化 规 律 。 总 的 来 说 , 在 试 验 的 温 度 区 间内 , 随 着 成 型 温 度 的 升 高 , 空 隙 率 呈 减 小 的 趋 势 。 100 是一 个 分 界 点 , 成 型 温 度 100 以 上 , 空 隙 率 变 化 趋 缓 , 但 100 以 下 , 随 着 成 型 温 度 的 降 低 , 试 件 空 隙 率 急 遽 增 大 。 成 型 温度 90 时 , 3 种 级 配 E-WMA 的 空 隙 率 都 达 到 了 5 %以 上 。 这 说明 100 以 下 , 温 拌 添 加 剂 起 到 的 润 滑 作 用 已 经 不 能 抵 消 沥

27、青工 作 性 急 遽 降 低 带 来 的 影 响 。 在 100 140 内 细 分 , 115125 是 个 稳 定 的 区 间 , 在 此 温 度 区 间 内 成 型 的 试 件 空 隙 率 基本 没 有 变 化 。 125 140 , 空 隙 率 有 所 减 小 , 但 减 小 量 只 有 0. 1 %左 右 。 考 虑 WMA相 对 HMA的 优 势 就 在 于 拌 合 施 工 温 度 低, 从 而 节 能 环 保 , 因 此 没 有 必 要 为 了 追 求 非 常 小 的 压 实 功 能改 善 而 进 一 步 提 高 施 工 温 度 。 因 此 , 建 议 施 工 温 度 在 115

28、125 。 室 内 试 验 的 试 件 成 型 温 度 , 取 此 区 间 的 中 值 120 , 拌合 温 度 取 125 。 图 3.1不 同 温 度 下 E-WMA空 隙 率 变 化 图 2.1.2.2马 歇 尔 配 合 比 设 计 控 制 指 标 研 究在 拌 合 温 度 125 , 成 型 温 度 120 下 , 对 3种 级 配 重 新 进 行 配 合 比 设 计 , 并 同 相 同 级配 的 HMA进 行 对 比 。按 照 现 行 规 范 对 E-WMA进 行 配 合 比 设 计 , 最 佳 沥 青 用 量 下 的 体 积 指 标 如 表 3.2所 示 。可 以 看 到 , 在

29、最 佳 沥 青 用 量 下 , E-WMA所 有 指 标 均 可 以 满 足 规 范 对 HMA 的 要 求 , 只 有 流 值 超 出 规 范 建 议 范 围 。 经 过 大 量 试 验 , 证 明 E-WMA流 值超 标 不 是 偶 然 现 象 。 但 流 值 超 标 会 不 会 对 E-WMA的 性 能 造 成 影响 。 3种 级 配 的 E-WMA和 相 同 级 配 的 HMA对 比 , E-WMA最 佳 沥青 用 量 普 遍 比 HMA高 0. 2 % 0. 3% , 这 说 明 温 拌 添 加 剂 的 润 滑作 用 , 仍 不 能 完 全 弥 补 成 型 温 度 降 低 给 混 合

30、 料 工 作 性 带 来 的 影响 , 不 过 已 经 可 以 达 到 现 行 规 范 对 HMA的 设 计 要 因 此 , 在 E-WMA的 配 合 比 设 计 阶 段 , 可 以 用 现 行 规 范 对 HMA的 控 制 指 标作 为 E-WMA的 控 制 指 标 。表 3.2 E-WMA混 合 料 马 歇 尔 体 积 指 标类 型 最 佳 沥 青用 量 /% 空 隙 率/% 矿 料 间 隙率 /% 饱 和 度/% 稳 定 度/kN 流 值 /mmAC-20 4.4 4.5 14.3 68.6 12.2 4.3 AC-25 3.8 4.0 12.8 68.9 10.0 5.2 2.1.3

31、路 用 性 能 试 验 控 制 指 标 研 究 现 行 规 范 对 HMA的 性 能 评 价 , 主 要 包 括 高 温 稳 定 性 和 水 稳 定 性 2个 方 面 。 下 面 分 别 对 3种 级 配 的 E-WMA和 HMA在 最 佳 沥 青 用 量 下进 行 性 能 试 验 , 探 究 E-WMA的 控 制 指 标 。 2.1.3.1高 温 稳 定 性 高 温 稳 定 性 试 验 采 用 沥 青 混 合 料 车 辙 试 验 , 试 验 温 度 为 60 , 轮压 0.7 MPa。 采 用 轮 碾 成 型 机 成 型 长 300 mm 宽 300 mm 厚 50 mm的 板 块 状 试

32、件 , 然 后 用 车 辙 试 验 机 试 验 , 计 算 得 到 3种 级 配 的E-WMA动 稳 定 度 如 下 表 所 示 。表 2.4.1 车 辙 试 验 结 果 2 种 采 用 改 性 沥 青 的 E-WMA(AC-13和 AC-20)动 稳 定 度 跟 相 同 级 配 的 HMA相 差 无 几 , 但 采 用 基 质 沥 青 的 E-WMA(AC-25)则 比 同 级 配 的。 类 型 WMA动 稳 定 度 H MA动 稳 定 度 /(次 /mm) 规 范 要 求AC-20 9520 10537 2800AC-25 1838 2789 1000 HMA略 逊 但 3 种 级 配 的

33、 E-WMA 动 稳 定 度 均 远 远 超 出 规 范 对 HMA 的 要 求 限 值 。 这 说 明 E-WMA 同 样 具 有 良 好 的 高 温 稳 定 性 , HMA 的 规 范 标 准 可 以 作 为 E-WMA的 控 制 指 标 。 2.3.1.2水 稳 定 性 试 验 水 稳 定 性 试 验 包 括 浸 水 马 歇 尔 试 验 和 冻 融 劈 裂 试 验 。 浸 水 马 歇 尔试 验 是 将 成 型 好 的 马 歇 尔 试 件 放 入 60 恒 温 水 槽 中 , 保 温 48 h,进 行 马 歇 尔 稳 定 度 试 验 , 和 常 温 放 置 48 h 的 马 歇 尔 试 件

34、 稳 定 度 相比 , 得 到 马 歇 尔 残 留 稳 定 度 。 同 时 进 行 了 E-WMA 和 HMA 的 马 歇 尔 残 留 稳 定 度 试 验 , 结 果 如 下表 所 示 。 3 种 级 配 的 E-WMA 残 留 稳 定 度 和 HMA不 相 上 下 , 远 远超 出 规 范 对 HMA的 要 求 。类 型 WMA残 留 稳 定 度 /% H MA残 留 稳 定度 /% 规 范 要 求AC-20 88.5 88.4 85AC-25 97.0 98.0 80 冻 融 劈 裂 试 验 按 照 现 行 规 范 要 求 进 行 , 冻 融 试 件 冰 冻 温 度 为 -18 2 , 保

35、 温 16 h; 60 0. 5 恒 温 水 槽 保 温 24 h, 试 验 结果 如 表 5所 示 。 表 2.4.5 冻 融 劈 裂 试 验 结 果 3种 级 配 的 E-WMA冻 融 劈 裂 比 均 可 以 满 足 现 行 规 范 对 HMA 的 要 求, 但 超 出 规 范 限 值 并 不 多 。 同 相 同 级 配 的 HMA相 比 , 则 有 一 定 差距 。 这 从 一 个 侧 面 反 映 冻 融 劈 裂 试 验 相 较 浸 水 马 歇 尔 试 验 , 更 能反 应 E-WMA的 水 稳 定 性 。 因 此 建 议 以 现 行 规 范 对 HMA水 稳 定 性控 制 指 标 作

36、为 E-WMA的 控 制 指 标 , 以 冻 融 劈 裂 比 作 为 E-WMA水 稳 定 性 的 主 控 指 标 , 以 残 留 稳 定 度 作 为 E-WMA的 参 考指 标 。类 型 WMA残 留 稳 定 度/% H MA残 留 稳 定 度/% 规 范 要 求AC-20 81.2 86.7 80AC-25 80.5 83.3 75 通 过 上 面 的 性 能 试 验 可 以 发 现 , 流 值 超 标 的 E-WMA 性 能 试 验 仍可 以 满 足 规 范 对 HMA 的 要 求 , 流 值 超 标 对 E-WMA的 性 能 影 响 并不 大 , 因 此 建 议 不 将 现 行 规 范

37、 对 HMA 的 流 值 建 议 控 制 指 标 作 为E-WMA 的 控 制 指 标 ; 或 者 通 过 大 量 试 验 研 究 , 提 出 适 合 E-WMA的 流 值 控 制 指 标 . 2.2 Sasobit温 拌 沥 青 及 沥 青 混 合 料 路 用 性 能Sasobit对 沥 青 感温 性 能 的 影 响 Sasobit性 能 测 试 Sasobit沥 青 制 备工 艺 的 确定 Sasobit对 沥青 感 温 性 能的 影 响 水 稳 定 性能 试 验 2.2 Sasobit温 拌 沥 青 及 沥 青 混 合 料 路 用 性 能 Sasobi t是 德 国 SasolWax公

38、司 的 产 品 , 是 一 种 窄 分 布 的 长 链 脂 肪族 烃 , 其 主 链 分 子 中 含 有 40 115个 碳 原 子 , 使 用 Fischer - Tropsch (费 托 , FT) 方 法 从 煤 炭 气 化 中 获 取 , 因 此 也 称 为 FT石 蜡 。 Sasob i t的 外 观 呈 片 状 或 粉 状 , 其 熔 点 大 于 100 , 高 于 普 通 石 蜡 , 在 超过 115 时 能 完 全 溶 解 于 沥 青。2.2.1 Sasobit对 沥 青 感 温 性 能 的 影 响 在 沥 青 中 加 入 Sasobit对 感 温 性 能 的 影 响 , 沥

39、青 感 温 性 能 与 Sasob i t剂 量 之 间 的 关 系 , 目 前 , 国 内 外 还 没 有 对 此 进 行 系 统 的 研 究 ,针 对 以 上 问 题 进 行 初 步 的 探 讨 。2.2.1.1 Sasobit性 能 测 试试 验 采 用 德 国 Sasol Wax公 司 生 产 的 Sasobit 其 性 能 测 试 技 术 指 标 见表 1.表 1 Sasobit的 性 能 测 试 结 果 项 目 燃 点 / 闪 点 / 粘 度 ( mpas) 针 入 度 ( 10-1mm)135 150 25 60测 试 值 100 290 5147 3126 1 8 2.2.1.

40、2 Sasobit沥 青 制 备 工 艺 的 确 定 试 验 采 用 了 人 工 搅 拌 和 机 械 剪 切 两 种 方 式 , 在 不 同 混 合 温 度 ( 130, 150, 170 ) 以 及 不 同 混 合 时 间 ( 15, 30, 45 m i n) 下 进 行 Sasobit沥 青 的 制 备 , 其 中 机 械 剪 切 是 采 用 小 型 高 速 剪 切 机 。 表 3为添 加 3 % Sasobit的 沥 青 在 不 同 制 备 工 艺 条 件 下 的 试 验 结 果 。试 样 人 工 搅 拌 机 械 剪 切混 合 温 度 / 混 合 时 间 /min 混 合 温 度 /

41、混 合 时 间 /min1 130 15 130 152 130 30 130 303 130 45 130 454 150 15 150 15 5 150 30 150 306 150 45 150 457 170 15 170 158 170 30 170 309 170 45 170 45 从 表 3的 试 验 结 果 可 知 , Sasobit沥 青 在 不 同 加 工 工 艺 条 件 下 , 其 软化 点 差 均 符 合 JTG F40-2004公 路 沥 青 路 面 施 工 技 术 规 范 6 规 定 的聚 合 物 改 性 沥 青 贮 存 稳 定 性 技 术 要 求 , 说 明 在

42、 加 工 过 程 中 的 混 合时 间 、 混 合 温 度 以 及 混 合 方 法 对 Sasobit沥 青 的 性 能 影 响 不 大 ,Sasobit与 沥 青 有 很 好 的 配 伍 性 。 结 合 室 内 试 验 情 况 , 试 验 采 用 了在 130 下 人 工 搅 拌 15 min的 方 法 进 行 Sasobit沥 青 的 制 备 。 2.2.1.3 2.2.1.3 Sasobit对 沥 青 感 温 性 能 的 影 响 沥 青 是 一 种 典 型 的 粘 弹 性 材 料 , 其 任 何 性 质 都 是 温 度 和 时 间 的 函数 , 并 且 对 于 不 同 的 沥 青 , 即

43、 使 温 度 变 化 相 同 , 其 针 入 度 和 粘 度等 的 变 化 也 可 能 不 同 , 这 种 沥 青 性 质 受 温 度 变 化 的 影 响 程 度 (感温 性 ) 直 接 关 系 到 沥 青 的 使 用 性 能 。 沥 青 是 一 种 典 型 的 粘 弹 性 材 料 , 其 任 何 性 质 都 是 温 度 和 时 间 的函 数 , 并 且 对 于 不 同 的 沥 青 , 即 使 温 度 变 化 相 同 , 其 针 入 度 和 粘度 等 的 变 化 也 可 能 不 同 , 这 种 沥 青 性 质 受 温 度 变 化 的 影 响 程 度 (感 温 性 ) 直 接 关 系 到 沥 青

44、 的 使 用 性 能 。 目 前 表 示 沥 青 感 温 性 能 的 指 标 有 很 多 , 如 针 入 度 指 数 (PI )、 粘 温 指 数 ( V TS)、 针 入 度 粘 度指 数 (PVN ) 等 等 。 沥 青 的 各 个 感 温 性 能 指 标 所 反 映 的 温 度 区 域 不尽 相 同 , PI值 是 由 沥 青 0 40 的 针 入 度 变 化 决 定 的 , 因 此 , PI 值 更 多 体 现 的 是 沥 青 在 0 40 条 件 下 的 温 度 敏 感 性 ; V TS是 由沥 青 60 135 的 粘 度 变 化 决 定 的 , 因 此 V TS更 多 评 价 沥

45、 青 在 60 135 条 件 下 的 温 度 敏 感 性 ; PVN是 由 沥 青 25 针 入 度 及 60 或135 粘 度 决 定 的 , 因 此 PVN更 多 反 映 沥 青 在 25 60 或 25 135 条 件 下 的 温 度 敏 感 性 。 试 验 在 基 质 沥 青 中 加 入 不 同 剂 量 的 Sasobit(与 沥 青 的 质 量 比 , 剂 量分 别 为 2 % 5 %, 每 1 %为 一 个 间 隔 点 ), 分 别 测 试 其 在 不 同 温度 下 的 针 入 度 、 粘 度 等 性 能 指 标 , 计 算 不 同 剂 量 下 的 Sasobit沥 青各 个 感

46、 温 性 指 标 , 从 而 综 合 地 评 价 Sasobi剂 量 对 沥 青 在 各 个 不 同温 度 区 域 范 围 内 的 感 温 性 能 影 响 。(1) 针 入 度 指 数 表 4和 图 1为 加 入 不 同 剂 量 的 Sasobit沥 青 在 不 同 温度 下 的 针 入 度 及 PI计 算 结 果 。 表 4不 同 剂 量 的 Sasobit沥 青 针 入 度 指 数 计 算 结 果 ( 10-1mm) 项 目 原 样 沥 青 加 2%Sasobit 加 3%Sasobit 加 4%Sasobit 加 5%Sasobit15 25 24 22 20 1915 71 61 50

47、 46 4030 120 86 80 71 66PI 0.83 0.44 0.57 0.59 0.81 从 上 述 试 验 结 果 可 知 , 沥 青 的 PI值 随 Sasob i t剂 量 的 增 加 而 增大 , PI值 越 大 , 表 示 沥 青 的 感 温 性 愈 低 , 表 明 沥 青 在 0 40 范围 内 的 温 度 感 温 性 得 到 了 改 善 。(2) 粘 温 指 数表 5和 图 2为 加 入 不 同 Sasobi t剂 量 的 沥 青 在 60e 和 135e 的 粘度 及 VTS计 算 结 果 。从 试 验 结 果 可 知 , 沥 青 的 V TS值 随 Sasobi

48、t剂 量 的 增 加 而 减 小 ,V TS值 越 小 , 表 示 沥 青 的 感 温 性 愈 低 , 表 明 沥 青 在 60 135范 围 内 的 温 度 感 温 性 也 得 到 了 改 善 。 表 5不 同 剂 量 的 Sasobit沥 青 粘 温 指 数 测 试 结 果项 目 粘 度 /(mpas) VTS60 135原 样 沥 青 13908 46011 -31200加 2%Sasobit 473288 40413 -31832加 3%Sasobit 1091849 31518 -41344加 4%Sasobit 1110670 38718 -41711加 5%Sasobit 136

49、0583 35110 -41331 (3) 针 入 度 - 粘 度 指 数 图 3和 表 6为 加 入 不 同 Sasobi t剂 量 的 沥 青 在 25 针 入 度 和 135的 粘 度 及 针 入 度 及 PVN测 试 结 果。表 6不 同 剂 量 的 Sasobit沥 青 的 针入 度 粘 度 指 数 测 试 结 果项 目 原 样 沥青 加2%Sasobit 加3%Sasobit 加4%Sasobit 加5%Sasobit针 入 度( 1 0 -1mm) 71 61 50 46 40粘 度(135 )/(mpas) 46011 40413 31518 38718 35110PVN -0

50、.37 -0.74 -1.27 -1.06 -1.32从 表 6试 验 结 果 可 知 , 沥 青 的 PV N 值 随 Sasobit剂 量 的 增 加 而减 小 , PV N 值 越 小 表 示 沥 青 的 感 温 性 愈 低 , 表 明 沥 青 在 25 135 范 围 内 的 温 度 感 温 性 也 得 到 了 改 善 。 (4) 针 入 度 - 软 化 点 指 数 表 7和 图 4为 加 入 不 同 Sasobi t剂 量 的 沥 青 在 25 针 入 度 、 软 化 点及 针 入 度 ) 软 化 点 指 数 (PIR&B ) 测 试 结 果 。表 7不 同 剂 量 的 Sasobi

51、t沥 青 的 针 入 度 软 化 点 指 数 测 试 结 果项 目 原 样 沥 青 加 2%Sasobit 加 3%Sasobit 加 4%Sasobit 加 5%Sasobit针 入 度 ( 10-1mm) 71 61 50 46 40软 化 点 / 4916 6613 7919 8815 9218PI R&B 从 试 验 结 果 可 知 , Sasobit沥 青 的 PIR& B值 随 Sasobit剂 量 的 增 加 而增 大 , 沥 青 的 PIR&B值 越 大 , 表 示 沥 青 的 感 温 性 越 低 。3 5 沥 青 感 温 性 能 指 标 之 间 的 关 系 从 Sasob i

52、 t沥 青 各 个 感 温 性 指 标 的 计 算 结 果 可 知 , 在 沥 青 中 加 入 Sasobit可 以 改 善 沥 青 的 感 温 性 能 , Sasobit沥 青 各 个 感 温 性 指 标 之间 的 关 联 性 见 图 5、 图 6。 从 图 5和 图 6可 以 看 出 , Sasobit沥 青 各 个 感 温 性 指 标 之 间 有 很 好 的 相 关 关 系 ,因 此 , 对 于 沥 青 在 中 温 区 域 ( 0 40 )可 以 用 针 入 度 指 数 来 表 示 其 的 感 温 性能 , 在 高 温 区 域 ( 60 135 ) 可 以 用 粘 温 指 数 来 表 示

53、 其 的 感 温 性 能 。 综 合 考 虑 以 上 各 个 指 标 的 变 化 , 表 明 在 沥 青 中 添 加 Sasobit存 在 一个 最 佳 剂 量 , 试 验 确 定 的 最 佳 剂 量 为 3 %。2 水 稳 定 性 能 试 验 为 了 对 比 分 析 Sasob i t 沥 青 混 合 料 和 普 通 沥 青 混 合 料 的 水 稳 定 性能 , 分 别 进 行 马 歇 尔 残 留 稳 定 度 试 验 、 冻 融 劈 裂 试 验 以 及 汉 堡 车辙 试 验 。 本 试 验 选 取 2种 不 同 的 抗 剥 落 剂 改 善 和 提 高 Sasobit沥 青混 合 料 的 水

54、稳 定 性 能 , 一 种 为 某 液 体 抗 剥 落 剂 , 掺 量 为 沥 青 用 量的 3%; 一 种 为 消 石 灰 , 掺 量 为 矿 料 总 重 的 1.5 %。 应 用 上 述 3种 试验 方 法 分 别 对 掺 加 液 体 抗 剥 落 剂 和 消 石 灰 的 Sasobit 沥 青 混 合 料 进行 试 验 , 评 价 其 水 稳 定 性 能 , 优 选 出 最 佳 的 改 善 措 施2 . 1 常 规 水 稳 定 性 能 试 验2 . 1 . 1 马 歇 尔 残 留 稳 定 度 试 验 浸 水 马 歇 尔 试 验 测 定 的 试 件 浸 水 48 h后 的 稳 定 度 与 标

55、 准 试 验 条 件 下 测 定 的 稳 定 度 的 比 值 , 即 为 残留 稳 定 度 。 为 评 价 其 长 期 性 能 , 按 照 JTJ052-2005公 路 工 程 沥 青 及沥 青 混 合 料 试 验 规 程 规 定 的 方 法 对 Sasob i t 沥 青 混 合 料 和 普 通 沥 青 混 合 料 进 行 了 短 期 老 化 和 长 期 老 化 试 验 , 测 定 不 同 沥 青 、 不 同试 验 条 件 和 不 同 抗 剥 落 剂 的 沥 青 混 合 料 残 留 稳 定 度 , 具 体 试 验 结果 见 表 5。 表 5马 歇 尔 残 留 稳 定 度 试 验 结 果试 验

56、 结 果 表 明 : 与 普 通 沥 青 混 合 料 相 比 , Sasobit 沥 青 混 合 料 的 残 留稳 定 度 值 偏 低 , 尤 其 在 短 期 和 长 期 老 化 后 , 该 指 标 的 差 别 更 加 明显 , 说 明 Sasobit 沥 青 混 合 料 的 长 期 水 稳 定 性 能 较 差 ; 掺 加 液 体 抗剥 落 剂 或 者 消 石 灰 后 , Sasobit沥 青 混 合 料 的 残 留 稳 定 度 指 标 , 都得 到 明 显 提 高 。2 . 1 . 2 冻 融 劈 裂 试 验为 更 好 地 评 价 沥 青 混 合 料 在 严 苛 环 境 下 的 水 稳 定

57、性 能 , 冻 融 劈 裂 试验 冻 融 循 环 的 次 数 分 别 为 1次 、 5次 和 10次 。 对 不 同 沥 青 、 不 同 试 验 条 件 和 不 同 抗 剥 落 剂 的 沥 青 混 合 料 残 留 强 度 比 指 标 进 行 测 定 ,具 体 试 验 结 果 见 表 6。沥 青 类 型 处 治 方 式 为 老 化 短 期 老 化 长 期 老 化普 通 沥 青 无 85.4 81.6 74.9Sasobit 无 82.1 76.7 69.9Sasobit 液 体 抗 剥 落 剂 89.7 84.1 77.6Sasobit 消 石 灰 90.5 86.3 80.5 表 6冻 融 劈

58、 裂 残 留 强 度 比 试 验 结 果 试 验 结 果 表 明 : 在 冻 融 循 环 次 数 为 1次 、 5次 和 10次 的 情 况 下 ,Sasobit 沥 青 混 合 料 的 残 留 强 度 比 指 标 都 较 普 通 沥 青 混 合 料 偏 低 ;掺 加 某 液 体 抗 剥 落 剂 或 消 石 灰 后 , Sasobit 沥 青 混 合 料 的 残 留 强 度比 指 标 提 高 明 显 , 说 明 液 体 抗 剥 落 剂 或 消 石 灰 能 明 显 改 善 Sasobit 沥 青 混 合 料 的 水 稳 定 性 能 。沥 青 类 型 处 治 方 式 冻 融 循 环 1次 冻 融

59、循 环 5次 冻 融 循 环 10次普 通 沥 青 无 85.2 60.2 23.7Sasobit 无 83.1 54.6 15.3Sasobit 液 体 抗 剥 落 剂 87.8 71.5 43.6Sasobit 消 石 灰 87.5 72.4 44.1 2.3技 术 经 济 比 较 分 析技 术 经济 比 较分 析 2.3技 术 经 济 比 较 分 析2.3.1 技 术 性 能 比 较 分 析温 拌 剂 的 主 要 考 察 技 术 指 标 有 : 降 温 幅 度 、 沥 青 技 术 性 能 的 提 高 度或 损 失 度 和 混 合 料 性 能 的 提 高 度 或 损 失 度 。由 对 比

60、结 果 可 知 :( 1) DAT温 拌 剂 对 沥 青 及 混 合 料 的 性 能 几 乎 没 有 影 响 , 室 内 降 温幅 度 能 达 25 左 右 。 但 有 研 究 表 明 对 于 液 体 类 温 拌 剂 , 采 用 旋 转压 实 成 型 比 Marshall成 型 的 降 温 幅 度 更 大 , 这 就 说 明 现 场 碾 压 的搓 揉 作 用 能 使 降 温 幅 度 更 大 , 这 也 是 很 多 使 用 案 例 在 更 低 温 度 下能 压 实 成 功 的 原 因 。( 2) Sasobit提 高 了 沥 青 的 软 化 点 和 混 合 料 的 抗 车 辙 性 能 ( 但 也

61、 可 能存 在 损 失 抗 低 温 性 能 的 潜 在 风 险 ) , 降 温 15 左 右 。 Sasobit属 于合 成 蜡 , 对 沥 青 的 低 温 性 能 会 有 影 响 , 通 过 SHAP计 划 的 BBR试验 能 证 明 。 表 17 温 拌 剂 对 沥 青 及 混 合 料 的 影 响温 拌 剂 Sasobit DAT H APS室 内 降 温 幅 度 ( ) 15( 可 能 更 低 ) 25 25沥 青 技 术 性能 的 提 高 或 损失 针 入 度 软 化 点 延 度 抗 老 化 性 能 混 合 料 性 能的 提 高 或 损 失 动 稳 定 度 ( 参 考 文 献 ) 残

62、留 稳 定 度 TSR (参 考 文 献 ) 注 : 表 中 为 显 著 提 高 , 为 显 著 降 低 , 为 基 本 无 影 响 。2.4.2 经 济 性 能 比 较 分 析经 济 性 主 要 考 虑 三 个 因 素 : 掺 量 x、 进 场 单 价 p和 降 温 幅 度 。降 温 能 使 集 料 的 加 热 温 度 降 低 , 这 样 就 减 少 了 因 加 热 集 料 的 能量 损 耗 , 减 少 的 能 耗 便 是 产 生 的 效 益 。 设 因 混 合 料 的 拌 合 温 度降 低 引 起 的 集 料 加 热 降 低 温 度 为 , 则 效 益 ( 减 少 的 能 耗 ) 可 用

63、式 ( 1) 表 达 ; 使 用 温 拌 剂 产 生 的 费 用 F可 用 式 ( 2) 表 达 。效 益 费 用 比 eera为 :式 中 : K为 常 数。 根 据 对 三 种 产 品 的 价 格 了 解 , 计 算 三 种 温 拌 剂 的 效 益 费 用 比 eera( 越 大 越 好 ) , 如 表 所 示 。 由 结 果 可 知 , HAPS具 有 更 高 的 效 益费 用 比 。 表 18 效 益 费 用 比温 拌 剂 Sasobit DAT( 浓 缩 液 ) 降 低 的 温 度 ( ) 15( 可 能 更 低 ) 25( 现 场 可 能 更 高 )掺 量 ( %) 3 5价 格

64、( 万 元 )( 仅 供 参 考 ) 3.0 1.8效 益 费 用 比 eera( 仅 供 参 考 ) 1.67K 2.78K 2.3.3 混 合 料 施 工 性 能 比 较 分 析各 种 温 拌 剂 及 温 拌 混 合 料 的 施 工 性 能 简 单 对 比 如 表 19。表 19 施 工 性 能 比 较温 拌 剂 Sasobit DAT添 加 方 式 多 为 人 工 投 放人 为 控 制 机 械自 动 控 制添 加 剂 可 均 匀 性 较 差 好混 合 料 是 否 出 现 花 白 不 易 易节 油 性 不 变 不 变 三 、 阻 燃 沥 青 路 面 施 工 技 术 研 究沥 青 阻 燃 剂

65、合 理 粒 度范 围 的 确 定阻 燃 改 性 沥青 的 制 备 工 艺沥 青 阻 燃 剂 粒 度 对 阻 燃沥 青 氧 指 数的 影 响阻 燃 沥 青的 技 术性 能 研 究沥 青 阻 燃剂 的 制 备沥 青 阻 燃 剂合 理 用 量 范围 的 确 定技 术 经 济 分析 阻 燃 沥 青 路 面 施 工 技 术 研 究 3 阻 燃 沥 青 路 面 施 工 技 术 研 究 阻 燃 剂 是 用 以 提 高 材 料 阻 燃 性 能 、 阻 止 材 料 被 引 燃 及 抑 制 火 焰的 助 剂 , 主 要 用 于 合 成 或 天 然 高 分 子 材 料 的 阻 燃 , 以 减 少 火 灾危 险 。

66、毫 无 疑 问 , 阻 燃 剂 及 其 阻 燃 材 料 的 研 究 、 生 产 和 应 用 ,是 关 系 到 “ 环 境 和 人 类 ” 的 重 大 举 措 。 但 是 , 尽 管 关 于 阻 燃 科学 的 研 究 不 少 , 并 且 取 得 的 成 果 也 很 多 , 还 是 存 在 成 果 与 应 用严 重 脱 节 的 现 象 。 实 际 上 , 每 一 种 或 每 一 类 材 料 对 阻 燃 剂 的 匹配 都 是 有 选 择 性 的 , 这 是 由 高 分 子 材 料 本 身 的 结 构 与 性 能 决 定的 。 因 此 , 确 定 高 分 子 材 料 与 阻 燃 剂 的 配 伍 性 , 或 者 开 发 综 合性 能 优 良 的 阻 燃 剂 来 满 足 具 体 某 一 类 高 分 子 材 料 的 要 求 , 乃 是广 大 阻 燃 科 技 工 作 者 们 共 同 关 注 的 课 题。3.1 沥 青 阻 燃 剂 的 制 备 根 据 阻 燃 协 同 增 效 的 原 理 及 沥 青 的 组 成 , 在 分 析 复 合 阻 燃 剂 相关 文 献 的 基 础 上 选 取 了 环 保 、 价

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