温拌改性沥青混合料性能研究.doc

个人收集整理 勿做商业用途温拌改性沥青混合料性能研究广东工业大学，土木与交通工程学院，黄宇康，何莺莺摘要：所谓温拌改性沥青混合料，就是通过加入一定量的温拌剂和改性剂，并采取一定的技术措施,使沥青能在相对较低的温度下进行拌和、施工，同时保持其不低于HMA的使用性能的沥青混合料技术，也称为温拌改性沥青技术。温拌改性沥青混合料是对温拌沥青混合料性能的进一步改善和提升.本文对四种不同的改性剂环氧树脂、丁苯橡胶、纤维以及橡胶粉进行了研究，其中丁苯橡胶改性剂表现优异.通过改性沥青的三大试验和粘度试验以及温拌改性沥青混合料的路用性能研究，发现其比传统的温拌沥青混合料具有更多的优点，其节能,环保，路用性能稳定，有着巨大的社会经济效益.关键词：温拌改性沥青技术 丁苯橡胶 路用性能 社会经济效益1前言1.1温拌沥青混合料的起源与发展WMA即温拌沥青混合料首先是在欧洲由Shell和Koloveidekke于1995年联合研制出来,经过一系列的摸索与改善,于1999年和HMA进行了现场对比试验，经过1年的春、冬季跟踪观测,WMA的使用性能良好。因此，Shell和Koloveidekke在2000年Eurobitume6-Euroasphah国际会议上第一次提出了WMA。随后，日本和欧洲等国开始大量使用WMA，2001年WMA 的使用量达8000t，2002年增长到15000t，2003年就高达30000t.从WMA使用量的大幅提高上，可以看出WMA的发展势头非常好.1。2温拌沥青混合料的优势与不足因温拌沥青混合料在生产、拌和、压实等施工过程中比传统的热沥青混合料温度低得多，比较而言具有以下特点：(1）环保。温拌沥青混合料较传统沥青混合料的拌合温度降低3050，其在拌合过程中和摊铺过程中的有害气体排放会大大减少。（2)节能。根据有关资料，沥青混合料拌和温度从160170降至120，可降低能源消耗30%左右。(3)减轻沥青老化程度.沥青从热拌时160拌和、储运下降到温拌时120 拌和、储运（温度甚至更低）,沥青老化的程度可大大降低.(4）性能优良。根据目前初步的试验结果，乳化沥青温拌混合料的路用性能可完全达到热拌沥青混合料的性能,对于部分指标，温拌沥青混合料的性能甚至更优.（5)完全利用目前热拌沥青混合料的拌和设备和摊铺设备，不需要进行改造。(6)由于降低了摊铺温度，可延长施工季节.(7)较低的拌和及摊铺温度,会大量减少烟熏及其他有害的散发物质，这将极大地减轻混合料生产过程中可能对人造成的潜在伤害,维护施工建设人员的身体健康。(8）由于WMA和压实时温度较低,在碾压完成后能较快地开放交通4。虽然温拌沥青混合料有着以上众多优势，然而，事物的本身具有两面性,关于温拌沥青混合料的不足,有如下几个方面：(1）一些技术提高了车辙敏感性。(2）由于胶结料老化的减弱，车辙随着生产温度的降低有增大的趋势。(3）较低的生产温度也许会使潮湿损坏的可能性增大，因为集料没有完全烘干.某种技术也许会增加潮湿敏感性.（4）一些过程或者添加剂需要改进工厂设备或生产条件，燃料的节省并不能完全弥补增加的费用。基于温拌沥青混合料的不足，有必要对沥青混合料进行进一步的改善,即往其中加入一定比例的改性剂，使之成为温拌改性沥青混合料。虽然目前国内温拌拌沥青混合料品种比较多，但是对温拌沥青混合料路用性能研究并不系统，对于如何评价温拌沥青混合料路用性能的试验方法及指标并没有相应的规范，而且国内温拌沥青混合料技术相对国外同类产品还不够成熟。针对这些问题，下面将对添加了四种具有代表性的改性材料,分别为: 环氧树脂、丁苯橡胶乳液、纤维、橡胶粉的温拌沥青进行了系统研究。2温拌改性沥青三大指标试验和粘度试验2.1温拌改性沥青三大指标实验在调制好的温拌沥青中添加改性剂，并对其进行三大指标实验(针入度实验、软化点实验、延度实），并将实验数据与不加温拌剂的改性沥青进行比较.三大指标实验结果分析：由于改性剂对沥青性能的改善需要有一个准备的改性剂掺量,并非改性剂掺量越大，对沥青的性能改善越大，本实验通过对四种不同的改性剂（环氧树脂、丁苯橡胶、纤维以及橡胶粉）对温拌沥青的三大指标(针入度、软化点和延度）改善情况进行检验，并由变化情况综合得出各种改性剂的最佳掺量。环氧树脂沥青的实验数据实验指标实验材料环氧树脂掺量0481216针入度(mm）温拌沥青加环氧树脂6.815。274.433.323。41纯沥青加环氧树脂7.316.095.034。113。74软化点(）温拌沥青加环氧树脂49。356。765.286。286.7纯沥青加环氧树脂50。759。077。982.783。1延度（cm)25温拌沥青加环氧树脂150。2121.7102。317.816。4纯沥青加环氧树脂151.7125。2106.528。317.3丁苯橡胶对沥青的改性实验数据实验指标实验材料丁苯掺量02%468针入度（mm）温拌沥青加丁苯橡胶6。815985235.054。97纯沥青加丁苯橡胶7。316。576.225。815.23软化点（）温拌沥青加丁苯橡胶49。352。568。369。969.7纯沥青加丁苯橡胶50.757.160.466.273.0延 度（cm）25温拌沥青加丁苯橡胶150.2126。1119.487.359。5纯沥青加丁苯橡胶151。7130.9113。779.468.5纤维对沥青的改性实验数据实验指标实验材料纤维掺量00305%0709针入度（mm）温拌沥青加纤维6。816。505785。684。74纯沥青加纤维7。316。416。275.975。48软化点（）温拌沥青加纤维49.352。556.953.454。1纯沥青加纤维50。753.654。053。754。1延 度（cm）25温拌沥青加纤维150.2117。9101.092。684.1纯沥青加纤维151.7139。4133。7114.4110。2橡胶粉对沥青的改性实验数据实验指标实验材料橡胶粉掺量02468针入度（mm）温拌沥青加橡胶粉6。815。935。285.134。95纯沥青加橡胶粉7。316。055.545。375。23软化点（)温拌沥青加橡胶粉49.354.561。362.969.7纯沥青加橡胶粉50。757。160.466.273。0延 度(cm）25温拌沥青加橡胶粉150。2116。5109.483.761。2纯沥青加橡胶粉151。7127.9121.781。471.5改性沥青技术标准改性沥青三大指标技术标准项目要求针入度(25，5s,100g)0.1mm40-60软化点 6025延度 cm100各种改性剂的最佳掺量改性剂名称最佳掺量环氧树脂8%丁苯橡胶4%纤维09%橡胶粉4%最佳掺量下改性温沥青三大指标最佳掺量下的改性温拌沥青针入度(0。1mm)软化点(）25延度 cm8%环氧树脂温拌改性沥青4.4365。2102.34%丁苯橡胶温拌改性沥青5.2368。3119。40.9纤维温拌改性沥青5.7856.91014%橡胶粉温拌改性沥青5.2861。3109.4显然，在对针入度的改善方面，环氧树脂最优,对软化点的改善方面,丁苯橡胶效果较其他三种都好，而随着改性剂掺量的增加，延度都会有所降低,而5%的丁苯橡胶掺量的丁苯橡胶温拌沥青在25的延度仍达到119。4cm，可见丁橡胶在此方面又略胜一筹. 综上可知，这四种改性剂都能像热拌沥青一样对温拌沥青三大指标进行改善,且各有一定的优势，特别是环氧树脂与丁苯橡胶更是有较强的改性效果。2.2温拌改性沥青粘度实验粘度测试设备为布氏旋转粘度计,对于各种类的结合料试样选择三个测试温度，分别为135，150，180。根据粘度结果确定粘温曲线、评判混合料生产温度下的粘度水平,确定混合料生产温度的缩减量。其对比结果见下表布氏旋转运动粘度从上图可知，改性温拌沥青的布氏旋转运动粘度随温度的升高而明显降低，这一特征与热拌沥青以及热拌改性沥青相符。由于沥青在适宜的温度时结合料的粘度为（170 20)mPaS,实验表明，在150时，各种改性温拌沥青粘度指标均达到规范要求。3温拌改性沥青的路用性能3。1温拌改性沥青混合料与传统热拌改性沥青混合料路用性能对比对加入四种不同的改性材料：8%环氧树脂、4丁苯橡胶乳液、0。5聚氨酯、5橡胶粉的温拌改性沥青混合料进行马歇尔实验，实验数据对比如下表： 温拌改性沥青混合料与传统热拌改性沥青混合料马歇尔实验数据对比如上表可知，温拌改性沥青混合料的各项物理性能与热拌改性沥青混合料的各项物理性能相比差异不大,这即是表明，温拌改性沥青混合料在加入温拌剂降低沥青混合料的搅拌压实温度的同时，它仍然保持着与热拌改性沥青混合料相当的路用性能.32对温拌改性沥青混合料高温性能研究沥青混合料的高温性能试验即测定沥青混合料的高温抗车辙能力.沥青混合料的车辙试验是在规定的板块状压实试件上，用固定荷载的橡胶轮反复行走后，测定其在变形稳定期每增加变形1mm的碾压次数，即动稳定度，以次/mm表示。同一沥青混合料或同一路段的路面，至少平行试验3个试件，当3个试件动稳定度变异系数小于20时,取其平均值作为试验结果.变异系数大于20时应分析原因，并追加试验.如计算动稳定值大于6000次/mm时，记作6000次/mm.车辙实验结果对比如下表：车辙试验混合料类型动稳定度DS（次/mm)传统热沥青混合料1102温拌沥青混合料10908环氧树脂温拌沥青混合料18004%丁苯橡胶乳液温拌沥青混合料36840.5纤维温拌沥青混合料15974%橡胶粉温拌沥青混合料1980由实验结果可知，普通温拌沥青混合料的抗车辙能力并比传统的热拌沥青混合料的抗车辙能力略低。但在添加了适量的改性剂后,温拌沥青混合料的抗车辙能力更是明显地增加了,相比较四种改性剂，丁苯橡胶乳液优势最为明显，提高幅度达到了2到3倍。3.3对温拌改性沥青混合料水稳定性研究对沥青混合料的水稳定性应按规定的试验方法进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，残留稳定度及残留强度比均必须符合规范要求。1、浸水马歇尔试验进行浸水马歇尔实验时，试件分两组，每组4 个平行试件。一组在60水浴中保养0。5h后测其马歇尔稳定度S1；另一组在60水浴中恒温保养48h 后测其马歇尔稳定度S2；计算残留稳定度S0=（S2/S1)100%，试验结果如下表：沥青混合料浸水马歇尔试验试验条件马歇尔稳定度（KN）浸水残留稳定度(%）技术要求60，0。5h9.489585%60,48h9。312、冻融劈裂试验冻融劈裂试验采用马歇尔击实法成型圆柱体试件，击实次数为正反两面各50次。试验时,将试件随机分为两组，每组4个，将第二组试件以标准的饱水试验方法真空饱水，再放入塑料袋中加入约10ml水，扎紧袋口，将试件放入18的冰箱保持16h，取出试件立即放入已保持为60的恒温水槽中，撤去塑料袋，保持24h。然后,将两组试件全部浸入温度25的恒温水槽中2h.冻融劈裂试验结果项目劈裂强度/MPa冻融劈裂强度/MPa残留强度比技术要求8环氧橡胶温拌沥青混合料1.421。3595。1804%SBR温拌沥青混合料1.351.3197。0纤维温拌沥青混合料1.401。2790。74%橡胶粉温拌沥青混合料1.371.2591.2以上试验结果表明：各种改性温拌混合料有着非常好的水稳性能，这与其它的路用性能特征是一致的.水损害的发生有两个前提：一是水能浸入沥青中使沥青粘附性减小；二是水能进入沥青薄膜和集料之间，阻断沥青与集料表面的相互粘结。控制空隙率可以有效减少水分进入混合料内部的通道，因此可以延缓、减轻水损害的发生。从沥青性能来说，环氧树脂与丁苯橡胶沥青粘度大，弹性恢复性能好，在拌和冷却之后，对集料产生更大的机械粘合力,它们与沥青以及集料中非极性部分发生定向作用而形成致密结构,从而有效的阻碍水分的入侵。4温拌改性沥青性能研究总结 1、通过对温拌沥青进行改性，所选四种改性剂（环氧树脂、丁苯橡胶、纤维、橡胶粉）均能与温拌沥青达到较好的融合效果,制备技术简单。2、通过三大指标室内实验可知，不同改性剂的加入均能明显提高沥青的各项指标(针入度、软化点、延度），经分析可知，最佳配比分别为：环氧树脂8，SBR 4，纤维0。5%,橡胶粉4%。在各自的最佳配比情况下，环氧树脂对于改善沥青软化点最为明显，而SBR能够更好地改善针入度。3、进行了布氏旋转运动粘度的测定，实验表明150作为推荐的改性温拌沥青混合料搅拌温度，其混合料的各项指标都达到路用要求，且表现优异.154、 温拌沥青混合料在路用性能上也能满足同类型热拌沥青混合料规范要求,路用性能较好.5、温拌沥青混合料的路用性能和相同级配的热拌改性沥青混合料的路用性能大致相当,添加改性剂后，均能不同程度上改善沥青混合料的路用性能,包括马歇尔稳定度以及抗车辙能力，综合比较发现，丁苯橡胶乳液的掺入，使得温拌沥青混合料的抗车辙能力提高最为明显，因此，对温拌改性沥青混合料来说，丁苯橡胶乳液为最佳改性剂，值得推广和进一步研究。5对温拌改性沥青混合料的应用展望关于温拌改性沥青混合料的施工,国内尚无专门的研究和大规模的应用，此次番禺试验路所采用的丁苯改性温拌沥青混合料的试验路也为此领域的空白填补做出了一些有效工作，由于温拌沥青的制作温度较低，使其路用性能相比同级配的热拌沥青无优势，故一般只应用于路面的面层的铺设。通过添加一定的改性剂（如丁苯橡胶乳液),室内实验检测结果及试验路效果表明,温拌沥青混合料的路用性能得到了大幅提高,而其施工温度较传统热拌沥青以及热拌改性沥青有很大的降低,因此改性后的温拌沥青混合料不但能够满足沥青路面的路用要求，而且由于改性剂进一步提高温拌沥青混合料的路用性能，这种绿色混合料的应用范围将会更加广阔。参考文献1 左锋,叶奋. 国外温拌沥青混合料技术与性能评价J.北京：中外公路，20072 温拌沥青混合料技术在国内外的发展与应用J。市政技术3秦永春、黄颂昌等。 温拌沥青混合料技术及最新研究J。 石油沥青,第20卷第4期，8/2006.4张智强、严世祥等. 温拌沥青混合料技术探讨D，重庆建筑大学学报，第6期第29卷，12/2007。5贾杰。 公路面层改性沥青施工综述J。 交通世界. 2007年06S期.6 李立寒、张南鹭。道路建筑材料M。同济大学出版社.1999年7 柳浩 ，张书芳 ，张长缨，黎章成。 美国温拌沥青混合料技术考察综述 J 市政技术. 交通世界. 第27卷 第4期.8 李美江。橡胶沥青粘度试验方法研究J。橡胶沥青在路面工程中应用技术交流9 张勇. 沥青混合料水稳定性试验研究J.浙江建筑.2009年 26卷 9期：P64-6710 温拌沥青混合料施工技术指南。 DB13/T 10142009。11严世祥. 温拌沥青混合料的应用技术研究。重庆大学2007年硕士学位论文12 郑卫. 温拌沥青混合料技术研究现状与展望J。 广东建材。 2009年 32卷 9期：P20-2213 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