RCA对基质沥青物理性能的影响规律研究.pdf

道路工程RCA对基质沥青物理性能的影响规律研究许夏荧1，农彬艺2 3,易强2-3,贺芳伟2.3（1.广西河田高速公路有限公司，广西南宁5530028;3.广西交投科技有限公司，广西南宁53 0 0 2 8)摘要：为探明公路工程中不同掺量复配岩沥青改性剂(RCA)对基质沥青物理性能的影响规律，文章在试验室采用沥青混合料拌和机制备了不同RCA掺量的RCA改性沥青，对RCA改性沥青进行了针入度、软化点及延度等试验，分析并评价了不同RCA掺量下RCA改性沥青各项物理性能的改性效果。结果表明：随着RCA掺量的增加，基质沥青的高温性能和感温性均有所改善，低温性能逐渐降低。关键词：复配岩沥青改性剂；掺量；物理性能；改性效果中图分类号：U416.03文献标识码：ADOl：1 0.1 3 2 8 2/j.c n k i.Wc c s t.2 0 2 3.0 8.0 0 7文章编号：1 6 7 3-48 7 4(2 0 2 3)0 8-0 0 2 1-0 30引言目前应用最广泛的沥青改性剂是SBS聚合物改性剂。已有大量的试验检测结果及工程实践经验证明，SBS聚合物改性剂能有效提升基质沥青的性能，使沥青路面的使用寿命得到一定程度的延长，但通车后不久路面仍会出现车辙、坑槽等病害，且SBS聚合物改性沥青性能不够稳定，生产工艺也较为复杂1。基于岩沥青研发的复配岩沥青改性剂(RCA)与SBS改性剂相比，具有以下优点2 ：（1)改性的方式是采用“干法”与沥青、集料等进行拌和，无须提前与基质沥青预混，改性沥青生产工艺简单，避免了SBS改性沥青储存不稳定、易发生离析的短板；(2)与基质沥青相容性好，改性后的沥青性能更稳定；(3)添加的纳米材料可大幅增强基质沥青材料的粘聚力，提高基质沥青的黏度，且RCA改性沥青的高温性能更优越。基于RCA的以上优点，近年来不少学者对RCA改性沥青的各项性能开展了研究，但这些研究在制备RCA改性沥青的过程中均采用了高速剪切乳化搅拌机3，且高速剪切搅拌的时间定为数十分钟不等，这种制备工艺与实际公路工程中生产RCA沥青混合料时在沥青混凝土拌和站采用的“干法”制备工艺极不相符。因此，现有相关研究的结果并不能十分准确地反映实际工程中RCA改性沥青的真实状况。本文采用试验室专用的沥青混和料拌和机将基质沥青添加到RCA中，以充分模拟实际公路工程情况，制备接近工程实际状态的RCA改性沥青，并探明实际公路工程中不同RCA掺量对基质沥青物理性能的影响规律。1试验1.1原材料基质沥青采用中远海运国际贸易有限公司生产的70#A级道路石油沥青。根据公路沥青路面施工技术规作者简介：许夏荧（1 9 8 1 一），硕士，高级工程师，主要从事公路建设和公路养护管理工作。530022;2.广西高速公路养护工程技术研究中心，广西南宁范(JTGF402 0 0 4)4的技术要求，采用公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTGE20-2011)51的试验方法对基质沥青进行了各技术指标的试验检测，检测结果均满足规范要求，7 0#基质沥青各项技术指标如表1 所示。试验选用广西某高速公路项目上采用的广西自贸区路资冠建筑材料有限公司生产的RCA，其常温下呈粉末颗粒状，主要由岩沥青及纳米TiO,等材料组成，采用广西地方标准RCA复配双改性沥青路面标准（DBJ/T45-061-2018)6对RCA的技术指标提出了要求,本文对部分指标进行了检测，其主要技术指标如表2 所示。表1 基质沥青技术指标表技术检测项目单位要求针入度(2 5,5 s,100 g)0.1mm6080针入度指数PI一-1.5+1.015延度cm软化点密度(2 5)g/cm3含蜡量（蒸馏法）%溶解度（三氯乙烯）%99.5动力黏度(6 0）Pas180闪点260质量损失%0.80.05薄膜加热针入度比(2 5)%61后残留物10延度表2 RCA主要技术指标表检测项目单位技术要求检测结果试验方法天然沥青含量%矿物质%6570碳酸钙%5560密度g/cm31.41.6闪点230含水率%检测试验结果方法65T 0604-1.12T 0604100110.9T 06054649.2T 0606一1.043T 06032.21.2T 061599.76T 0607210T 0620350T 063366.2T 0609cm66.33045.0一一一21.2T0735T0614T0605T0611T06122023年第8 期总第1 9 3 期21道路工程1.2RCA改性沥青的制备为充分模拟RCA沥青混合料的实际生产过程，本文采用的RCA改性沥青制备工艺如下：（1)将7 0#道路石油沥青装入容器并置于烘箱中进行加热，烘箱加热温度设定为1 6 5，加热至基质沥青完全处于熔融状态；（2)将试验室用沥青混合料拌和机预热，预热温度设定为175；(3)将称量好的RCA粉末加入沥青混合料拌和机中，开动搅拌机干拌1.5min，使RCA粉末得以充分分散并提前预热；（4)将一定数量熔融状态下的基质沥青加入沥青混合料拌和机中搅拌1.5min，得到RCA改性沥青。本文采用外掺（即掺量为RCA质量与基质沥青质量之比)的方式，分别制备了RCA掺量为2 5%、40%及6 0%的RCA改性沥青。1.3RCA改性沥青技术指标试验根据公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTGE20-2011)中的相关试验方法分别对基质沥青及不同掺量的RCA改性沥青进行针入度（试验温度为1 5、2 5及3 0）、软化点及1 5延度等物理性能试验。2试验结果分析基质沥青及不同RCA掺量改性沥青的物理性能试验检测结果如表3 所示，针入度导出指标结果如表4所示。表3 基质沥青及不同RCA掺量改性沥青物理性能检测掺量针入度(0.1 mm)(%）1525 020.52512.64011.3609.3表4针入度导出指标结果表回归方回归方针入度当量软当量脆 塑性温掺量程系数程常数指数化点T800点T1.2度范围(%)A00.047 60.605 2-1.124 3250.044 10.444.90.639 655.74400.043 50.39577-0.551257.64600.041 00.352 4-0.163 9 2.1针入度沥青的高温性能与沥青材料的稠度息息相关，而针入度是用来评价沥青材料稠度大小的主要技术指标，针入度值越小，沥青材料的稠度越大，高温性能通常也越好。不同RCA掺量在不同温度下对基质沥青针入度的影响曲线如图1 3 所示。由图1 3 可以看出：（1)随着RCA掺量的不断增加，1 5、2 5、3 0 下RCA改性沥青的针入度均呈现出递减的变化趋势，说明RCA的掺入可改善基质沥青的高温性能；（2)1 5、2 5、3 0 下不同RCA掺量对改性沥青针入度的影响曲线变化趋势相似，当RCA掺量从0 增加到2 5%时，掺量每提高1 0%，各不同温度下针入度平均下降的幅度分别为1 5.4%、17.6%、1 8.1%；当RCA掺量从2 5%增加到6 0%时，掺量每提高1 0%，各不同温度下针入度平均下降的幅度分别为7.5%、1 0.1%、9.3%。这说明各不同温度下RCA掺量在0 2 5%时对改性沥青的针入度影响程度均为最大，针入度下降速度较快，而RCA掺量在2 5%6 0%时针入度的下降趋势相对平缓。20(uuI0)Y1612图1 不同RCA掺量对沥青1 5针入度的影响曲线图60(uro)前Y50403020结果表图2 不同RCA掺量对沥青2 5针入度的影响曲线图104软化点15延度30()65.0104.636.357.329.951.023.538.7KPI25RCA掺量（%）2540RCA掺量（%）(cm)(wIo)8449.2110.955.472.758.456.064.923.2()()48.2811.0559.338.2964.03-7.2864.9262.216.6668.884064丫44240图3 不同RCA掺量对沥青3 0 针入度的影响曲线图2.2软化点沥青的软化点通常作为评价沥青高温性能的指标，()也是沥青黏度的一种量度，软化点越高说明沥青材料的抵抗高温流消的能力越强，高温性能越好。图4为不同RCA掺量对沥青软化点影响的曲线图，从图4可以看出，随着RCA掺量的逐渐增大，改性沥青的软化点不断攀升，表明RCA改性沥青的高温性能不断增强。6460(3）5652480图4不同RCA掺量对沥青软化点的影响曲线图60602540RCA掺量（%）2540RCA掺量（%）606022西部交通科技wesenchinsCommunications Science&TechnologyRCA对基质沥青物理性能的影响规律研究/许夏荧，农彬艺，易强，贺芳伟2.3延度延度表征沥青材料在受力发生拉伸变形时不被破坏的能力，其大小通常作为沥青材料低温抗裂性能的评判依据，延度越大，说明沥青材料的低温抗裂性能越好。不同RCA掺量对沥青延度的影响如图5所示。从图5可以看出，沥青材料的1 5延度随着RCA掺量的增加而逐渐减小，表明RCA的掺入降低了沥青材料在低温受外力被拉伸时所能承受的塑性变形的总能力，即降低了沥青材料的低温抗裂性能。10080(U)6040F200图5不同RCA掺量对沥青延度的影响曲线图2.4针入度导出指标2.4.1针入度指数针入度指数PI通常用来评价沥青材料的温度敏感性能，PI值越大，说明沥青材料的感温性越差。RCA掺量对沥青针入度指数PI的影响如图6 所示。从图6 可以看出，随着RCA掺量的不断增加,RCA改性沥青的针入度指数呈现逐步递增的趋势，从基质沥青的1.1 2 增加到6 0%RCA掺量时的-0.1 6，针入度指数增幅达85.4%，说明RCA的添加有助于降低沥青材料的温度敏感性。RCA掺量在0 6 0%时，沥青的针入度指数均满足公路沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004)中的相关要求。0.0-0.6-1.20图6 不同RCA掺量对沥青针入度指数PI的影响曲线图2.4.2当量软化点当量软化点Too是表征沥青材料高温性能的重要参考指标，其定义为沥青材料针入度值达到8 0 0(0.1 mm)时相应的温度。RCA掺量对沥青当量软化点Tsoo的影响如图7 所示。由图7 可知，掺入RCA后沥青的当量软化点T8oo不断上升，说明RCA提升了沥青材料的高温性能。当RCA掺量在0 2 5%时，掺量每提高1 0%，当量软化点平均升高3，提升速率较快；当RCA掺量在25%60%时，掺量每提高1 0%，当量软化点平均升高1.8，提升速率相对减缓,RCA对沥青材料高温性能的提升效果相对减弱。6456480图7 不同RCA掺量对沥青当量软化点T80o的影响曲线图将RCA改性沥青的实测软化点与当量软化点进行对比分析如图8 所示。从图8 可知，RCA掺量为2 5%时实测软化点与当量软化点基本一致，其余掺量下实测软化点均2540RCA掺量（%）12540RCA掺量（%)25RCA掺量（%）60略高于当量软化点。由于RCA改性沥青的实测软化点和当量软化点的变化规律是一致的，由此可见，采用实测软化点和当量软化点对RCA改性沥青的评价具有一致性。64卜5954494444图8 实测软化点与当量软化点对比曲线图2.4.3当量脆点当量脆点T1.2是评价沥青材料低温抗裂性的重要参考指标，其定义为沥青针入度值降为1.2 时的相应温度。RCA掺量对沥青当量脆点的影响如图9 所示。从图9 可以看出：RCA改性沥青的当量脆点T1.2随着RCA掺量的增加而逐步升高，当掺量为0 2 5%时,RCA掺量每增加10%，当量脆点平均增加1.1；当掺量为2 5%6 0%时，当量脆点平均增加0.5，其上升幅度逐渐趋于稳定。由此可见，RCA的添加使沥青变脆，导致沥青的低温抗裂性能下降。60-6-8-10-120图9 不同RCA掺量对沥青当量脆点T1.2的影响曲线图（下转第6 3 页）40等值线4954实测软化点（）2540RCA掺量（%）605964602023年第8 期总第1 9 3 期23改扩建路基差异沉降特性及处治研究/傅松5结语本文依托国道G110线改扩建项目示范段工程，根据现场实测数据建立ANSYS有限元模型，对路基拓宽后的沉降进行模拟，分析新旧路基衔接方式、台阶高度、台阶宽度、填料重度、填料弹性模量、填料粘聚力及内摩擦角对新旧路基不均匀沉降的影响，为本项目示范段路基加宽工程提供理论依据。结果表明：（1）相比直接衔接，开挖台阶衔接方式能够降低最大沉降量近一倍；（2)路基最大沉降值随着各级台阶高度的降低、台阶宽度的增大而降低，但是考虑到开挖量过大、经济性差等问题，建议该项目台阶开挖尺寸为高度0.8 1.5m、宽度11.5m、内倾坡度3%；(3)拓宽路基的填料重度降低、内摩擦角及粘聚力增大，有利于减少不均匀沉降量，但是过度增大填料强度和模量，对拓宽路基沉降的减少效果并不十分明显，建议该项目拓宽路基填料的粘聚力和内摩擦角取值分别为510 kPa和3 0 4 0;(4)土工格栅在新旧路基搭接中的高度和层数，都对新旧路基沉降有较大影响，土工格栅铺设的位置越低，土工格栅铺设的层数+.越多，土工格栅减少路基沉降的作用越明显，但是当达到某一限度后，继续增加土工格栅层数对路基沉降的影响变得不显著，该项目推荐路基铺设层数为6 层。参考文献1黄洪超.改扩建公路软基处理差异沉降和可靠度研究J.公路交通科技（应用技术版），2 0 2 0（10）：3 5-3 8.2翟锐,王甘林.基于路基路面相互作用的不均匀沉降控制标准及其处治技术研究 J.公路交通科技（应用技术版),2 0 14(3):9 1-9 4.3陈志宝.高速公路新旧路基差异沉降分析与处理技术研究 J.交通世界,2 0 2 0（17):2 9-3 2.4代晓明,王松根，宋修广，等.路基容许不均匀沉降控制指标的理论分析 J.山东大学学报（工学版），2 0 17,4 3(5)：68-73.收稿日期:2 0 2 3-0 4-10+(上接第2 3 页)2.4.4塑性温度范围T塑性温度范围T为当量软化点T800与当量脆点T1.2之差，其与沥青的温度敏感性相关，通常用来描述沥青的可使用温度范围大小。不同RCA掺量对沥青塑性温度范围T的影响曲线如图10 所示。从图10 可以看出，在RCA掺量为0 6 0%，塑性温度范围T随着RCA掺量的增加不断增大,RCA掺量每增加10%，T平均升高1.6，说明RCA的加入可拓宽沥青材料的可使用温度范围，相比于RCA对沥青低温性能的不利影响,RCA在改善沥青材料高温性能方面的有利影响更为突出。71（）6661560图10 不同RCA掺量对沥青塑性温度范围T的影响曲线图3结语（1)随着RCA掺量的增加，沥青针入度逐渐减小，软化点逐渐增大，说明RCA的掺入可改善基质沥青的高温性能。(2)随着RCA掺量的增加，沥青延度逐渐减小，说明RCA的掺入降低了沥青材料在低温受外力被拉伸时所能承受的塑性变形的总能力，即降低了沥青材料的低温抗裂性能。(3)随着RCA掺量的增加,沥青的针入度指数PI呈现出逐步递增的趋势，从基质沥青的一1.12 增加到6 0%RCA掺量时的-0.16,针入度指数PI增幅达8 5.4%，说明RCA的添加有助于改善沥青材料的感温性。(4)随着RCA掺量的增加，当量软化点Too与当量脆点T1.2均不断增大，说明RCA在改善沥青高温性能的同时，对沥青材料的低温性能表现出不利影响。然而，随着RCA掺量的增加，塑性温度范围T呈现出递增的趋势，表明相比于RCA对沥青低温性能的不利影响，RCA在改善沥青材料高温性能方面的有利影响更为突出。参考文献1孙璐，辛宪涛，于鹏.纳米SiQ改性沥青混合料的路用性能 J.公路交通科技，2 0 13(8)：1-5.2袁芮,唐俊,孟勇军.复配双改性添加剂(RCA)混合料性能研究与应用 J.城市道桥与防洪，2 0 2 0（6）：2540RCA掺量（%）60267 270.3孟勇军，覃淇锋.纳米复合天然岩改性沥青及其混合料性能研究 J.西部交通科技，2 0 18(5)：1-6.4JTGF40-2004,公路沥青路面施工技术规范 S.5JTGE20-2011,公路工程沥青及沥青混合料试验规程 S.6DBJ/T45-061-2018,RCA复配双改性沥青路面标准 S.收稿日期:2 0 2 3-0 4-2 82023年第8 期总第19 3 期63