排水性面层高粘度改性沥青的选择.pdf

第 3 5卷 ， 第 5期 2 0 1 0年 1 0月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 5，No 5 Oc t ， 2 0 1 0 排水性 面层 高粘度改性 沥青 的选择 王 慧 ，刘黎 萍 ， 朱琨 琨 ，魏冰 ( 1 同济 大学 道 路与交 通工程 重点实 验室 ， 上海 2 0 1 8 0 4 ； 2 林 同楼 国际工程 咨询 ( 中国 ) 有限公 司 ，重庆 4 0 1 1 2 1 ； 3 浙江省交通工程建设集团 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 5 1 ) 摘要 通过对高粘度沥青性质评价对 比、 混合料性 能评价等方 面进行研 究 。该研究 从沥青 的基本性 质人 手 ， 以混合料的路用性能为出发点 ， 结合规范要求 以及 国外一些研究成果 ， 采用 了 T P S改性 沥青 、 R S T改性沥青 、 以 及同济老师 自己配制的改性 沥青进行针对性研究 。通过软化点 、 粘度等试验 比较 沥青 的优 劣 ， 通过 车辙试验 、 飞散 试验 、 冻融劈裂试验等试验方法 ， 研究 了 O G F C混合 料在不 同沥青胶结 料条件 下的性能 对 比。最终 选出一种 适合 于高孔隙的排 水性 面层 的高粘沥青 。 关键词 高粘度改性沥青 ； O G F C ；空隙率 ； 混合料组成设计 ； 路用性能 中图分类号 U 4 1 4 1 文献标识码 A 文章编 号1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 1 2 4 0 4 Hi g h v i s c o s i t y mo d i fie d a s p h a l t o p t i o n o f Dr a i na g e l a y e r W ANG Hui ，LI U Li pi ng ，ZHU Kunkun ，W EI Bi ng ( 1 T o n i Un i v e r s i t y Ro a d a n d T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g k e y l a b，S h a n g h a i 2 0 1 8 0 4，C h i n a ； 2 T Y L i n I n t e r n a t i o n a l E n g i n e e r i n g C o n s u h i n g ( C h i n a )C o L t d ； T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g C o n s t r c t i o n G r o u p o f Z h e j i a n g p r o v i n c e ， H a n g z h o u ， Z h e j i a n g 3 1 0 0 5 1 ，C h i n a ) Ab s t r a c t T h r o u g h t h e s t u d y o f t h e e v a l u a t i o n a n d c o m p a r e o f t h e s e h i g h v i s c o s i t y a s p h a l t s ， g r a d e d mi x t u r e d e s i g n，pe rfo r ma n c e e v a l u a t i o nTh i s s t u d y ma k e s t he b a s i c p r o p e r t y o f t h e s e ki n ds o f a s p h a l t a n d t h e a pp l i c a b i l i t y o f mi x t ur e a s t h e s t a rti n g p o i n t o f t h i s t h e s i s ，c o mbi n e d wi t h r e g u l a t o r y r e q u i r e me n t s ，a s we l l a s s o me f o r e i g n r e s e a r c h r e s u l t s，W e c h o o s e t h e TP S mo d i fie d a s p h a l t ，RS T mo d i fie d a s p h a l t ，a s we l l a s l a b o r a t o ry p r e p a r a t i o n o f t e a c h e r s o f T o n g j i u n i v e r s i t y f o r t h e mo d i fi e d a s p h a l t s t u d y T h r o u g h l i q u e f y i n g p o i n t t e s t ，v i s c o s i t y t e s t e t c t o j u d g e a n d c o mp a r e ，t h r o u g h t h e R u t t i n g t e s t ，f r a g - me n t a t i o n t e s t ，Wa t e r S u s c e p t i b i l i t y T e n s i l e S t r e n g t h Ra t i o( T S R)T e s t a n d S O o n，O GF C mi x t u r e p e r - f o r ma n c e s h a v e b e e n s t ud i e d u n d e r s p e c i fic c o n d i t i o n o f u s i n g d i f f e r e n t bi t u mi n o us c e me n t Co n t r a s t t h e d a t a a n d j u d g e t h e m，i n o r d e r t o o p t i mi z e OG F C mi x t u r e ，a d d i n g d i f f e r e n t f i b e r o r l i me h y d r a t e t o mi x t u r e i s g o o d a t i n c r e a s e t he d u r a b i l i t y Fi n a l l y c h o o s e a a s p ha l t whi c h i s fi t for d r a i n a g e l a y e r wi t h ma c r o v o i d s Ke y wo r d s H i g h v i s c o s i t y mo d i fi e d a s p h a l t ；O G F C； V o i d s o f v o l u me ；Mi x t u r e d e s i g n ；S e r v i c e p e rfo r ma n c e O G F C沥青混合料 中， 粗集料多 ， 细集料少 ， 混 合料 强度 主要来 源 于矿 料 之 间 的嵌 挤 和摩 阻 ， 但 沥 青结 合料提 供胶 结力形 成整 体强 度承受 车辆 荷载 也 同样 重要 ； O G F C混 合 料粗 集 料 用 量 占矿料 总 量 的 7 0 8 5 左右 ， 在形成粗集料骨架的同时缺乏 细集料填充 ， 因此， 如使用普通沥青 ， 难以对粗集料 骨架产生足够的限制约束作用 ， 其强度明显不足 ， 在 交通 荷载作 用下 路 面 易被 进 一 步压 密 而 变 形 ， 使 空 隙率降低并影响路面的平整度 ； 同时由于普通沥青 粘 度低 ， 集 料颗 粒 表 面 的沥 青 膜 比较 薄 ， 不 耐 老 化 ， 集料颗粒容易脱落而造成路面结构松散 ， 导致混合 料力学性能也能难以满足要求 ， 因此应采用粘度高、 针入度较小 的沥青对粗集料骨架结构产生足够约束 和限制 ， 提高混合料 的力学性能 ； 此外 ， 排水性 面层空隙率大 ， 沥青与空气接触面积大， 因此又需要 在 沥青 中加 入抗 氧 化 的成 分 ， 以提 高 混 合料 的耐 久 收稿 日期2 0 1 0 0 4 0 8 作者简介王慧( 1 9 8 7 一) ， 女 ， 黑龙江人 ， 硕士研究生 ， 主要从事沥青路面及道路 、 桥 梁管理方面的研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 王 慧 ， 等 I 排水性 面层 高粘度改性沥青的选择 1 2 5 性 能 。 1 试验材料 及其制备方式 本文 将本 学 院 老 师 自行 配 制 的 沥 青 写 作 T J 1 、 T J 2 ， 含百分之 十二 T P S的沥青写作 T P S ( 1 2 ) ， 含 百分 之十 T P S的沥 青 写 作 T P S ( 1 0 ) ， 含 百 分 之 十 二 R S T的沥青 写作 R S T( 1 2 ) ， 含 百分 之 十 R S T的 沥青写作 R S T ( 1 0 ) 。另外 ， 为了体现加改性剂前 后沥青性能的变化， 特将 7 0 基 质沥青在 l 8 0下 加热老化一小时， 以模 拟在 添加 改性剂 的拌合过程 中基质 沥青 的 老化 。将 老化 后 的基质 沥 青简 称为 老 化 基质 。 本 研究 在实 验 室 内对 混 合料 进行 了湿 拌 和干 拌 2种拌 和 方 式 的 尝 试 。干 拌 ， 即将 改 性 剂 、 基 质 沥 青 、 矿料等直接在拌 和锅 内进行拌和 ； 湿拌 ， 即先将 改性剂与基质沥青混合均匀制成高粘度改性 沥青 ， 再与矿料等进行拌和。比较 2种拌和方式制作的同 一 种 高 粘 度 改 性 沥 青 混 合 料 的 飞 散 损 失 ， 如 表 1 。 可以看出， 干拌方式 即使增加了拌和时间也无法拌 合均 匀 ， 性 能不 稳 定 ， 变 异 系数 大 ， 对应 的 飞散 损 失 也偏大。所以， 为 了满足排水性面层混合料 的功能 要求 ， 本论文一律采用湿拌方式 。此外 ， 本论文吸收 前人采用传统的实验室沥青搅拌机拌和的高粘度改 性沥青不均匀 ， 性质差的教训 ， 选择了高速剪切乳化 机 进行 搅拌 。 现 场直 投 的方 式 类 似 于 实验 室 中的 干 拌 方式 。 表 1 湿拌 与干拌的飞散损失对 比 Ta b l el S c a t t e r i ng l o s s o f we t mi x& dr y mi x 油石 比 飞散损失 油石 比 飞散 损失 干拌 5 1 3 8 6 干拌 5 6 2 9 6 湿拌 5 1 1 2 6 湿拌 5 6 9 9 从表 2可以看出， 现场 直投方式搅拌 的沥青混合料 的性质 不稳 定 ， 差异 性较 大 ， 并且 可能 在水 稳定 性方 面存在问题 表 2现 场直 投方式的水稳定性试验 结果 Ta b l e 2 W a t e r s t a bi l i t y t e s t r e s u l t b y t h r o wi ng i n o n s i t e 2 高粘度改性 沥青 性能测试与分析 针 入 度 、 延 度 和 软 化 点是 粘 稠 沥 青最 主要 的 技 术 指标 。通过 对 改 性 沥 青 的 2 5 c 【 = 时 的 针 入度 试 验 测 试其 稠度 ； 通 过 5 的低 温延 度 试 验 获 得 沥 青 的 塑性及其低温性能 ； 通过环 与球法测定沥青的软化 点 得到 沥青 的温度 敏感 性 。 此外 ， 粘度也是对流体流变特性的一种度量， 反 映 流体发 生 流动 时 其 内部 分 子 间 摩擦 阻力 的大 小 。 它决 定 了高 温时 沥青 的变 形 能力 以及 沥青 结合 料 的 结合 力 ， 是 评 价 高 粘 度 改 性 沥青 的 最 重 要 的 指 标 。 研究 粘 流态 改性 沥青 的粘 度 特性对 于 确定 改性 沥青 的适宜泵送温度和改性沥青混合料 的拌和 、 摊铺和 碾压温度是十分必要的 。本文分别测试 6 0 c I = 动 力 粘度 和 1 3 5 表观 粘度来 反 映其 高 温性 能及施 工 和易性 。 本 文 采用 我 国公路 沥 青 路 面设计 规 范 J T G D 5 0 2 0 0 6中关于高粘度改性沥青 的相关技术 指标的 规 定 ( 见表 3 ) 。 沥青常规试验结果汇总见表 4 。 其 中 ， T J 1改 性 沥青 1 3 5 o C粘 度 过 大 ， 会对 施 工 和易性 造成 影 响 。 表 3 高粘度改性沥青试验标 准 Ta b l e 3 T e s t s t a nd a r d o f Hi g h v i s c o s i t y mo d i f i e d a s ph a l t 针入度 ( 2 5 o C) 0 1 m m 延 度( 5 ) c m 软化点 C 粘度 ( 1 3 5) ( P a s ) 粘度 ( 6 0 oC) ( P as ) 老化基质 T J 1 T J 2 T P S( 1 2 ) T P S( 1 0 ) R S T( 1 2 ) R S T ( 1 0 ) 标准 J T G F 4 02 0 0 4 9 3 1 3 8 9 61 2 4 6 4 5 0 3 4 0 2 3 5 4 40 4 3 0 1 0 0 61 4 8 6 3 8 0 9 8 8 8 8 2 4 8 0 6 6 l 5 5 l 7 2 2 9 4 2 8 5 5 6 5 7 5 7 l O5 0 5 0 3 0 2 5 0 2 4 3 5 0 72 l 8 0 4 5 4 6 0 2 0 0 0 O 注 ： 表 中加 “ ” 号为不符合技术要求的改性沥青 的技术指标 。 *_ 。 ， O 6 1 2 2 2 l 3 T P S ( 1 2 T P S ( 1 0 ) ； 从 飞 散 损 失 看 ， 优 劣 排 序 为 ： T P S ( 1 2 )=R S T ( 1 2 )T P S ( 1 0 ) ； 从 稳 定度看 ， 优劣排序为 ： T P S( 1 2 ) T P S( 1 0 ) R S T( 1 2 )； 从浸 水 马 歇尔 残 留稳 定度 比看 ， 优 劣 排 序为 ： R S T ( 1 2 ) T P S( 1 0 )T P S ( 1 2 ) ； 从 6 O 车辙动稳定度看 ， 优劣排序为 ： R S T( 1 2 ) T P S( 1 2 )T P S ( 1 0 ) ； 从冻 融 劈裂 水稳 定 性 看 ， 优劣排序 为： R S T( 1 2 ) T P S ( 1 0 )T P S ( 1 2 ) 。 将 以上 3种 高粘 度改性 沥青 及其 混合 料 的试 验 结 果绘 制对 比图表 ( 见 图 1 图 2 ) 针人 厦 软化 点 5 延度 l 3 5 oC粘度6 O 粘厦 图 1 沥青 常规试验 结果对 比 F i g ur e l Tr a d i t i o na l t e s t r e s uhs c o mpa r i s o n 比较 图 1和 图 2 ， 沥 青 混 合 料 试 验 结 果 与 沥 青 的粘度 高低基 本一 致 ， 沥青 的粘度越 高 ， 对 应 的沥青 混 合料 的高 温稳定性 、 水 稳定 性越好 。此 外 ， 粘 度较 高的 R S T ( 1 2 ) 不但 具 有较 高 的高 温 粘 度 ， 其低 温 延 度 的试验 结果也 非 常好 。 一 一 匡 析漏 飞 散 稳 定度 残 留稳 6 0 动T S R 损失 损 失 定 度 比 稳定 度 图 2沥青混合料试 验结果对比 F i g u r e 2 Te s t r e s u l t s o f OGFC m i x c o mp a r i s o n 4 结论 高 粘度 改 性 沥青 具 有粘 稠 度 大 、 针人 度 小 的基 本 特点 ， 高温性 能 优 异 ， 温 度敏 感 性 好 ， 低 温 性 能略 差 ； 其混 合料 具有 优 异 的高 温 稳 定 性 、 水稳 性 ， 这 些 特点表明其应用于南方湿热地 区沥青路面的面层可 以大幅提高路面的高温性能和水稳性。本文的结论 可 以概 括 为以下几 点 ： 粘度越高的沥青 ， 其混合料高温稳定性及耐 久性等 越好 ； 实验室拌制改性 沥青应采用高速剪切乳化 机进行湿拌以得到性质均匀、 优 良的高粘度改性沥 青 ； 高粘度改性沥青可 以同时保证 良好的低温 和高温性 能 。 参考文献 1 黄晓明， 等 ， 沥青与沥青 混合料 M ， 南 京： 东南 大学 出版社 ， 2 0 0 2 f 2 田玉文， 等 多 功能 O G F C存 在 问题 及对策 初探 f J 石油 沥 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 王 慧 ， 等 ： 排水性面层高粘度改性沥青 的选择 1 2 7 ( 上接 第 1 2 3页) 3 3行 车试验 目前在 桥梁 工 程 中解 决 移动 车辆 作用 下 的动 载 响应问题 ， 仍采取理论研究与实验分析相结合的方 法 ， 采用 一 个 单 一 的 系 数 ( 应 力 或 位 移 动 态 增 长 率 ) 来反 映 诸 多 影 响 因 素 的 综 合 作 用 ， 认 为 它 是 动 荷 冲击 作用 的 主要 指 标 。本 次试 验 采 用 跑 车 、 刹 车 试 验 的方式 ， 通过 测 试 桥 跨 结 构 在 动 荷 载作 用下 的 时程 应 变 曲线 来 分析 桥跨 结构 的冲击 系数 。其 中跑 车试 验 是 采 用 3 6 t 重 的 单 辆 载 重 汽 车 沿 桥 梁 中心 线 以不 同 车 速 ( 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 k m h ) 匀 速 通 过 桥 梁 来测 定 桥梁 动 力 响应 ； 刹 车 试 验则 是 采用 3 6 t 重 的 单辆 载重 汽 车 在 拱 顶 截 面 对 应 的 桥 面 位 置 进 行 刹 车 ， 测 定其 动应 变 时 间历程 响应 曲线 。通过对 动 载 、 静载最大应变值 的分析 比较 ， 得 到汽车动力增大系 数， 如表 5所示。根据实测基频计算 的理论 冲击系 数 为 1 0 8 8 ， 从 实测 数 据结 果 分 析 可知 ， 实测 冲击 系 数 均小 于理 论值 ， 满 足设 计 规范要 求 。 表 5动 力 增 大 系数 表 Ta b l e 5 Dy n a mi c ma g ni f i c a t i o n f a c t o r t a bl e 理论 分析 表 明 ， 结 构 振 动 响应 是 由若 干个 对 应 于不同 匾率的主振型叠加而成 ， 而相应 于基频 的主 振动在结构的合成振动 中占有很大 比例 ， 是结构振 动 的主要 部分 。 因 而 ， 通 常 主要 以结 构 振 动 第 一 阶 主振动来评价桥梁结构的动态特性。从表 4中的数 据可以看到一阶竖 向振型对应的实测频率均略高于 理论值 ， 此外 ， 二 、 三阶频率的情况也和一阶类似 ， 因 此 结 构 的动力 刚度 满足 规范 要求 。 4 结论 通过全桥外观检测 ， 除了人行道部分防撞护 栏 破损 和 丢失 ， 人行 道局 部 瓷砖 丢失 ， 凹凸不平 并且 积 水外 ， 其 他位 置未 发 现重 大病 害情 况 ， 试 验前 后未 发 现异 常 现象 。建 议对 人行 道 的防撞 护栏 和瓷 砖破 损 处进 行修 补 和维 护 。 评定规程 中规定 的标准计算活载下钢筋 混 凝 土 拱 桥 主 拱 圈 拱 顶 挠 度 限 值 为 L 8 0 0 ， 即 1 2 0 0 0 0 8 0 0=1 5 0 m m， 本 桥偏 载 时拱 顶截 面最 大挠 度为 6 7 m m； 实测挠度值小于 评定规程 限值 ， 说 明桥跨结 构的纵 向整体 刚度满足设计荷 载标准要 求 。 通过将满载 时控制截面 中测值较大测点 的 挠度 、 应 变校 验 系数 与 评 定 规 程 中给 出的校 验 系 数常 值进 行对 比 ， 本试 验 各工 况 下 满 足 评 定 规程 的 限值要 求 ， 说 明桥 跨 结 构 承 载 能 力 满足 设 计 荷 载 标准 ( 城 一 A级 ) 要求 。 各工况主要控制测点相 对残余应变和相对 残余挠度均不大于 0 2 0， 满足 评定规程 要求 ， 说 明结构工作状态属于 良好的线弹性状态。 通过脉动试验和行 车试验证 明该桥的动力 性 能 尚佳 ， 结构 的 实际 动力 刚度 较设 计值 大 ， 是 偏安 全 的 ， 其 行 车性 能 能够满 足设 计 要求 。 参考文献 徐 日昶 结 构振 动测试 M 哈尔滨 ： 东北 林业大 学出版社 ， 1 9 9 3 林鸣， 苏 龙 贵州 某 T型梁 旧桥 的静动 载荷 载试 验分 析 J 山西科技 2 0 0 8 ， ( 6 )： 1 1 01 1 2 公路桥梁承载能力检测评定规程 ( 报批稿 ) 姜增 国， 瞿伟廉 跑 车试验测定桥 梁结构冲击 系数 的理论和应 用 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 8 ) Y C 4 4 1 9 8 2， 大跨 径混凝土桥 梁的试 验方法 S 刘 自明 桥 梁工 程 检 测 手册 M 北 京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 2 0 0 2 胡柏学 ， 方明 ， 袁铜森 ， 等 天子 山桁 式组合拱桥荷 载试 验分 析 J 中南公路工程 ， 2 0 0 4， 2 9 ( 4) ： 6 9 7 2 程翔 云 对 简 支斜 梁桥 荷载 横 向分 布 系 数计 算模 型 的改 善 J 公路工程 ， 2 0 0 7， 3 2 ( 4) ： 1 2 11 2 6 曾特新 大跨径斜拉 桥荷载 试验及 静动力分 析 J 湖南 交通 科技 ， 2 0 0 5， 3 1 ( 3 ) ： 9 5 9 7 ； 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m