沥青黏结性影响因素研究.pdf

文章编号:():./.沥青黏结性影响因素研究吴 涛(辽阳市交通运输事务服务中心 辽阳市)摘 要:为研究沥青黏结性的影响因素通过调整试验温度、改性剂种类和掺量以及沥青老化程度分析不同因素对沥青黏韧性指标的影响并通过沥青混合料冻融劈裂试验验证沥青黏韧性指标的合理性 试验结果表明随着温度升高不同种类沥青的黏韧性指标均下降对沥青黏结性产生不利影响 改性剂可明显提高沥青及其混合料抗水损害的能力 改性剂效果次之 改性剂掺量对于提升沥青及其混合料抗水损害能力的作用效果不大黏韧性试验无法准确评价老化沥青抗水损害的能力 关键词:改性沥青黏结性水损害影响因素中图分类号:.文献标识码:引言水损害是常见的沥青路面病害形式之一各级公路均有发生在低等级公路尤为常见 行车荷载的反复作用会导致路面脱粒形成坑槽同时引起其他路面病害 造成沥青路面水损害的因素较多沥青黏结性是主要影响因素之一 目前评价沥青黏结性的方法主要是沥青黏韧性试验 姚鸿儒等通过黏韧性试验发现高黏度沥青的黏韧性与 改性沥青掺量的相关性较弱而沥青质含量增大会导致沥青黏韧性下降 刘克非等通过开展不同老化程度的基质沥青及 改性沥青抗水损害性能对比分析发现沥青老化过程极大地降低了基质沥青的抗水分侵蚀能力同时也会降低 改性沥青的抗水损能力 现有研究主要集中在沥青混合料抗水损害宏观力学性能方面对于沥青黏韧性影响因素的研究以及对比分析沥青黏韧性与其混合料抗水损害指标的相关研究较少 文章主要通过不同温度条件下的黏韧性试验探究不同老化程度、不同改性剂种类及掺量对沥青黏韧性的影响并通过混合料水稳定性试验进行验证为沥青黏韧性指标的工程应用提供技术支持 试验设计.原材料选用盘锦北方沥青燃料有限公司生产的辽河基质沥青(后简称“基质沥青”)基质沥青基本指标符合 公路沥青路面施工技术规范()要求选用中国石化北京燕山石化股份有限公司生产的 改性剂牌号 分子结构为星型选用山东显元化工科技有限公司生产的 改性剂牌号.样品制备采用基质沥青制备不同种类及掺量的改性沥青改性剂掺量分别为 和 (占基质沥青质量百分比下同)确定 种试验样品及编号分别为基质沥青()、基质沥青 ()、基质沥青()、基质沥青 ()改性沥青具体制备工艺如下:()将 改性剂加入到 的基质沥青中通过剪切机以 /的速率剪切同时保持温度在 剪切 后在 烘箱中发育 即可制得 改性沥青()将 改性剂加入到 基质沥青中掺加量分别为 和 通过剪切机以 /的速率剪切 同时保持温度在 剪切 后制得 和 改性沥青()将 种原样沥青放入 的薄膜烘箱()中短期老化 得到的样品编号为、年 第 期 北方交通、.配合比设计采用表 所示 级配 为确保良好的高温稳定性能级配曲线应呈现平坦的“”型 通过马歇尔试验确定基质沥青及 改性沥青混合料的最佳油石比为.为便于比较其他种类沥青混合料的最佳油石比均为.表 级配设计合成级配通过以下筛孔()的质量百分率./.级配范围/.试验方法应用原样和短期老化后的沥青进行黏韧性试验并制备沥青混合料用于冻融劈裂试验 黏韧性试验每种样品进行 次平行试验试验温度分别为、和 根据试验结果可直接得到沥青黏韧性、韧性 和沥青黏性 计算方法见式 ()沥青混合料冻融劈裂试验按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程()规定进行得到冻融劈裂试验残留强度比指标残留强度比越大沥青混合料的抗水损害能力越强 结果分析.原样沥青黏韧性影响因素分析不同温度条件下原样沥青的黏韧性、韧性、黏性试验结果见表 和图 表 原样沥青黏韧性试验结果试验项目样品编号温度/黏韧性/().韧性/().黏性/().注:时样品 直接断裂由表 可知 种原样沥青的黏韧性存在明显差异各温度条件下黏韧性大小排序为:沥青黏韧性随着温度的升高明显降低其中 降幅最为明显高达.和 的降图 原样沥青黏韧性随温度的降幅幅分别为.和.降幅最小仅有.可见在各温度条件下 改性剂可明显提高沥青的黏韧性而 改性剂在 以上时与基质沥青的黏韧性差距缩小 原因在于 改性剂是通过丁二烯与苯乙烯合成的无规共聚物其低温性能和高温性能均优于基质沥青导致其在温度超过 时黏韧性快速下降而 改性剂是通过聚苯乙烯与聚丁二烯合成的嵌段共聚物其中聚苯乙烯段由于玻璃化转变温度高(约)高温性能优异故 改性沥青的黏韧性随温度升高的降幅最小 在 条件下由于内部热运动能力下降基质沥青变形能力降低样品 直接断裂未获得数据 改性剂和 改性剂均包含丁二烯组分玻璃化转变温度低()可有效增强沥青的低温变形能力使沥青具有良好的黏韧性 种原样沥青的韧性变化趋势与黏韧性变化趋势区别明显各温度条件下黏韧性的大小排序为:其中 黏韧性最小原因在于 在结构上属于嵌段共聚物包含明显的硬段(聚苯乙烯)导致材料强度高、韧性差而 改性剂属于无规共聚物无明显的硬段因此 改性沥北方交通 年 第 期青的韧性远高于 改性沥青详见图 图 原样沥青黏性随温度的降幅 种原样沥青黏性的变化趋势与黏韧性相似各温度条件下黏性大小排序为:沥青黏性随着温度的升高明显降低其中 的降幅最为明显高达 其次是 和 降幅分别为.和.的 降 幅 最 小 仅 有 原因在于 改性剂中聚苯乙烯的高温性能优异而基质沥青随着温度升高黏性下降明显不利于沥青与石料的黏结根据以上分析可知随着温度升高不同种类沥青的黏韧性均降低这表明高温会降低沥青与石料的黏结性对沥青路面抗水损害产生不利影响 改性剂是提高沥青黏韧性的主要方式其中热塑性弹性体类改性剂 由于兼具较好的高低温性能黏韧性最佳橡胶类改性剂 对基质沥青黏韧性的改善程度随温度升高而大幅降低 此外加大改性剂掺量有助于提高沥青黏韧性但效果有限.短期老化后的沥青黏韧性影响因素分析不同温度条件下短期老化后沥青的黏韧性、韧性、黏性试验结果见表 根据表 可知短期老化后沥青黏韧性、韧性及黏性的变化趋势与原样沥青基本一致且数值均高于原样沥青 这表明老化作用可增强沥青黏韧性即由于沥青老化后的轻组分(饱和酚与芳香酚)逐步转变为胶质和沥青质胶质赋予沥青塑性和黏结性沥青质则决定了沥青的硬度 可见随着老化程度加深沥青中的胶质与沥青质含量逐步提高导致沥青黏韧性相较于原样沥青普遍提高 但与此同时老化也会导致沥青硬化降低沥青与石料表 短期老化后沥青试验结果试验项目样品编号温度/黏韧性/().韧性/().黏性/().注:时样品 直接断裂的黏韧性因此单独采用黏韧性试验指标评价老化后沥青的黏韧性准确度不高需要通过沥青混合料抗水损害试验予以验证.沥青混合料水稳定性验证沥青混合料水稳定性试验结果见表 表 沥青混合料水稳定性试验结果样品编号冻融劈裂残留强度比/样品编号冻融劈裂残留强度比/.由表 可见沥青混合料冻融劈裂残留强度比与沥青黏韧性大小排序一致即 可见沥青黏韧性指标可以反映其混合料抗水损害的能力 原样沥青混合料的冻融劈裂残留强度比优于短期老化后的沥青混合料这表明老化作用对沥青抗水损害能力产生了不利影响不能通过黏韧性试验指标评价老化后沥青的黏韧性 结论()沥青黏韧性指标随着试验温度升高逐步降低导致沥青与石料的黏结性下降()改性剂是影响沥青黏韧性指标的主要原因其中热塑性弹性体类改性剂由于自身性能良好对基质沥青黏韧性指标的提升幅度最大橡胶类改性剂由于高温性能不佳随着温度升高其黏韧性降幅较大且不同外加剂掺量对于黏韧性指标的影响很小()老化作用虽然可以提高沥青黏韧性但通 年 第 期 吴 涛:沥青黏结性影响因素研究过沥青混合料水稳定性试验可知老化后沥青混合料的抗水损害性能下降因此沥青黏韧性试验不适用于评价老化沥青的性能参考文献 侯伟.沥青路面水损害成因分析与防治对策.北方交通():.杜顺成 葛渝 马玮良.沥青路面水损害防治的基层处治措施研究.公路交通科技(应用技术版)():.余志凯 黄刚 胥吉.沥青膜厚度对混合料水稳定性的影响.北方交通():.王端宜 郭秀林 唐成.基于真实沥青膜厚的沥青与集料黏结性能评价与验证.建筑材料学报():.徐建国.沥青黏韧性能试验研究.大连:大连理工大学.吴晓强.基于黏韧性曲线形态的再生 改性沥青性能辨识性指标研究.广州:华南理工大学.姚鸿儒 吴钊 常大伟 等.高黏度改性沥青黏韧性的影响因素.石油沥青():.刘克非邓林飞郑佳宇等.不同沥青结合料水损害的纳米尺度研究.材料研究学报():.张雷.沥青组分对沥青与集料粘附性影响的研究.北方交通():.().(上接第 页)(.).北方交通 年 第 期