硬质沥青及其混合料性能研究

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1、硬质沥青及其混合料性能研究硬质沥青及其混合料性能研究郑健龙郑健龙教授、博导教授、博导 长长 沙沙 理理 工工 大大 学学 2007年03月28日主主 要要 内内 容容一、硬质沥青应用的背景一、硬质沥青应用的背景 二、硬质沥青基本性质二、硬质沥青基本性质 三、硬质沥青混合料性能三、硬质沥青混合料性能 四、硬质沥青的生产与应用四、硬质沥青的生产与应用 五、结论五、结论一、硬质沥青的应用背景1、硬质沥青的应用背景 普遍存在沥青路面车辙损坏严重; 气候变暖所带来的炎热天气和持续高温; 汽车超载所带来的重轴载和高轮压; 山区高速公路连续长大纵坡所带来的行车速 度缓慢和荷载作用时间延长; 防止早期沥青路面

2、水损害所采用的密级配和 高沥青用量; 世界石油资源的紧缺所带来的沥青与改性沥 青价格上涨。沥青路面高温失稳沥青路面高温失稳/ /车辙损坏车辙损坏重载与超载交通重载与超载交通0 02 24 46 68 810101212141424246868101210121416141618201820222422242628262830323032轴 载 谱轴 载 谱%轴重轴重t货车后轴重分布情况货车后轴重分布情况/轴载谱轴载谱0 05 510101515202025253030353540404545505045455656676778788989910910101110111111后轮后轮 前轮前轮标

3、准轴载时为标准轴载时为0.7MPa 0.7MPa 8% 0.8MPa 90%百 分 比 轮压轮压(0.1MPa)(0.1MPa)轮压分布情况轮压分布情况山区公路爬坡路段车辙损坏严重山区公路爬坡路段车辙损坏严重沥青路面搓板沥青路面搓板沥青路面拥包沥青路面拥包沥青面层防止水损害所采用的密级配、适当增 加沥青用量、过分的碾压密实等措施，水损害 减少了，但带来的负面影响是高温稳定性问题 严重了，2003年、2005年的持续高温，车辙问 题更突出。 为解决表面层水损害，采用改性沥青或改性沥 青SMA，中下面层则采用悬浮式的密级配防止 雨水下渗，而其高温性能差，是导致近年全国 大面积车辙损坏的重要原因。沥

4、青路面水损害沥青路面水损害例如京珠高速、京沪高速、同三高速、连霍 线等多个省市管辖路段，调整了表面层矿料 级配（骨架结构、SMA或superpave ）、表面 层采用改性沥青，但在通车一年左右或23年 内仍然出现了严重的车辙，不得不进行大面 积铣刨翻修，这些现象在我国其它省市也不 同程度地存在。 相对而言，部分中面层采用高粘度的改性沥 青，相比之下车辙深度要小得多，如湖南的 京珠高速、长永高速、长潭高速等。京珠高速山区爬坡路段车辙损坏严重京珠高速山区爬坡路段车辙损坏严重沥青路面车辙损坏沥青路面车辙损坏,轮迹带取样分析轮迹带取样分析沥青路面车辙损坏钻芯取样情况沥青路面车辙损坏钻芯取样情况轮迹带处

5、呈轮迹带处呈W形状形状沥青路面芯样分析沥青路面芯样分析/底面层产生底面层产生 较大失稳流动变形较大失稳流动变形轮迹带处表面泛油现象轮迹带处表面泛油现象80年代中，日年代中，日 本的高速公路本的高速公路 沥青路面每过沥青路面每过 6年左右就要年左右就要 加铺或铣刨后加铺或铣刨后 重铺一次。日重铺一次。日 本沥青路面需本沥青路面需 要维修处理的要维修处理的 主要原因主要原因 (80%以上以上)是是 辙槽深度超过辙槽深度超过 了规定。了规定。表面层、中面层均采用表面层、中面层均采用SBSSBS改性沥青改性沥青/ /湖南耒宜、临长高速公路湖南耒宜、临长高速公路车辙损坏后的铣刨与加铺维修车辙损坏后的铣刨

6、与加铺维修规范要求沥青路面车辙损坏，规范要求沥青路面车辙损坏， 轮迹带车辙深度超过轮迹带车辙深度超过25mm， 即需进行维修。即需进行维修。2、车辙损坏的危害、车辙损坏的危害 行车安全性；行车安全性； 雨天积水产生水漂现象；雨天积水产生水漂现象； 行车舒适性行车舒适性/平整度差；平整度差；车辙的类型： 结构性车辙：结构性沉陷，产生纵向辙槽。 失稳性车辙(流动性车辙)：沥青混合料失稳。 磨耗性车辙：车轮磨光、磨耗。 压密性车辙：碾压密实。 原因：荷载产生的剪应力超过材料的抗剪强 度，产生流动、侧移。 条件：高温、荷载(重荷载)、作用时间(慢速 与快速交通)3、沥青路面车辙损坏类型与原因分析、沥青

7、路面车辙损坏类型与原因分析路基与基层产生的永久累积变形，即结构性车辙。路基与基层产生的永久累积变形，即结构性车辙。路面结构深度方向剪应力的分布路面结构深度方向剪应力的分布车辙影响因素与措施 沥青混合料类型： 级配类型、粒径大小。 悬浮密实结构、骨架空隙结构、骨架密实结构 矿料嵌挤60、沥青粘结40 材料： 矿料，颗粒形状、棱角性、表面粗糙度 沥青，软化点、粘度、沥青与矿料的粘附性 沥青用量，沥青膜厚度、自由沥青数量 气候条件：气温、日照、热流、风、雨，高温持 续时间 交通条件：荷载、轮压、行车速度、交通渠化4、硬质沥青应用的目的 利用硬质沥青的高粘度性 质，硬质沥青混合料的高 强度和高模量，同

8、时结合 矿料级配、配合比设计、 施工控制等手段，解决目 前我国炎热地区以及重载 交通道路，沥青路面所面 临的高温稳定性问题，减 少车辙及推移等损坏现象， 保证行车安全，尤其是山 区长大纵坡路段。 硬质沥青是指针入度较小的石油沥 青，一般为AH-30(针入度2535)。 硬质沥青具有针入度小、软化点高、 粘度大、延度小的基本特点，其高 温性能优良、温度敏感性好、低温 性能略差，较适合夏季高温、重轴 载道路沥青路面的中下面层。二、硬质沥青的基本性质试 验 项 目AH-30AH-70针入度(25,100g，5s) 0.1mm2867.7延度(5cm/min,15) /cm21.3100(5cm/mi

9、n,25) /cm100150软化点(环球法) 57.546.4针入度指数PI0.139-0.783蜡含量（%）2.11.7溶解度（%）99.899.8密度 25 （g/cm3）1.0161.030RTFOT 后质量变化/%0.030.03针入度比/%6770延度(25) /cm-66AH-30、AH-70沥青常规性能指标试验结果沥青常规性能指标试验结果试验项目110号90号70号50号30号针入度(25,100g,5s) (0.1mm)10012080100608040602040针入度指数PI-1.5+1.0软化点（R&B环球法）不小于 ()43/4245/4346/4449/4655/5

10、360动力粘度不小于 (Pas)120160/140180/160200260延度(5cm/min,10) 不小于 (cm)40/302045152515/1010/8延度(5cm/min,15) 不小于 (cm)1001001008050含蜡量（蒸馏法）不大于 (%)2.2闪点不小于 ()230245260溶解度（三氯乙烯） 不小于 (%)99.5密度(15) (g/cm3)实测记录薄膜加 热试验 163 5h质量损失 不大于 (%)0.8残留针入度比 不小于 (%)55/5257/5461/5863/6065/62残留延度(10)不小于(cm)10/88/66/44/2-残留延度(15)不

11、小于(cm)30201510-道路石油沥青技术要求道路石油沥青技术要求A级级/B级级(JTG F40-2004) 试验项目AH-30SBS改性沥青密度(g/m3)1.0161.028针入度(25)/0.1mm2859针入度指数PI0.1390.137软化点/57.564.1延度(5)/cm-34溶解度(%)99.899.2弹性恢复(25)/%-79RTFOT残留物质量损失/%0.030.36针入度比/%6768.3延度(5)/cm-40.6硬质沥青硬质沥青(AH-30)与与SBS改性沥青技术指标测试结果改性沥青技术指标测试结果技术指标SBS(I)I-AI-BI-CI-D针入度(25,100g,

12、5s) (0.1mm) 1008010060803060针入度指数PI 最小-1.2-0.8-0.40延度 5, 5cm/min (cm) 最小50403020软化点TR&B() 最小45505560运动粘度 135(Pa s) 最大3闪点 () 最小230溶解度 (%) 最小99离析，软化点差 () 最大2.5弹性恢复25 (%) 最小55606575RTFOT后残留物质量损失 (%) 最大1.0针入度比25(%) 最小50556065延度 5(cm) 最小30252015SBS聚合物改性沥青技术要求聚合物改性沥青技术要求(JTG F40-2004) 试验项目硬质沥青(30号)试验方法针入度

13、(25,100g,5s) (0.1mm)2535T0604针入度指数PI-1.5+1.0T0604软化点（R&B环球法）不小于 ()55T060660动力粘度不小于 (Pas)260T0620延度(5cm/min,10) 不小于 (cm)实测T0605延度(5cm/min,15) 不小于 (cm)20T0605含蜡量（蒸馏法）不大于 (%)3T0615闪点不小于 ()260T0611溶解度（三氯乙烯） 不小于 (%)99.5T0607密度(15) (g/cm3)实测T0603薄膜加 热试验 163 5h质量损失 不大于 (%)0.8T0610/T0609残留针入度比 不小于 (%)60T060

14、4残留延度(10)不小于(cm)实测T0605残留延度(15)不小于(cm)实测T0605硬质沥青技术标准硬质沥青技术标准(建议建议) 沥青品种60135165高粘度沥青 （AH-30）16.11051098.5237重交通沥青 （AH-70）2.46105528.0120SBS改性沥青10.8105917.0232Brookfield粘度试验结果粘度试验结果注：表中试验结果单位为cP（厘帕），1厘帕cP为1mPa.s(毫帕斯卡秒)，1Pa.s=1000mPa.s。 硬质沥青（硬质沥青（AH-30）的粘度远大于普通重交通沥青，）的粘度远大于普通重交通沥青， 60的粘度是重交沥青的的粘度是重交沥

15、青的6.5倍、改性沥青的倍、改性沥青的1.5倍倍沥青品种沥青与矿料的粘附性泰普克TPOCO-703级泰普克TPOCO-SBS改性3级硬质沥青泰州AH-304级粘附性对比试验结果粘附性对比试验结果受沥青粘度差异的影响，硬质沥青与矿料的粘附性受沥青粘度差异的影响，硬质沥青与矿料的粘附性 也表现最好，其混合料的水稳性和耐久性也必然会也表现最好，其混合料的水稳性和耐久性也必然会 表现出优良的性能。表现出优良的性能。动态剪切流变仪动态剪切流变仪 DSR试验结果试验结果/美国美国SHRP 按美国按美国PG分级概念，硬质沥青（分级概念，硬质沥青（AH30）高温级别为）高温级别为PG76级，级， AH70为为PG64级，改性沥青为级，改性沥青为PG70级，硬质沥青（级，硬质沥青（AH30）表）表 现出优异的高温性能。现出优异的高温性能。试验项目AH-30AH-70SBS改性沥青原样沥青 1.0动态剪切58，G*/sin，kPa3.78动态剪切64，G*/sin，kP