1、瀝青混合料高溫抗車轍性能影響因素的試驗研究 蘭州理工大學碩士學位論文瀝青混合料高溫抗車轍性能影響因素的試驗研究姓名:郭瑞申請學位級別:碩士專業:巖土工程指導教師:李萍20210501碩十學位論文摘 要瀝青路面具有良好的路用性能,在國內外的道路建設中得到廣泛的應用,據統計在我國已建成的高速公路中,%以上均采用瀝青路面。在夏季持續高溫季節,普通瀝青路面在行車荷載作用下很容易產生車轍。車轍不僅縮短了瀝青路面的使用壽命而且降低了瀝青路面的效勞質量,給國民經濟帶來較大損失。首先,本文基于馬歇爾標準擊實試驗,確定出了間斷密級配瀝青混合料和添加抗車轍劑的一 瀝青混合料以下簡稱. 抗車轍劑瀝青混合料的最正確瀝

2、青用量,并分析了抗車轍劑對馬歇爾試驗結果的影響。其次,通過室內車轍試驗分析了礦料級配組成、瀝青用量、碾壓次數、試驗溫度及抗車轍劑用量對間斷密級配瀝青混合料高溫抗車轍性能粉用量,可以充分發揮間斷密級配中集料的嵌擠作用;馬歇爾試驗的最佳瀝青用量比車轍試驗的最正確瀝青用量高.%.%;在瀝青用量不增加的條件下,間斷密級配瀝青混合料抗車轍劑的最正確用量為.%;本文也分析了礦料級配組成、碾壓次數及抗車轍劑用量對. 瀝青混合料高溫抗車轍性能的影響,并將其與. 抗車轍劑瀝青混合料進行了對.比。試驗結果說明:在試驗條件下相同的前提下, 抗車轍劑瀝青混合料較. 瀝青混合料的動穩定度值有明顯的提高,最小提高幅度為

3、%;. 抗車轍劑瀝青混合料只有形成骨架密實型結構,其高溫抗車轍性能才能得到改善;在最正確瀝青用量條件下,. 抗車轍劑瀝青混合料的最正確抗車轍劑用量為.%。關鍵詞:車轍試驗;馬歇爾試驗;動穩定度;高溫穩定性:抗車轍劑瀝青混合料高溫抗車轍性能影響岡素的試驗研究自目目自穹自自毫目 自自,. ,% . , ., ,. ,?,.,?。 , , ?,. 耋.%.%.%.,.?, . . . %.,一 ? .,一,.%.,:,碩十學位論文,蘭州理工大學學位論文原創性聲明本人鄭重聲明:所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外,本論文不包含任何其他個人或集體

4、已經發表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要奉獻的個人和集體,均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承當。日期:知向年月,日作者簽名:新嬸學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保存、使用學位論文的規定,同意學校保存并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授權蘭州理工大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于、保密口,在 年解密后適用本授權書。、不保密鹵。請在以上相應方框內打“作者簽名: 日期:叫。年月,口日日期:導師簽名:詹卅?年月尸

5、日番李柳可碩十學位論文第章 緒論.課題背景及研究意義改革開放的三十年,是我國歷史上公路開展速度最快、規模最大、最具活力的時期。據有關部門統計,在這短短的 年當中我國公路里程增加了 .萬公里,高速公路從無到有,公路通達深度和覆蓋面有了很大提高。 年全國公路通車總里程已到達 萬公里,高速公路總里程已達 公里。路面是高等級公路的重要組成局部,公路路面相對于路基而言雖然只是薄薄的一層,但其工程造價卻占到了公路工程總造價的 % %。路面作為道路直接與行車發生關系的“界面,其工程質量具有特殊而重要的意義。目前全國已建成的高級、次高級瀝青路面公路里程約占總道路總罩程的%,其中高級瀝青路面突破了 萬公里。在已

6、建成的高速公路中,約%采用了瀝青混凝土路面?。通過近三十年的不斷努力,我國在公路瀝青路面修筑,特別是高速公路的瀝青路面修筑方面已形成了以路面結構、材料、設計、施工和檢測為核心的成套技術,路面的基層和面層均有了明顯的改善。京津塘高速公路、首都機場高速公路及八達嶺高速公路等工程建成通車,對我國高速公路瀝青路面建設有很大的促進作用。雖然我國瀝青混凝土路面的建設在短短的三十年中取得了很大的開展,但是瀝青混凝土路面普遍存在的技術和質量問題的兩個主要方面,即耐久性和路面的早期損壞卻仍未從根本上的得到解決,并且國民經濟高速開展而帶來的公路交通量大幅度地增加,高速公路、一級公路的交通渠道化,超載重載的情況愈演

7、愈烈,加之夏季罕見持續的高溫,導致公路瀝青路面出現的新問題又接踵而來。這些己成為影響我國公路健康開展的突出問題。而瀝青路面的早期破壞中尤其以高溫車轍破壞最為突出。瀝青混合料是一種典型的粘彈性材料,其物理力學性能與溫度和荷載作用時間密切相關,特別是它的強度和勁度模量隨著溫度的升高而顯著降低。普通瀝青混合料路面不添加抗車轍劑在夏季溫度到達瀝青混合料路面溫度為時,在重交通荷載的重復作用下,且由于交通的渠道化,逐漸形成下凹,兩側鼓起的永久性變形即所謂的“車轍。這種永久性變形是現代高等級瀝青混合料路面最常見的高溫病害。我國大局部地區夏季日平均氣溫高達,在這樣高瀝青混合料高溫抗車轍性能影響岡素的試驗研究的

8、溫度條件下,一方面由于黑褐色瀝青自身具有較強的吸熱性能,使整個路面形成一個巨大的溫度場加速其變形,同時又由于普通瀝青混合料路面自身的抗變形能力相對較差,以致在夏季高溫條件下,隨著溫度的升高,瀝青混合料路面逐漸產生車轍變形。車轍不僅影響行車的舒適性,而且對交通平安造成威脅。正是由于瀝青混合料自身所固有的粘彈特性、影響瀝青路面高溫性能因素的多樣以及車轍形成機理的復雜性等因素的綜合作用,使得解決瀝青混合料路面的高溫穩定性問題已成為一個世界性的難題。正是在這樣的情況下,通過在瀝青混合料中添加一定量的外加劑以形成一種新型的瀝青混合料或者通過改變瀝青混合料的礦料級配組成等措施,以改善瀝青路面的高溫抗車轍性

9、能,已成為當前從事公路與城市道路研究人員解決瀝青路面高溫車轍問題的一種解決途徑。.瀝青混合料的開展概況及其高溫穩定性能概述.瀝青混合料的開展概況約在公元前的年,在巴比倫鋪筑了第一條瀝青路面,但這種技藝不久便失傳了。一直到 世紀,人們才有用瀝青混凝土來筑路。據記載, 年在英國開始進行煤瀝青碎石路面鋪筑; 年在巴黎首次用碾壓法進行瀝青路面鋪筑; 年前后在倫敦、華盛頓、紐約等地采用瀝青做路面鋪筑。人們在筑路作業時,感到瀝青需要加熱,致使其使用上很方便,年在科諾大學廣場上開始第一次使用稀釋瀝青。當時,瀝青路面還只限于在道路外表涂刷一層瀝青,即現在的單層瀝青外表處治。在此以前,均可以稱為是瀝青材料在道路

10、工程中使用的啟蒙時期。第二個時期大約在世紀的年代到年代。 年美國首先提出針入度作為瀝青的分級指標。 年德國馬爾庫遜提出了最初的瀝青組分分析方法,研究了瀝青的組分含量同路用性能的關系】口近幾年來,隨著公路等級的不斷提高,對瀝青材料提出了更高的要求,促使研究工作進一步深入開展。在瀝青指標方面,除了針入度、延度、軟化點等目前常用的三大指標外,先后提出了脆點、含蠟量、組分分析、粘附性以及旋轉薄膜烘箱老化等一系列非常規指標。還應用流變學理論和方法研究了瀝青的粘彈性力學、蠕變、應力松弛、瀝青性能對溫度和時間的依賴關系,以及勁度和針入度指數等流變學有關的指標。與此同時,出現了各種改性瀝青。碩士學位論文縱觀國

11、際瀝青混合料的開展史上,大體上經歷了三個具有里程碑的階段【。.在路面結構類型方面,簡單的瀝青外表防治已不能滿足交通要求,出現了用拌制的瀝青混合料鋪筑路面。年代,在美國的工程兵團供職的馬歇爾工程師提出了著名的馬歇爾試驗方法,并提出了初期的馬歇爾穩定度等技術標準和評定方法。.年代初,美國試驗路的鋪筑和大量的試驗研究結果的發表,使瀝青路面的設計、施工、結構、材料發生了根本的變化。這個工作是從年代開始的,試驗路的成果是集當時研究成果之大成,許多成果成為美國路面設計指南及一系列施工標準的依據。.年代初,美國戰略公路研究方案及研究工程的進行,使瀝青及瀝青混合料的研究開創了一個新的紀元。國際上對瀝青混合料的

12、研究得到了前所未有的重視。延續了半個世紀的瀝青標準、瀝青混合料的體積設計方法,受到了瀝青結合料路用性能標準及瀝青混合料性能設計的挑戰和沖擊,就世界范圍而言,這方面的工作目前正在緊張的進行之中,尚未最終完成。這個時期,我國在瀝青路面方面通過了三個五年方案的科技攻關,也取得了很大的進展。“六五國家科技攻關期間,依托天津疏港公路瀝青路面研究了一系列瀝青路面的修筑技術,包括抗滑性能研究。針對我國生產的普通石油瀝青進行了瀝青混合料的性能及改性瀝青研究。“七五國家科技攻關,由交通部和石油部合作,研制開發了國產重交通道路石油瀝青,并對其性能進行了較為的試驗研究。這期間,修訂了?公路瀝青路面施工技術標準?和?

13、瀝青路面施工及驗收標準?,一系列科技成果納入了標準。“八五國家科技攻關期間,主要借助美國的“戰略公路研究方案,針對當前國產的七種代表性瀝青及瀝青混合料進行了較為全面系統的研究,且提出了符合我國不同自然區域道路實際情況于路用性能的氣候分區,提出了瀝青及瀝青混合料的技術指標及相應的試驗方法,包括高溫、低溫、水穩定性等各個方面,并提出了初步的技術標準建議值。盡管自從年代以來國內外許多從事瀝青混合料研究的人員在瀝青和瀝青混合料方面作了大量的研究,但是由于瀝青是一種成分比擬復雜的的無定型高分子化合物,同時瀝青路面又是在復雜多變的氣候與交通荷載的條件下工作,如何將各種情況下瀝青路面的使用品質同瀝青及瀝青混

14、合料的性能指標聯系起來,尚需有待進一步研究。瀝青混合料高溫抗車轍性能影響岡素的試驗研究.瀝青混合料高溫穩定性能瀝青路面高溫穩定性能,是指瀝青路面在夏季高溫通常為路表溫度條件下,經車輛荷載長期反復作用后,不產生車轍、推移擁包等病害的性能。瀝青混合料是一種粘彈性材料,其物理力學性能與外界環境溫度和荷載大小及其作用時間密切相關。瀝青路面在使用期間,經歷了從低溫到高溫不同環境條件的考驗。通常所說的瀝青路面“高溫穩定性能中的“高溫條件是指瀝青路面在使用過程中受交通荷載的反復作用,容易產生車轍、推移、擁抱、泛油等永久變形的溫度范圍。道路使用的實踐表明,在通常的汽車荷載條件下,永久變形主要是在夏季氣溫高于左

15、右,已經到達或超過了道路瀝青的軟化點溫度情況下容易產生,且隨著外界環境溫度的升高和荷載的加重,變形愈大。相反,低于這個溫度,就不會產生嚴重的變形。也就是說,所謂的“高溫條件通常是指外界環境溫度高于 的氣溫條件。根據瀝青材料的溫度時間換算法那么,長時間承受荷載與溫度條件是等效的,而且時間是累積的。車輛在高速公路上以 /的速度行駛,對路面瀝青層的作用時間不超過. ,而在城市道路的交叉口、停車站,車輛停車時間 ,相當于正常行車 輛的情況。因此,通常所說的高溫穩定性也應包括長時間荷載作用情況。瀝青路面在高溫條件下或長時間承受荷載作用,瀝青混合料會產生顯著的變形,其中不能恢復的局部即通常所說的永久變形。

16、永久變形降低了瀝青路面的使用性能,危及行車平安,從而縮短了路面的使用壽命。由于瀝青混合料所固有的粘彈性、影響瀝青路面高溫貼特性的因素的多樣性、車轍形成的復雜性,使得永久變形成了一個世界性的難題,防治瀝青路面的永久性變形即車轍也就成了世界各國公路技術人員的重要研究課題。美國戰略公路研究方案的瀝青研究工程在執行期間,總經費萬美元中有萬美元用于永久變形的研究上。該研究的研究人員在對現有的瀝青混合料高溫特性試驗方法進行評價的根底上,提出了新的試驗、評價方法。我國公路研究人員對瀝青混合料的高溫特性進行過大量的試驗研究,并且取得了許多有價值的研究成果,提出了適合我國國情的瀝青混合料高溫穩定性能指標與標準,

17、使我國瀝青路面的高溫穩定性問題的到了有效的控制。其中主要成果有:“六五國家科技攻關期間,依托對天津疏港公路瀝青路面的研究,用粘彈性理論計算車轍深度,用單軸蠕變碩十學位論文試驗確定有關參數,提出了我國各個地區的有效溫度;“七五國家科技攻關期間,在瀝青混合料的高溫穩定性方面,進行了車轍試驗、蠕變試驗、環道試驗及加速加載試驗;“八五國家科技攻關期間,在瀝青混合料的高溫穩定性方面,提出了瀝青及瀝青混合料的技術指標和相應的試驗方法【。瀝青混合料高溫穩定性常見的病害有以下幾種】:.推移、波浪、擁包推移、波浪、擁包等損壞主要是由于瀝青混合料路面在水平荷載作用下抗剪強度缺乏所引起的。導致此類瀝青混合料抗剪強度

18、缺乏的主要原因有:混合料用油過大,細集料或填料過多,瀝青標號選擇不適宜,在瀝青混合料鋪筑之前外表平整度差,上下層間光滑接觸,無層間黏結力等。其外界原因那么可能是夏季高溫時間長、交通量大、車速慢,特別是剎車較多的路段,如道路彎道、陡坡路段、城市公共汽車站附近等處,易產生推移、波浪、擁包等損壞。.泛油泛油是指瀝青混合料內部多余的瀝青在車輛荷載作用下向瀝青路面外表遷移的結果。瀝青移向外表,使路外表光滑、抗滑性下降,在潮濕情況下嚴重影響車輛的行車平安。泛油的主要原因是瀝青用量過大或壓實瀝青混合料的殘留空隙率太小。.車轍車轍是路面行車道輪跡帶在車輛荷載反復作用下形成的永久下陷變形的累積結果。車轍的產生會

19、嚴重影響瀝青混合料路面的效勞質量和使用壽命。車轍出現后路面的平整度下降,雨天路外表排水不暢,降低了路面的抗滑能力,甚至會由于車轍內積水而導致車輛飄滑,影響高速行車的平安。當然,車轍槽內是否會積水,與車轍深度和路面橫斷面的坡度有關。由于車轍使得路面橫斷面方向高度起伏變化大,車輛在超載或更換車道時方向失控,從而影響車輛操作的穩定性。車轍是高速公路瀝青路面最有危害的破壞形式之一。由于瀝青混合料所固有的粘彈特性、影響瀝青路面高溫特性的因素的多樣性、車轍形成的復雜性,使永久變形成了一個世界性難題,防治瀝青路面的車轍也成了世界各國公路技術人員的重要研究課題。通常研究瀝青混合料的高溫穩定性,主要是針對瀝青路

20、面的車轍而言的。為了防止瀝青混合料路面出現車轍,提高其高溫抗車轍能力有重要的意義。瀝青混合料高溫抗車轍性能影響岡素的試驗研究.瀝青路面車轍問題的國內外研究現狀.國外研究現狀早在 年美國試驗路研究期間,對車轍路段進行了開挖,提出的報告認為產生車轍的主要原因是剪切應力,由此結果推薦使用高強度的路面材料【】。年開展了限制路基應變的標準,使用了彈性或粘彈性的層狀體系來預測路面結構的永久變形】。年對這種方法進行了進一步研究【】。年,在第三屆瀝青路面結構設計國際會議上,和提出了層應變法 。年第五屆瀝青路面結構設計國際會議以后,車轍問題的研究熱點開始轉移到面層上來。年,建立了瀝青路面的非線性粘彈性低溫應力松

21、弛模型【】。對澳大利亞一條幾百公里的道路進行了實測,并用統計學的方法對路面外形的資料進行了分析。使用了一個小變形的模型來預測渠化和漫游交通車轍的不同【】。這個模型包含了溫度和荷載速率依賴,以及塑性組件,成功地預測了大多數路面的永久變形行為。但對一些路面結構,預測結果和實際路面不相符合。對簡單剪切實驗等進行了大量研究,認為試件的長高比對實驗結果有較大影響,建議使用長方體試件【 。對瀝青材料的疲勞和車轍的線性粘彈性特性進行了評述,將評價疲勞和抗車轍能力的標準和實際路面進行了比照,認為標準對瀝青路面車轍的評價和實際情況有差異,提出了以損失能 作為評價瀝青路面的抗車轍能力和疲勞裂縫的標準【。對簡單剪切

22、實驗等進行了大量研究,認為試件的長高比對實驗結果有較大影響,建議使用長方體試件【引。年,通過對瀝青路面的頻率掃描實驗和恒定高度的重復簡單剪切實驗得出,剪切特性具有非線性;適當的試件形狀和尺寸是非常重要的。等做了簡單剪切實驗,得到結論:如果使用較小的長高比,那么會低估剪切模量。做了單軸壓縮實驗和恒定高度剪切實驗,對單軸壓縮實驗來說,圓柱體直徑 、高度就能精確表征動態模量和永久變形,恒定高度剪切實驗那么不依賴試件的尺寸。年,美國和提出了幾種新建和改建瀝青路面的車轍預估模型,在路面設計中考慮了車轍的因素,以車轍深度作為控制車轍的指標。碩十學位論文.國內研究現狀在國內,朱永靈、林繡賢應用線性粘彈性理論

23、研究瀝青路面的永久變形【 。林繡賢對瀝青面層永久變形計算中有關參數確實定方法進行了研究。許志鴻等以粘彈性層狀體系理論為根底,結合蠕變實驗和現場測量結果,提出了一種簡化的高等級公路瀝青路面車轍的預估方法,比擬符合我國的實際情況【 。徐世法、朱照宏在分析瀝青路面永久變形時,應用了粘彈性理論,采用了“四單元五參數的模型,提出了一個較為合理的車轍預估方法,采用單軸蠕變實驗確定參數,并在車轍預估模型中考慮了側向隆起,提出了以粘性勁度模量作為評價瀝青路面車轍的標準【】。徐世法、朱照宏針對我國高等級瀝青路面結構的具體特點提出以容許車轍深度作為車轍的控制指標,并給出了瀝青路面容許車轍深度范圍,指出了有效的車轍

24、防治措施¨。徐世法、朱照宏利用蠕變實驗對瀝青混合料的高溫變形特性進行了分析,提出了一種有效地表征瀝青混合料變形特性的流變學模型,建立了一種高等級道路瀝青路面車轍的預估方法【】。楊眾等對現有的車轍預估方法進行了綜述,提出了一種使用車轍實驗確定永久變形的車轍預估方法一改良的層應變法引。曹林濤通過實驗討論了空隙率、級配、荷載和瀝青用量對瀝青混合料高溫抗變形能力的影響【引。李一鳴利用國產車轍實驗機對瀝青混合料進行了車轍實驗,結果認為嚴格控制溫度是實驗成敗的關鍵,控制荷重比控制單位輪壓更合理可靠【 。李一鳴、俞建榮從力學的觀點分析了瀝青路面車轍的形成機理【黃曉明、張曉冰和鄧學鈞對瀝青路面車轍進

25、行了環道實驗研究,提出了不同保證率下的車轍預估模型【引。綜觀國內外有關瀝青路面車轍的研究可以看出,盡管有關瀝青路面車轍形成的研究方法已較為全面,有純經驗的回歸公式法和理論統計法,但由于其沒有考慮路面的整體效應和自身的局限性或由有些模型的參數確定較困難,以至于這些方法很難在實際工程中推廣,從而致使瀝青路面的車轍問題長期以來未得到解決,因此通過研究車轍本身的形成機理和過程及施工現場的實際情況,在瀝青混合料中添加一定劑量的抗車轍劑或改善瀝青混合料自身礦料級配組成,以提高瀝青路面的高溫抗車轍性能,已成為工程中切實可行的途徑。.抗車轍劑及其瀝青混合料的國內外研究現狀抗車轍劑作為一種新型的瀝青混合料外摻劑

26、,其對提高瀝青混合料瀝青混合料高溫抗車轍性能影響岡素的試驗研究的路用性能有很大的幫助,尤其是對改善瀝青混合料路面的高溫穩定性、低溫抗裂性及水穩定性尤為突出。目前國內外市場上常見的抗車轍劑主要有: 、抗車轍劑及抗轍王抗車轍劑其中: 抗車轍劑是法國的.公司生產的提高瀝青混合料抗車轍能力的一種外摻劑,其主要成分是塑料,外觀為深藍色顆粒,粒。其用量一般取礦料用量徑,可在常溫下保存,熔點為的.%.%;抗車轍劑由德國柏林盧博道路與環境公司生產,專門用于道路石油瀝青混合料的改性,其主要為提高瀝青混合料的高溫穩定性,增強與礦料的粘結性而專門研制的,其外觀為黑色固體,%左右,. %左右,. 和的粒徑占%左右,.

27、 的占.的粒徑各占%左右,其形狀不規那么;是一種新型的瀝青混合料外加劑,可以顯著提高瀝青的粘度,從而改善瀝青混合料的路用性能,國外主要用于排水性路面;抗車轍劑由由我國深圳海川工程科技與歐洲大型筑路公司共同研發,并得到國內多家路面新材料科研機構及化工科研部門支持的一種新型瀝青混合料外摻劑,為黑色顆粒狀,其密度為.?. ?。粒徑不大于,熔點為左右。本文中所采用的抗車轍劑為西安天虹交通科技生產的抗轍王抗車轍劑。其外觀為純黑色固體顆粒,主要優點是可明顯提高瀝青混合料的高溫穩定性和低溫彈性,同時可明顯改善瀝青混合料的抗疲勞性,最顯著的特點是其卓越的抗車轍能力。其另一特點是使用方便,在添加瀝青之前,直接將

28、抗車轍劑顆粒定量投入到熱集料中而不必預先進行瀝青一聚合物混合,干拌一定時間后即可參加瀝青,簡單易行。抗轍王不但可以提高瀝青混合料的力學性能指標和改善瀝青抗老化性能,還可以減輕因交通荷載造成的路面疲勞破壞和增強瀝青與集料的粘結力。除此抗轍王還具有可以與其它材料同時使用等優點。添加抗轍王抗車轍劑不需改變瀝青混合料的礦料集配僅需對其油石比進行微調【】【】。自從進入國內市場,抗轍王已在不少高速公路中得到使用例如:銀川柳忠高速公路段、邵懷高速公路段以及被廈門的工程采用等,其主要性能指標見第章表.所示。摻加有抗轍王的瀝青混合料,其高溫穩定性、低溫抗裂性及水穩定性均得到了明顯的改善,且具有改性瀝青混合料的局

29、部優點。特別在瀝青混合料的高溫穩定性方面,改善尤為突出。抗轍王瀝青混合料添加劑在與礦料的拌和過程中,局部溶解或膨脹于瀝青中,形成膠結作用,從而到達提高瀝青混合料的軟化點溫度、增強其粘結度和降低混合料的熱碩十學位論文敏性等,以到達改善瀝青混合料的高溫抗車轍性能,同時抗轍王在與礦料的拌和過程中局部拉絲成塑料纖維,在礦料骨架內搭橋交聯而形成纖維加筋作用,增強了瀝青混合料的整體性。除此之外,抗轍王瀝青混合料外摻劑的彈性成分在較高溫度時具有使瀝青路面的變形局部彈性恢復的功能,從而降低了成型瀝青混合料路面的永久變形。添加有抗轍王的瀝青混合料適合于交通量大、重載較多的路段以及夏季氣溫較高地區的公路的鋪筑【

30、。研究說明摻有抗轍王抗車轍劑的瀝青混合料路面,其中面層的高溫穩定性得到顯著改善的同時,絕對車轍深度也有了明顯地降。低【綜觀上述有關抗轍王及其瀝青混合料的國內外研究現狀可以看出,抗轍王作為一種新型的瀝青混合料外摻劑雖已在瀝青混合料路面的施工過程中得到應用,但有關其瀝青混合料高溫抗車轍性能的研究并不多,因此本文就此問題進行了進一步的分析與探討。.本文的主要研究內容目前國內外有關車轍問題的研究內容已較多,本文的主要研究內容包括以下幾個方面:.通過室內馬歇爾擊實試驗確定出了間斷密級配瀝青混合料和.抗車轍劑瀝青混合料的設計級配、馬歇爾試驗的最正確瀝青用量。.分析礦料級配組成、瀝青用量、碾壓次數、試驗溫度

31、及抗車轍劑用量對間斷密級配混合料高溫抗車轍性能的影響。.變化間斷密級配瀝青混合料中的瀝青用量,進行車轍試驗,分析間斷密級配瀝青混合料的車轍試驗結果,并確定出其車轍試驗的最正確瀝青用量。.分析礦料級配組成、碾壓次數及抗車轍劑用量對. 抗車轍劑瀝青混合料高溫抗車轍性能的影響。.變化. 瀝青混合料中抗車轍劑的摻量,進行車轍試驗,分析.抗車轍劑瀝青混合料的車轍試驗結果,并確定出其車轍試驗的最佳抗車轍劑摻量。.分別將通過馬歇爾試驗和車轍試驗確定出的間斷密級配瀝青混合料瀝青混合料的最正確瀝青用量進行比照分析,并建立二者之間的關系。.將. 抗車轍劑瀝青混合料和. 瀝青混合料的車轍試驗結果進行比照分析,評價抗

32、轍王在改善瀝青混合料高溫抗車轍性能中所起的作用。瀝青混合料高溫抗車轍性能影響岡素的試驗研究第章瀝青路面車轍概述車轍是瀝青路面行車道輪跡帶在車輛荷載反復作用下形成的永久下陷變形的積累結果。車轍的產生會嚴重影響瀝青混合料路面的效勞質量和使用壽命。車轍出現后路面平整度下降,雨天路外表排水不暢,降低了路面的抗滑能力,甚至會由于車轍內積水而導致車輛飄滑,影響高速行車的平安。由于車轍使得路面橫斷面方向高度起伏變化大,車輛在超車或更換車道時方向容易失控,從而影響車輛操作的穩定性。輪跡處瀝青混合料厚度減薄,削弱了面層及路面整體結構的強度,從而容易誘發路面的其他病害,縮短路面的使用壽命。車轍是高速公路瀝青路面最

33、有危害的破壞形式之一。但是由于瀝青混合料自身所固有的粘彈特性、影響瀝青路面高溫抗車轍性能因素的多樣性及車轍成因的復雜性,使的車轍成為一個世界性難題,防治瀝青路面出現車轍也成了世界各國公路技術人員的重要研究課題。.車轍的分類及產生機理.車轍的分類瀝青路面在緩慢移動或重交通車輛荷載作用下會產生變形并留下永久的微變形。隨著時間的推移,這些微變形會慢慢累積產生車轍現象。車轍不但隨著路面交通荷載的增大而增加且也隨著外界環境溫度的升高而增加。例如有關研究說明:外界環境溫度時,車轍的增加速度比時快 倍。車轍是瀝青路面沿輪跡縱方向的凹陷,其主要來源于路面各層的永久變形,是瀝青路面特有的一種損壞現象。根據其成因

34、不】:同,車轍可分為以下幾種類型【.結構型車轍由路面基層及路基變形引起的。由于荷載作用傳播擴散后超過路面各層的強度,發生在瀝青面層以下包括路基在內的結構層的永久性變形,叫做結構車轍。這種車轍的寬度較大,兩側沒有隆起現象,其斷面呈字形,如下列圖.所示。.失穩型車轍在高溫條件下,由于行車荷載的反復作用,荷載應力超過瀝青混合料所能承受的穩定性應力極限,發生流動變形不斷累積形成的車轍,叫做瀝青路面的流動性或失穩型車轍。其特點是兩側伴有隆起現象,內側碩士學位論文呈非對稱形狀,其最容易發生在上坡路段、交叉口附近,即車速慢、車胎接地產生的橫向應力大的地方,橫斷面呈型,如下列圖.所示。路基變形原地面.?曩矜/

35、,。:縫黧.剪切變形圖瀝青路面形車轍.磨耗型車轍由于瀝青路面頂層的材料在車輪磨耗和自然環境因素下持續不斷地損失形成,尤其是冬季埋釘輪胎形成的磨損性車轍。.壓密型車轍由于瀝青混合料進一步被壓密引起的,這種車轍的特點是只在輪跡下,呈字或型,但兩側沒有隆起,車轍的形成在初期階段開展很快。.水損害型車轍由于瀝青混合料的中下層產生明顯的水損害而失去了瀝青膜的粘結作用,從而在荷載作用下出現了因變形累積而形成的車轍。.車轍的產生機理瀝青混合料路面在重復交通荷載及其它因素共同作用下,會由于永久變形的累積導致路面出現車轍。 年試驗發現:永久變形主要是由于各結構層厚度的減少,車轍深度的 %發生在路面本身,其中%發

36、生在面層、 %發生在基層、%發生在底基層;%由于路基的瀝青混合料高溫抗車轍性能影響岡素的試驗研究沉陷引起【 。縱觀車轍的形成過程可簡單地劃分為三個階段,如圖.所示:車轍深度荷載作用次數圖瀝青混凝土路面在行車荷載反復作用下的車轍開展.開始階段的壓密過程瀝青混合料在被碾壓成型前是由骨料、瀝青及空氣組成的松散混合物,經碾壓后在高溫下處于半流態的瀝青及由瀝青與礦粉組成的膠體被擠進礦料間隙中,同時骨料被強力推擠排列成具有一定骨架的結構。碾壓完畢交付使用后,當汽車荷載作用時,此密實過程還會有進一步開展。.瀝青混合料的流動高溫下的瀝青混合料處于以粘性為主的半固結體,在輪胎荷載作用下,瀝青及瀝青膠漿便產生流動

37、,從而致使瀝青混合料網狀骨架結構產生失穩。這局部半固態物質除局部填充于混合料空隙外,還將隨瀝青混合料自由流動,從而使路面受載處被壓縮而變形。.礦料骨架的重排列及破壞高溫下處于半固態的瀝青混合料,由于瀝青及膠漿在荷載作用下首先流動,混合料中粗細顆粒組成的骨架成為荷載的主要承當者,再加上瀝青的潤滑作用,強度較大的顆粒在荷載直接作用下會沿著礦料問的接觸面滑動,促使瀝青及其膠漿向富集區流動,以致流向混合料自由面,特別是當骨料間瀝青及膠漿過多時,這一過程會更加明顯。由上述分析可知,引起瀝青路面永久變形的主要原因是剪切變形。因此研究瀝青混合料高溫條件下的抗流動變形能力極為必要。造成瀝青混合料路面出現車轍變

38、形的原因很多,但總體上可分為瀝青混合料自身組成和外部環境兩種原因。碩十學位論文.瀝青混合料高溫抗車轍性能的常用試驗方法可用于瀝青混合料高溫性能試驗的方法很多,包括試驗室圓柱試件的單軸靜載、動載、重復試驗,三軸靜載、動載、重復試驗,徑向靜載、動載、重復試驗,簡單剪切的靜載、重復加載和動力試驗,此外還有中空圓柱試件的動力、剪切試驗,棱柱形梁試件的彎曲蠕變試驗,小型模擬試驗設備的車轍試驗,大型環道、直道試驗設備的足尺路面高溫性能試驗和現場試驗路面的加速車轍試驗及馬歇爾試驗等。由上述可知,評價瀝青混合料高溫抗車轍性能的方法很多。我國目前采用的方法主要為車轍試驗法】。車轍試驗方法最初是由英國開發的,由于

39、試驗方法本身比擬簡單、試驗結果直觀,而且與實際瀝青路面的車轍相關性好,因此得到廣泛應用。車轍試驗是一種模擬實際車輪荷載在路面上行走而形成車轍的工程試驗方法。該試驗方法的原理是通過采用車輪在板塊試件或路面結構上反復行走,觀察和檢測試塊或路面結構的響應,通過動穩定度值和試件經碾壓后的車轍深度來表征試驗結果。車轍試驗的最大特點是能夠充分模擬瀝青路面上車輪行駛的實際情況,在用于試驗研究時,還可以改變溫度、荷載、試件厚度、尺寸、成型條件等等,以模擬路面的實際情況,搞清楚各種因素變化對車轍變形.的影響。目前世界上廣泛采用的是室內小型往復式車轍試驗機進行瀝青混合料抗車轍性能試驗。在進行車轍試驗時,可以觀察到

40、輪轍形成的全過程。試塊在車輪荷載的反復作用下,首先是輪跡下的瀝青混合料開始下陷,形成初始車轍,然后是輪跡兩側的瀝青混合料慢慢的隆起,且隆起的高度、形狀均差不多,至試驗結束之前,其隆起速度加快。車轍試驗的目的是測定瀝青混合料的高溫穩定性,即抗車轍能力,可供瀝青混合料配合比設計的高溫穩定性檢驗。瀝青混合料的高溫穩定性是其路面使用性能的重要指標之一,目前國內外大多數采用室內車轍試驗來評價瀝青混合料的高溫穩定性能。車轍試驗被認為是瀝青混合料性能檢驗中最重要的指標,它是評價瀝青混合料在規定溫度條件下抵抗塑性流動變形能力的方法。根據車轍試驗結果,各國提出了兩種不同的評價指標:動穩定度和相對變形指標,這兩種

41、指標均反映了瀝青混合料在高溫條件下的抗變形能力。我國目前采用的方法是參考日本道路協會方法而提出的,試驗溫度瀝青混合料高溫抗乍轍性能影響因素的試驗研究考慮我國絕大多數地區的溫度條件,采用,根據我國路面設計的標試驗輪總荷載準車輪荷載,試驗輪對試驗板的壓強為.士.重為,試驗過程記錄繪制時間一變形曲線。從車轍試驗得到的時間一變形曲線一般有如圖?所示三種形式,在試驗變形曲線的直線段上,求取、 對應的車轍變形和。其計算公式如下式.所示:變形量時間/:必×× .【一式中:一一動穩定度,次/;,一一荷載輪作用時間一般為時的永久形變,:一一荷載輪作用時間一般為時的永久形變,;的試件為一一試件

42、尺寸系數。室內制的.,路面切割的寬 的試件為.;.一一試驗輪往返碾壓速速,通常為次/。.瀝青路面車轍控制指標和標準.路基頂面容許車轍深度世紀年代,.提出用限制土基頂面壓應力防止車轍產生。此后英國、法國、意大利、比利時等國都建立了土基壓應變的標準。但路基頂面容許豎向壓應變控制指標仍存在著一下兩點缺乏之處:該指標不能較好地反映路面車轍的實際變形情況;不能預估瀝青路面在不同時期的車轍深度,因此不能有效地指導路面的養護和管理工作。碩士學位論文針對上述問題,隨后各國根據本國的氣候及交通等具體情況提出了各自的容許車轍標準 ,如下表.所示。表. 容許車轍深度/名稱容許車轍深度/美國地瀝青協會英國 殼牌石油公

43、司 高速公路 一般公路干線公路 比利時次級公路.蠕變勁度瀝青及瀝青混合料是典型的粘彈性材料,在高溫條件下,其粘彈性性能表現的尤為突出。瀝青路面的車轍或永久性變形就是瀝青混合料粘彈性能的直接反映。單軸靜載蠕變試驗是瀝青混合料高溫穩定性眾多試驗方法中的其中之一,經過廣闊從事瀝青路面研究人員多年的試驗研究,獲得了一些珍貴的材料參數,如下表.所示。這些參數主要用于對瀝青混合料的高溫穩定性進行評價與驗證,或用于相應車轍預估模型的輸入參數來預測車轍深度。由表中數據可見,由于研究者所采用的試驗條件不同,因此提出的蠕變勁度極限值差異也較大。表. 瀝青混合料蠕變勁度模量極限值.相對變形指標法相對變形指標是法國最

44、早提出的,它是在規定的作用次數和時間下所產生的變形于試件總后的比值,作用次數根據實際交通荷載和瀝青混合料的使用要求而不同,其計算公式如下:相對變形按息下式.計算:,.艿:竺×%,式中:一一試件相對變形量,%;址一一荷載作用下試件總變形量,;瀝青混合料高溫抗車轍性能影響岡素的試驗研究一一試件的厚度,:法國在世紀年代規定輪轍試驗永久變形的兩個等級如下:等級:作用 次,相對變形率三 %:等級:作用次,相對變形率薹 %,等級常用于高交通量水平的道路。.車轍試驗動穩定度標準在車轍試驗過程中,瀝青混合料試塊上車轍的產生與開展都與實際瀝青路面車轍的產生與開展十分相似,大量的試驗結果也證明,車轍試驗

45、的動穩定度與瀝青路面的車轍深度有著較好的相關性,因此,假設能恰當地進行瀝青混合料的設計,使其動穩定度滿足規定的要求,就有可能對瀝青路面的車轍深度進行有效的控制。我國的?公路瀝青路面施工技術標準?規定:對采用馬歇爾試驗法設計的瀝青混合料,應進行抗車轍性能檢驗。下表.,為我國針對不同的瀝青混合料和工程所處地區的氣候分區,在?公路瀝青路面施工技術標準? .提出的瀝青混合料車轍動穩定度技術要求】 。表. 瀝青混合料車轍試驗動穩定度技術要求技術指標 動穩定度/次. 試驗月份平均.夏最高氣溫 方法.夏炎熱區 .夏熱區?區及氣候分區 . . . . . . . .普通瀝青混合料莖改性瀝青混合料耋非改性耋改性

46、耋一般交通路段、重交通路段混合料從上述有關動穩定度的概念可以看出,試件的相對變形指標和動穩碩十學位論文定度指標都反映了瀝青混合料在高溫條件下的抗變形能力,但相對變形更為直接地反映了車輛荷載作用下試件的變形情況,而動穩定度僅是一個間接的評價指標。.本章小結本章討論了瀝青路面車轍破壞類型及其產生機理、瀝青混合料高溫抗車轍性能常用的評價方法及其控制指標。通過對瀝青路面車轍破壞類型及其產生機理的分析,可以看出:.在車輛荷載作用下瀝青路面所產生的剪切變形是引起車轍的主要原因,因此在配制瀝青混合料時,應選擇具有良好質地和級配的礦料及粘稠度較高的瀝青,以提高瀝青路面在高溫條件下的抗車轍變形能力。.可以采用動

47、穩定度值和相對變形量兩種指標評價瀝青路面的高溫抗車轍能力;標準中規定的瀝青混合料動穩定度的指標值是一個正常瀝青混合料所能到達的最小值,假設實測結果小于該值,并其說明其高溫抗車轍性能較差。瀝青混合料高溫抗車轍性能影響岡素的試驗研究第章原材料試驗與瀝青混合料配合比設計在廣泛收集與分析了國內外有關瀝青混合料路面高溫抗車轍性能方面相關研究成果的根底上,結合蘭州地區的實際情況,本文選取間斷密級配和.抗車轍劑兩種瀝青混合料進行試驗,分析了影響其高溫抗車轍性能的因素。試驗中所使用瀝青為蘭煉.瀝青,礦料為蘭州安寧采石場的砂巖,填料采用石灰巖礦粉,抗車轍劑采用西安天虹交通科技公司生產的抗轍王抗車轍劑。.原材料試

48、驗.礦料本課題所用粗細集料均采用蘭州安寧采石場的砂巖,經人工篩分后按所選級配逐級稱量回配。礦粉采用石灰巖礦粉,集料各項性能指標如表.所示,均符合?公路瀝青路面施工技術標準?的要求。集料的密度按照?公路工程集料試驗規程? .規定進行測定:粗集料密度采用網籃法測定;細集料密度采用李氏比重瓶法測定。其試驗結果分別如表.和表.所示。技術指標 指標值 技術指標 指標值吸水率/% . . . .與瀝青黏附性等級/級 表觀. 密度 .洛杉礬磨耗損失/% 石屑針片狀含量/% . /?。. 礦粉密度/?一表.粗集料視密度 . . .粒徑/. . . .表觀相對密度/?. . . .毛體積相對密度/?。. . .

49、 . . .粒徑/. . . . . .視密度/?礦粉的視密度采用李氏比重瓶法測定,其值為./。碩十學位論文.瀝青瀝青混合料要求瀝青具有較高的粘度,與集料有良好的黏附性。本課題所采用的瀝青為蘭煉重交通石油瀝青.,參照重交通道路石油瀝青的技術指標,按照?公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程?.的試驗操作要求進行【,其技術指標試驗結果見表.。技術指標 指標值針入度,/.延度/.蠟含量蒸餾法/%.密度/?一.溶解度/%閃點/ .軟化點/動力粘度/? .抗車轍劑抗車轍劑是由多種聚合物復合而成的瀝青混合料的一種外摻劑,本課題所采用的抗車轍劑為西安天虹交通科技公司生產的抗轍王抗車轍劑。抗轍王外觀為純黑色顆粒狀

50、固體,主要優點是可以明顯改善瀝青混合料的高溫穩定性和低溫黏彈性,同時還可以改善瀝青混合料的抗疲勞性。其最顯著的特點是卓越的抗車轍性能,另一優越性是施工工藝非常簡單,將稱量好的抗轍王固體顆粒直接投入瀝青混合料中與其一起拌和,而無需單獨加熱。抗轍王的各項性能指標如表.所示。熔融 斷裂 彈性粒徑 密度/ 熔點 軟化 拉伸度工程 外觀 指數/ 延伸 模量./ 點/。/率/%?. .黑色指標 .顆粒 . 檢測 黑色. .三結果 顆粒瀝青混合料高溫抗車轍性能影響因素的試驗研究.瀝青混合料級配設計的方法目前確定瀝青混合料最正確瀝青用量的方法有:馬歇爾試驗法、綜合設計法及的性能設計法。與綜合設計法及的性能設計法相比較馬歇爾試驗法設計法是一種基于體積設計的方法,雖然與性能設計法有較大的差異,但因其操作簡單為世界各國廣泛使用。馬歇爾試驗法是由年代在美國工程兵團供職的密西西比州道路局的馬歇爾工程師提出的一種評價瀝青混合料穩定性的試驗方法,該方法至今仍在世界上很多國家沿用,只是根據交通開展的要求不斷地進行了適當修訂。.馬歇爾試驗是將瀝青混合料制成直徑為 .的