抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

分类号：ＴＢ３

１０７１０—２００６０３２０

漾步太海

硕士学位论文

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

惠冰

导师姓名职称

张超教授

申请学位级别论文提交日期学位授予单位

答辩委员会主席学位论文评阅人

申爱琴教授

申爱琴教授

王韵华教授级高工

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

摘

要

沥青路面车辙是高速公路最主要的破坏现象，本文在深入调查国内外解决此类问题方法的基础上，选用抗车辙剂作为外加剂，研究抗车辙剂改性沥青混合料的路用性能与

改性机理。

本文从抗车辙剂对沥青混合料路用性能的影响与改善出发，通过试验研究证明抗车辙剂是一种能够全面改善沥青混合料路用性能的优良外加剂，其特点是在显著提高沥青混合料高温稳定性的同时，对其他路用性能如水稳定性、低温性能和耐久性等也表现出良好的改善效果。同时从抗车辙剂对ＳＭＡ路用性能的影响与改善入手，通过试验研究证明抗车辙剂能够有效的提高ＳＭＡ沥青混合料的路用性能，对于促进抗车辙剂改性ＳＭＡ沥青混合料的研究、发展和应用起到了积极作用。

通过试验，研究分析了抗车辙剂的作用机理，提出了抗车辙剂分别对沥青混合料中沥青和矿料双重改善的概念，并通过计算确定两种抗车辙剂各自的双重改善比例；采用数学拟合的方法，计算得到抗车辙剂理论最佳用量区间；并提出采用７０＂（２的高温车辙试验，作为抗车辙剂材料应用时的技术指标要求。

关键词：沥青混合料；抗车辙剂；路用性能；双重改善

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｅｒｕｔｔｉｎｇｏｆａｓｐｈａｌｔｐａｖｅｍｅｎｔｈａｓｂｅｃｏｍｅｔｈｅｔｈｅｂａｓｅｏｆｔｈｅｓｏｌｖｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｉｎｓｉｄｅａｎｄｏｕｔｓｉｄｅｏｆｂｅｉｎｇｍｏｄｉｆｉｅｒ，ｂｙｍｅａｎｓｏｆａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｔｈｅ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｓｐｈａｌｔ

ｍｉｘｔｕｒｅ；Ａｎｔｉ—ｒｕｔｔｉｎｇＡｄｄｉｔｉｖｅ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｄｏｕｂｌｅ－ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

论文独创性声明

本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。

本声明的法律责任由本人承担。

论文作者签名：

离沥卜

砷年歹月ｊ日

论文知识产权权属声明

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校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权

利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（保密的论文在解密后应遵守此规定）

Ｍ夕年占月』日

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抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

长安大学硕十学位论文

第一章绪论

１．１研究的目的及意义

近年来，随着改革开放的不断深入，我国高等级公路建设以前所未有的速度发展，

取得了令人瞩目的成就。“十五”期间我国共建成高速公路２．４７万公里，是“八五”和“九五＂建成高速公路总和的１．５倍。Ｎ２００５年底，高速公路总里程达到４．１万公

里，继续稳居世界第二，仅次于美国。２００６年末，中国高速公路里程达４．５万公里，２００７年底达５．３６万公里，创造了世界高速公路发展的奇迹。目前，由于沥青路面以其良好的连续性，行驶平稳舒适，抗震性好，维修方便等优点，在我国高等级公路中等到了广泛的应用。

但随着经济的发展，现代公路交通量的日渐增长，轴载增加、车辆大型化、超载严重以及车辆渠道化等问题日益突出，使得很多沥青路面在投入运营后不久均出现一定的损坏，如开裂、泛油、剥落、车辙等。经多条道路调查，在沥青路面众多病害中，车辙一直是沥青路面损害的主要问题之一。沥青路面在使用初期通常不应出现明显车辙，但由于沥青材料或结构设计等原因，近年来路面车辙产生地极为频繁，车辙的出现严重影响路面的使用和服务质量。因此深入探讨分析车辙产生的原因，并提出有效地防治措施是当今沥青混合料路面应用研究的重要课题之一。

１．２车辙病害原因分析和主要表现形式

车辙是沥青路面特有的一种损坏现象。在行车荷载重复作用下，路面永久性变形积

累形成的带状凹槽，多产生在车轮经常碾压的轮迹带上。车辙是在与时间有关的荷载因素和气候因素共同作用下，轮迹带逐渐产生下洼形变并形成两条纵向车辙槽，且较严重

辙槽两边通常有膨起形变。如图１．１。车辙深度（Ｉ①）以轮迹带外侧凸起部分的峰顶到槽

的谷底距离表示。

／年辙深鏖＼

图１．１车辙深度示意图

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第一章绪论

路面车辙直接影响路面的使用寿命和服务水平，车辙降低了路面平整度，当车辙达到一定深度时，车辙槽内积水，极易发生汽车飘滑而导致交通事故。调查显示：车辙现象在每条高速公路上都不同程度的存在，其主要发生在行车道，上坡路段和服务区附近；

雨天车辙内可见明显的积水，严重影响到行车安全和公路的运营质量和使用寿命，是已

营运高速公路继水损害后的又一普遍性的病害。而且因其对道路服务水平和行车安全的

影响程度，该病害有可能成为沥青路面亟待解决的首要问题。目前我国高速公路中沥青

路面比例约占７０～８０％，可见进一步研究车辙的影响因素从而得出改善措施是很有必

要。

车辙的形成大致可分为三个阶段。图１．２，第一阶段是沥青路面进一步压密过程，时间持续较短，但变形快速增长。第二阶段是沥青路面压密稳定时期，该时期变形呈直线稳定增长。例如，公路开放交通后２＂－－－３个夏季，沥青混合料面层的空隙率会从刚竣工时的４％～５％减少到３％左右。第三阶段是由于沥青路面高温强度不足或抗永久变形能力不强，特别是在高温季节，又有表面水浸入面层内部的情况下，容易产生剪切变形，使变形和应变速率迅速增大，直到破坏，也称为不稳定阶段。但如果沥青路面能有足够

的强度，也无自由水浸入沥青面层内部，则沥青路面在设计使用年限内不会产生剪切变

形而进入第三个阶段。在这种情况下，只要基层是坚固的，就不会产生严重的车辙【２９１。

釜

争，

毒

Ｉ；｝统作用；寸闻

图１．２沥青路面在反复轮载下车辙变形的过程

通过大量的国内外试验和实际观察，得出影响沥青混合料路面车辙深度的主要因素

有：

（１）沥青路面结构和沥青混合料本身的内在因素，内因主要包括沥青混合料的强

度和沥青面层厚度。

①沥青混合料的强度取决于材料内摩擦力和粘结力，可以用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ（莫尔一库伦）方程说明沥青和矿料对沥青混合料的抗剪能力的影响［７１：

２

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长安大学硕士学位论文

ｆ

２什仃ｔａｎ９

式中：ｆ——沥青混合料的抗剪切强度：

卜沥青或沥青填料的粘结力；

１５＂——沥青混合料所受的正应力；够——内摩擦角。

内摩擦角和集料形状、表面纹理深度、天然含砂量、破碎颗粒含量、最大粒径、沥青用量、沥青混合料的级配、密实度等有密切关系。粘结力和沥青的性质、用量、温度

敏感性、针入度和粘度、填料、沥青与碎石的粘结力等有密切关系。

②对沥青路面的厚度而言，经过大量的研究实验表明：沥青面层厚度对于车辙深度有明显影响，在２５ｃｍ厚度内随着厚度增大而加深，超过２５ｃｍ则基本不会再随厚度而增大，一般高级路面采用１５ｃｍ左右厚度的沥青面层已经足够，超厚时反而可能加大车辙变形。

（２）外因：主要由气候和交通条件决定。

①气候条件：主要是路面温度以及气温和日照强度等。

②交通条件：车辆荷载大小种类、交通量、道路渠化程度、车载作用时间和水平

力等。

目前，国内外将沥青路面的车辙普遍分为三种类型【２】：

又叫流动型车辙，是目前研究的主要对象。在高温条件下，车轮碾压的反复作用，荷载产生的剪应力超过沥青混合料的抗剪强度，使流动变形不断累积形成。这种车辙在荷载的中心位置产生下洼变形，材料从荷载下压挤向车车辙两侧，并向上膨起，对于主要行驶双向车的断面，车辙断面成ｗ型。

由于荷载作用超过路面各层的强度，沥青面层以下包括路基在内的各结构层产生永

久变形。这种车辙的宽度较大，两侧没有隆起现象，横断面成浅盆状的Ｕ字型（凹型）。

沥青路面结构顶层的材料在车轮磨耗和自然环境因素作用下不断的磨损而形成的车辙为磨损性车辙。在冬季，面层受到汽车带钉轮胎和带链轮胎的磨耗，易形成的磨损型车辙。

３

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第一章绪论

在这三种类型车辙中以失稳型车辙最为严重，其次为磨损型车辙。原因在于我国大多数沥青路面采用以水泥或石灰粉煤灰稳定粒料做基层，和类似半刚性材料底基层，这些材料的特点是强度和模量都相当高，因此结构型车辙形成的可能性较低。虽然我国北方地区在冬季路面积雪时使用防滑链，有时会产生磨损型车辙，但影响程度有限，因此

主要还是由于沥青混合料抗剪强度不足而产生的失稳性车辙。

１．３车辙病害国内外研究概况

国际上在１９７６年，由ＴＲＢ发起的关于沥青路面车辙讨论年会上，特别强调车辙深度预测和用于定义沥青混合料特性的试验方法。１９８７年，Ｅｉｓｅｎｍａｎｎ报告指出，车辙的初期阶段主要是沥青混合料的压密变形造成的，而在此之后，压密完成，车辙是由混合料的流动产生的。１９９９年，Ｓｌｌｉｅｌｄｓ建立了沥青路面的非线性粘弹性低温应力松弛模型。２００３年，美国ＡＡＳＨＴＯ和ＴＲＢ提出了几种新建和改建沥青路面的车辙预估模型，在路面设计中考虑了车辙的因素，以车辙深度作为控制车辙的指标。

在我国，徐世法、朱照宏利用蠕变实验对沥青混合料的高温变形特性进行了分析，提出了一种有效表征沥青混合料变形特性的流变学模型，建立了一种高等级道路沥青路面车辙的预估方法；黄晓明、张晓冰和邓学钧对沥青路面车辙进行了环道实验研究，提出了不同保证率下的车辙预估模型；张登良等通过实验对高等级道路沥青路面车辙进行了研究，以粘弹性层状体系理论和流变学模型分析为基础，结合沥青混合料的变形特性，提出了包括层减薄量和侧向隆起高度的车辙深度预估方程。

另外，据日本，美国等工业发达国家的资料显示，由于车辙引起的路面破坏所占的比例有越来越大的趋势。２０世纪７０年代由美国ＡＡＳＨＴＯ发起的，在各州作进行的路面损坏调查表明，在州际公路和干线公路上，由车辙所致的路面损坏比例约为３０％。２０世纪８０年代，日本由车辙所引起的路面损坏比例高达８０％。在我国的高等级公路和城

市道路中路面的车辙也日趋严重。据不完全统计，在高等级公路维修原因中，车辙病害发生比率高达８０％以上，可见问题的严重性。

由于车辙严重影响道路的使用性能，同时也是各国普遍存在的道路损坏形式。所以

各国在车辙方面都做了大量的科研工作，但均没有彻底解决这一问题。

沥青路面车辙是由多方面原因引起的，往往是由多种因素的综合作用而产生的。因此在

防治车辙的对策上，也并非采取某种措施就能解决问题，只有综合采取措施才能收到好

４

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

长安大学硕士学位论文

的效果。国内外提高沥青混合料抗车辙能力的方法很多，着眼点主要集中在矿料级配的改善、沥青胶结料性能的提高以及在混合料中掺加外加剂的方式等。

１、矿料级配的改善

有研究认为，沥青混合料的性能，矿料的因素占６０％，而沥青仅占４０％。就矿料因素方面，矿料的级配又有重大的影响。现在在大多数场合下，都是采用的连续级配，开级配或间断级配道路的沥青面层都采用粗粒式沥青混凝土作为承重层。在特别炎热的地区，甚至采用粗粒式沥青混凝上作为面层。

尤其是近年推广应用的沥青马蹄脂碎石（ＳｔｏｎｅＭａｓｔｉｃＡｓｐｈａｌｔ，简称ＳＭＡ）

是一

种热拌热铺的间断级配骨架密实型沥青混合料，具有与其他混合料不同的结构性能特点。在材料结构组成上，主要特点是三多一少，即粗集料多，矿料多，

沥青用量多，

细集料含量少，并掺有纤维稳定剂以防止沥青析漏，对混合料组成材料质量性能要求很

高。粗集料含量高能形成相互嵌挤的骨架，而由细集料、矿料和纤维稳定剂形成的沥青

玛蹄脂含量充分足以填充粗集料的剩余孔隙，使之形成一种骨架一密实型结构。由于ＳＭＡ

混合料特殊的材料结构特点，该混合料具有优良的路用性能。

因为ＳＭＡ粗集料多形

成骨架，又有良好的沥青混合料（一般需要采用改性沥青）作保障，所以高温稳定性优越；较多的矿料和沥青采用纤维稳定性，形成的沥青玛蹄脂具有良好的粘结作用，其突出的柔性和韧性使ＳＭＡ混合料低温变形能力强，尤其采用改性沥青后，低温性能进一步加强；在较低的空隙率和粘结性能优越的玛蹄脂作用下，耐水害和耐老化等性能均

有显著改善Ｉ引。

ＯＧＦＣ英文称Ｏｐｅｎ

ＧｒａｄｅｄＦｒｉｃｔｉｏｎ

Ｃｏｕｒｓｅ，是一种多孔式排水性沥青混合料，它具

有较大的空隙率。由于这种路面结构为多空隙的嵌挤型骨架结构，提高了路面抵抗车辙变形的能力。另外，Ｓｕｐｅｒｐａｖｅ全称ＳｕｐｅｒＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ

Ａｓｐｈａｌｔ

Ｐａｖｅｍｅｎｔ，即高性能沥青

路面简称超级路面，它是一套全新的系统，用以帮助高速公路工程师和建筑公司设计与

建设在极端气候和繁重交通荷载下的优质高速公路路面。超级路面系统是美国“战略性

公路研究项目”即“夏普计划”下产生的一项研究成果，在１９９２年研究成功，１９９６年在全美推广使用，目前主要在普通公路上试用，且还在继续改进和完善中。

２、采用改性沥青

优质改性沥青可以从多方面改善沥青混合料路用性能，因为其稠度较高，软化点高，

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

第一章绪论

温度稳定性好，在高温下仍能保持足够的粘滞性，使混合料具有一定的强度和劲度，而且不致出现过大的变形。能够有效的防止和延缓路面损坏的发生，从而大大延长路面的

使用寿命。

目前，改性沥青在各国有着不同的分类方式，按改性手段分主要有工艺改性，结构改性和改性剂改性。国际上作为改性剂的聚合物较多的是橡胶类（如ＳＢＲ、ＣＲ）、橡胶塑料类（如ＳＢＳ）、树脂类（如ＰＥ、ＥＶＡ）和ＳＢＲ胶乳等；常用的改性方法有：ＳＢＳ，ＳＢＲ，天然沥青，抗剥落剂，抗老化剂，抗氧化剂等。但是，ＳＢＳ改性沥青是目前国内外应用最广泛的一种沥青改性方式。

根据２００５年ＡＭＡＰ对美国沥青和改性沥青的应用调查，美国２００４年沥青用量约为２５６６．８０２５万吨，其中改性沥青５８４万吨，约占２３％，在调查的３３州中６７％采用的是ＳＢＳ改性沥青。可见，在美国的改性沥青中ＳＢＳ改性沥青占大多数。根据壳牌公司

的调查，在欧洲改性沥青市场中ＳＢＳ改性沥青占到４４％，也占主导地位。我国由于北京燕山和湖南岳阳等石化公司相继开发研制的ＳＢＳ生产技术日趋成熟，目前ＳＢＳ改性沥青的应用较为普遍，并成为流行趋势。但近年来使用ＳＢＳ改性沥青也存在一定的问题。例如ＳＢＳ改性沥青存储稳定性就是一个棘手的难题，由于ＳＢＳ与沥青组分间的相容性的差异，导致改性剂与沥青分离，影响到ＳＢＳ改性沥青性能的发挥。另外ＳＢＳ改性沥

青存储过程中，其性能会发生衰变，即使不停搅拌，衰变现象仍旧无法避免，同样影响

了ＳＢＳ改性沥青的使用效果。

３、掺入抗车辙剂

类似水泥混凝土＃ｌ－力ｎ剂的应用，沥青混合料也能通过掺入多＇１－ａｎ剂的方式改善混合料的路用性能，抗车辙剂就是改善沥青路面车辙问题的一种外加剂。

欧洲许多国家很重视采用抗车辙剂技术来提高沥青路面抵抗永久变形的问题，各种等级的公路已广泛使用抗车辙剂，甚至包括许多重要的桥梁和隧道的铺装也采用掺加抗车辙剂沥青混合料。近年来，我国开始对掺加抗车辙剂沥青混合料路用性能进行研究。例如：法国ＰＲＩ、德国路孚８０００、国产的海川车辙王和天成垦特莱等产品。ＰＲ．ＰＬＡＳＴ．Ｓ于２００１年开始进入我国公路工程领域，路孚８０００于２００３年引入我国，而国产海川车辙王和天成垦特莱抗车辙剂的应用时间则相对较短。

抗车辙剂是由多种高分子聚合物组成的混合物，这种沥青混合料外加剂的应用具有以下优点：

６

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

长安大学硕士学位论文

①使用方便，将抗车辙剂直接投放至混合料拌和缸中即可，只需要适当延长拌合

时间和提高拌合温度；

②存储方便安全，对存储条件没有特殊要求，可在常温下长期库存；③与沥青的匹配性较好，适用于国内外各种标号的沥青；

④不需要特殊的设备和受过专业培训的人员，生产过程中无损耗；

抗车辙剂可以显著提高沥青混合料的高温稳定性，不会对混合料的最佳沥青用量以

及马歇尔稳定度结果产生明显的影响，也不会降低沥青混合料的水稳定性和低温性能。

通过对国内外研究应用情况分析可以看出，与ＳＢＳ改性沥青相比，抗车辙剂使用更简便，不存在存储稳定性问题和性能衰变的现象。但由于抗车辙剂出现时间较短，其研究不如ＳＢＳ改性沥青充分，抗车辙剂改性沥青混合料常规路用性能的试验研究范围较窄，缺乏系统性。因此亟待加强掺加抗车辙剂沥青混合料更加全面的系统的路用性能研究和机理分析。

１．４本文主要研究内容

本文针对国产天成垦特莱抗车辙剂的应用，并对比法国的ＰＲ．ＰＬＡＳＴＳ抗车辙剂，开展系统的抗车辙剂沥青改性混合料路用性能试验和不同抗车辙剂应用效果比较；通过模拟路面老化，来评价抗车辙剂的抗老化性能；尝试采用抗车辙剂代替ＳＢＳ改性剂应用于ＳＭＡ中的路用性能研究；并对抗车辙剂应用机理进行分析研究，提出抗车辙剂提高沥青路面高温抗车辙能力的理论分析和解释，为抗车辙剂的广泛应用奠定理论基础；并通过理论分析和试验验证提出确定抗车辙剂的适宜掺量的评价方法。

１、抗车辙剂改性沥青混合料路用性能研究

系统试验研究抗车辙剂改性沥青混合料（ＡＣ．１３）的各项路用性能，评价不同抗车辙剂之间对沥青混合料路用性能改善效果差异；并通过烘箱老化模拟法对抗车辙剂改性沥青混合料抗老化性能进行评价，为选择合理的抗车辙剂掺加量提供技术支持。

２、抗车辙剂改性ＳＭＡ的路用性能研究

将抗车辙剂代替ＳＢＳ改性沥青应用于ＳＭＡｌ３中，并和ＳＢＳ改性ＳＭＡ沥青混合料

的各项路用性能进行比较，以及不同抗车辙剂用量对ＳＭＡ沥青混合料路用性能影响，提出采用抗车辙剂替代ＳＢＳ改性剂的可行性研究。

３、抗车辙剂作用机理研究分析

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抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

第一章绪论

通过宏观和微观方法，揭示抗车辙剂在沥青混合料中应用机理，开展车辙剂理论研究。另外通过离心抽提试验，首次提出抗车辙剂作用于沥青百分率，并对比拌和前后抗车辙剂颗粒形态变化证明抗车辙剂对于沥青和集料的双重改善作用。

４、抗车辙剂最佳用量区间和评价指标的确定

提出采用破坏应变和ＴＳＲ作为确定抗车辙剂最佳用量范围的关键性指标，并以动稳定度来检验抗车辙剂最佳用量范围的科学性和可靠性。并提出采用７０。Ｃ条件下车辙试验

抗来针对抗车辙剂进行性能评价。

８

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

长安大学硕十学位论文

第二章原材料性质及改性工艺

２．１原材料

２．１．１矿料性质

１、粗集料

粗集料应该洁净、干燥、无风化、不含杂质并且应该为坚硬、耐磨、韧性好、表面粗糙的碎石。粗集料的压碎值、洛杉矶磨耗值、粘附性等指标应满足《公路工程集料试验规程》（ＪＴＪ０５８．２０００）中关于高速公路的指标要求。本项目材料ＡＣ．１３、ＳＭＡｌ３配

合比设计中采用的粗集料均为辉绿岩。其试验技术指标均满足相关要求。

表２．１粗集料技术指标

试验项目集料磨耗值集料压碎值

针片状颗粒含量集料毛体积

５～１０ｍｍ

２．６７７２．６５１２．７５９２．７８２２．７１８

Ｔ０３０４．２００５

单位

％％％％

试验结果

１０．１７．４１０．４１１．６２．６６６

试验标准

牛２８净２６牛１２牛１８

试验依据

Ｔ０３１７—２００５

Ｔ０３１６—２００５

Ｔ０３１２—２００５Ｔ０３１２—２００５

１０～１５ｍｍ

５～ｌＯｍｍ

１０～１５ｍｍ

相对密度

３～５ｍｍ

１０～１５ｍｍ术２．４５术２．４５术２．４５

Ｔ０３０４．２００５

各种集料表

５～１０ｍｍ

观相对密度

３～５ｍｍ

表２．２石屑试验结果

试验项目表观相对密度

单位

试验结果

２．６９８

试验依据

Ｔ０３２８——２００５

ｒ后冒筛分结果

筛孔

（ｍｍ）

９．５４．７５

２．３６

１．１８０．６０．３Ｏ．１５０．０７５

通过率

（％）

１００

９９．３６５．７４５．４３４．１２４．８２０．４１６．６

规范范围

１００

９０～１００６０＂－＇９０４０＂－－－７５２０～５５７～４０２～２０Ｏ～１０

２、细集料（０．０７５ｍｍ－－－＇４．７５ｍｍ）

细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质。细集料宜采用优质粗人工砂，砂当量试验

９

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

第二章原材料性质及改性工艺

结果平均值为７６％，硫酸钠坚固性损失５次循环芝１５％，液限＞２５，具体指标见表２．３：

表２．３机制砂试验结果

试验项目表观相对密度

单位

ｇ／ｃｍ３

试验结果

２．７０９

试验依据

Ｔ０３２８—２００５

筛分结果

筛孑Ｌ（ｍｍ）通过率

（％）

１００

９８．６

７１．８６０＂－＇９０

５２．４４０一－－７５

４１．１

３１．３

２６．０

２１．７

９．５

４。７５

２．３６

１．１８

Ｏ．６

Ｏ．３

０。１５

０．０７５

规范范围

１００９０～１００２０～５５７～４０２～２００～１０

３、矿粉

矿粉是沥青混合料中一种重要组成材料，它既可在混合料中起填充空隙作用，而且

还与沥青发生化学反应，增加胶结强度。它与沥青的比例决定了混合料中结构沥青与自由沥青数量，直接影响到混合料的柔韧性，即低温抗弯曲拉应力的大小，并对混合料在低温时的抗裂性有很大影响。本次试验矿粉是工厂的石灰岩磨细矿粉，细度（０．０７５ｍｍ

筛通过量）＞９０％。

表２．４矿粉试验结果

试验项目

表观相对密度

矿粉亲水系数试验项目

矿粉

试验结果

２．７３６Ｏ．６３

试验标准

术２．４５

＜１

试验方法

Ｔ０３５２－２０００Ｔ０３５３—２０００

单位筛分结果

试验结果试验依据

筛孔（ｍｍ）通过率

（％）

９．５１００

４．７５１００

２．３６９９．７１００

１．１８９９．２

０．６９７．７

０．３８７．５

０．１５７４．０

０．０７５５７．０

规范范围９０～１００

７５～１００

２．１．２基质沥青和ＳＢＳ改性沥青

１、基质沥青（ＡＨ．７０）

拌制沥青混合料用沥青材料的技术性质，随气候条件、交通量组成、沥青混合料的类型和施工条件等因素而异。通常较热的气候区，较繁重的交通采用稠度较高的沥青；

反之，则采用稠度较低的沥青。在级配条件相同的条件下，较粘稠的沥青拌制的混合料

具有较高的力学强度和稳定性，但稠度过高，则沥青混合料的低温变形能力较差。反之，

在级配条件相同的条件下，采用稠度较低的沥青，沥青混合料具有较好的变形能力，但

１０

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

长安大学硕士学位论文

高温稳定性不足，容易产生车辙、推挤等现象。

试验采用壳牌７０＃重交道路石油沥青，按照ＪＴＪ０３２．９４《公路沥青路面施工技术规范》

的要求，对沥青进行了各项指标测试，结果见表２．５：

表２．５沥青技术指标

试验项目针入度（２５℃）软化点（环球法）延度（１５℃）密度闪点（ＣＯＣ）

单位

ｍｍ

技术要求

６５～７５

４５

试验结果

７３．２４８．３

试验依据

Ｔ０６０４Ｔ０６０６Ｔ０６０５

℃Ｃｍ

＞１００＞１５０

１．０３３２９０

∥ｃｍｊ

℃

实测

＞２３０

Ｔ０６０３Ｔ０６１１

２、ＳＢＳ改性沥青

ＳＢＳ是一种热塑性弹性体，是以丁二烯和１，３一苯乙烯为单体，采用阴离子聚合制得的线型或星型嵌段共聚物，因ＳＢＳ中星型结构的改性效果比线型结构好，故选用燕山石化的４３０３（ＹＨ２８０１型）星型结构物ＳＢＳ作为改性剂，掺入量为５％。其具体技

术指标见表２．６：

表２．６

技术指标

针入度（２５＂Ｃ。１００９，５Ｓ）（Ｏ．１ｍｍ）针入度指数Ｐ１延度（５ｃｍ／ｍｍ，５℃）软化点（环球法）（℃）运动粘度（１３５℃）闪点（ＣＯＣ）

（℃）

（％）（Ｐａ．ｓ）

（ｃｍ）

ＳＢＳ改性沥青技术指标

检验结果

７４０．２２３５７８１．９３１８９９．７１．２９１０．０２２２７２

技术要求

６０．８０之Ｏ．４＞３０＞５５

ｓ３

＞２３０＞９９５２．５＞６５．１．Ｏ～１．０＞２０＞６０

溶解度（三氯乙烯）离析，软化点差（℃）弹性恢复２５℃（％）

薄膜加热试验

１６３℃，５ｈ

质量损失（％）延度（５ｃｒｎ／ｍｉｍ，５＂Ｃ）（ｃｍ）

针入度（％）

２．１．３抗车辙剂性质

抗车辙剂是一种由多种聚合物复合成的沥青混合料添加剂，它通过集料表面的增

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

第二章原材料性质及改性工艺

粘，加筋，填充以及沥青改性等多重作用，从而大幅提高沥青混合料的抗车辙能力。本

试验采用的北京天成垦特莱公司的国产垦特莱抗车辙剂（英文简写Ｋ）和法国ＰＲＩ公司

的ＰＲ．ＰＬＡＳＴＳ抗车辙剂（英文简写ＰＲ），它们的外观均为灰黑色颗粒状或片状，并且可在常温下长期保存。具体技术性质见表２．７：

表２．７垦特莱抗车辙剂和ＰＲ．ＰＬＡＳＴＳ抗车辙剂的技术性质

产品名称密度（２５。Ｃ）熔点粒径

垦特莱抗车辙剂

Ｏ．９８

ＰＲ．ＰＬＡＳＴＳ抗车辙剂

０．９１～Ｏ．９６５１４０℃．１５０℃

２ｍｍ－－－，４ｍｍ

１５０℃～１５５℃

３ｍｍ－－－４ｍｍ

２．１．４其他材料性质

纤维

与传统的沥青混凝土相比，ＳＭＡ通常具有较高的沥青含量和较多的粗集料。因此，ＳＭＡ混合料必须含有适当类型和数量的稳定剂，以使在混合料的储存、运输和铺装过程中保持住沥青结合科，防止其发生离析，因此稳定剂的主要功能在于防止ＳＭＡ混合料在施工过程中结合料发生离析，故亦称防漏剂【ｌ引。

稳定剂主要是指纤维，由于聚合物改性沥青也有降低离析的作用，美国也将其称为稳定剂，但稳定剂的主要类型为纤维。在沥青棍合料中掺加的纤维稳定剂可分为木质素

纤维、矿物纤维与聚合物有机纤维三类。由于木质素纤维防漏效果显著，能保持更多结合料，而且价格合理，因此ＳＭＡ普遍采用的稳定剂为木质素纤维。在ＳＭＡ路面最多的国家德国９０％以上ＳＭＡ路面采用木质素纤维，在瑞典几乎全部ＳＭＡ工程都采用木

质素纤维。其他各国与我国也普遍采用木质素纤维作ＳＭＡ混合料的稳定剂。

木质素纤维是天然木材经过化学处理得到的。由于处理温度高达２５０℃以上，在通常条件下是化学上非常稳定的物质，不为一般的溶剂、酸、碱腐蚀。对人体无害，不影响环境，不造成公害。木质素纤维的表面粗糙，表面积大，吸油率高贵。

矿物纤维稳定齐的防析漏作用稍逊于木质素纤维稳定剂，应用上也少得多，４‰的矿物纤维的防析漏作用大概相当于３％ｏ的木质素纤维。矿物纤维包括以玄武岩或辉绿岩

作原料加工的矿物纤维。石棉纤维因存在环保问题己很少使用。

聚合物纤维如聚脂纤维与晴纶纤维，除具有防止析漏的作用外，还能使混合料性能

得到某种程度的提高，但因价格昂贵，限制了使用。

１２

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

长安大学硕士学位论文

本研究选用北京垦特莱公司的木质素纤维作为ＳＭＡ沥青混合料纤维，木质素纤维

质量符合我国ＳＭＡ技术指南要求。具体指标见表２．８：

表２．８木质素纤维检测结果

试样来源和产品名称纤维长度灰分含量ＰＨ值吸油率含水率

北京垦特莱科贸有限公司中国产Ｌｏｔｕｓｆｉｂｅｒ木质素纤维试验结果

均小于６ｍｍ

１１．４％

７

中国（（ＳＭＡ路面设计施工指南》

提出的纤维规格要求

６．０ｍｍ以下

Ｓ１８％

６．５．７．５

纤维自身质量的６．５倍

２．２％

不小于纤维自身质量的５倍

＜５％

２．２抗车辙剂适用范围及工艺流程

抗车辙剂的适用范围广泛，施工工艺非常简单。该产品提供大袋包装用于连续式生产设备，也有计量好的７～１２公斤热融袋小包装用于间歇式生产设备，它只需在拌和楼

上加一套专用抗车辙剂添加系统，简单易行，同时便于精确科学的掌握用量，以避免抗

车辙剂的浪费。抗车辙剂具体适用范围及工艺流程见表２．９：

表２．９抗车辙剂适用范围及工艺流程

ｌ、公路，高速公路及高等级公路、重交通路段、车辆交汇区域、爬坡道路、大修路面工程：

适用范围

２、市政道路：市政干道、公交车道、特别适用于十字路口和公交

车站；

３、其他工程：机场跑道、停机坪、工业地面，集装箱堆放场地等。目前常用的掺加量是由试产厂家推荐的掺加量。一般路面掺加

推荐掺加量

３％ｏ－－－５９６０；高速公路４％ｏ～６％ｏ；交通量大，重型车辆多的特殊路段之６‰。

中面层掺加３９６０－－－４９６０．上面层４％０－－－６９６０。

添加方式

可采用专用的自动添加和计量装置，实现生产过程中添加的自动

化和计量的精确化；另外，也可采取人工添加的方式。

将矿料加热制１７０＂Ｃ＇－－１８０＂Ｃ时，将抗车辙剂直接投入拌和设备内

拌和工艺

进行千拌，干拌１０～１５ｓ后加入热沥青继续拌和，拌和时间相对普通沥青混合料增加５～１０ｓ，再加入矿粉后继续拌和，直到拌和均匀无花白料为止。

储存和运输沥青混合料的碾

压温度

储存和运输按常规混合料方法进行。

初压温度宜为１６０。Ｃ～１７０＂Ｃ，不得低于１５０９Ｃ。

综上可知，抗车辙剂在使用上操作简便，易于实际工程的应用。

１３

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

第三章掺入抗车辙剂的沥青混合料路用性能研究

第三章抗车辙剂改性沥青混合料路用性能研究

３．１沥青混合料配合比设计

１、矿料级配的确定

对于沥青混合料来说，密实程度越高，沥青混凝土的强度越大和疲劳寿命越长，低

温抗裂性能越好。但是，在高温下的稳定性就越差，在轮载作用下有可能会出现泛油、车辙等破坏现象。

沥青混合料所用矿料级配是根据几种矿质材料的筛分结果，并满足现行《公路沥青路面施工技术规范》中对ＡＣ．１３沥青混合料矿料级配范围的要求，按图解法对其进行了矿料组成设计。其目的是获得最适当的沥青用量而且具有较高的强度和适宜密实性，同时具有良好的耐久性和施工性能，方便铺筑。通过调整，最后确定矿料的合成级配组成，

级配曲线图见表３．１。

表３．１

Ａｃｌ３矿质混合料组成配合计算表

合成级配（％）规范推荐范围（％）

石屑

３５

原级配（％）

筛孔尺寸（１ｌｌｍ）

１０～１５ｍｍ碎石

３０

１６．０１３．２９．５４．７５２．３６１．１８Ｏ．６０．３Ｏ．１５０．０７５

５～１０ｍｍ

碎石

２６

３～５

５

矿粉

４

１００８７．２１９０．４０．４０．４０．４０．４０．４０．４

１００９８．８９６．１１６１．３１．３１．３１．３１．３１．３

１００１００１００９３．９８．Ｏ１．１０．６０．５０．５０．１

１００１００１００９９．３６５．７４５．４３４．１２４．８２０．４１６．６

１００１００１００１００１００１００１００８９．６７５．７５８．３

１００．００９５．８５７４．６９４７．７３２７．８４２０．３７】６．３３１２．６６１０．５８７．５５

１００９０～１００６８～８５３８～６８２４～５０１５～３８１０～２８７～２０５～１５４～８

按照公路沥青路面施工技术规范（ＪＴＧＦ４０＂－２００４）热拌沥青混合料配合比设计方法，

混合料级配类型为ＡＣ．１３型沥青混合料，级配曲线如下图：

１４

抗车辙剂改性沥青混合料技术性能研究

长安大学硕十学位论文

图３．１试验用沥青混合料矿料级配

２、ＡＣ－１３混合料最佳沥青用量的确定（１）基质ＡＣ．１３马歇尔试验结果：

最佳沥青用量是通过马歇尔方法来确定的。根据图３．１的矿料级配组成，采用五种不同的油石比，制备马歇尔试件，拌和温度为１６５。Ｃ，击实温度为１４５。Ｃ，双面各击实７５次。马歇尔法测得各项物理指标如表３．２：

表３．２基质ＡＣ．１３马歇尔试验结果

油石比毛体积相对密度空隙率（％）矿料间隙率（％）饱和度（％）稳定度（ＫＮ）流值（ｍｉｌｌ）

３．５２．３９５６．２１１５．０５８．６１４．０８２．６５

４．Ｏ２．４１８４．６６１４．６６８．１１３．３０３．５３

４．５２．４１７４．０１１５．Ｏ７３．３１２．３７３．６０

５．０２．４１２３．１６１５．６７７．６１１．４２４．２０

５．５２．４０８３．０９１６．２８０．９１０．３４４．５０

油石比和密度

２．５

油石比和空隙率

７６

羹营ｚ．４

霪鼍。，

御、／“。

２．２

３．５

４

４．５

５

５．５

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篮３制２

１Ｏ３．５

４

４．５

５

５．５

油石比（％）油石比（％）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/rn9h.html