新型瀝青添加劑TPS的性能

第6卷第4期交通運輸工程學(xué)報Vol.6 No. 42006年12月Journal of Traffic and Transportation EngineeringDec. 2006文章編號:1671-1637(2006)04-0036-05新型瀝青添加劑TPS的性能張銳,黃曉明,侯曙光(東南大學(xué)交通學(xué)院,江蘇南京210096)摘要:為了了解新型添加劑TPS的路用性能,進(jìn)行了不同TPS摻量的瀝青膠結料的針入度試驗、軟化點(diǎn)試驗、稠度試驗延度及測力延度試驗、彈性恢復試驗及彎曲蠕變試驗、直接拉伸試驗,對加入TPS添加劑后的瀝青混合料,進(jìn)行了車(chē)轍試驗、彎曲破壞試驗、疲勞試驗和凍融劈裂試驗,并與SBS改性瀝青混合料的部分試驗結果進(jìn)行了對比。結果表明添加TPS后,瀝青膠結料的感溫性、高溫性與低溫性及瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性、抗疲勞性和水穩定性都得到了較大程度的提高,添加TPS瀝青混凝土具有良好的路用性能。關(guān)鍵詞:路面工程;添加劑;TPS;路用性能中圖分類(lèi)號:U414文獻標識碼:APerformances of new type asphalt additive TPSZhang Rui, Huang Xiao ming, Hou Shu-guang(School of Transportation, Southeast University, Nanjing 210096, Jiangsu, China)Abstract: To study the field performances of new type asphalt additive TPS, penetration test,ductility test, softening point test, consistency test, direct tension test, bending beam rheometertest and elastic recovery test were done to asphalt binders modified with TPS, and rutting test,fatigue test, bending beam damage test, moisture damage test were done to asphalt mixturesmodified with TPS. The comparison of the test results and the performances of SBS modifiedasphalt mixture indicates that TPS can improve not only the temperature sensitivity, hightemperature stability, low temperature performance of asphalt, but also the high temperaturestability, low temperature anti-crack performance, anti-fatigue stability, moisture stability ofasphalt mixture, asphalt mixture modified with TPS have good field performances. 10 tabs,7 figs, 10 refs.Key words: pavement engineering; additive; TPS; field performancesAuthor resume: Zhang Rui(1981-), male, doctoral student, 86-25-83791654, e_ .zhr@ 163. com;Huang Xiao ming (1963-), male, professor, 86-25-83795184, huangxm@ seu. edu. cn.如何提高瀝青路面的使用性能已經(jīng)成為廣大道路工0引言作者的重要課題。通過(guò)-定工藝,在瀝青中加人一至2004年底,中國高速公路總長(cháng)度已達到定劑量和種類(lèi)的添加劑，能顯著(zhù)改善道路瀝青的某3.4X10* km,隨著(zhù)日益增長(cháng)的交通量、車(chē)輛大型化些性能,有些添加劑甚至對瀝青混合料的幾乎所有及重載車(chē)的不斷增加,交通對路面的要求越來(lái)越高，性能中國煤化工合料中加入添加劑收稿8期:2006-05-04^TYHCNMHG基金項目:江蘇省公路科學(xué)研究計劃項目(04Y022)作者簡(jiǎn)介:張銳(1981-),男 ,山東高唐人,東南大學(xué)工學(xué)博士研究生,從事路面結構設計與材料研究。導師簡(jiǎn)介:黃曉明(1963-),男,江蘇常州人,東南大學(xué)教授。第4期張銳,等:新型 瀝青添加劑TPS的性能對提高瀝青路面的使用性能,延長(cháng)路面的使用壽命，表1軟化點(diǎn)具有十分重要的意義。TPS (全稱(chēng)TAFPACK-Su-Tab. 1 Softening pointsper)是一種專(zhuān)為排水性瀝青路面而生產(chǎn)的瀝青改摻量/% 1512 9_63良添加劑,以熱塑性橡膠為主要成分,再配以粘結性軟化點(diǎn)/心>80.0>80.0 78.950.849.0 48.4樹(shù)脂和增塑劑等其他成分,用機械攪拌混合方式能人TPS添加劑后軟化點(diǎn)也得到了提高,并隨著(zhù)改性使普通瀝青改良成為排水性瀝青路面用的高粘度粘劑摻量的增加而升高,摻量較高時(shí)軟化點(diǎn)大于結劑。本文主要通過(guò)瀝青膠結料性能試驗和瀝青混80.0C,說(shuō)明改性后瀝青具有良好的高溫性能。合料性能試驗對TPS路用性能進(jìn)行研究。1.3 15與5 C延度及測力延度延度及測力延度[3]試驗結果見(jiàn)圖2、3。對于1加入TPS的瀝青膠結料性能15C延度,摻入TPS后,延度隨著(zhù)摻量的增加而減本次試驗所采用的瀝青為70#基質(zhì)瀝青。TPS小,但是在拉伸過(guò)程中可以明顯感覺(jué)到拉力變大;對采用的拌和方法為手動(dòng)攪拌,先少量加入瀝青,比所于5C延度,延度增加比較明顯,測力延度試驗中所定量的改性劑量稍多- .點(diǎn)，加熱攪拌,直到完全熔測定的功也隨著(zhù)摻量的增加而增加;低溫延度與低化,然后再繼續添加少量瀝青,繼續攪拌,這樣逐漸溫開(kāi)裂性能關(guān)系密切,不僅延度增大,而且拉力變邊攪拌邊把所定量的瀝青加完?？紤]到TPS拌和大,抵抗低溫開(kāi)裂的能力得到增強。過(guò)程較長(cháng),改性瀝青制作過(guò)程中基質(zhì)瀝青會(huì )有一定程度的老化，因此,為了避免這種影響，按改性瀝青E 100的制作工藝將基質(zhì)瀝青采用相同的方法、相同的時(shí)間進(jìn)行模擬加工,并與改性瀝青進(jìn)行對比。本文選03691215定5個(gè)摻量:3%.6%、9%、12%及15%與基質(zhì)瀝青TPS摻量/%TPS摻量%(以0表示)進(jìn)行對比試驗。圖2延度變化圖3測定功變化.1.1針入度指標Fig.2 Change of ducility Fig.3 Change of test energy根據《公路瀝青路面施工技術(shù)規范》(JTGF40-1.4彈性恢復性能2004)的規定,選用5個(gè)適宜的溫度(本研究中采用彈性恢復試驗結果見(jiàn)表2。加入TPS后,彈性15、20、25、30.35 C)測定針人度指數,并且要求相恢復性能有了很大提高,當摻量達到一定程度后,彈關(guān)系數不低于0. 991。根據文獻[2],針人度及針性恢復都能達到100% ,表明加入TPS后瀝青膠結人度指數的試驗結果見(jiàn)圖1。料具有良好的自愈性,抗變形能力得到提高。表2彈性恢復性能Tab.2 Elastic recovery performance0.5摻量/% .112B 40F彈性恢復能力/% 100100| 9555003.6912151.5 勁度模量本文在試驗[時(shí)采用的是未經(jīng)RTFOT及圖1 針人度及針人度指數PAV后的瀝青,試驗溫度為-12和-18 C,試驗結Fig. 1 Penetrations and penetration index果見(jiàn)圖4。隨著(zhù)TPS摻量的增大,勁度模量逐漸減由圖1可以看出,與老化后的基質(zhì)瀝青相比，小，瀝青膠結料的低溫性能得到增強。TPS加入后瀝青的25、30 C針入度都有不同程度1.6破壞拉伸 應變的降低,并且隨著(zhù)改性劑摻量的增加而減小，但是對加入TPS的瀝青膠結料進(jìn)行-6、- - -12、- -18 C .15 C針入度卻略有增加,這-點(diǎn)將在1.6中進(jìn)行說(shuō)' :am. min 1 ,試驗結明;瀝青的針入度指數明顯增大,摻量較高時(shí)針人度果見(jiàn)MH中國煤化工萬(wàn)青膠結料的破壞指數也較大,表明瀝青感溫性得到改善,高溫性能得拉伸CNMHG,破壞拉伸應變也到增強。在增大,表明低溫抗裂性能得到增強。1.2軟化點(diǎn)1.7 稠度不變溫度根據文獻[2]進(jìn)行軟化點(diǎn)試驗,結果見(jiàn)表1。加根據針人度制作出TPS改性瀝青的諾謨圖,見(jiàn)38交通運輸工程學(xué)報2006年402加入TPS瀝青混合料性能2001.52.1所用 原材料性質(zhì)郫1001.00.sL集料技術(shù)性質(zhì)見(jiàn)表3,礦粉指標見(jiàn)表4。0.3691215369121表3玄武巖技術(shù)性質(zhì)TPS摻量/%Tab.3 Property of basalt圖4勁度模量變化圖5破壞應變變化性能指標試驗指標規范要求Fig. 4 Change of sifnessFig. 5 Change of damage表觀(guān)相對密度2. 90≤≥2. 60modulusstrain石料壓碎值/%10.5≤26圖6。通過(guò)諾謨圖計算得出TPS的稠度不變溫度大致為17C。對華北地區而言,瀝青路面的溫縮裂洛杉磯磨耗損失/%13.5≤28縫發(fā)生時(shí),瀝青面層的溫度大體上在5~10 C,TPS .針片狀含量/%.5≤15吸水率/%1.0≤2.0對減少溫縮裂縫效果比較好,尤其對于路面溫縮裂縫發(fā)生溫度比較低的地區,TPS應該能起到更好的表4石灰巖礦粉技術(shù)性質(zhì)Tab. 4 Property of basalt powder防裂效果。溫度/C表觀(guān)密度/(kg.m~2) .2 830≥2 500H 90 110 130 150含水量/%0.5≤120粒度范圍小于0.600 mm含量/%|100.01001粒度范圍小于0.150 mm含量/%|99.190~100粒度范圈小于0. 075 mm含量/%98.070~ 100外觀(guān)無(wú)團粒結塊親水系數0.50<1塑性指數/%2<4加熱安定性不變質(zhì)實(shí)測記錄-40 -202.2瀝青 混合料配合比設計)20406080瀝青混合料的配合比設計采用馬歇爾試驗設計圖6TPS改性瀝青諾謨圖方法，即通過(guò)試配法確定混合料的礦料配合比,并通Fig. 6 Nomogram of TPS modified asphalt過(guò)馬歇爾試驗判斷礦料級配的合理性,并確定混合1.8 稠度料的最佳油石比。根據加入TPS添加劑后的瀝青作為瀝青粘稠性12r膠結料性能試驗及廠(chǎng)家的產(chǎn)品說(shuō)明,確定TPS的最能指標之一的稠度,同臺終摻量為改性瀝青的12%。礦料級配采用AC-13,樣可以用來(lái)反映瀝青X見(jiàn)表5,油石比為4. 9%。的感溫性[1，稠度試驗屬2.3高溫穩定性結果見(jiàn)圖7。加入TPS瀝青混合料高溫性能試驗的方法很多,本研究后,瀝青膠結料的稠度中采用車(chē)轍試驗。車(chē)轍試驗結果與實(shí)際路面車(chē)轍有有了較大增加,表明高圖7 45 心稠度的變化極好的相關(guān)性[5。根據試驗規范進(jìn)行車(chē)轍試驗,試Fig. 7 Change of consistency溫性能得到較大改善。驗溫度為60C ,車(chē)輪行走速度為42次●min-1,荷at45 C表5瀝青混合料級配.Tab. 5 Gradations of asphalt mixture通過(guò)下列篩孔/mm中國煤化工級配類(lèi)型16. 00013. 2009. 5004.7502. 360YHCNMHG0.1500. 075AC-131065~8538~6824~5015~3810~287~205~154~8設計級配9670421168第4期張銳,等:新型 瀝青添加劑TPS的性能39載應力為0.7MPa,試驗時(shí)間為60min[2],試驗結果表8彎曲應變能見(jiàn)表6。加入了TPS添加劑后,動(dòng)穩定度有了較大Tab. 8 Bending strain energies的增加,變形量有了較明顯的減小，瀝青混合料的抗試驗樣本基質(zhì)瀝青混合料加入TPS瀝青混合料SBS瀝青混合料車(chē)轍能力得到了較大的加強,表明高溫穩定性得到彎曲應變能/(N.m)| 0. 1090.2100. 252了較大的提高。能增強,SBS的彎曲應變能最大,抗裂性能最好。表6瀝青混合料的動(dòng)穩定度2.5抗疲勞性能Tab. 6 Dynamic stabilities of asphalt mixtures本文主要使用應變控制的荷載模式與UTM試基質(zhì)瀝青加TPS添加劑SBS改性瀝青驗機進(jìn)行疲勞試驗，三分點(diǎn)加載,試件尺寸為變化參數:混合料|的瀝青 混合料混合料50.0mmX63.5mmX381.0mm,試驗溫度為動(dòng)穩定度/(次●mm~1)| 128057204 08015 C ,微應變采用400,泊松比采用0. 25,采用應變變形量/mm18. 52.22.5控制模式測定試件勁度降到初始勁度50%的荷載2.4低溫抗裂性循環(huán)次數,試驗結果見(jiàn)表9.本文采用試驗溫度為-10 C士0.5 C,加載速表9疲勞壽俞率為50 mm. min~1 ,試驗結果見(jiàn)表7。加入TPSFatigue Hives后,抗彎拉強度和最大彎拉應變都有較大程度的提基質(zhì)瀝青加 TPS后的SBS改性瀝青瀝青混合料高,表明加入TPS后的瀝青混合料具有較好的低溫抗裂性能,SBS的改善效果最大。疲勞壽命/次86 500754 705292 080表7彎曲破壞試驗結果由表9可見(jiàn),加人TPS添加劑后,瀝青混合料Tab.7 Result of bending beam damage的疲勞壽命有了極大的增加,達到了基質(zhì)瀝青的9瀝青混合料種類(lèi)抗彎拉強度/MPa| 最大彎拉應變倍,與SBS改性瀝青混合料相比也提高了2倍多，基質(zhì)瀝青混合料7.840. 001 034抗疲勞性能有了很大的提高,可以有效地延長(cháng)路面加入TPS后的瀝青混合料10. 640. 001 366的使用壽命。SBS改性瀝青混合料10. 300. 001 8952.6水穩定性能強度和變形是路面結構的重要技術(shù)參數，但在本文采，用凍融劈裂試驗([-10],根據試驗規范進(jìn)衡量瀝青混合料的性質(zhì)時(shí)僅考慮強度或變形，對混行瀝青混合料水穩定性試驗,結果見(jiàn)表10。加入合料的路用性能是不利的。每種瀝青混合料都具有TPS添加劑后,瀝青混合料的劈裂強度比增大,表一定的能量?jì)Υ婺芰?，這個(gè)儲存容量可直接用試驗明加人TPS后,瀝青混合料的水穩定性能得到了較的方法確定，在這里稱(chēng)之為破壞能。瀝青混合料試大的提高,抗水損害能力有了較大的增強。表10水穩定性試驗結果件破壞時(shí)消耗的能量越大，這種瀝青路面的抗裂性Tab, 10 Moisture test result能就越好0。采用彎曲應變能密度函數評價(jià)低溫性|基質(zhì)瀝青混合料加入TPS后的瀝青混合料能，其公式表達為劈裂強度比/%90.598.0(1)式中:dW/dV為應變能密度函數,其臨界值是斷裂3結語(yǔ)時(shí)應力-應變關(guān)系曲線(xiàn)下的面積;σ;、εy分別為應力、(1)加人添加劑TPS后,瀝青結合料的針入度應變分量"”。指數顯著(zhù)增大,軟化點(diǎn)升高,稠度增大,瀝青混合料計算時(shí),根據試驗結果,繪出應力-應變關(guān)系曲動(dòng)穩定度提高,表明瀝青結合料和瀝青混合料的高線(xiàn)進(jìn)行回歸，回歸方程為三次拋物線(xiàn),可靠度大于溫穩定性得到極大的提高。99%。根據回歸方程可計算出臨界應變能密度,應青結合料的15"C延中國煤化工變能密度越大,材料發(fā)生破壞所需的能量也越大,材度減增大,直接拉伸試料的性能也越好。根據試驗結果,計算得出彎曲應驗(DFYH.CNMHG小梁彎曲蠕變試驗變能見(jiàn)表8。.(BBR)中勁度模量減小，瀝青混合料的彎曲破壞試由表8可見(jiàn),TPS的彎曲應變能比基質(zhì)瀝青有驗中的抗彎拉強度和彎拉應變都有較大幅度的增了較明顯的提高,表明對低溫性能改善較大,抗裂性大，表明瀝青結合料和瀝青混合料的低溫性能得到4(交通運輸工程學(xué)報2006年較大的增強。Zhao Ke, Lu Yong-gui, Wei Ru-xi. Research on high tem-(3)加入添加劑TPS后,瀝青結合料的彈性恢perature properties of SMA[J]. China Journal of Highwayand Transport, 2004，17(2): 11-17. (in Chinese)復性能有很大提高,通過(guò)諾謨圖得出其稠度不變溫[6] 徐皓,倪富健,陳榮生,等.排水性瀝青混合料耐久性[J].交度約為17C,因此適合用于防治中國大部分地區的通運輸工程學(xué)報2052)27-31., .溫縮裂縫。Xu Hao, Ni Furjian, Chen Rong sheng, et al. Durability of(4)加人添加劑TPS后,瀝青混合料的抗疲勞porous asphalt mixtureE[J]. Journal of Traffic and Transpor-性能和水穩定性能都得到了較大的提高。tation Engineering, 2005, 5(2): 27-31. (in Chinese)綜上所述,TPS是一種性能比較優(yōu)良的添加[7]申愛(ài)琴 ,蔣慶華.瀝青混合料低溫抗裂性能評價(jià)及影響因索[],長(cháng)安大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,004,24(5):1-6.劑,可以有效地改善道路的高溫性、低溫性、水穩定Shen Ai-qin, Jiang Qing hua. Influencing factor and appraising on性和抗疲勞性,但是目前價(jià)格比較高,這在-一定程度anti-cracking of asphalt mixture at low temperature[J]. Journal限制了其使用。of Chang' an University: Natural Science Edition, 2004，24(5):1-6. (in Chinese)參考文獻:[8] 張銳.新型瀝青添加劑及其混合料性能研究[D].南京:東References :南大學(xué)，2005.[1] JTG F40-2004.公路瀝青路面施工技術(shù)規范[S].[9]沈金安. 改性瀝青與SMA路面[M].北京:人民交通出版社，[2]JTJ052200,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].2001.[3]沈金安. 瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京:人民交通出[10]熊摔,郝培文,高傳 明. SBS聚合物改性瀝青技術(shù)性能[J].版社,2003.長(cháng)安大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2005 ,25(1);10-14.[4]陳平.我國瀝青指標的試驗評價(jià)及附加指標的研究[D].南Xiong Ping, Hao Pei-wen, Gao Chuan ming. Pavement per-京:東南大學(xué),2005.formance of SBS modified asphalt[J]. Journal of Chang'an[5] 趙可,盧永貴,魏如喜. SMA高溫穩定性研究[J].中國公路University: Natural Science Edition, 2005，25(1): 10-14.學(xué)報,2004,17<2);11-17.(in Chinese)《長(cháng)安大學(xué)學(xué)報》(自然科學(xué)版)2007年征訂通知《長(cháng)安大學(xué)學(xué)報》(自然科學(xué)版)系中華人民共和國教育部主管,長(cháng)安大學(xué)主辦的學(xué)術(shù)性雙月刊,在中國乃至世界范圍內的公路交通科技領(lǐng)城具有廣泛的影響,是中國期刊方陣“雙效”期刊，國務(wù)院學(xué)位委員會(huì )、國家教育部學(xué)位與研究生教育中文重要期刊,《中文核心期刊要目總覽》(第四版)鑒定的中國公路運輸類(lèi)核心期刊，中國科技論文統計源期刊(中國科技核心期刊),Ei固定刊源,國際道路科研信息(IRRD)書(shū)目文獻數據庫固定刊源,中國道路文獻服務(wù)中心(CRDS)核心報道期刊,自1981年創(chuàng )刊以來(lái)多次獲國家交通部和陜西省獎勵?！堕L(cháng)安大學(xué)學(xué)報>(自然科學(xué)版)以繁榮公路交通科技為已任,促進(jìn)公路交通科技交流和轉化。主要刊載道路工程、橋梁工程、交通工程、隧道工程、汽車(chē)工程、筑路機械、交通控制、.交通運輸管理、基礎學(xué)科等具有國內先進(jìn)水平的論文,同時(shí)刊載公路交通科技動(dòng)態(tài)方面的簡(jiǎn)要評述和通訊?！堕L(cháng)安大學(xué)學(xué)報》(自然科學(xué)版)的主要讀者對象為大專(zhuān)院校師生、公路交通科研人員、公路交通管理決策人員、公路交通領(lǐng)域的勘測、設計和施工單位的技術(shù)人員?！堕L(cháng)安大學(xué)學(xué)報》(自然科學(xué)版)全年6期,大16開(kāi)本,112頁(yè),歡迎訂閱,各地讀者可在當地郵局訂閱,每期定價(jià)10. 00元,全年定價(jià)60. 00元。國內郵發(fā)代號:52 137 ,國外發(fā)行代號: BM5720。通訊地址:西安市南二環(huán)路中段《長(cháng)安大學(xué)學(xué)報》(自然科學(xué)版)編輯部聯(lián)系電話(huà):(029)82334383.聯(lián)系中國煤化工征訂信箱: xuebao@chd. edu. cn單位主HCNMHG賬戶(hù):長(cháng)安大學(xué)雜志社號:307034148598091001開(kāi)戶(hù)銀行:中國銀行西安翠華路支行郵政編碼:710064