（道路与铁道工程专业论文）沥青路面坑槽修补混合料微波加热技术及工艺研究.pdf

摘要 随着公路事业的迅猛发展，公路的早期“坑槽网裂”病害给公路使用者带来 了很大的安全隐患，因此，如何解决这种病害越来越成为公路科技工作者的关注 焦点。本文针对公路沥青路面坑槽网裂病害在时间与空间分布跨越广的特点，将 微波这种特有的加热技术引入到路面养护中来，提出一种全新的沥青路面坑槽修 补技术。 首先，利用微波这种特有的加热技术，对不同种类的集料、不同种类的沥青 以及相同级配不同种类的沥青混合料分别多次作用后进行物理力学性能实验分 析，总结出微波这种作用方式对路面材料性能影响的一般规律，并与普通热拌路 面材料性能试验结果进行对比；同时，针对目前国内废旧橡胶轮胎数量日渐增多， 初步探讨了微波对橡胶改性沥青路面材料性能的研究分析。 经过大量的室内试验分析得出，通过微波作用后的集料力学性能得到了明显 的提高，沥青各项指标性能变化幅度不大，沥青混合料的物理力学性能在一定范 围之内得到了增强；加入经微波作用后的橡胶粉所得到的改性沥青以及沥青混合 料，其物理力学性能明显优于基质沥青，也优于普通橡胶粉改性沥青以及与之对 应的沥青混合料。 最后，通过对沥青路面坑槽的形成机理、坑槽修补技术及坑槽修补施工工艺 研究分析，并在微波对路面材料各项物理力学性能影响的研究基础上提出了“微 波坑槽快速修补工艺”的全新理念：而且，初步提出了沥青路面坑槽修补六大评 价指标，包括粘结性、密实性、水稳定性、低温抗裂性、高温稳定性、抗滑性， 这为坑槽修补质量验收提供了科学指南。 关键词：坑槽修补工艺，微波作用，橡胶粉，物理力学性能，指标 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fh i g h w a y ；t h ed i s e a s eo f p i ts l o tn e tc r a c k si nt h e e a r l ys t a g eo ft h eh i g h w a yh a sb r o u g h ta b o u tv e r yb i gs e c u r i t yr i s kt or o a du s e r s t h e r e f o r e ，m o r ea n dm o r ea t t e n t i o nf r o mr o a de n g i n e e r sh a v eb e e np a i dt ot h e p r o b l e ma sh o w t ot r e a tt h ed i s e a s e a i m e da tt h ec h a r a c t e r i s t i c st h a tt h eb i t u m i n o u s p a v e m e n tp i ts l o tn e tc r a c k sa r ew i d e s p f e a dd i s t r i b u t e db o t hi nt i l l l ea n di ns p a c e ，t h e p a p e ri n t r o d u c e s a n u n i q u e m i c r o w a v eh e a t i n g t e c h n o l o g y i n t ot h er o a d s c o n s e r v a t i o na n dp r o p o s e sab r a n d - n e wk i n do ft e c h n o 】o g yw h i c hc a nb eu s e dt o m e n db i t u m i n o u sp a v e m e n tp i ts l o t ： f i r s t l y ，b ym a k i n gu s eo ft h em i c r o w a v eh e a t i n gt e c h n o l o g y ，f o rd i f f e r e n t t y p e so fa g g r e g a t e s ，a n dd i f f e r e n ta s p h a l t ，a sw e l la sd i f f b r e n tt y p e so ft h es a m ec l a s s w i t hd i f 托r e n tt y p e so fa s p h a l tm i x t u r e s ，w ec a r r yo u te x p e r i m e n t a la n a l y s i so nt h e i r p h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n ds u m m a r i z eg e n e r a ll a w so ft h ei n t e r a c t i n g e f 艳c to fm i c r o w a v ew i t ht h er o a ds u r f a c em a t e r i a l i na d d i t i o n ，w ec o m p a r et h e m w i t ht h ef u n c t i o ne x p e r i m e n t a lr e s u l t so ft h eu s u a lh o ts t i r r i n ga n dm i x i n gr o a d m a t e r i a l a tt h es a m et i m e ，a st h en u m b e ro fu s e dr u b b e rt i r e sb e c o m ei n c r e a s e d g r a d u a l l yn o w a d a y s ，t h ep a p e rp r o b ei n t op r e l i m i n a r ys t u d i e so nt h er o l eo f m i c r o w a v em b b e ri nm o d i f y i n gt h e p r o p e r t i e so ft h ea s p h a l tp a v e m e n tm a t e r i a l s s o m ec o n c l u s i o n sc a nb ed r o w nf r o man u m b e ro fi n d o o re x p e r i m e n t s ： t h e m e c h a n i c a lp f o p e r t i e so fa g g r e g a t eh a v eb e e ne n h a n c e do b v i o u s l ya f t e rt h ea c t i o no f m i c r o w a v e ，t h ec h a n g er a n g ei nt h ei n d e x e so fv a r i o u sk i n d so ft h ep e r f b m a n c e so f a s p h a l ti sv e r ys m a l l ，t h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e n i e so fa s p h a l tm i x t u r eh a v e b e e ns t r e n g t h e n e dw i t h i nc e r t a i nr a n g e t h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f t h em o d i f i e da s p h a l ta f i t e r a d d i n gt h er u b b e rp o w d e rh e a t e db yt h em i c r o w a v ea r e m u c hb e t t e rt h a nt h o s eo fo r i g i n a l a s p h a l t ，o r d i n a r yr u b b e rm o d i 6 e da s p h a l ta n d c o r r e s p o n d i n gm i x t u r e so fa s p h a l t f i n a l l y ，t h r o u g ht h er e s e a r c ha n da n a l y s i so nt h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo ft h e p i ts l o t ，t h er e p a i r i n gt e c h n i q u e sa n dt h ec o n s t l l l c t i o np r o c e s s e 8o ft h ep i ts l o t r e p a i r ，t h ep a p e rp u t sf b r w a r da “q u i c kf i xp i t sm i c r o w a v et e c h n o l o g y ”，w h i c hi sa b r a n dn e wc o n c e p ti nt h ef i e l d b e s i d e s ，s i xe v a l u a t i o ni n d e x e sf 0 ra s p h a l tp a v e m e n t r e p a i ra r er a i s e d ，i n c l u d i n gb o n d i n g ，d e n s i t y ，w a t e r8 t a b i l i t y ，l o w t e m p e r a t u r ec r a c k r e s i s t a n c e ，h i g ht e m p e r a t u r es t a b i l i t ya n ds l i pr e s i s t a n c e ，w h i c hp r o v i d e ss c i e n t i f i c g u i d et ot h ec h e c ka n da c c e p to ft h ep a t c hq u a l i t y i i k e y w o r d s ：t h ep i ts l o tm e n d sh a n d i c r a f t ；m i c r o w a v ee f f e c t ；r u b b e rp o w d e r ； p h y s i c a lm e c h a n i c sf u n c t i o n ；i n d e x u l 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本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。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者虢、第石中 嗍砂7 年箩肛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 ， l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：暂厶御嗍妒7 年f 月加日 导师签名： 日期：妒7 年厂月矽日 第一章绪论 1 1课题研究的背景及意义 随着改革开放的不断深入和国民经济的飞速发展，公路建设作为我国经济建 设的重点项目，近二十年来得到了长足的发展。截至2 0 0 7 年末，我国公路通车 总里程已经达到3 5 7 3 万公里，高速公路里程也已达到了5 3 6 万公里。由于沥青 路面具有足够的力学强度和一定的弹性、塑性变形能力，有高度的减振性，行车 平稳舒适、噪声低，且不扬尘等特点，己修和待建的高等级公路大部分为沥青路 面，特别是高速公路，9 0 以上为沥青路面。公路是暴露在大自然的带状工程结 构物，它由于长期经受着同晒、雨雪、酷热、严寒和冻融，并承受着频繁交通瞬 时动荷载的反复作用和车辆作用，不可避免地会出现各种各样的局部损坏，比如 出现局部的坑槽网裂路用功能性破坏，而这种破坏往往会出现“多米诺”骨牌现 象造成整个路面的破坏，直接影响道路的正常使用，这也是为什么我国沥青路面 使用寿命往往还没达到设计年限就出现大面积损坏而要进行大的翻修，为了防止 出现这种现象，我们一旦发现路面局部破坏就要及时、迅速地采取修补措施，这 样可以延缓高速公路的破坏，延长公路的寿命，同时对社会和经济效益都有很大 的作用。时下，对这种局部的破坏我们大部分还是采用沥青料填充路面破坏，使 路面的路用性能恢复到初始状态。当前，主要采取冷拌修补和热拌修补这两种方 法来处理这种局部破坏，然而这两种修补方法各有优缺点。冷拌修补具有不受空 间与时间的限制、环保节能的优点，其不足之处是：路用性能还不能达到热拌沥 青混合料的性能，并且价格也比较贵( 5 0 0 元吨) ，使用寿命短，只能作为冬季应 急养护；而热拌修补具有能较好的修补破坏的路面而且能保持原路面的使用效果 的优点，其不足之处是：小范围的修补却需要调用大量的设备和人员，开动拌和 楼的费用较大，如渭南市公路局下属的各区分局养护中心所配备的沥青拌和机， 产能最小的都有l6 0t h ，大的达到2 5 0t h ，每次启动准备所消耗的能源、材 料需5 0 0 0 9 0 0 0 元以上，且预热时间长，如果为修复少量的病害而开机，浪费 是巨大的，过去通常是待病害积累到一定的数量时，才去修补，或者是拌和机有 其他任务时才修补。特别是冬季保温困难，而且热拌本身就存在时间与空间的限 制以及污染环境与耗费能源等严重的问题。因此，怎样结合冷料与热料修补技术 的优点进行坑槽修补将是今后国内与国际公路界中一项很重要的研究。 现在，我国交通部门的各级领导、专家也已认识到应该采用一种新技术运用 到沥青路面局部破坏修补中的必要性和紧迫性。我们考虑将微波技术应用到沥青 路面坑槽网裂等局部破坏的修补中。怎样利用热拌技术修补沥青路面的局部坑槽 网裂破坏而又要避免以上传统修复技术中的不足之处，目前，在整个公路行业中 都还没有一个非常行之有效的修补技术。近几年，随着我们对微波技术的了解， 研究试验，发现微波对沥青混合料具有较强的敏感性。因此，我们考虑将微波技 术应用到沥青路面坑槽网裂等局部破坏的修补中，这不仅是由于微波技术是一种 热拌修补方式，而且其经济、环保、节能以及不受时间空间的限制，这对于我们 时下国家提出的资源节约和环境友好型社会的可持续发展的战略具有重要的现 实意义。 本文研究的主要依托工程拟定在渭南公路管理局管辖的g 1 0 8 线k 1 1 9 0 + 0 0 0 k 1 1 9 4 + o o o ( 大荔南) 段为试验路段。这路段是2 0 0 4 年建设完成的水毁 修复工程，路面结构为2 0 c m 二灰碎石基层+ 4 c m 中粒式沥青混凝土+ 3 c m 细粒 式沥青混凝土面层。经过几年的运营，由于r 晒雨淋和车辆作用等原因，该段路 出现了局部的坑槽网裂，影响了道路的j 下常使用。选取的该段路在路面结构型式 和运行年限上具有一定的代表性，为试验提供了一个较好平台。 本文从研究微波这种特殊的加热方式，分别通过研究微波对集料、沥青以及 沥青混合料加热技术及工艺为公路沥青路面养护修补技术提出了一种全新的技 术理念。 这个项目的成功，对于西北地区尤为重要，由于地处西北，经济不象东部沿 海那样发达，资源比较贫乏，因此对资源的利用率提出了更高的要求，并且冬季 时间较长，而且自然生态环境比较脆弱，这些不利的因素往往使得各级领导和各 部门都会非常慎重地考虑采用最优化的技术来达到最佳的效果的方案。因此，微 波技术在沥青路面快速坑槽修补中的应用，得到了陕西省交通厅、陕西省公路局 以及西安公路研究所等各方面的大力支持。本文所研究的内容带有普遍性，对国 内普遍存在的沥青路面坑槽网裂局部破坏问题的解决均具有重要的经济与社会 意义。 1 2国内外研究概况 详细了解国内外该课题的情况和发展方向，有利于正确的认识沥青路面小型 养护技术和养护设备的研究程度，在认真吸收其它研究成果的基础上，更进一步 做好课题研究，以便于提出更好的养护方法和思想，为沥青路面的养护提供一些 宝贵的意见。坑槽网裂局部破坏修补作为养护部门最常见的同常养护工作，不论 在国内还是在国外都受到了有关部门的广泛重视。 1 2 1国外研究概况 国外在公路养护的研究自上世纪4 0 5 0 年代已经开始，特别是进入八十年 代中期，国外发达国家新建公路速度趋于平缓，公路养护工作已成为公路部门的 工作重点。通过投入大量的资金和精力，其关于沥青路面的养护维修技术和设备 有了迅速的发展，且在这个领域已经积累了大量的经验，但是对于坑槽网裂这种 2 局部小面积破坏的修补虽然运用了很多种新技术新方法却也还没有提出一种比 较行之有效的方法。这种状态一直持续到上世纪9 0 年代，国外开始有些科技工 作者提出了一种全新的修补这种局部沥青路面破坏的理念，就是把微波技术引用 到公路养护中来，如b o s i s i org ，s p o o n e r j 【1 4 】首先在公路养护中提出了利用微 波就地坑槽修补的理念并做了对微波车的研制进行了初步的探讨；a i o h a l ya a ，r “1 0 】提出了将微波加热技术运用到整个沥青路面中来，并初步探讨了微波 对沥青混合料的粘附性和水稳定性的研究；h o p s t o c kdm 【1 5 】初步研究了在2 4 5 0 频率的微波炉中沥青材料对微波的吸收情况。 其后还有一些外国公路者进行了这方面的研究，但由于国外高速公路建设完 成得较早并形成了一套比较成熟的公路养护体系，因此，国外将微波这种技术运 用到公路养护中的发展变得相当缓慢，直到本世纪，微波技术应用于沥青路面坑 槽修补还没有大的进展，而且设备价格昂贵。 1 2 2 国内研究概况 我国的公路虽然从建国以来就有专门的机构负责养护，但由于原来的公路等 级低，公路养护工作往往存在许多疏忽的地方。如路面坑槽网裂等局部破坏往往 用些热沥青混合料填充就完工了，那时这些问题并不是很突出，故养护中的高新 技术并没有得到应有的重视。近二十年来，随着公路建设的飞速发展，公路养护 问题，即用什么样的方法和技术能够更好更快的修补路面出现的各种局部破坏， 特别是路面坑槽这类病害已经提到公路科技工作者的议程上来。同时，国内有一 部分公路科技工作者已经开始关注微波加热技术在沥青路面中的应用，如：盐城 工学院的马如宏教授【6 】在国内通过对微波的研究，首先从理论上进行了探索，从 微波的原理和特点阐述了微波加热技术在沥青路面现场维修中的应用。东南大学 的朱松青教授【i3 】通过建立微波加热模型与试验证实了微波加热通过辐射热传递 能实现瞬间体积加热，具有快速、加热均匀、保证质量和无污染等优点。长安大 学的郝培文教授【2 1 】1 2 2 】与美的集团威特公司的合作下通过试验初步系统分析了微 波加热沥青混合料和红外加热沥青混合料的路用性能。包括高温变形特性、低温 抗裂性、水稳性和抗疲劳特性，试验结果表明：微波加热沥青混合料具有较红外 加热和普通密级配沥青混凝土更好的路用性能，并且通过室内试验研究了微波加 热沥青混凝土路面的均匀性并初步得出了微波加热沥青混凝土路面的最佳厚度。 当然，国内还有一部份科技工作者在这个领域做了一定的工作，并且还研 发出了微波养护车，如美的公司联合成都电子科技大学与长安大学开发出了第 一辆微波养护车( 如图1 1 ) 、上海麦风设备有限公司设置的微波沥青路面修复 机( 如图1 2 ) 以及近两年来出现的几款微波养护车【4 们。它们都是直接对破坏 的路面进行加热、耙松、碾压，即对破坏路面进行处理，然而微波在加热过程 中受基层介质的影响，特别是我国沥青路面的特殊性，沥青面层厚度的不均匀 3 性，基层材料的多样性等等造成了利用微波对路面加热温度和时间很难控制 所以效果都不够理想，并且这些微波设备比较昂贵从而使这种新技术大面积 推广遇到了很大的困难。因此，微波技术在路面养护中的研究还处于研究摸索 的初始阶段。 图1 1 美的威特公司开发的徽被养护车 图l2 微波沥青路面修复机 本文在微波技术已有研究成果的基础上，结合我们以前经典的沥青路面坑槽 修补技术，研究将厂拌混合料有可能制成填补坑槽的沥青混凝土块，然后运输到 现场运用微波技术再加热进行修补。简而言之，就是运用微波技术这个桥梁作用， 尽可能将就地加热与厂拌的优点结合起来使之达到最大的经济与社会效益。因 此，我们首先研究微波对沥青混合料加热的有关系数，再研究微波加热沥青混合 料应用于工程实践中其路用性能是否能达到原先的热拌沥青混合料的路用性能。 1 3 研究内容与技术路线 本文在系统吸收国内外微波在公路路面中已有研究成果的基础上，通过我们 自己设计的工业微波炉( 如图1 3 ) 在室内对集料、基质沥青、基质沥青混台料 进行微波反复加热并测定其主要的物理力学性能指标试验，分析它们各性能的变 化，确定路面材料在微波的反复作用下其各项物理力学性能没有得到削弱，及研 究的最终目的是通过我们的室内试验证明微波多次作用于沥青混合料不会使其 老化以便我们利用微波技术封闭加热已拌和沥青混合料用于沥青路面养护，利用 微波封闭箱加热沥青混合料设备研究，沥青混合料反复加热性能研究等方面的内 容，总结路面坑槽快速修补技术，并逐步大规模推广应用。同时，由于目前沥青 路面上面层基本上使用的都是改性沥青胶结料，所以我们也对微波作用橡胶粉改 性沥青及混合料性能进行了初步研究。 圈1 3 工业徽拨炉 本文根据目前沥青路面中对集料、沥青与沥青混合料各主要的常规物理力学 性能指标的检验，研究微波反复作用材料的性能，主要技术路线如下： ( 1 ) 收集国内外相关的技术资料，制定详细的研究大纲和试验方案 ( 2 ) 微波反复对集料、基质沥青以及沥青混合料作用的各物理力学性能指标 进行对比研究，分析其各指标在微波作用频率为零次、一次、两次的影响，得出 沥青路面材料各性能的变化趋势。 ( 3 ) 微波作用橡胶粉改性沥青及混合料各性能的研究。并通过普通沥青及沥 青混合料与橡胶改性沥青及混合料的各性能检验，对比分析三种情况下沥青材料 的各物理力学性能，得出一种最优的沥青结合料。 ( 4 ) 通过对热拌沥青混合料路面坑槽修补的研究初步设计出利用微波技术 进行沥青路面现场坑槽快速修补施工工艺。 ( 5 ) 在现有沥青路面检测指标的研究分析基础上，初步提出沥青路面坑槽修 补的评价指标体系。 第二章原材料技术性质分析及优化设计 原材料的选择必须具有普遍性且其各技术指标符合现行规范要求，这样我们 的试验研究才具有真实性与可行性；另一方面，考虑陕西省大多数沥青路面上面 层采用的是a c 13 c 型级配设计的实际情况，而且由于本试验为室内研究，因此， 为了便于控制级配浮动，故采用a c 13 c 连续密集配。 2 1原材料技术性质试验分析 2 1 1 集料与基质沥青的技术性质试验： 本文采集的集料规格都为l o 2 0 m m 、5 1 0 m m 、3 5 m m 、o 3 m m 和矿粉五 档，集料种类与场地为：闪长岩( 陕西韩峪) 、玄武岩( 陕西潼关) 、石灰岩与石 灰岩矿粉( 陕西长武) 。 本文采用的基质沥青结合料的种类与场地为：s k 9 0 撑重交基质沥青( 韩国) ， 克拉玛依9 0 # 重交基质沥青( 中国) ，中海9 0 # 重交基质沥青( 中国) 。 原材料技术指标试验方案见图2 1 ，集料技术性能指标结果见表2 1 2 3 所 示，沥青结合料技术性能指标见表2 4 2 6 。 2 1 原材料试验方案 6 表2 1 矿粉技术性能试验结果 项目单位规范要求实测结果 表观密度 t m 32 5 02 6 6 7 含水量 丰l0 0 8 亲水系数 | l0 8 8 塑性指数 42 7 加热安定性 | 实测记录无变化 表2 2 细集料表观密度 规范要求 粒径( m m )闪长岩( g c m 3 )玄武岩( g c m 3 )石灰岩( g c m 3 ) ( g c m 3 ) 2 3 62 7 4 22 7 4 52 7 3 5 1 182 6 8 82 7 2 l2 7 1 9 o 62 6 5 72 7 2 52 7 2 3 2 5 0 0 32 6 4 42 7 2 02 7 2 6 0 1 52 7 0 72 7 2 52 7 2 l o 0 7 52 5 7 2 2 7 1 72 7 2 8 7 表2 3 粗集料物理力学指标 试验结果 指标 规范要求 闪长岩玄武岩石灰岩试验方法 ( 表面层) 压碎值( )1 5 71 6 11 9 42 6t 0 3 1 6 磨耗值( )1 6 51 6 11 7 22 8t 0 3 1 7 磨光值3 8t 0 3 1 4 坚同性( )2 4 82 4 22 5 31 2t 0 3 1 4 对沥青粘附性 5 级 5 级5 级大于3 级t 0 6 1 6 1 6 1 3 2 m m2 7 5 22 7 3 8 2 7 3 4 表观 9 5 1 3 2 m m2 7 5 82 7 4 22 7 4 0 密度2 6 0t 0 3 0 4 4 7 5 9 5 m m2 7 6 92 7 5 32 7 4 l ( g c m 3 ) 2 3 6 4 7 5 m m2 8 2 l2 7 4 92 7 3 7 1 6 1 3 2 m m2 7 1 02 7 0 82 7 0 8 毛体积 9 5 1 3 2 m m2 7 0 62 7 1 52 7 0 9 密度t 0 3 0 4 4 7 5 9 5 m m2 6 9 22 7 l l2 7 0 4 ( g c m 3 ) 2 3 6 4 7 5 m m2 7 4 22 7 2 32 6 8 6 针片状 大于9 5 ( m m ) 9 8l o 3l o 6 1 5 o 含量 t 0 3 1 2 小于9 5 ( m m ) l o 71 0 9ll2 0 0 ( ) 1 6 1 3 2 m mo 3 8o 4 50 4 2 吸水率 9 5 1 3 2 m mo 4 40 5 l 0 4 9 2 0t 0 3 0 4 ( ) 4 7 5 9 5 m m0 5 l0 5 8 o 5 4 2 3 6 4 7 5 m mo 6 1o 6 9 0 6 5 由表2 1 2 3 可知，集料技术性能指标均满足公路沥青路面施工技术规范 ( j t gf 4 0 2 0 0 4 ) 要求，故所选取的集料符合我们的试验要求。 8 表2 4s k 9 0 # 重交沥青性能技术指标 指标实测值规定值试验方法 针入度，( 2 5 ，1 0 0 9 ，5 s ) 8 48 0 1 0 0 ( o 1 皿) t 0 6 0 4 针入度指数p i 1 2 91 5 一+ 1 0 延度( 5 锄m i n ，1 0 ) 4 53 02 03 02 0 不小于( c i l l ) t 0 6 0 5 延度( 5 锄m i n ，1 5 ) )1 0 0l o o 不小于 ( 锄) 软化点( 环球法) 4 74 54 4t 0 6 0 6 不小于( ) 运动粘度1 3 5 1 6 0 1 4 0 t 0 6 2 0 不小于 p a s 闪点( c o c ) 3 1 0 2 4 5t 0 6 l l 不小于( ) 含蜡量( 蒸馏法) 2 2t 0 6 1 5 不大于( ) 密度( 2 5 ) ( g c m 3 ) 1 0 2 8实测记录t 0 6 0 3 溶解度 9 9 69 9 5t 0 6 0 7 ( 三氯乙烯不小于) 旋转薄膜加热试验r t f o ( 1 6 3 ) ，8 5 m i n t 0 6 1 0 或t 0 6 0 9 质量变化不大于 ( )0 4士0 8 残留针入度比不小于 6 4 85 7t 0 6 0 4 ( ) 延度( 1 0 )不小于 1 48t 0 6 0 5 ( 锄) 9 表2 5 克拉玛依9 0 # 重交沥青性能技术指标 指标 实测值规定值试验方法 针入度，( 2 5 ，1 0 0 9 ，5 s ) 8 68 0 1 0 0 ( o 1 咖) t 0 6 0 4 针入度指数p i0 8 21 5 + 1 0 延度( 5 锄m i n ，1 0 ) 4 53 02 03 02 0 不小于( 锄) t 0 6 0 5 延度( 5 锄m i n ，1 5 ) 不小丁 )1 0 0 1 0 0 ( 锄) 软化点( 环球法)不小于 4 64 54 4t 0 6 0 6 ( ) 运动粘度1 3 5 不小于 1 6 01 4 0t 0 6 2 0 p a s 闪点( c o c )不小于 3 1 22 4 5t 0 6 l l ( ) 含蜡量( 蒸馏法)不大于 2 2t 0 6 1 5 ( ) 密度( 2 5 ) ( g c m 3 ) 1 0 1 8 实测记录 t 0 6 0 3 溶解度( 三氯乙烯不小于) 9 9 69 9 5t 0 6 0 7 旋转薄膜加热试验l h f o ( 1 6 3 ) ，8 5 m i n t 0 6 1 0 或 质量变化不大于 0 5士0 8 t 0 6 0 9 ( ) 残留针入度比不小于 6 5 85 7t 0 6 0 4 ( ) 延度( 1 0 )不小于 1 38t 0 6 0 5 ( 锄) l o 表2 6 中海9 0 # 重交沥青性能技术指标 指标实测值规定值试验方法 针入度，( 2 5 ，1 0 0 9 ，5 s ) ( 0 1 8 58 0 1 0 0 衄) t 0 6 0 4 针入度指数p i 1 1 21 5 一+ 1 o 延度( 5 锄m i n ，l o ) 不小 4 53 02 03 02 0 于( 锄) t 0 6 0 5 延度( 5 锄m i n ，1 5 ) 不小于 )1 0 01 0 0 ( 锄) 软化点( 环球法)不小丁 4 54 54 4t 0 6 0 6 ( ) 运动粘度1 3 5 不小于 1 6 01 4 0t 0 6 2 0 p a s 闪点( c o c )不小于 3 0 52 4 5t 0 6 1 l ( ) 含蜡量( 蒸馏法)不人于 2 2t 0 6 1 5 ( ) 密度( 2 5 ) ( g c m 3 ) 1 0 1 6实测记录t 0 6 0 3 溶解度( 三氯乙烯不小于) 9 9 69 9 5t 0 6 0 7 旋转薄膜加热试验i u f o ( 1 6 3 ) ，8 5 m i n t 0 6 l o 或 质量变化不大于 0 6 士o 8 t 0 6 0 9 ( ) 残留针入度比不小于 6 3 85 7t 0 6 0 4 ( ) 延度( 1 0 )不小于 1 48t 0 6 0 5 ( 锄) 由表2 4 2 6 分析可知，沥青结合料各物理力学性能指标均满足公路沥青 路面施工技术规范( j t gf 4 0 2 0 0 4 ) 的技术要求，因此，选择这三种材料进行试 验研究。 2 2 1橡胶粉技术指标试验： 本文采用常温研磨粉碎的废轮胎胶粉，该橡胶粉是由武汉合得利橡胶粉有限 公司生产提供，8 0 目，其技术指标试验方案见图2 2 ，物理化学指标结果见表2 7 2 8 所示。 图2 2 橡胶粉试验方案 表2 7 废轮胎胶粉的化学技术指标 检测项目 实测值技术指标试验方法 灰粉( ) 5 68g b 4 4 9 8 天然橡胶含量( ) 3 22 5g b t 1 3 2 4 9 9 l 丙酮抽出物( ) 1 0 22 2g b t 3 5 1 6 碳黑含量( )2 92 8g b t 1 4 8 3 7 橡胶烃含量( ) 4 74 2g b t1 4 8 3 7 表2 8 废轮胎胶粉的物理技术指标 项目实测值技术指标 相对密度( g c m 3 ) 0 9 51 1 0 0 7 5 水分( )0 6 1 0 7 5 金属含量( )0 0 0 6 0 0 l 纤维含量( ) 0 3 o 5 1 2 由表2 7 2 8 所示结果分析可知，橡胶粉物理化学技术性能指标均符合橡 胶沥青技术应用指南和天津市监督局与天津市建材专业委员会共同评定颁布的 标号q 1 2j c 3 2 2 5 2 0 0 5 的道路用胶粉改性沥青标准技术要求。 2 2沥青混合料配合比优化设计( a c 1 3 c ) 本文根据公路沥青路面施工技术规范( j t gf 4 0 一2 0 0 4 ) 的集料配合比要 求进行沥青混合料配合比优化设计以便于实验对比研究。 沥青：s k 9 0 # 重交基质沥青与克拉玛依9 0 j f i 重交基质沥青； 集料：闪长岩与石灰岩；矿粉：石灰岩； 由以上材料组合成四组相同配合比相同结构沥青混合料配合比，然后进行微 波对沥青混合料力学性能研究。其四种组合为： ( 1 ) s k 9 0 j f j 重交基质沥青、闪长岩集料与石灰岩矿粉： ( 2 ) s k 9 0 舟重交基质沥青、石灰岩集料与石灰岩矿粉； ( 3 ) 克拉玛依9 0 j f j 重交基质沥青、闪长岩集料与石灰岩矿粉； ( 4 ) 克拉玛依9 0 撑重交基质沥青、石灰岩集料与石灰岩矿粉。 ( 注：( 1 ) 中组合以s k 9 0 代替，( 2 ) 中组合以s k 9 0 代替( 3 ) 中组合以克拉玛依9 0 代替( 4 ) 中组合以克拉玛依9 0 代替) 2 2 1矿质混合料配合比组成设计 本文矿质混合料配合比均采用连续密集配a c 13 c 型相同级配设计，其结果 如表2 9 与图2 3 所示： 表2 9 沥青混合料矿料级配 筛孔尺寸1 61 3 29 54 7 52 3 61 1 80 60 3o 15o 0 7 5 级配上限( ) 1 0 0l o o8 56 85 03 82 82 01 58 级配下限( ) 1 0 09 06 83 82 41 51 0754 级配中值( ) 1 0 09 57 6 55 33 72 6 51 91 3 51 06 合成级配( ) 1 0 09 3 87 5 14 5 52 9 62 0 51 3 51 0 57 85 图2 3a c 1 3 c 级配曲线图 由图2 3 可知所采用的矿料合成曲线图成平滑的线形且在级配中值曲线的下 面，这符合规范要求的高速公路沥青路面上面层的矿料级配设计要求。因此，本 文全部采用此合成配合比进行沥青混合料物理力学性能研究。 2 2 2沥青最佳用量确定 根据公路沥青路面施工技术规范( j t gf 4 0 一2 0 0 4 ) 密级配粗型沥青混凝 土( a c 13 c ) 的沥青用量和经验，我们把沥青用油量确定为4 4 5 6 ，采用 o 3 间隔变化，与前计算的矿质混合料配合比制备5 组试件，规定每面各击实 7 5 次的方法成型。现以s k 9 0 撑重交基质沥青、闪长岩矿料与矿粉石灰岩进行沥 青最佳用量确定，举例说明。 2 2 2 1 马歇尔试验 一 ( 1 ) 物理指标测定按上述方法成型的试件，经2 4 h 后测定其视密度、空 隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等物理指标。 ( 2 ) 力学指标测定测定物理指标后的试件，在6 0 温度下测定其马歇尔 稳定度和流值，并计算马歇尔模量。马歇尔试验结果见表2 1 0 所示。 2 2 2 2 马歇尔试验结果分析 ( 1 ) 绘制沥青用量与物理一力学指标关系图根据表2 1 0 马歇尔试验结果 汇总表，绘制沥青用量与视密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度、 流值的关系图，如图2 4 所示。 1 4 ( 2 ) 确定最佳沥青用量( 或油石比) 根据图2 4 所示，最佳油石比计算：a l = o ( 稳定度无峰值) a 2 = o ( 密度无峰值) a 3 = 4 9 ( 目标v v 为4 2 ) a 4 = o ( 未覆盖6 5 v f a 7 5 ) o a c t = 4 9 空隙率满足范围是：4 8 5 6 饱和度满足范围是：4 6 5 4 稳定度全部满足规范要求 o a c m i n = 4 8 o a c m 。= 5 4 o a c 2 = ( o a c m i 。+ o a c m a ，) 2 = 5 1 最后确定最佳油石比为o a c = ( o a c l + o a c 2 ) 2 = 5 0 表2 1 0a c 1 3 马歇尔试验结果 技术指标 试沥 理论 矿料沥青马歇尔 件青空隙流值 密度视密度间隙饱和 稳定度 模数 组 用率f l 号 且 p t ps率 度 m st 亘v v( o 1 m m ( g c m 3 ) ( g c m 3 ) v m av f a( k n )( k n m m n o( ) ( ) ( )( ) ) 1 岸4 42 5 3 62 3 7 96 21 5 96 0 1 9 2 1 9 24 7 9 2 井4 7 2 5 2 52 3 9 65 11 5 76 6 29 7 2 1 4 4 5 3 3 群5 o 2 5 1 5 2 4 0 7 4 31 5 6 7 2 2 1 0 6 2 4 6 4 3 1 4 抖 5 32 5 0 52 4 l l3 81 5 57 4 81 1 12 8 93 8 4 5 抖 5 62 4 9 72 4 1 93 21 5 87 8 81 1 33 0 13 7 5 技术标准3 6之l5 6 5 82 0 4 0 ( a ) 密度油石比关系图( b ) 空隙率油石比关系图 1 5 ( c ) 间隙率油石比关系图( d ) 饱和度油石比关系图 ( e ) 稳定度油石比关系图( f ) 流值油石比关系图 图2 4 马歇尔沥青用量与物理一力学指标关系图 根据图2 4 可以看出，本试验估计采用的沥青用量基本符合我们经验所采用 的用油量，所以选用油石比4 4 5 6 来确定最佳马歇尔沥青用量是可行的， 并确定出此沥青混合料配合比的最佳油石比为5 o 。 2 2 2 3 配合比设计检验 根据2 2 2 2 中确定的最佳沥青用量5 o 进行水稳定性、低温抗裂性能与高 温稳定性能检验，其结果见表2 1 l 2 1 2 、表2 1 3 2 1 4 、表2 1 5 所示。 表2 1 l 沥青混合料水稳定性试验结果 沥青马歇尔稳定度浸水马歇尔稳定度浸水残留稳定度 用量 m s 脚l m s o ( )( k n )( k n )( ) 5 ol o 68 6 88 2 技术标准 芝8 芝7 5 1 6 表2 1 2 沥青混合料冻融劈裂试验结果 沥青 冻融劈裂强度非冻融劈裂强度冻融劈裂强度比 用量 ( m p )( m p ) ( ) ( ) 5 01 1 2 70 8 1 57 2 3 2 技术标准芝7 0 表2 1 3 沥青混合料低温弯曲试验 沥青试验温度试验破坏时的 加载速度 用量 t 最人弯拉应变 ( m m m i n ) ( ) ( )( u) 5 o 1 0 5 02 0 3 8 7 5 技术标准 芝2 0 0 0 表2 1 4 沥青混合料劈裂强度试验 沥青试验温度 加载速度劈裂强度 用量 t ( m m m i n ) ( m p a ) ( ) ( ) 5 o1 05 01 3 5 技术标准1 2 表2 1 5 沥青混合料抗车辙试验 沥青试验温度试验轮压动稳定度 用量 t p试验条件d s ( ) ( ) ( m p a )( 次m m ) 5 0 6 0 o 7不浸水1 0 9 9 技术标准， 8 0 0 不小于 通过对沥青混合料配合比设计得到的最佳沥青用量5 o 进行水稳定性、低 温抗裂性能与高温稳定性检验，根据表2 1 1 2 1 2 、表2 1 3 2 1 4 、表2 1 5 结果 可知，其各项性能皆满足现行规范要求，因此，本试验拟采用沥青用油量为5 0 的配合比进行研究。 1 7 2 2 3相同级配相同结构下基质沥青混合料的物理力学性能研究 根据2 2 1 方法可得其余三组沥青混合料的最佳油石比，结果见表2 1 6 ，然 后根据2 2 2 的方法检测其对应的沥青混合料的物理力学性能指标，其结果见表 2 1 7 2 1 8 、表2 1 9 2 2 0 、表2 2 1 所示。 表2 1 6 混合料马歇尔体积指标汇总表 油石视密度 m s儿 混合料类型 ( ) 翰列( )阡( ) 比 g c m 3( k n )( 0 1 m m )