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温拌胶粉改性沥青高温性能研究

发布日期:2015-06-01 08:17:41
随着道路技术的发展和环保意识的提高,温 拌胶粉改性沥青作为一种新型生态路面技术越来 越受到关注[1- 。目前,国内外对温拌沥青及胶粉改 性沥青的路用性能研究较多,但对温拌胶粉改性 沥青路用性能的研究鲜有报道。温拌橡胶沥青 是指在胶粉沥青中添加温拌剂以融入温拌技术。 大量的研究表明,胶粉改性沥青的拌和温度和压 实温度要远远高于普通沥青混合料。在胶粉沥青 中加入温拌沥青改性剂可以降低胶粉沥青的拌和 温度和压实温度,以改善其在施工温度下过于粘 稠以至影响施工性能的问题,并能同时改善其路 用性能[7^。研究发现,胶粉细度、胶粉掺量以及温 拌剂掺量是影响温拌胶粉改性沥青性能的三个主 要影响因素,为确定温拌胶粉改性沥青的高温性 能影响因素作用效果及影响规律,本文通过设计 正交试验,采用动态剪切流变仪进行DSR试验,以 车辙因子为控制指标,评价温拌胶粉改性沥青的 高温性能,为道路工程中温拌胶粉改性沥青的设 计及高温性能的评价提供参考。
1正交试验方案
胶粉细度、胶粉掺量和温拌剂掺量是影响温 拌胶粉改性沥青路用性能的三个主要因素,胶粉 细度指胶粉的粒径大小;胶粉掺量采用内掺法,指 胶粉质量与胶粉沥青总质量的比值,温拌剂掺量 指温拌剂与胶粉沥青的质量比。
本文采用三因素三水平正交试验方法进行 DSR试验,试验因素与水平见表1。
表1正交试验因素与水平表
因素
A胶粉细度/目B胶粉掺量/%C温拌剂掺量/%
140152
26017.53
380204
采用i9(34)正交表安排试验,为了消除人为误
差的影响,制定试验方案过程中,假定各因素之间 无交互影响作用,对各因素和水平采用随机抽样 的方式,确定9种试验配比的温拌胶粉改性沥青,
见表2。
表2正交试验配比方案表
试验号A胶粉细度B胶粉掺量C温拌剂掺量
试验11(40)3(20%)2(3%)
试验21(40)1(15%)1(2%)
试验31(40)2(17.5%)3(4%)
试验42(60)3(20%)1(2%)
试验52(60)1(15%)3 (4%)
试验62(60)2(17.5%)2(3%)
试验73(80)3(20%)3(4%)
试验83(80)1(15%)2(3%)
试验93(80)2(17.5%)1(2%)
2 DSR试验方法
采用SHRP沥青评价方法中的动态剪切流变 仪(DSR)来测试温拌胶粉改性沥青的高温流变性 能,测试不同温度下改性沥青的复数剪切模量G* 和相位角8,采用车辙因子G*/SinS表明沥青抵 抗流动变形的能力,G*/SinS值越大,则沥青抵抗 高温车辙的能力越强。
动态剪切流变试验采用的试样直径为25 mm, 厚度为1 mm,采用应变控制模式,应变控制模式 是以固定的频率使振荡板产生固定振荡,量测所 需的扭矩。采用应变水平7为12%,摆动角速度 w 为 10 rad/s,大约 1.59 Hz,按照 AASHTO 标准 T315-04试验方法,分别在54尤、60尤、66尤三个 试验温度下进行试验。
3DSR试验结果
根据不同试验温度下测得的复数剪切模量G* 和相位角S,计算车辙因子G*/sinS,试验结果见
表3〇
按照极差分析的原理对表3的试验结果进行 极差分析,极差分析结果见表4。
4数据分析
4.1各因素影响程度
为便于观察各因素影响作用大小,将表4中 各影响因素的极差值绘制成直观图,判定各因素 影响大小,见图1。
表3 DSR试验不同温度下的车辙因子
试验车辙因子G*/sinS/(MPa)
温度123456789
54X,36.8428.1234.9032.5025.6829.1330.2522.5626.31
60°C22.0815.9421.1620.7815.1516.4518.6512.913.14
66X12.437.9611.5810.847.628.319.166.127.28
表4 DSR试验极差分析结果
试验温度极差分析因素'
A胶粉细度B胶粉掺量C温拌剂掺量
左133.28725.45328.977
54 X:灸229.10330.11329.510
众326.37333.19730.277
极差6.9137.7431.300
ki19.72714.66316.620
60丈h17.46016.91717.143
灸314.89720.50318.320
极差4.8305.8401.700
10.6577.2338.693
66°C众28.9239.0578.953
h7.52010.8109.453
极差3.1373.5770.760
 
 
从图1中可以看出,在不同试验温度下存在相 同的规律,各因素对DSR试验结果影响的主次顺序 排列如下:胶粉掺量大于胶粉细度大于温拌剂掺量, 胶粉掺量是最主要影响因素,依次是胶粉细度和温拌 剂掺量,胶粉掺量与胶粉细度的影响作用差距不大。 4.2胶粉细度对沥青性能的影响规律
由表4得到的数据可以绘制温拌胶粉改性沥 青的车辙因子G*/SinS随胶粉细度变化趋势图, 见图2。
从图2中可以看出,在和66尤三 个试验温度下,车辙因子随各影响因素水平变化 呈现相同的规律,车辙因子随胶粉细度的增大而 逐渐降低,且降低幅度逐渐减小,40目胶粉沥青的 车辙因子最大,表明随胶粉细度的增大,沥青的高 温性能降低。
分析原因:随着胶粉细度的增大,胶粉与沥青 作用的比表面积增大,增强了胶粉脱硫和降解的作 用,致使胶粉颗粒的体积变小,胶粉之间的交联作用 减弱,分子力减小,并且随着目数的增大,废旧胶粉 颗粒在沥青中难以形成骨架结构,所以随胶粉细度 的增大,温拌胶粉改性沥青的高温抗车辙性能降低。 4.3胶粉掺量对沥青性能的影响规律
由表4得到的数据可以绘制车辙因子 G*/SinS随胶粉掺量变化趋势,见图3。
从图3中可以看出,车辙因子随胶粉掺量的 增加逐渐增大,胶粉掺量为20%时车辙因子最大, 高温抗车辙性能最好,胶粉掺量达到17.5%后,车 辙因子增长幅度减小。结果表明,随胶粉掺量的增 大,温拌胶粉改性沥青的高温性能升高。
分析原因:因为随着胶粉的增加,胶粉在沥青 中从游离态逐渐转向连续态,胶粉之间的交联作 用逐渐增强,分子力增大,所以随着废旧橡胶粉的 增加,温拌胶粉改性沥青的高温性能提高。
可以看出,在三个不同试验温度下, 车辙因子随温拌剂掺量变化呈现相同的规律,车 辙因子随温拌剂掺量的增加逐渐增大,基本呈直 线增长趋势,温拌剂掺量为4%时胶粉改性沥青的 车辙因子最大,表明添加温拌剂有助于增加温拌 胶粉改性沥青的高温性能。
5结语
本文通过进行动态剪切流变试验(DSR),采用 车辙因子作为评价指标,研究了胶粉细度、胶粉掺 量和温拌剂掺量对温拌胶粉改性沥青高温性能的 影响规律,研究发现:
(1)对于温拌胶粉改性沥青的高温抗车辙性能, 胶粉掺量是最主要影响因素,依次是胶粉细度和温 拌剂掺量;
(2)温拌胶粉改性沥青的高温性能随胶粉细度的 增大而降低,随胶粉掺量和温拌剂掺量的增大而 升高,当胶粉掺量达到17.5%,温拌剂掺量达到3%时,沥青高温性能增大效果已不明显。