第6卷第4期交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)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(jié)料的針入度試驗(yàn)、軟化點(diǎn)試驗(yàn)、稠度試驗(yàn)延度及測力延度試驗(yàn)、彈性恢復(fù)試驗(yàn)及彎曲蠕變試驗(yàn)、直接拉伸試驗(yàn),對加入TPS添加劑后的瀝青混合料,進(jìn)行了車轍試驗(yàn)、彎曲破壞試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn),并與SBS改性瀝青混合料的部分試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明添加TPS后,瀝青膠結(jié)料的感溫性、高溫性與低溫性及瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗疲勞性和水穩(wěn)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;路用性能中圖分類號:U414文獻(xiàn)標(biāo)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-定工藝,在瀝青中加人一至2004年底,中國高速公路總長度已達(dá)到定劑量和種類的添加劑，能顯著改善道路瀝青的某3.4X10* km,隨著日益增長的交通量、車輛大型化些性能,有些添加劑甚至對瀝青混合料的幾乎所有及重載車的不斷增加,交通對路面的要求越來越高，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(xiàng)目:江蘇省公路科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(04Y022)作者簡介: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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與材料研究。導(dǎo)師簡介: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TAFPACK-Su-Tab. 1 Softening pointsper)是一種專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(jié)性軟化點(diǎn)/心>80.0>80.0 78.950.849.0 48.4樹脂和增塑劑等其他成分,用機(jī)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,摻量較高時軟化點(diǎn)大于結(jié)劑。本文主要通過瀝青膠結(jié)料性能試驗(yàn)和瀝青混80.0C,說明改性后瀝青具有良好的高溫性能。合料性能試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果見圖2、3。對于1加入TPS的瀝青膠結(jié)料性能15C延度,摻入TPS后,延度隨著摻量的增加而減本次試驗(yàn)所采用的瀝青為70#基質(zhì)瀝青。TPS小,但是在拉伸過程中可以明顯感覺到拉力變大;對采用的拌和方法為手動攪拌,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(yàn)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摻量的增加而增加;低溫延度與低化,然后再繼續(xù)添加少量瀝青,繼續(xù)攪拌,這樣逐漸溫開裂性能關(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,抵抗低溫開裂的能力得到增強(qiáng)。過程較長,改性瀝青制作過程中基質(zhì)瀝青會有一定程度的老化，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(yàn)。圖2延度變化圖3測定功變化.1.1針入度指標(biāo)Fig.2 Change of ducility Fig.3 Change of test energy根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-1.4彈性恢復(fù)性能2004)的規(guī)定,選用5個適宜的溫度(本研究中采用彈性恢復(fù)試驗(yàn)結(jié)果見表2。加入TPS后,彈性15、20、25、30.35 C)測定針人度指數(shù),并且要求相恢復(fù)性能有了很大提高,當(dāng)摻量達(dá)到一定程度后,彈關(guān)系數(shù)不低于0. 991。根據(jù)文獻(xiàn)[2],針人度及針性恢復(fù)都能達(dá)到100% ,表明加入TPS后瀝青膠結(jié)人度指數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果見圖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(fù)性能Tab.2 Elastic recovery performance0.5摻量/% .112B 40F彈性恢復(fù)能力/% 100100| 9555003.6912151.5 勁度模量本文在試驗(yàn)[時采用的是未經(jīng)RTFOT及圖1 針人度及針人度指數(shù)PAV后的瀝青,試驗(yàn)溫度為-12和-18 C,試驗(yàn)結(jié)Fig. 1 Penetrations and penetration index果見圖4。隨著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(jié)料的低溫性能得到增強(qiáng)。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(yīng)變的降低,并且隨著改性劑摻量的增加而減小，但是對加入TPS的瀝青膠結(jié)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' :am. min 1 ,試驗(yàn)結(jié)明;瀝青的針入度指數(shù)明顯增大,摻量較高時針人度果見MH中國煤化工萬青膠結(jié)料的破壞指數(shù)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(yīng)變也到增強(qiáng)。在增大,表明低溫抗裂性能得到增強(qiáng)。1.2軟化點(diǎn)1.7 稠度不變溫度根據(jù)文獻(xiàn)[2]進(jìn)行軟化點(diǎn)試驗(yàn),結(jié)果見表1。加根據(jù)針人度制作出TPS改性瀝青的諾謨圖,見38交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)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)見表3,礦粉指標(biāo)見表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(yīng)變變化性能指標(biāo)試驗(yàn)指標(biāo)規(guī)范要求Fig. 4 Change of sifnessFig. 5 Change of damage表觀相對密度2. 90≤≥2. 60modulusstrain石料壓碎值/%10.5≤26圖6。通過諾謨圖計(jì)算得出TPS的稠度不變溫度大致為17C。對華北地區(qū)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,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(qū),TPS應(yīng)該能起到更好的表4石灰?guī)r礦粉技術(shù)性質(zhì)Tab. 4 Property of basalt powder防裂效果。溫度/C表觀密度/(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外觀無團(tuán)粒結(jié)塊親水系數(shù)0.50<1塑性指數(shù)/%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(shè)計(jì))20406080瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)采用馬歇爾試驗(yàn)設(shè)計(jì)圖6TPS改性瀝青諾謨圖方法，即通過試配法確定混合料的礦料配合比,并通Fig. 6 Nomogram of TPS modified asphalt過馬歇爾試驗(yàn)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(jù)加入TPS添加劑后的瀝青作為瀝青粘稠性12r膠結(jié)料性能試驗(yàn)及廠家的產(chǎn)品說明,確定TPS的最能指標(biāo)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,樣可以用來反映瀝青X見表5,油石比為4. 9%。的感溫性[1，稠度試驗(yàn)屬2.3高溫穩(wěn)定性結(jié)果見圖7。加入TPS瀝青混合料高溫性能試驗(yàn)的方法很多,本研究后,瀝青膠結(jié)料的稠度中采用車轍試驗(yàn)。車轍試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際路面車轍有有了較大增加,表明高圖7 45 心稠度的變化極好的相關(guān)性[5。根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行車轍試驗(yàn),試Fig. 7 Change of consistency溫性能得到較大改善。驗(yàn)溫度為60C ,車輪行走速度為42次●min-1,荷at45 C表5瀝青混合料級配.Tab. 5 Gradations of asphalt mixture通過下列篩孔/mm中國煤化工級配類型16. 00013. 2009. 5004.7502. 360YHCNMHG0.1500. 075AC-131065~8538~6824~5015~3810~287~205~154~8設(shè)計(jì)級配9670421168第4期張銳,等:新型 瀝青添加劑TPS的性能39載應(yīng)力為0.7MPa,試驗(yàn)時間為60min[2],試驗(yàn)結(jié)果表8彎曲應(yīng)變能見表6。加入了TPS添加劑后,動穩(wěn)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(yàn)樣本基質(zhì)瀝青混合料加入TPS瀝青混合料SBS瀝青混合料車轍能力得到了較大的加強(qiáng),表明高溫穩(wěn)定性得到彎曲應(yīng)變能/(N.m)| 0. 1090.2100. 252了較大的提高。能增強(qiáng),SBS的彎曲應(yīng)變能最大,抗裂性能最好。表6瀝青混合料的動穩(wěn)定度2.5抗疲勞性能Tab. 6 Dynamic stabilities of asphalt mixtures本文主要使用應(yīng)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(yàn)機(jī)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，三分點(diǎn)加載,試件尺寸為變化參數(shù):混合料|的瀝青 混合料混合料50.0mmX63.5mmX381.0mm,試驗(yàn)溫度為動穩(wěn)定度/(次●mm~1)| 128057204 08015 C ,微應(yīng)變采用400,泊松比采用0. 25,采用應(yīng)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(shù),試驗(yàn)結(jié)果見表9.本文采用試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果見表7。加入TPSFatigue Hives后,抗彎拉強(qiáng)度和最大彎拉應(yīng)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(yàn)結(jié)果由表9可見,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(dá)到了基質(zhì)瀝青的9瀝青混合料種類抗彎拉強(qiáng)度/MPa| 最大彎拉應(yīng)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(wěn)定性能強(qiáng)度和變形是路面結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)參數(shù)，但在本文采，用凍融劈裂試驗(yàn)([-10],根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)衡量瀝青混合料的性質(zhì)時僅考慮強(qiáng)度或變形，對混行瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn),結(jié)果見表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(qiáng)度比增大,表一定的能量儲存能力，這個儲存容量可直接用試驗(yàn)明加人TPS后,瀝青混合料的水穩(wěn)定性能得到了較的方法確定，在這里稱之為破壞能。瀝青混合料試大的提高,抗水損害能力有了較大的增強(qiáng)。表10水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果件破壞時消耗的能量越大，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(yīng)變能密度函數(shù)評價低溫性|基質(zhì)瀝青混合料加入TPS后的瀝青混合料能，其公式表達(dá)為劈裂強(qiáng)度比/%90.598.0(1)式中:dW/dV為應(yīng)變能密度函數(shù),其臨界值是斷裂3結(jié)語時應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線下的面積;σ;、εy分別為應(yīng)力、(1)加人添加劑TPS后,瀝青結(jié)合料的針入度應(yīng)變分量"”。指數(shù)顯著增大,軟化點(diǎn)升高,稠度增大,瀝青混合料計(jì)算時,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,繪出應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲動穩(wěn)定度提高,表明瀝青結(jié)合料和瀝青混合料的高線進(jìn)行回歸，回歸方程為三次拋物線,可靠度大于溫穩(wěn)定性得到極大的提高。99%。根據(jù)回歸方程可計(jì)算出臨界應(yīng)變能密度,應(yīng)青結(jié)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(jù)試驗(yàn)結(jié)果,計(jì)算得出彎曲應(yīng)驗(yàn)(DFYH.CNMHG小梁彎曲蠕變試驗(yàn)變能見表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,TPS的彎曲應(yīng)變能比基質(zhì)瀝青有驗(yàn)中的抗彎拉強(qiáng)度和彎拉應(yīng)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(jié)合料和瀝青混合料的低溫性能得到4(交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)2006年較大的增強(qiáng)。Zhao Ke, Lu Yong-gui, Wei Ru-xi. Research on high tem-(3)加入添加劑TPS后,瀝青結(jié)合料的彈性恢perature properties of SMA[J]. China Journal of Highwayand Transport, 2004，17(2): 11-17. (in Chinese)復(fù)性能有很大提高,通過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(qū)的通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)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(wěn)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]申愛琴 ,蔣慶華.瀝青混合料低溫抗裂性能評價及影響因索[],長安大學(xué)學(xué)報(bào):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(wěn)定Shen Ai-qin, Jiang Qing hua. Influencing factor and appraising on性和抗疲勞性,但是目前價格比較高,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(xiàn):[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(guī)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(yàn)規(guī)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.長安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005 ,25(1);10-14.[4]陳平.我國瀝青指標(biāo)的試驗(yàn)評價及附加指標(biāo)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. 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