交大论文~高模量沥青混凝土材料组成设计及路用性能研究.pdf

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1、墨彦交通戈謦工程硕士学位论文D e s i g nA n dR o a dP e r f o r m a n c eR e s e a r c h学位申请人罗承轶导师姓名及职称杨庆国副教授工程领域名称论文提交日期阮旭高级工程师建筑与土木工程2 011 年1 1 月jj l UlI#1111II l l lIIIII I I IIllJllI I I lY 210 4 2 3 2重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要

2、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结果由本人承担。学位论文作者签名：哆承每父日期：泸7 J 年协月少苦日重庆交通大学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。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部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。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到 中国学位论文全文数据库，并进行信息服务(包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等)，同时本人保留在其他媒体

3、发表论文的权利。学位论文作者签名：嗲永软日期：易7 f 年1，月I i 日指导教师躲扔衣J 习日期：加f 年似月肜日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)电子杂志社C(I 系列数据库中全文发布，并按+2 时，则为凝胶型沥青，针入度指数P I +2时，沥青的耐久性较差，有明显的凝胶特征。针入度指数P I -2 时，沥青的温度敏感性较强，所以常常选用针入度指数P I 值介于1 和1 之间的溶凝胶型沥青来铺筑路面。目前已经有许多国家对针入度指数做了相关的规定。瑞士、葡萄牙等国家规定针入度指数在1 和+1 的范围内选用。前苏联规定变通石油沥青的针入度指数第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计l

4、l在1 5N+I 之间，改性石油沥青其针入度指数在1 和+1 之间。我国地域辽阔，气候条件有着很大的差别，不同地区、不同的气候情况，应该选择不同的针入度指数P I 值。总的来说，针入度指数能够很好的反应沥青的感温性能，我国参考国外的研究现状，对我国的气候分区进行研究的基础上，给出了不同气候条件下对沥青的针入度指数P I 值和A 值的要求。表2 1 不同气候条件下P I 值和A 值规定T a b l e2 1D i f f e r e n tc l i m a t e sP Iv a l u ea n dAv a l u er e g u l a t i o n s路用性能等低温条件下抗裂性能要

5、求高温条件下稳定性能要求级ABCDABC-2 1 5 到-9 到-2 1 5设计温度()小于-3 7大于9大于3 02 0 到3 0 之间小于2 03 7 之间之间最小P I 值的1 01 21 41 61 O1 2-1 4要求最大A 值的0 0 4 6 70 0 4 8 2O 0 4 8 9O 0 5 1 40 0 4 6 70 0 4 8 20 0 4 8 9要求“)沥青的粘附性沥青和石料相互作用而产生的化学吸附以及物理吸附能力就称为沥青的粘附性，而粘结力则是沥青自身结构内部的粘结能力。沥青的粘附性是沥青重要的性质之一，沥青对周围石料粘附性能的强弱对沥青混凝土路面的水稳定性、强度以及耐久性

6、都有着非常重要的影响。沥青和周围石料的粘附过程是一个很复杂的化学和物理过程。沥青粘附力的产生和沥青本身的性质、石料的性质、石料形状、石料的表面结构都有关系，而且和沥青混合料的拌制工艺相关联。评定沥青和石料粘附性能的方法主要有浸水试验、水煮法、马歇尔残留稳定度试验、浸水车辙试验以及冻融情况下的劈裂试验等等。为了可以全方位的评价高模量沥青混凝土的路用性能等特性，本研究决定采用以上所述的试验方法对参加高模量添加剂的沥青混合料以及沥青胶结料的各种性能进行全面的评价。(5)沥青的耐久性沥青在运输、施工以及沥青混凝土路面的使用过程中，沥青要经受交通荷载、温度、雨水以及光照等各种因素的相互作用，造成沥青产生

7、物理变化以及化学变化，其化学组成发生了相应的改变，导致沥青的老化，沥青混凝土路面产生开裂等现象。以上所述的沥青的物理、化学性质随着使用时间的推移而产生改变的现1 2第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计象就称为沥青的耐久性或者沥青的老化。研究沥青的耐老化性能，室内试验是将沥青加热加速其老化，评定老化后试样的性质，从而得到沥青的耐老化性能。本论文对沥青耐久性能的研究采用的是旋转薄膜烘箱的试验进行沥青耐久性能的评定。2 1 2 沥青试验结果分析本项目所采用的沥青为桶装沥青，沥青各项基本性能检测结果见表2 2 所示。表2 2 试验沥青各性能指标T a b l e2 2t h ep e r f o r

8、m a n c ei n d e xo ft e s ta s p h a l t实验项目试验数值技术要求计量单位试验方法针入度，1 0 0 9,5 s，2 5 C7 16 0 到8 00 1 m mT 0 6 0 4 2 0 0 0延度，5 c m m i n，1 0 C大于2 0不小于2 0c mT 0 6 0 5 1 9 9 3C m延度，5 c m m i n,1 5 C1 5 9不小于1 0 0T 0 6 0 5 1 9 9 3针入度指数0 0 61 5 到+1 0|软化点，5 m i n,5 5 2 1不小于4 3T 0 6 0 6 2 0 0 0动力粘度，6 0 1 8 5 8大

9、于等于1 8 0P a ST 0 6 2 5-2 0 0 0闪点3 3 0大于等于2 6 0T 0 6 l1 1 9 9 3蜡含量0 8小于等于2 2T 0 6 1 5-2 0 0 0溶解度9 9 7 9大于等于9 9 5T 0 6 0 7 1 9 9 3密度，1 5 1 0 2 9根据实测记录管矗T 0 6 0 3 1 9 9 3R T F O T 后残留物残留针入度比，2 5 6 7 3大于等于6 lT 0 6 0 4-2 0 0 0质量变化-o 2 60 8T 0 6 0 9 1 9 9 3残留延度，1 0 C，5 c m m i n大于6大于等于6锄T 0 6 0 5 19 9 3第2

10、 章高模量沥青混凝土材料组成设计1 3对表2 2 得到的沥青各性能指标进行分析，可以看出沥青的高温性能、感温性能、粘附性能以及耐久性能是由符合要求。(1)沥青高温性能分析沥青在高温的环境中会产生流动变形的现象，沥青的高温流动变形是造成沥青混凝土路面损坏的主要因素之一。评定沥青高温性能的指标主要是软化点以及6 0。C 条件下沥青的粘度。从表2 2 中的试验结果可以看到，该试验沥青的6 0 条件下粘度以及软化点两个指标都可以达到规范规定的要求。(2)沥青感温性能分析沥青的感温性能就是沥青对温度的敏感程度，用沥青的感温性指标来反映沥青的性质随温度变化而发生变化的幅度。沥青的感温性能用沥青的针入度指数

11、值P I 来反映。由表2 2 中试验数据可知，沥青的针入度指数符合规定要求。本论文所依托项目的试验路段位于四川盆地的西南部，海拔4 0 0 m 到5 0 0 m 左右，该地区有青衣江和岷江两大河流。该地区夏季炎热时间较长，冬季日照时间段、多云多雾、雨量比较充沛、霜冻时间较少，属于亚热带潮湿气候，年平均气温1 7 左右，最低极端气温-4 3，最高极端气温3 8 1。多年统计的平均降雨量为1 4 0 0 m m 左右，降雨时间主要集中在五月份到十月份。根据沥青混凝土路面相关规范的规定，该地区沥青混凝土路面使用性能的气候分区为夏炎热冬温区。从表2 2 中的试验结果可以知道，试验沥青能够满足低温条件下

12、的抗裂性能要求以及高温稳定性的相关要求。(3)沥青粘附性能分析沥青和石料相互作用而产生的化学吸附以及物理吸附能力就称为沥青的粘附性，评定沥青和石料粘附性能的方法主要有浸水试验、水煮法、马歇尔残留稳定度试验、浸水车辙试验以及冻融情况下的劈裂试验等等。应用水煮法对沥青的粘附性能进行评价，该试验沥青的粘附性达到V 级，试验表明该沥青和石料之间的粘附性能很好。(4)沥青耐久性能分析沥青的物理、化学性质随着使用时间的推移而产生改变的现象就称为沥青的耐久性或者沥青的老化。本论文对沥青耐久性能的研究采用的是旋转薄膜烘箱的试验进行沥青耐久性能的评定。从表2 2 中的试验结果可以看到，经过选装薄膜烘箱试验后对沥

13、青残留物的测量结果显示，其残留物的各项结果都符合相关规定的要求，该试验所用沥青的耐久性能良好。2 1 3 粗集料在沥青混凝土路面中粗集料的主要作用是支撑荷载。粗集料的质量，特备是1 4第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计粗集料中风化石的含量、针片状颗粒的含量对沥青混凝土路面的路用性能有着非常大的影响。粗集料的颗粒形状将会对沥青混合料的稳定性、和易性产生影响。在粗集料中针片状颗粒的含量岩石本身的品质、机械设备、加工的工艺以及质量管理水平都有关系，从粗集料的性质出发，应该选用棱角性好、强度高的石料，严格限制针片状颗粒的含量，因此要选择好的岩石和好的机械设备，对粗集料的质量也进行比较严格的控制。集料

14、本身的表面结构对集料间的摩擦阻力有非常重要的影响，而摩擦阻力关系到高模量沥青混凝土本身模量的大小。因此为了保证高模量沥青混合料本身的质量，高模量沥青混合料的集料不得采用碎砾石。提高沥青混合料自身模量的方法有很多种，对于粗集料来说，应该选择强度高棱角性好的石料，这样可以提高沥青混合料的模量。另外高模量沥青混凝土对粗集料的抗压碎值有着较高的要求，因此要严格的控制粗集料中扁平颗粒的含量，尽量选择坚韧的优质石料作为粗集料。用作高模量沥青混凝土的粗集料应有较好的耐磨性能，足够的强度，粗集料本身要干燥、清洁、没有风化现象、不含杂质。为了满足高模量沥青混合料对粗集料的上述要求，本论文所依托的项目，其室内试验

15、采用的是乐山生产的优质石灰岩作为粗集料，粗集料的各项技术性质指标见表2 3 所示。表2 3 粗集料各项技术性质T a b l e2 3C o a r s ea g g r e g a t ea l lt e c h n o l o g yp r o p e r t i e s技术指标试验结果技术要求石料的压碎值不大于()1 4 42 8视密度不小于(伽1 3)2 6 9 92 5洛杉矶磨耗损失不大于()1 4 43 0吸水率不大于()0 92 0对沥青的粘附性不小于5 级4 级石料的磨光值不小于(B P N)4 64 2针片状颗粒的含量不大于()91 5风化石的含量不大于()3 55小于0 0

16、 7 5 m m 的颗粒含量不大于()0 6l坚固性不大于()81 2冲击值不大于()1 92 8第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计1 5从表2 3 中试验得到的粗集料各项技术性质指标可以看到，该项目所选用的石料，其各项技术性质指标都符合要求。2 1 4 细集料常用的细集料主要是石屑、人工机制砂以及天然砂，和粗集料一样，为了增加高模量沥青混合料的模量，细集料也应该是富有棱角的多方形。许多采石场所供应的石屑都是石料在轧制时剥落下来的碎屑，大多是片状的，不符合要求。天然砂经过长时间的自然搬运作用，棱角大多已被磨掉，不能满足高模量沥青混合料体积稳定性的要求，因此高模量沥青混合料的细集料大多采用的是

17、机制砂，但是我国的现行规范对细集料的棱角并没有给出相关的要求。因此本论文所依托的科研项目参照国外对细集料的棱角的相关标准进行棱角的测量，主要是参照美国S H R P 的相关规定。S H R P 认为细集料的棱角性可以提高混合料的内膜阻力，内膜阻力的提高可以获得较高模量的沥青混合料，可以确保沥青混凝土路面的抗车辙能力。S H R P 将通过2 3 6 筛孔的集料未压实空隙率定义为细集料的棱角性。因为较高的空隙率就意味着更多破碎面的存在。S H R P 中细集料棱角性的试验方法是将细集料经过一个标准漏斗，倒入一个经过标定的小圆筒里面，小圆筒的体积已知，测定充满小圆筒的细集料重量，由此可以计算出空隙

18、率。由上所述，考虑到细集料棱角性的要求，决定采用机制砂作为高模量沥青混凝土的细集料，按照我国关于集料试验的相关规定以及S H R P 中关于细集料棱角性试验方法对机制砂进行相关的试验，从而得出细集料的各项技术性质指标，见表2 4 所示。表2 4 细集料各项技术性质T a b l e2 4F i n ea g g r e g a t ea l lt e c h n o l o g yp r o p e r t i e s泥的筛余累计()技术表观细度泥块含细集料含量筛孔的尺寸(舢n)指标密度模数量(哟棱角性()2-3 61 1 80 60 30 1 5试验2 6 6 12 71 1O5 68 3

19、92 0 5 85 3 7 97 7 0 71 0 0结果规范实测实测3 O1 04 50 1 01 0 5 04 0 7 07 0 9 09 0 1 0 0要求1 6第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计图2 1 试验机制砂级配F i g 2 1T e s tm e c h a n i s ms a n dg r a d a t i o n从表2 4 中试验得到的细集料各项技术性质指标中可以看到，该项目试验用机制砂符合我国对细集料的相关规定要求，其棱角性也满足S H R P 中相关的技术要求。2 1 5 矿粉在沥青混合料当中矿粉的作用是和沥青形成胶浆，矿粉和沥青形成的胶浆对沥青混合料的强度有着

20、很大的影响。高模量沥青混合料中通常采用碱性石料作为矿粉，例如用白云石、石灰石等磨细的粉料作为矿粉。本论文所依托的科研项目，沥青混合料的矿粉是由乐山石灰岩经过加工而成的，该矿粉的表观密度是2 6 8 3 9 c m 3。2 1 6 高模量添加剂在高模量沥青混合料中，高模量添加剂可以提高沥青混凝土路面的弹性模量，从而可以提高沥青混凝土路面在外界车辆荷载作用下抵抗塑性变形的能力，沥青混凝土路面的抗车辙性能、抗疲劳性能以及抵抗水损坏的性能得到了明显的改善，进而提高了沥青混凝土路面行车的舒适性、安全性、耐疲劳性能，延长了沥青混凝土路面的使用寿命。因此高模量添加剂对于控制高模量沥青混凝土路面的早期破坏以及

21、延长高模量沥青混凝土路面的维修周期和使用寿命都起着非常重要的作用。本试验采用的高模量添加剂是法国P R 公司生产的P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂，P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂的各项试验指标见表2 5 所示。第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计1 7表2 5P R F L E XM o d u l e 各项指标试验结果m 出l e2 5P R F L E XM o d u l ee a c hi n d e xt e s tr e s u l t s性质试验数值单位密度0 9 3 到0 9 7 之间管心直径5m m熔点1 7 5颜色灰色级配o

22、 f 5m m2 1 7 小结本节对试验所需要的原材料沥青、粗集料、细集料、矿粉以及高模量添加剂进行了简要的介绍分析，并根据实际的工程情况对这些原材料的各项性质指标进行了试验检测和评定。通过试验分析我们可以得到沥青的高温性能、感温性能、粘附性能以及耐久性能是都符合相关规范规定的要求。模量沥青混合料对粗集料的要求是棱角性好、强度高，必须严格控制针片状颗粒的含量，通过试验分析看到室内试验采用的乐山生产的优质石灰岩粗集料各项技术性质指标均符合相关的要求。考虑到细集料棱角性的要求，本试验决定采用机制砂作为高模量沥青混凝土的细集料，按照我国关于集料试验的相关规定以及S H R P 中关于细集料棱角性的试

23、验方法对机制砂进行相关的试验，得出细集料的各项技术性质指标都符合要求。矿粉和沥青形成的胶浆对沥青混合料的强度有着很大的影响，本文的试验所有的矿粉是由乐山石灰岩经过加工而成的。高模量添加剂可以提高沥青混凝土路面的弹模，进而改善沥青混凝土路面在外界车辆荷载作用下抵抗塑性变形的能力，使高模量沥青混凝土路面的抗疲劳性能、抗车辙性能以及抵抗水损坏的性能得到了较大的提高。本试验采用的高模量添加剂是法国P R 公司生产的P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂，经试验分析可知该高模量添加剂的各项技术指标符合要求。本文通过对高模量沥青混凝土所需原材料的选择以及对各种原材料各项性质进行详细叙述的

24、基础之上，给出了高模量沥青混凝土对原材料选择的相关要求，并且给出了对各种原材料各项性质技术指标的要求。1 8第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计2 2 集料级配的确定本试验根据前期实验研究积累的相关经验，在对集料的级配进行选择时主要对集料的最大粒径以及集料的级配曲线走向两个主要特征进行了相关的研究工作。2 2 1 集料的最大粒径显然集料的最大粒径和所选择的混合料类型有关系，根据相关的试验经验可知，高模量沥青混合料的最大粒径确定也可以根据我国公路沥青路面的相关技术规范进行选择。表2 6 我国公路沥青路面施工技术规范给出了沥青混合料集料最大粒径的相关要求。表2 6 混合料的类型和集料最大粒径确定T

25、 a b l e2 6M i x t u r et y p e sa n da g g r e g a t em a x i m u md i a m e t e rd e t e r m i n e城市道路和其它的高速公路、城市快速路结构的层次道路工程一级公路、主干路其他等级公路两层式路面三层式路面上面层A C 1 3S M A 1 3A C 1 3A C 1 3S M A 1 3A C 1 3A C 1 6S M A 1 6S M A 1 3A C 1 6S N I A 1 6S M A-1 3A C 2 0A C 1 6A C 2 0A C-1 6S M A 1 6S M A 1 6下面

26、层A C-2 5A M 一2 5A C 2 0A C 2 5A C 2 5A C 3 0A C 2 5A M 2 5A C 3 0A M-3 0A C 3 0A C 2 5A M 3 0A C 一3 0中面层A C 2 0A C 2 5A C 2 0A C 2 5本论文所依托的工程项目计划将高模量沥青混凝土铺筑在路面的中面层以及下面层，考虑到沥青混凝土路面的强度以及高模量混合料稳定性的相关要求，决定选取沥青混合料的最大粒径为2 6 5 m m 和1 9 r a m 进行相关的室内试验。2 2 2 集料级配分析所谓高模量沥青混合料的级配就是集料的各级粒径颗粒的分布状况，集料的级配对高模量沥青混凝

27、土路面的路用性能有着直接的影响。在进行沥青混合料配合比设计时，可以从相关的沥青路面技术规范推荐的级配中选择合理的级配即可第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计1 91 1 2 l。然后根据实验数据结果对选择的几条级配进行分析对比，选择给出最佳的级配。国外有些国家对高模量沥青混凝土路面已经进行了产时间的研究，但是在国内，对于掺入高模量添加剂的高模量沥青混凝土路面的研究才刚刚起步，缺乏相应的设计规范以及参考资料。众所周知，选择不同的集料级配曲线，将会对高模量沥青混凝土的路用性能以及混合料的物理性质的影响差别较大，因此必须对混合料的级配进行慎重的选择。为了研究不同的级配曲线对高模量沥青混凝土的影响情况

28、以及不同的级配曲线在我国是否使用，本文选择了三种具有典型走向的级配曲线进行相关的试验研究工作。第一种是我国公路沥青路面施工技术规范中所推荐的A C 2 0、A C-2 5 中值级配；第二种是法国高模量沥青路面技术规范当中所推荐的E M E l 4、E M E 2 0 中值级配；第三种是符合S u p e r p a v e 级配要求的S u p 2 0、S u p 2 5 级配。这三种级配曲线各个筛孔的通过百分率见表2 7、表2 8 以及表2 9 所示。表2 7A C-2 0、A C-2 5 沥青混合料的级配组成亿出I e2 7T h eA C 2 0 A C-2 5a s p h a l t

29、m i x t u r e Sg r a d a t i o n童各个方孔筛通过的百分率(：2 6 51 91 61 3 29 54 7 52 3 61 1 80 60 3O 1 50 0 7 5级配类扒上限1 0 01 0 09 38 17 15 74 53 22 51 81 47A C下限1 0 09 27 96 35 l2 61 71 39655-2 0中值1 0 09 68 67 26 14 1 53 12 2 51 71 28 56上限1 0 09 18 47 76 65 34 33 22 51 81 47A C下限9 27 66 75 84 52 31 71 396552 5中值9

30、 68 3 57 5 56 7 55 5 53 83 02 2 51 71 28 56表2 8S u p 2 0、S u p 2 5 沥青混合料的级配组成T a b l e2 8S u p 2 0，S u p 2 5a s p h a l tm i x t u r e Sg r a d a t i o n羔各个方孔筛通过的百分率(呦2 6 51 91 61 3 29 54 7 52 3 61 1 80 60 3O 1 50 0 7 5级配类型S u p 2 0上限1 0 09 68 77 66 4 54 63 22 21 4 51 0 67 65 5S u p 2 5下限9 67 87 26

31、55 7 33 82 41 71 2 68 56 552 0第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计表2 9E M E l 4、E M E 2 0 沥青混合料的级配组成T a b l e2 9E M E l 4，E M E 2 0a s p h a l tm i x t u r e sg r a d a t i o n羔各个方孔筛通过的百分率()3 1 52 01 41 06 342O 2 50 0 6 3级配类型上限1 0 09 86 64 31 91 0下限1 0 01 0 04 32 095E M E l 4中值1 0 09 95 4 53 1 51 47 5上限1 0 09 99 69 1

32、7 63 61 91 0下限1 0 09 17 56 14 32 195E M E 2 0中值1 0 09 58 5 57 25 9 52 8 51 47 5图2 2 中国A C 2 0 级配曲线F i g 2 2C h i n aA C-2 0g r a d a t i o nc u r v e图2 4 法国E M E l 4 级配曲线F i g 2 4F r a n c eE M E l 4g r a d a t i o nc u r v e图2 3 中国A C 2 5 级配筛分F i g 2 3C h i n aA C-2 5g r a d a t i o nc l L r V e图2

33、5 法国E M E 2 0 级配曲线F i g 2 5F r a n c eE M E 2 0g r a d a t i o nc u r v e第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计2 1图2 6A C 2 0、E M E l 4、S u p 2 0 级配曲线对比图F i g 2 6A C-2 0，E M E14，S u p 2 0g r a d a t i o nc o n t r a s tc u r v ef i g u r e图2 7A C-2 5、E M E 2 0、S u p 2 5 粗粒式级配曲线对比图F i g 2 7A C 0 2 5，E M E 2 0，S u p 2 5g

34、 r a d a t i o nc o n t r a s tc u r、，ef i g u r e从表2 7、表2 8、表2 9 以及图2 6、图2 7 中可以看出，本试验选择的试验级配是我国的A C 2 0、A C 2 5 中值级配，法国的E M E l 4、E M E 2 0 以及S u p 2 0、S u p 2 5级配。分别选择了三种粗粒式级配和三种中粒式级配进行试验对比分析。通过A C 2 0、E M E l 4、S u p 2 0 的中粒式级配曲线对比图以及A C 2 5、E M E 2 0、S u p 2 5 的粗粒式级配曲线对比图可以发现：A C 2 0、E M E l 4、

35、S u p 2 0 的中粒式级配中A C 2 0中值所含的细料最少，S u p 2 0 中值所含的细料次之，而E M E l 4 中值所含的细料最第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计多；A C 2 5、E M E 2 0、S u p 2 5 的粗粒式级配中S u p 2 5 所含的细料最少，A C 2 5 所含的细料次之，E M E 2 0 所含的细料最多。以上所选择的六种级配曲线在我国的沥青混凝土路面中应用广泛，因此具有一定的代表性。2 3 高模量沥青混凝土配合比设计沥青混合料配合比设计方法主要有马歇尔方法和S u p e r p a v e 方法两种，而用马歇尔方法进行沥青混合料的配合比设

36、计在我国使用广泛，并且是我国公路沥青路面施工技术相关规范推荐使用的方法，因此本试验决定采用和我国现行规范相一致的马歇尔设计方法进行高模量沥青混凝土配合比设计。马歇尔方法进行高模量沥青混合料的配合比设计时，考虑了沥青混合料的空隙特想以及密实度的相关要求，从而获得耐久性能较高的沥青混合料，而且在对高模量沥青混合料配合比进行设计研究时，由于添加了高模量添加剂，导致高模量沥青混合料的一些物理参数发生了改变，必须对实验数据进行进一步的分析研究，对试验参数做必要的调整，因此对高模量沥青混合料的配合比进行设计研究，可以促进高模量沥青混凝土在我国的进一步推广使用。高模量沥青混凝土在成型时采用双面七十五次的击实

37、次数，这和我国的相关规范相一致。，但是由于高模量添加剂的加入，造成高模量沥青混合料在拌和时，其拌和的温度以及击实温度都会对高模量添加剂产生一定的影响，如会影响高模量添加剂的可融性以及均匀分散性，因此有必要对拌和温度和击实温度进行进一步的分析研究。本试验决定考查参入高模量添加剂P RF L E X 的拌和温度以及15 5、1 6 0、1 6 5、1 7 0 这四种击实温度进行试验分析，通过对高模量沥青混合料的击实成型，各项物理、力学性能指标以及车辙试验的结果进行对比分析，从而得到合理的高模量沥青混凝土的拌和温度、击实温度，进行运用马歇尔试验方法确定高模量沥青混合料的最佳沥青用量。2 3 1 高模

38、量添加剂的添加步骤本试验采用的高模量添加剂是法国P R 公司生产的P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂，P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂的添加步骤如下：(1)首先将需要的集料倒入拌和器中加热至1 9 0。(2)按照沥青混合料总质量的百分比加入一定量的P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂，用0 s，1 5 s，3 0 s 进行干拌，并且在1 7 0 是加入一定量的沥青并进行仔细的观察，做相应的抽提试验，从而确定最佳的拌和时间。(3)得到最佳的拌和时间以后，对加入P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂的A C 2 0

39、、A C 2 5、E M E l 4、E M E 2 0、S u p 2 0、S u p 2 5 级配的高模量沥青混合第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计2 3料进行试验，并且将实验结果和不添加P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂的普通沥青混合料的试验结果进行分析对比，从而确定最佳的沥青用量。2 3 2 拌和时间的确定合理确定沥青混合料的拌和时间非常关键，它直接关系到沥青混合料的运输、摊铺以及碾压环节，影响着施工的速度。从施工的过程来看，拌和时间过短，沥青混合料不容易搅拌均匀，高模量沥青混合料的质量就不容易保证，但是如果拌和时间过程，出料就慢，造成生生产率降低，造成沥青针入

40、度的损失加快，加快了沥青的老化，这样会严重影响高模量沥青混凝土路面的路用性能，使沥青混凝土路面产生各种病害，因此在进行高模量沥青混凝土配合比设计时，必须确定合理的沥青混合料的拌和时间。在将加入0 7 的P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂，油石比为4 2 的高模量沥青混合料分别用0 s，1 5 s，3 0 s 进行干拌观察时，发现除了0 s 意外，其余的1 5 s，3 0 s的P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂颗粒分布均匀，添加一定量的沥青拌和后外挂没有较为明显的区别，拌和以后进行相应的抽提试验，抽提试验的矿料级配和沥青含量见表2 1 0 所示。根据抽

41、提试验结果数据我们可以看到，拌和的时间对矿料级配和沥青没有明显的影响，加入P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂对抽提油石比也几乎没有影响。但吖，是考虑到拌和时间对于混合料以及试验设备的影响，因此应该尽量选用尽可能短的拌和时间，本试验决定对5 s，1 0 s，1 5 s 的拌和进行重新试验观察，最终决定采用1 5 s 的干拌时间进行拌和。另外在进行干拌试验时发现，如果加入P RF L E X M o d u l e 高模量添加剂后没有进行及时的干拌，P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂就会融化并凝结成团，所以在添加P RF L E XM o d u l e

42、 高模量添加剂以后要进行及时的拌和。表2 1 0 抽提试验结果T a b l e2 10E x t r a c t i o nt e s tr e s u l t s、碗孔、2 6 51 91 61 3 29 54 7 52 3 61 1 80 60 30 1 50 0 7 5时献、O s1 0 09 8 19 0 67 8 86 0 74 8 33 0 52 1 71 3 91 0 27 76 51 5 s1 0 09 7 98 9 67 8 35 8 14 8 03 2 02 1 01 4 01 0 97 46 33 0 s1 0 09 7 18 8 17 6 45 5 64 6 12 9

43、 O2 0 11 2 79 47 36 02 4第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计2 3 3 高模量沥青混合料拌和温度P R F L E XM o d u l e 高模量添加剂的外形成颗粒状，试验过程中发现，P RF L E XM o d u l e 遇到高温环境容易凝结成团，P RF L E XM o d u l e l 7 5 到1 8 0 的环境下和集料干拌1 5 秒，可以使P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂迅速软化成为扁平状，这样P RF L E XM o d u l e 和周围的集料有着良好的相融性能，P RF L E XM o d u l e 分散比较均匀，

44、不会凝结成团。由于高温拌和对P RF L E XM o d u l e 的迅速软化有利，可以减少高模量沥青混合料的拌和时间，但是如果拌和温度太高，会造成沥青过早的老化变脆，会使沥青的粘结力减弱，严重影响高模量沥青混凝土的路用性能，因此通过试验对比分析，决定高模量沥青混凝土的拌和温度采用1 7 5。2 3 4 高模量沥青混凝土击实温度现场的压实温度严重影响着高模量沥青混凝土路面质量的好坏，在高温的环境下，沥青混凝土有着良好的流动性，这样比较容易碾压，使得高模量沥青混凝土路面的压实度增加，减小沥青混凝土路面的空隙率，使高模量沥青混凝土路面的路用性能增加。但是如果温度过高，就会造成沥青的早期老化，沥

45、青混凝土在碾压过程中会出现沥青老化变脆以及粘轮的情况，因此必须选择合理的击实温度，高模量沥青混凝土由于添加了高模量添加剂，高模量沥青混凝土的击实温度和普通沥青混凝土不同，因此本试验研究分析1 5 5、1 6 0、1 6 5 以及1 7 0 四种不同的击实温度对沥青混合料的密度、稳定度、空隙率、残留稳定度、剪切力等参数的影响情况，从而确定最佳的高模量沥青混凝土的击实温度。1 5 5、1 6 0、1 6 5 以及1 7 0 四种不同的击实温度下S u p 2 0 级配高模量沥青混凝土的各项物理力学性质指标见表2 1 1 所示。表2 1 l 不同击实温度下I-I M A C 各项物理力学性质指标T

46、a b l e2 1 1D i f f e r e n tc o m p a c t i o nt e m p e r a t u r eH M A Ca l lt h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a li n d e x e s击实温度1 5 5 1 6 0 1 6 5 1 7 0 密度(g，C m 3)2 3 62 4 52 4 32 3 9稳定度K N1 4 21 6 31 7 31 3 9空隙率()6 0 75 3 64 8 95 4 9剪切力K N1 1 21 2 01 3 51 1 8残留稳定度()9 0 09 4 69 6 29 5

47、4一第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计2 5一_图2 8 击实温度和密度关系图F i g 2 8C o m p a c t i o nt e m p e r a t u r ea n dd e n s i t yr e l a t i o n s h i pc l 删图2 1 0 击实温度和残留稳定度关系F i g 2 1OC o m p a c t i o nt e m p e r a t u r ea n dr e n m a n t ss t a b i l i t yr e l a t i o n s h i p图2 9 击实温度和稳定度关系图F i g 2 9C o m p a c

48、 t i o nt e m p e r a t u r ea n dd e g r e eo fs t a b i l i t yr e l a t i o nd i a g r a m图2 11击实温度和空隙率关系。寸F i g 2 11C o m p a c t i o nt e m p e r a t u r ea n da i rv o i dr e l a t i o n s h i p图2 1 2 击实温度和剪切力关系图F i g 2 1 2C o m p a c t i o nt e m p e r a t u r ea n ds h e a rf o r c er e l a

49、t i o n s h i pc h a r t从以上各图中可以看到，高模量沥青混合料的密度增加，稳定度先增大在减第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计小，空隙率呈现逐渐下降的趋势，在击实温度从1 6 2 (2 上升到1 6 7 的过程中，空隙率为4 5 到5 5 左右，并且在这个击实温度范围内碾压沥青混凝土，沥青混合料的空隙率变化不是很大，同时稳定度、剪切力以及残留稳定度在1 6 2 到1 6 7 范围内都达到了峰值，因此对以上击实温度和密度、稳定度、剪切力、残留稳定度以及空隙率的关系曲线进行综合对比分析，决定改高模量沥青混合料的最佳击实温度范围是1 6 2 到1 6 7。2 4 最佳沥青用量

50、确定2 4 1 步骤和确定方法结合国内外沥青混合料配合比设计的现有方法，根据我国的国情，采用我国公路沥青路面施工技术的相关规范推荐的马歇尔配合比设计方法，决定沥青的最佳用量O A C 采用O A C l 和O A C 2 的平均值进行确定。(一)成型试件合理的沥青用量首先根据A C 2 0 以及A C 2 5 选取的三种级配进行估计确定，沥青的用量采取上下变化0 5 的间隔制作五组试件，待五组试件完全冷却以后，分别测定这五组试件的物理、力学相关指标。(-)N 试试件的体积参数为了得到高模量沥青混合料最佳的沥青用量，以及试件成型后最佳的击实温度，严格控制试件的空隙率，需要对一下相关参数进行测定。