JSR改性沥青的应用研究报告.docx
- 文档编号:4400942
- 上传时间:2022-12-01
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:75.27KB
JSR改性沥青的应用研究报告.docx
《JSR改性沥青的应用研究报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《JSR改性沥青的应用研究报告.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
JSR改性沥青的应用研究报告
JSR改性沥青
的应用研究
江苏省交通科学研究院
2017年8月25日
目录
一、前言4
二、JSR改性剂与国产SBR改性剂路用性能的比较6
(1)感温性评定7
(2)高温性能9
(3)低温性能9
三、JSR改性沥青混合料路用性能的评价11
(1)石料的路用性能指标,密度和筛分试验11
(2)确定目标配合比和级配曲线12
(3)JSR沥青混合料马歇尔稳定度试验并确定最佳沥青用量14
(4)JSR沥青混合料高温稳定性16
(5)JSR沥青混合料低温抗裂性16
(6)JSR沥青混合料水稳定性17
四、SBR改性沥青混合料施工工艺18
(1)SBR改性沥青混合料的生产和拌和18
(2)SBR改性沥青混合料的运输19
(3)SBR改性沥青混合料的摊铺19
(4)SBR改性沥青混合料的碾压20
五、SBR改性沥青路面使用性能21
(1)修筑试验路21
(2)试验路路况调查21
六、SBR改性沥青在我省的适用性22
(1)技术性分析22
(2)经济性分析22
一、前言
随着公路建设的发展及社会经济水平的提高,行车对路面的要求也越来越高。
普通沥青混凝土路面已很难满足现代交通对沥青混凝土路面高、低温等方面的技术要求。
因此,近年来改性沥青技术在世界各地得到飞速的发展。
就我国及我省的情况来说,由于SBS改性设备的发展,聚合物、SBS改性沥青已得到广泛的使用。
从聚合物改性剂的性质来说,SBS和SBR与PE、EVA等改性剂相比更适合北方寒冷地区,因为SBS和SBR不仅可以改善沥青及沥青混合料的高温稳定性、水稳定性,而且可以改善沥青及沥青混合料的低温抗裂性质。
这是这两种改性剂的突出特点。
就SBS与SBR而言,SBR在改善沥青的低温抗裂性方面的效果更加突出,因此,利用SBR类改性剂修筑我省的改性沥青路面有着十分重要的意义。
通过试验研究解决SBR改性沥青的掺配工艺及技术要求,试验研究解决SBR改性沥青及其混合料的高、低温技术性质,对今后我省修筑SBR改性路面具有重要的参考意义。
改性沥青是近二十年来发展起来的新技术。
国内近十年来也开始大量使用改性沥青技术,各种不同的改性剂如:
SBS、SBR、SB、PE、EVA等都有不同程度的使用,其中,SBS使用的范围最广,使用量最大,其次是SBR,再次是PE、EVA等。
由于各种改性剂的路用性质不同以及使用方法的差异,限制了改性剂的应用,例如:
在缺少胶体磨或高速剪切设备的情况下,SBS改性沥青的使用受到了极大的限制。
随着高速剪切设备的大量普及,SBS改性沥青得到了大量的推广使用。
相对而言,SBR(氯丁胶乳)改性沥青虽然具有很好的高、低温路用性质,也不需要特殊的加工设备,但是由于以前的SBR中的水分占的比例较大,一般的SBR比较容易破乳,给施工带来很多不便,极大地限制了SBR的使用。
随着SBR的改进,SBR配制,无论是路用性质,还是施工性质都有了很大程度的改善。
因此,SBR在改性沥青中所占的比例已经开始逐渐上升。
本研究报告主要总结下列内容:
1.JSR改性剂与国产SBR改性剂路用性能的比较
2.JSR改性沥青混合料路用性能的评价:
(1)JSR改性沥青混合料的高温稳定性;
(2)JSR改性沥青混合料的低温抗裂性能;
(3)JSR改性沥青混合料水温稳定性能;
4.SBR改性沥青混合料施工工艺
5.SBR改性沥青路面使用性能
6.SBR改性沥青路面经济性
二、JSR改性剂与国产SBR改性剂路用性能的比较
这里所示JSR胶乳是日本国JSR株式会社生产的“路得”牌U系列胶乳,包括:
路得U-A、路得U-
和路得U-B。
它是根据沥青的不同组分选择不同改性剂的牌号,比如:
中东原油生产的壳牌沥青、南韩沥青应选择U-
改性剂,盘锦沥青应选择U-A改性剂。
从而达到较理想的改性效果。
由于沥青材料的感温性和高、低温性能与沥青路面的施工(如拌和、摊铺、碾压)和使用性能(如高温稳定性和低温抗裂性)都有着密切的关系,所以这里我们选用本省常用的盘锦沥青(大庆联谊110#)与日本国寒区常用的南韩SK-90#沥青作为基质沥青,首先把南韩SK-90#沥青分成三组,取其中两组分别掺入4%和5%的JSR胶乳对其改性,然后把大庆联谊110#沥青也分成三组,取其中两组分别掺入5%的JSR胶乳和国产SBR胶乳对其改性,对这六组试验沥青分别进行三大指标试验,根据试验结果(见下表),分析JSR改性沥青与国产SBR改性沥青在感温性和高、低温性能上的差别,以及两种不同基质沥青都用JSR胶乳改性后在感温性和高、低温性能上存在着的不同。
南韩SK-90#沥青掺4%和5%JSR(路得U-
)改性沥青试验结果
SK-90#沥青掺JSR试验结果
试验项目
原样沥青
掺4%JSR
掺5%JSR
针入度25℃
82.5
80.2
76.9
延度5℃
6.7
>150
>150
软化点℃
46.9
55.2
56.15
大庆联谊110#沥青掺5%JSR(路得U-A)改性沥青试验结果
大庆联谊110#沥青掺5%JSR改性沥青试验结果
试验项目
原样沥青
掺5%JSR
针入度25℃
105
85.78
延度5℃
39.5
>150
软化点℃
44.3
63.3
大庆联谊110#沥青掺5%SBR(国产)改性沥青试验结果
大庆联谊110#沥青掺5%SBR(国产)改性沥青试验结果
试验项目
原样沥青
掺5%JSR(国产)
针入度25℃
105
73
延度5℃
39.5
65
软化点℃
44.3
52
(1)感温性评定
南韩SK-90#沥青
原样:
针入度—感温性系数A=
=
=0.045针入度指数PI=
=-0.77659
掺4%JSR:
针入度—感温性系数A=
=
=0.033针入度指数PI=
=1.3044
掺5%JSR:
针入度—感温性系数A=
=
=0.03265针入度指数PI=
=1.3952
大庆联谊110#沥青
原样:
针入度—感温性系数A=
=
=0.0456针入度指数PI=
=-0.86679
掺5%JSR:
针入度—感温性系数A=
=
=0.025319针入度指数PI=
=3.239585
掺5%国产SBR:
针入度—感温性系数A=
=
=0.03851针入度指数PI=
=0.254676
通过比较上述不同改性沥青的针入度指数可以看出,日本国的JSR改性沥青的针入度指数要比国产SBR改性沥青的针入度指数高,这说明日本国的JSR改性沥青要比国产SBR感温性低。
同理,掺5%JSR大庆联谊110#沥青的感温性低于掺4%或5%JSR的南韩SK-90#沥青,这表明就感温性而言掺5%JSR大庆联谊110#沥青优于其它几种试验沥青。
(2)高温性能
通过比较上述试验沥青的软化点可以看出,用JSR改性的沥青软化点高于国产SBR改性沥青的软化点,这说明用JSR改性的沥
青比国产SBR改性沥青的高温性能好。
同理,掺5%JSR的大庆联谊沥青高温性能高于掺4%或5%JSR的南韩SK90#沥青,这表明就高温性能而言掺5%JSR大庆联谊沥青优于其它几种试验沥青。
(3)低温性能
这里我们假定沥青软化点时的针入度值为800(1/10mm)
则根据公式T1.2=
∵k=
∴T1.2=
=
=
南韩SK-90#沥青
原样:
T1.2=
=
=-15.8℃
掺4%JSR:
T1.2=
=
=-30.375℃
掺5%JSR:
T1.2=
=
=-30.21℃
大庆联谊110#沥青
原样:
T1.2=
=
=-17.09℃
掺5%JSR:
T1.2=
=
=-48.23℃
掺5%SBR:
T1.2=
=
=-21.33℃
通过比较上述试验沥青的当量脆点T1.2可以看出,用JSR改性的沥青脆点T1.2低于国产SBR改性沥青的脆点T1.2,这说明用JSR改性的沥青比国产SBR改性沥青的低温性能好。
同理,掺5%JSR的大庆联谊沥青低温性能好于掺4%或5%JSR的南韩SK90#沥青,这表明就低温性能而言掺5%JSR大庆联谊沥青优于其它几种试验沥青。
综上所述,用JSR改性的沥青不仅在延度上比国产SBR改性沥青性能优越,其感温性、高低温性能都明显优于国产SBR改性沥青。
不仅如此,研究还发现用JSR改性后的大庆联谊110#沥青各项性能优于JSR改性的南韩SK-90#沥青。
所以我们选择JSR改性的大庆联谊110#沥青作为后面混合料试验和试验路所用沥青。
三、JSR改性沥青混合料路用性能的评价
根据试验路所用的石料为牡丹江的夏崴子采石场生产的玄武岩碎石。
因此,JSR沥青混合料试验也是用夏崴子石料进行试验。
(1)石料的路用性能指标,密度和筛分试验
夏崴子玄武岩碎石各项路用性能指标试验
石料试验结果
石料名称
玄武岩(多孔)
抗压强度(Mpa)
1
2
3
平均
88.0
98.4
112.8
99.7
石料等级
3级
酸碱性(SIO2)
52.8%(中性偏碱)
粘附性
3级
视密度(kg/m3)
2800
2760(石料有孔)
吸水率(%)
1.40%
磨耗值
8.90%
磨光值BPN
44
夏崴子玄武岩碎石及所用砂、矿粉的密度
筛孔尺寸
1-2cm
0.5-1cm
0.5cm以下
砂
矿粉
密度(g/cm3)
2.879
2.885
2.982
2.637
2.698
夏崴子玄武岩碎石及所用砂、矿粉的规格及筛分结果
筛孔
1-2cm
0.5-1cm
0.3-0.5cm
0-0.3cm
砂
矿粉
19
98.96
100
100
100
100
100
16
92.06
100
100
100
100
100
13.2
62.28
100
100
100
100
100
9.5
10.4
99.56
100
100
100
100
4.75
0
12.15
95.74
99.84
95.24
100
2.36
0
0.41
0.97
99.04
91.54
100
1.18
0
0
0.02
73.6
78.4
100
0.6
0
0
0
33.8
48.84
100
0.3
0
0
0
17.36
21.46
99.9
0.15
0
0
0
10.25
6.91
98.82
0.075
0
0
0
5.23
2.03
80.76
(2)确定目标配合比和级配曲线
根据绥满连接线沥青混合料的设计要求,我们选择了近年来我省常用的AC-16
黑龙江调整型级配,级配范围和级配曲线如下表:
AC-16I(黑龙江调整型)级配曲线
筛孔
1-2cm
0.5-1cm
0.3-0.5cm
0-0.3cm
砂
矿粉
掺和后
下限
上限
19
98.96
100
100
100
100
100
99.7
100
100
16
92.06
100
100
100
100
100
97.4
95
100
13.2
62.28
100
100
100
100
100
87.6
78
90
9.5
10.4
99.56
100
100
100
100
70.3
65
76
4.75
0
12.15
95.74
99.84
95.24
100
44.0
42
56
2.36
0
0.41
0.97
99.04
91.54
100
31.0
30
38
1.18
0
0
0.02
73.6
78.4
100
25.8
20
28
0.6
0
0
0
33.8
48.84
100
16.7
12
20
0.3
0
0
0
17.36
21.46
99.9
11.0
8
16
0.15
0
0
0
10.25
6.91
98.82
8.2
6
12
0.075
0
0
0
5.23
2.03
80.76
5.8
4
8
配合比
33
25
10
13
13
6
100
(3)JSR沥青混合料马歇尔稳定度试验并确定最佳沥青用量
选用大庆联谊110#沥青作为基质沥青,其原因有二:
1、通过对前面几组改性沥青的试验,掺JSR胶乳后大庆联谊110#沥青在路用性能上要好过其他几组试验沥青;2、大庆联谊沥青提炼于盘锦欢喜岭油田,与目前我省使用较多的盘锦沥青为一个油田,各项技术指标非常接近。
确定了基质沥青后,需要进行室内JSR胶乳的掺配工作。
根据要求的JSR胶乳总固物的含量,按比例缓慢地向热沥青(大庆联谊110#)中加入JSR胶乳,掺加JSR胶乳的速度以不产生“溢锅”现象为宜;JSR胶乳加完后,应继续保温搅拌,待搅拌均匀后就制备成了JSR改性沥青,便可进行沥青混合料各项试验。
值得注意的是在进行马歇尔试验时,试件得脱模温度比一般沥青应高10℃左右。
马歇尔试验结果(见下页表格)
确定最佳沥青用量
根据AC-16I型马歇尔稳定度实验结果,按照《沥青路面施工及验收规范》的要求,最佳沥青用量的确定过程如下:
●密度最大值的沥青用量:
a1=5.1%
●稳定度最大值的沥青用量:
a2=5.25%
●规定空隙率范围中值的沥青用量:
a3=4.6%
OAC1=(a1+a2+a3)/3=4.983%
●流值:
最小值4.0最大值5.6
●空隙率:
最小值4.20最大值5.8
●饱和度:
最小值4.3最大值5.4
OACmin=4.3OACmax=5.4
OAC2=(OACmin+OACmax)/2=(4.3+5.4)/2=4.85%
●综合确定最佳沥青用量:
OAC=(OAC1+OAC2)/2=4.916%
●实际取用:
OAC=5.0
当沥青用量为5.0%时,其混合料的各项技术指标见表
AC-16I黑调沥青混合料技术指标汇总表
OAC=5.0
对应的各项技术指标
要求
备注
稳定度(KN)
10.53
大于7.5
满足
流值(0.1mm)
33.5
20~40
满足
空隙率(%)
2.81
按2~5控制
满足
饱和度(%)
80.3
70~85
满足
密度
2.53
满足
(4)JSR沥青混合料高温稳定性
沥青路面的车辙问题是世界各国普遍关注的路面损坏形式之一。
特别是近年来,交通量显著增大,重车及超载车辆数增加,道路渠化的现象越来越受到重视,使沥青路面的车辙问题日益严重。
沥青混合料高温稳定性是指混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力,沥青混合料在行车荷载重复作用下,会由于永久变形的积累而导致路表面出现车辙。
本研究主要采用车辙试验评价JSR改性沥青混合料在高温时的稳定性。
其试验结果如下表:
鸡牡试验路大庆联谊110#改性沥青(JSR)混合料车辙试验
试件
编号
沥青
用量
(%)
密度(g/cm3)
试验
次数
(次/mm)
平均值
标准
偏差
离差
系数
规范
要求
(次/mm)
备注
设计密度
实际密度
Q1
5%
2.53
2.538
4700
5255.33
1039.89
19.79%
>3000
满足要求
Q2
2.529
4611
Q3
2.542
6455
从试验结果可知,JSR改性沥青混合料的动稳定度完全满足规范要求,这说明JSR改性沥青混合料的高温稳定性性能良好。
(5)JSR沥青混合料低温抗裂性
我省位于北方寒冷地区,冬季寒冷,早晚温差大是造成我省沥青路面开裂的主要原因,《公路改性沥青施工技术规范》中规定,采用低温弯曲试验的破坏应变指标作为改性沥青的低温抗裂性能试验指标,因此有必要对JSR沥青混合料进行低温弯曲试验,试验结果如下表:
大庆联谊110#改性沥青(JSR)混合料小梁弯曲试验结果
试验温度(℃)
加载速率(mm/min)
破坏强度(Mpa)
破坏应变
破坏劲度(Mpa)
-10
1
8.2
3100x10-6
2645
(6)JSR沥青混合料水稳定性
本研究用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价JSR改性沥青混合料的水稳定性。
浸水马歇尔试验通过浸水前后沥青混合料的马歇尔稳定度比来评价沥青混合料的水稳定性;冻融劈裂试验通过冻融前后沥青混合料的劈裂强度比来评价沥青混合料的抗水稳定性能力。
浸水马歇尔试验
JSR沥青混合料浸水马歇尔稳定度试验结果
混合料
类型
浸水时间(h)
实际
密度
(g/cm3)
理论
密度
(g/cm3)
空隙率
(%)
沥青
饱和度
(%)
流值
(0.1mm)
稳定度
(KN)
残留稳定度
级配
石料
AC-16I黑龙江调整
夏崴
48
2.54
2.615
3.384
78.491
38.1
9.27
88%
0.5
2.53
2.815
81.906
33.5
10.53
冻融劈裂强度试验结果
JSR沥青混合料冻融劈裂残留强度试验结果
材料
指标
AC-16
JSR改性沥青
劈裂强度(Mpa)
1.13
冻融劈裂强度(Mpa)
1.07
残留强度(%)
94.69
规范要求(%)
>70
从试验结果可知,JSR改性沥青混合料的浸水马歇尔试验的残留稳定度和冻融劈裂试验的残留稳定度均大于《公路改性沥青施工技术规范》中规定的80%,所以用JSR胶乳改性的沥青混合料具有很好的水稳定性。
四、SBR改性沥青混合料施工工艺
(1)SBR改性沥青混合料的生产和拌和
在拌和机热拌沥青混合料时,有两种方法可以向混合料内加入SBR胶乳。
第一种方法是将预先掺配好的SBR改性沥青贮存在拌和机的沥青贮存罐内,在生产过程中通过喷油嘴向热料喷洒SBR改性沥青。
第二种方法是通过管道把基质沥青(大庆联谊110#)与SBR胶乳同时直接喷洒在热集料中,再拌和均匀。
当采用第二种方法进行拌和生产时,由于胶乳粘度大、宜挂壁、结块、堵塞管道,造成计量不准,需随时进行标定。
标定时可在胶乳喷管头部连接一根旁通管,改换一下节门,用容器接装一次喷射的胶乳量并称重,不符合要求时,可适当调整胶乳喷射时间,若不能解决问题,则必须对管道进行清理,以满足对胶乳喷射量的要求。
改性沥青混合料的温度应控制在175℃-180℃之间;矿料加热温度在195℃左右;改性沥青的温度应控制在170℃左右;当混合料温度超过195℃时,混合料应予废弃。
拌制的混合料应均匀一致、无花白料、无结团成块或严重的粗细料分离现象,不符合要求不得使用。
混合料不得在储料仓中储存过夜。
(2)SBR改性沥青混合料的运输
JSR改性沥青混合料应采用大吨位自卸车运输,为防止沥青与车厢板粘结,车厢侧板和底板可涂一薄层油水混合液(柴油与水比例为1:
3),但不得有余液积聚在车厢底部。
为了保证摊铺温度,必要时运输可采取加盖占布等切实可行的保温措施。
为了保证连续摊铺,开始摊铺时,现场待卸料车辆不得少于5辆。
在卸料时,运输车辆不得撞击摊铺机,如有可能最好采用间接输送的办法,以保证摊铺出的路面的平整度。
(3)SBR改性沥青混合料的摊铺
摊铺前必须将工作面清扫干净,如用水冲,必须晒干后才能进行摊铺作业。
如下层路面已经过行车碾压,摊铺前须洒粘层油,用量为0.4L/m。
改性沥青混合料必须采用机械摊铺,在摊铺前应检查确认下层的质量,质量不合格时,不得进行铺筑作业。
作业的摊铺机必须具有自动或半自动调节厚度及找平的装置,必须具有振动熨平板或振动夯等初步压实装置,摊铺幅面为全幅型。
混合料摊铺温度宜为170℃左右,底于150℃温度的混合料禁止使用。
混合料的松铺系数应根据实验段的数据来确定,一般按1.25左右掌握。
摊铺过程中应随时检查摊铺层厚度及路拱、横坡,达不到要求时,立刻进行调整。
(4)SBR改性沥青混合料的碾压
改性沥青混合料因其固有的特性,要求必须使用不低于10T双钢轮振动压路机进行碾压,振动后总效率应在15T以上。
碾压温度不得低于140℃。
混合料的碾压按初压、复压二阶段进行,压路机应以≯5Km/小时的速度进行均匀碾压。
初压应在热料摊铺,达到可碾压长度后随即进行,初压温度不得低于160℃,压路机以静碾状态由低处向高处碾压一遍。
复压应在初压完成后紧接着进行,压路机以高频率小振幅的振动状态碾压4遍(实验段施工时可予调整),使混合料压实度不小于理论密度的95%或马歇尔密度的98%。
为了防止混合料粘轮,应在钢轮表面均匀洒水,但要防止过量洒水引起混合料温度的骤降。
压路机碾压时相临碾压带应重叠1/3-1/2轮宽。
要将驱动轮面对摊铺机方向,防止混合料产生推移。
压路机的启动、停止必须减速缓慢进行。
为了防止沥青路面表面透水(压实不足)或构造深度过小(压实过大),碾压工作中应密切注意路表情况。
五、SBR改性沥青路面使用性能
(1)修筑试验路
2002年8月20日,在鸡牡公路绥满连接线(Ⅱ级路)上修筑了400mJSR改性沥青试验路。
所用沥青混合料配合比AC-16I黑龙江调整型即为鸡牡公路实际使用的生产配合比。
(2)试验路路况调查
2003年1~3月份对试验路进行了冬季观测。
2003年7~8月份对试验路进行夏季观测。
经调查发现,路面整体状况良好,无明显的车辙、坑槽,在400m的试验路上除横向裂缝外没有纵向裂缝和网裂,而横向裂缝大仅有16条,平均每50米只有2条横向裂缝。
裂缝的长度不长,经分析这些横向裂缝基本都是沥青面层温度收缩性裂缝。
试验路路面平整度仍然很好,路表粗糙度很高,没有发生泛油现象,说明路面的舒适性和抗滑性能都很好。
六、SBR改性沥青在我省的适用性
(1)技术性分析
(2)经济性分析
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- JSR 改性沥青 应用 研究 报告