240mm ; 荷载波形为半正失波 ; 荷载频率为 10Hz ; 试
验温度为 20 ℃, 加载方式为中间加载 ; 控制方法为
控制应力的加载方式 ; 试验设备为美国 MTSΟ810 测试
系统 。疲劳试验结果见表 6 。表 6 中 , 应力水平代表
相对于最大弯拉强度的倍数 。疲劳方程为 : Nf = k (1Πσ) n 式中 : Nf 为疲劳次数 , 1Πσ为应力比 。
白炭黑改性沥青及其混合料的路用性能研究
张兴友 , 谭忆秋 , 王哲人
(哈尔滨工业大学交通科学与工程学院 , 黑龙江 哈尔滨 , 150090)
摘要 : 白炭黑是一种精细化工新产品 , 将其掺配在沥青中 , 可以做为沥青的改性剂 。本文通过白炭黑改性沥青及其混 合料路用性能试验 , 表明白炭黑能够改善沥青的高温 、低温和抗老化性能 ; 而且白炭黑改性沥青混合料能够显著提高 其高温性能 、低温性能 、水稳定性和抗疲劳性能 , 具有良好的路用性能 。白炭黑是一种很好的改性剂 。 关键词 : 白炭黑 ; 改性沥青 ; 混合料 ; 路用性能 中图分类号 : U414 文献标识码 : A
表 6 硅藻土改性沥青混合料疲劳试验结果
混合料 弯拉强 应力 应力水 疲劳寿 类型 度ΠMPa 比 平ΠMPa 命Π次
第 22 卷 第 7 期 2005 年 7 月
公 路 交 通 科 技 Journal of Highway and Transportation Research and Development
Vol122 No17 J ul12005
文章编号 : 1002Ο0268 (2005) 07Ο0023Ο03
表 3 白炭黑改性沥青混合料高温车辙试验结果表
混合料类型 白碳黑改性 基质沥青
动稳定度平均值Π次·mm - 1 1940 550
从表 3 可以看得出 , 白炭黑改性沥青混合料的动 稳定度为 1940 次Πmm , 远远高于 ACΟ16 Ⅰ型的 550 次Π mm , 表明经白炭黑改性后能够显著提高沥青混合料 的高温稳定性 。 213 低温抗裂性试验研究
(3) 薄膜烘箱 ( TFOT) 后可以看出 , 秦皇岛沥 青经白炭黑改性后 , 其质量损失减少 , 针入度比增 大 , 说明其抗老化性能得到了改善 。
2 白炭黑改性沥青路用性能试验研究
211 试件的制作与成型方法 本次试验采用黑龙江省徐树生石场石料 , 级配类
型为 ACΟ16 Ⅰ, 利用制成的白炭黑改性沥青 , 做成马 歇尔试件 , 确定最佳沥青用量后 , 进行改性后路用性 能试验 。 212 高温稳定性试验研究
从表 2 以得出如下结论 : (1) 秦皇岛沥青经白炭黑改性后 , 表现为针入度 降低 , 软化点升高 (升高 8 ℃) 。 (2) 针入度随指数 PI 升高 , 说明秦皇岛沥青经 白炭黑改性后其温度敏感性降低 。
收稿日期 : 2004Ο09Ο20 作者简介 : 张兴友 (1965 - ) , 男 , 吉林长春人 , 博士研究生 , 研究方向为道路结构与材料工程 1 (1965zxy @1631con)
混合料类型 抗弯拉强度ΠMPa 破坏应变Πμε 弯曲应变能Πkj·m - 3
白碳黑改性
1014
759
1255
基质沥青
817
914
1158
从应变指标来评价白炭黑改性沥青的低温性能 , 白炭黑改性沥青的低温性能不如基质沥青 。从极限弯 拉强度评价 , 白炭黑改性沥青的低温性能好于基质沥 青 ; 用应变和强度分别来评价 , 往往得出的结论是相 互矛盾的 。主要的原因是应变反映了变形能力 , 而混 合料出现裂缝是一个综合原因造成的 。
采用低温弯曲试验来检验混合料的低温稳定性 能 。低温弯曲试验 : 通过测定沥青混合料小梁弯曲应 变能来评价沥青混合料的低温抗裂性 。试验温度为 -
10 ℃, 试件尺寸为 40mm ×40mm ×250mm ; 加载速率 为 1mmΠmin ; 试验仪器美国 MTSΟ810 系统 。结果见表 4。
表 4 白炭黑改性沥青混合料低温弯曲试验结果表
表 2 改性沥青前后技术指标测定结果表
试验项目
白炭黑改性沥青 基质沥青
针
(15 ℃,100g ,5s) Π011mm
入 (25 ℃,100g ,5s) Π011mm
度
(30 ℃,100g ,5s) Π011mm
延度 (15 ℃) Π5cm·min - 1
延度 (5 ℃) Π5cm·min - 1 软化点Π( ℃)
沥青混合料的强度和变形是路面结构重要技术参 数 , 但在衡量沥青混合料性质时仅考虑材料的强度参 数和变形特性 , 这对于沥青混合料评价是不利的 。这 是因为在低温条件下 , 要想获得好的沥青混合料技术 性能 , 就必须有较高的强度和较大变形 , 但这二者对 材料来说 , 不可能同时增大 , 这就说明不能采用单一 指标来评价沥青混合料的技术性能 , 即不能说沥青混 合料在低温时破坏强度大 , 或者应变大 , 其低温抗裂 性就好 。因此 , 寻找一种能反映强度和变形的综合技 术参数是必要的 。弯曲应变能密度是应力与应变的综 合反映 , 一般来说 , 弯曲应变能密度越大 , 则沥青混 合料破坏时所需的能量越大 , 沥青混合料的低温性能 越好 。
0 前言
1 白炭黑改性沥青技术性能
白炭黑学名沉淀水合二氧化硅 ,是一种精细化工产 品 ,主要成份为 SiO2 。主要用作橡胶的补强剂及填充 剂 ,能改善橡胶制品的抗拉强度、抗撕裂性和耐磨性。 根据白炭黑的特点 ,能否用于改性沥青 ,改性沥青混合 料的性能如何 ,这是本文所关心的内容。因此将白炭黑 掺入沥青中 ,制成改性沥青 ,与未改性的沥青进行对比 , 以确定白炭黑的路用性能的优劣 。本次实验采用通化市 双龙化工有限公司生产的白炭黑 ,其基本性能见表 1。
沥青混合料在高温下为弹性体 , 劲度较小 , 在渠 化交通下 , 容易产生车辙 、推移和变形 , 从而影响沥 青路面的使用性能 。对改性沥青混合料最大的的期望 是提高高温抗车辙能力 , 我国把车辙做为评价高温性 能指标的重要依据 。因此本研究用 60 ℃车辙试验进 行沥青混合料高温稳定性的评价 。试验结果见表 3 。
从试验结果可以看出 , 白炭黑改性沥青混合料弯 曲应变能大于基质沥青 , 可以说明白炭黑改性沥青的 低温性能有了明显改善 。 214 水稳定性试验
沥青路面在水与车辆同时作用下 , 易引起沥青和 石料界面粘附性降低 , 并导致剥落 、掉粒 、松散 、坑 槽等破坏 。这是沥青路面的主要破坏形式之一 , 尤其 在雨后及春融期 , 对路面危害十分严重 , 这就对沥青 混合料提出更高要求 。沥青路面的水稳定性与许多因 素有关 , 主要有沥青与石料的性质 、水 、温度 、荷载 等 。按照部颁标准《公路沥青及沥青混合料试验规 程》的规定 , 采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂强度试 验两种方法来检验沥青混合料的水稳定性 , 用浸水残 留稳定度 (MS) 和冻融劈裂强度比 ( TSR) 来评价沥 青混合料的水稳定性 。按照 J TJ052Ο2000《公路沥青 及沥青混合料试验规程》的要求成型试件 。对于浸水 马歇尔试验 , 采用正反击实 75 次的圆柱体试件 , 试 验结果见表 5 。
针入度指数
老化后量损失Π%
老化后 (25 ℃) 针入度Π011mm
老化后延度 (15 ℃) Π5cm·min - 1
老化后延度 (5 ℃) Π5cm·min - 1 老化后软化点Π( ℃)
针入度比Π%
18 55 87 43 4 54 - 1100 1148 37 11 2 60 66
25 85 153 202 15 46 - 1167 11 50 50 5 60 58
Study o n Performance of Silica Mo dified Asp halt and Its Mixture
ZHANG XingΟyou , TAN YiΟqiu , WANG ZheΟren (School of Science and Engineering on Communication , Harbin Institute of Technology , Herlongjian Harbin 150090 , China)
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第 7 期 张兴友 , 等 : 白炭黑改性沥青及其混合料的路用性能研究 25
表 5 水稳定性试验结果表
混合料 浸水前 类型 稳定度
ΠkN 白炭黑改性 12178 基质沥青 13147
MS 浸水后 稳定度
ΠkN 12110
10103
浸水残 留稳定 度Π%
9416
7415
未冻融 劈裂强 度ΠMPa
10103
10105
TSR 冻融后 劈裂强 度ΠMPa
8162
9104
冻融劈 裂抗拉 强度比 %
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24 公 路 交 通 科 技 第 22 卷
Abstract : Silica is a kind of fine chemical product which can be served as a modifier of asphalt when blended into asphalt1The results of the performance experiment of SiO2 modified asphalt and its mixture indicate that SiO2 can improve performance of asphalt of high tempera2 ture ,low temperature and antiΟageing asphalt as well ,and SiO2 modified asphalt mixture can distinctly enhance performance of high tempera2 ture ,low temperature ,water stability and antiΟfatigue of mixture1So it is a perfect modifier in terms of road application performance1 Key words : Silica ; Modified asphalt ; Mixture ; Performance