新型沥青添加剂TPS的性能

第6卷第4期交通运输工程学报Vol.6 No. 42006年12月Journal of Traffic and Transportation EngineeringDec. 2006文章编号:1671-1637(2006)04-0036-05新型沥青添加剂TPS的性能张锐,黄晓明,侯曙光(东南大学交通学院,江苏南京210096)摘要:为了了解新型添加剂TPS的路用性能,进行了不同TPS掺量的沥青胶结料的针入度试验、软化点试验、稠度试验延度及测力延度试验、弹性恢复试验及弯曲蠕变试验、直接拉伸试验,对加入TPS添加剂后的沥青混合料,进行了车辙试验、弯曲破坏试验、疲劳试验和冻融劈裂试验,并与SBS改性沥青混合料的部分试验结果进行了对比。结果表明添加TPS后,沥青胶结料的感温性、高温性与低温性及沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性和水稳定性都得到了较大程度的提高,添加TPS沥青混凝土具有良好的路用性能。关键词:路面工程;添加剂;TPS;路用性能中图分类号:U414文献标识码: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.如何提高沥青路面的使用性能已经成为广大道路工0引言作者的重要课题。通过-定工艺,在沥青中加人一至2004年底,中国高速公路总长度已达到定剂量和种类的添加剂，能显著改善道路沥青的某3.4X10* km,随着日益增长的交通量、车辆大型化些性能,有些添加剂甚至对沥青混合料的几乎所有及重载车的不断增加,交通对路面的要求越来越高，性能中国煤化工合料中加入添加剂收稿8期:2006-05-04^TYHCNMHG基金项目:江苏省公路科学研究计划项目(04Y022)作者简介:张锐(1981-),男 ,山东高唐人,东南大学工学博士研究生,从事路面结构设计与材料研究。导师简介:黄晓明(1963-),男,江苏常州人,东南大学教授。第4期张锐,等:新型 沥青添加剂TPS的性能对提高沥青路面的使用性能,延长路面的使用寿命，表1软化点具有十分重要的意义。TPS (全称TAFPACK-Su-Tab. 1 Softening pointsper)是一种专为排水性沥青路面而生产的沥青改掺量/% 1512 9_63良添加剂,以热塑性橡胶为主要成分,再配以粘结性软化点/心>80.0>80.0 78.950.849.0 48.4树脂和增塑剂等其他成分,用机械搅拌混合方式能人TPS添加剂后软化点也得到了提高,并随着改性使普通沥青改良成为排水性沥青路面用的高粘度粘剂掺量的增加而升高,掺量较高时软化点大于结剂。本文主要通过沥青胶结料性能试验和沥青混80.0C,说明改性后沥青具有良好的高温性能。合料性能试验对TPS路用性能进行研究。1.3 15与5 C延度及测力延度延度及测力延度[3]试验结果见图2、3。对于1加入TPS的沥青胶结料性能15C延度,掺入TPS后,延度随着掺量的增加而减本次试验所采用的沥青为70#基质沥青。TPS小,但是在拉伸过程中可以明显感觉到拉力变大;对采用的拌和方法为手动搅拌,先少量加入沥青,比所于5C延度,延度增加比较明显,测力延度试验中所定量的改性剂量稍多- .点，加热搅拌,直到完全熔测定的功也随着掺量的增加而增加;低温延度与低化,然后再继续添加少量沥青,继续搅拌,这样逐渐温开裂性能关系密切,不仅延度增大,而且拉力变边搅拌边把所定量的沥青加完。考虑到TPS拌和大,抵抗低温开裂的能力得到增强。过程较长,改性沥青制作过程中基质沥青会有一定程度的老化，因此,为了避免这种影响，按改性沥青E 100的制作工艺将基质沥青采用相同的方法、相同的时间进行模拟加工,并与改性沥青进行对比。本文选03691215定5个掺量:3%.6%、9%、12%及15%与基质沥青TPS掺量/%TPS掺量%(以0表示)进行对比试验。图2延度变化图3测定功变化.1.1针入度指标Fig.2 Change of ducility Fig.3 Change of test energy根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-1.4弹性恢复性能2004)的规定,选用5个适宜的温度(本研究中采用弹性恢复试验结果见表2。加入TPS后,弹性15、20、25、30.35 C)测定针人度指数,并且要求相恢复性能有了很大提高,当掺量达到一定程度后,弹关系数不低于0. 991。根据文献[2],针人度及针性恢复都能达到100% ,表明加入TPS后沥青胶结人度指数的试验结果见图1。料具有良好的自愈性,抗变形能力得到提高。表2弹性恢复性能Tab.2 Elastic recovery performance0.5掺量/% .112B 40F弹性恢复能力/% 100100| 9555003.6912151.5 劲度模量本文在试验[时采用的是未经RTFOT及图1 针人度及针人度指数PAV后的沥青,试验温度为-12和-18 C,试验结Fig. 1 Penetrations and penetration index果见图4。随着TPS掺量的增大,劲度模量逐渐减由图1可以看出,与老化后的基质沥青相比，小，沥青胶结料的低温性能得到增强。TPS加入后沥青的25、30 C针入度都有不同程度1.6破坏拉伸 应变的降低,并且随着改性剂掺量的增加而减小，但是对加入TPS的沥青胶结料进行-6、- - -12、- -18 C .15 C针入度却略有增加,这-点将在1.6中进行说' :am. min 1 ,试验结明;沥青的针入度指数明显增大,掺量较高时针人度果见MH中国煤化工万青胶结料的破坏指数也较大,表明沥青感温性得到改善,高温性能得拉伸CNMHG,破坏拉伸应变也到增强。在增大,表明低温抗裂性能得到增强。1.2软化点1.7 稠度不变温度根据文献[2]进行软化点试验,结果见表1。加根据针人度制作出TPS改性沥青的诺谟图,见38交通运输工程学报2006年402加入TPS沥青混合料性能2001.52.1所用 原材料性质郫1001.00.sL集料技术性质见表3,矿粉指标见表4。0.3691215369121表3玄武岩技术性质TPS掺量/%Tab.3 Property of basalt图4劲度模量变化图5破坏应变变化性能指标试验指标规范要求Fig. 4 Change of sifnessFig. 5 Change of damage表观相对密度2. 90≤≥2. 60modulusstrain石料压碎值/%10.5≤26图6。通过诺谟图计算得出TPS的稠度不变温度大致为17C。对华北地区而言,沥青路面的温缩裂洛杉矶磨耗损失/%13.5≤28缝发生时,沥青面层的温度大体上在5~10 C,TPS .针片状含量/%.5≤15吸水率/%1.0≤2.0对减少温缩裂缝效果比较好,尤其对于路面温缩裂缝发生温度比较低的地区,TPS应该能起到更好的表4石灰岩矿粉技术性质Tab. 4 Property of basalt powder防裂效果。温度/C表观密度/(kg.m~2) .2 830≥2 500H 90 110 130 150含水量/%0.5≤120粒度范围小于0.600 mm含量/%|100.01001粒度范围小于0.150 mm含量/%|99.190~100粒度范圈小于0. 075 mm含量/%98.070~ 100外观无团粒结块亲水系数0.50<1塑性指数/%2<4加热安定性不变质实测记录-40 -202.2沥青 混合料配合比设计)20406080沥青混合料的配合比设计采用马歇尔试验设计图6TPS改性沥青诺谟图方法，即通过试配法确定混合料的矿料配合比,并通Fig. 6 Nomogram of TPS modified asphalt过马歇尔试验判断矿料级配的合理性,并确定混合1.8 稠度料的最佳油石比。根据加入TPS添加剂后的沥青作为沥青粘稠性12r胶结料性能试验及厂家的产品说明,确定TPS的最能指标之一的稠度,同台终掺量为改性沥青的12%。矿料级配采用AC-13,样可以用来反映沥青X见表5,油石比为4. 9%。的感温性[1，稠度试验属2.3高温稳定性结果见图7。加入TPS沥青混合料高温性能试验的方法很多,本研究后,沥青胶结料的稠度中采用车辙试验。车辙试验结果与实际路面车辙有有了较大增加,表明高图7 45 心稠度的变化极好的相关性[5。根据试验规范进行车辙试验,试Fig. 7 Change of consistency温性能得到较大改善。验温度为60C ,车轮行走速度为42次●min-1,荷at45 C表5沥青混合料级配.Tab. 5 Gradations of asphalt mixture通过下列筛孔/mm中国煤化工级配类型16. 00013. 2009. 5004.7502. 360YHCNMHG0.1500. 075AC-131065~8538~6824~5015~3810~287~205~154~8设计级配9670421168第4期张锐,等:新型 沥青添加剂TPS的性能39载应力为0.7MPa,试验时间为60min[2],试验结果表8弯曲应变能见表6。加入了TPS添加剂后,动稳定度有了较大Tab. 8 Bending strain energies的增加,变形量有了较明显的减小，沥青混合料的抗试验样本基质沥青混合料加入TPS沥青混合料SBS沥青混合料车辙能力得到了较大的加强,表明高温稳定性得到弯曲应变能/(N.m)| 0. 1090.2100. 252了较大的提高。能增强,SBS的弯曲应变能最大,抗裂性能最好。表6沥青混合料的动稳定度2.5抗疲劳性能Tab. 6 Dynamic stabilities of asphalt mixtures本文主要使用应变控制的荷载模式与UTM试基质沥青加TPS添加剂SBS改性沥青验机进行疲劳试验，三分点加载,试件尺寸为变化参数:混合料|的沥青 混合料混合料50.0mmX63.5mmX381.0mm,试验温度为动稳定度/(次●mm~1)| 128057204 08015 C ,微应变采用400,泊松比采用0. 25,采用应变变形量/mm18. 52.22.5控制模式测定试件劲度降到初始劲度50%的荷载2.4低温抗裂性循环次数,试验结果见表9.本文采用试验温度为-10 C士0.5 C,加载速表9疲劳寿俞率为50 mm. min~1 ,试验结果见表7。加入TPSFatigue Hives后,抗弯拉强度和最大弯拉应变都有较大程度的提基质沥青加 TPS后的SBS改性沥青沥青混合料高,表明加入TPS后的沥青混合料具有较好的低温抗裂性能,SBS的改善效果最大。疲劳寿命/次86 500754 705292 080表7弯曲破坏试验结果由表9可见,加人TPS添加剂后,沥青混合料Tab.7 Result of bending beam damage的疲劳寿命有了极大的增加,达到了基质沥青的9沥青混合料种类抗弯拉强度/MPa| 最大弯拉应变倍,与SBS改性沥青混合料相比也提高了2倍多，基质沥青混合料7.840. 001 034抗疲劳性能有了很大的提高,可以有效地延长路面加入TPS后的沥青混合料10. 640. 001 366的使用寿命。SBS改性沥青混合料10. 300. 001 8952.6水稳定性能强度和变形是路面结构的重要技术参数，但在本文采，用冻融劈裂试验([-10],根据试验规范进衡量沥青混合料的性质时仅考虑强度或变形，对混行沥青混合料水稳定性试验,结果见表10。加入合料的路用性能是不利的。每种沥青混合料都具有TPS添加剂后,沥青混合料的劈裂强度比增大,表一定的能量储存能力，这个储存容量可直接用试验明加人TPS后,沥青混合料的水稳定性能得到了较的方法确定，在这里称之为破坏能。沥青混合料试大的提高,抗水损害能力有了较大的增强。表10水稳定性试验结果件破坏时消耗的能量越大，这种沥青路面的抗裂性Tab, 10 Moisture test result能就越好0。采用弯曲应变能密度函数评价低温性|基质沥青混合料加入TPS后的沥青混合料能，其公式表达为劈裂强度比/%90.598.0(1)式中:dW/dV为应变能密度函数,其临界值是断裂3结语时应力-应变关系曲线下的面积;σ;、εy分别为应力、(1)加人添加剂TPS后,沥青结合料的针入度应变分量"”。指数显著增大,软化点升高,稠度增大,沥青混合料计算时,根据试验结果,绘出应力-应变关系曲动稳定度提高,表明沥青结合料和沥青混合料的高线进行回归，回归方程为三次抛物线,可靠度大于温稳定性得到极大的提高。99%。根据回归方程可计算出临界应变能密度,应青结合料的15"C延中国煤化工变能密度越大,材料发生破坏所需的能量也越大,材度减增大,直接拉伸试料的性能也越好。根据试验结果,计算得出弯曲应验(DFYH.CNMHG小梁弯曲蠕变试验变能见表8。.(BBR)中劲度模量减小，沥青混合料的弯曲破坏试由表8可见,TPS的弯曲应变能比基质沥青有验中的抗弯拉强度和弯拉应变都有较大幅度的增了较明显的提高,表明对低温性能改善较大,抗裂性大，表明沥青结合料和沥青混合料的低温性能得到4(交通运输工程学报2006年较大的增强。Zhao Ke, Lu Yong-gui, Wei Ru-xi. Research on high tem-(3)加入添加剂TPS后,沥青结合料的弹性恢perature properties of SMA[J]. China Journal of Highwayand Transport, 2004，17(2): 11-17. (in Chinese)复性能有很大提高,通过诺谟图得出其稠度不变温[6] 徐皓,倪富健,陈荣生,等.排水性沥青混合料耐久性[J].交度约为17C,因此适合用于防治中国大部分地区的通运输工程学报2052)27-31., .温缩裂缝。Xu Hao, Ni Furjian, Chen Rong sheng, et al. Durability of(4)加人添加剂TPS后,沥青混合料的抗疲劳porous asphalt mixtureE[J]. Journal of Traffic and Transpor-性能和水稳定性能都得到了较大的提高。tation Engineering, 2005, 5(2): 27-31. (in Chinese)综上所述,TPS是一种性能比较优良的添加[7]申爱琴 ,蒋庆华.沥青混合料低温抗裂性能评价及影响因索[],长安大学学报:自然科学版,004,24(5):1-6.剂,可以有效地改善道路的高温性、低温性、水稳定Shen Ai-qin, Jiang Qing hua. Influencing factor and appraising on性和抗疲劳性,但是目前价格比较高,这在-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)参考文献:[8] 张锐.新型沥青添加剂及其混合料性能研究[D].南京:东References :南大学，2005.[1] JTG F40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].[9]沈金安. 改性沥青与SMA路面[M].北京:人民交通出版社，[2]JTJ052200,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].2001.[3]沈金安. 沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出[10]熊摔,郝培文,高传 明. SBS聚合物改性沥青技术性能[J].版社,2003.长安大学学报:自然科学版,2005 ,25(1);10-14.[4]陈平.我国沥青指标的试验评价及附加指标的研究[D].南Xiong Ping, Hao Pei-wen, Gao Chuan ming. Pavement per-京:东南大学,2005.formance of SBS modified asphalt[J]. Journal of Chang'an[5] 赵可,卢永贵,魏如喜. SMA高温稳定性研究[J].中国公路University: Natural Science Edition, 2005，25(1): 10-14.学报,2004,17<2);11-17.(in Chinese)《长安大学学报》(自然科学版)2007年征订通知《长安大学学报》(自然科学版)系中华人民共和国教育部主管,长安大学主办的学术性双月刊,在中国乃至世界范围内的公路交通科技领城具有广泛的影响,是中国期刊方阵“双效”期刊，国务院学位委员会、国家教育部学位与研究生教育中文重要期刊,《中文核心期刊要目总览》(第四版)鉴定的中国公路运输类核心期刊，中国科技论文统计源期刊(中国科技核心期刊),Ei固定刊源,国际道路科研信息(IRRD)书目文献数据库固定刊源,中国道路文献服务中心(CRDS)核心报道期刊,自1981年创刊以来多次获国家交通部和陕西省奖励。《长安大学学报>(自然科学版)以繁荣公路交通科技为已任,促进公路交通科技交流和转化。主要刊载道路工程、桥梁工程、交通工程、隧道工程、汽车工程、筑路机械、交通控制、.交通运输管理、基础学科等具有国内先进水平的论文,同时刊载公路交通科技动态方面的简要评述和通讯。《长安大学学报》(自然科学版)的主要读者对象为大专院校师生、公路交通科研人员、公路交通管理决策人员、公路交通领域的勘测、设计和施工单位的技术人员。《长安大学学报》(自然科学版)全年6期,大16开本,112页,欢迎订阅,各地读者可在当地邮局订阅,每期定价10. 00元,全年定价60. 00元。国内邮发代号:52 137 ,国外发行代号: BM5720。通讯地址:西安市南二环路中段《长安大学学报》(自然科学版)编辑部联系电话:(029)82334383.联系中国煤化工征订信箱: xuebao@chd. edu. cn单位主HCNMHG账户:长安大学杂志社号:307034148598091001开户银行:中国银行西安翠华路支行邮政编码:710064