改性沥青混合料性能试验分析总结0626.docx
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改性沥青混合料性能试验分析总结0626
MaR改性沥青混合料试验总结
下面层ATB-25沥青混合料室内试验研究
甘肃省酒泉市公路管理局
嘉安高速公路养护维修项目办
陕西长大博源公路养护科技有限公司
二〇一四年六月二十六日
改性沥青混合料技术是在普通沥青混合料生产工艺技术的基础上，将改性沥青混合料添加剂直接加到拌和楼的拌缸中，不增加更多的机械设备，不改变传统的生产工艺，实现改善沥青混合料性能的目的。
依据嘉安高速公路养护维修工程设计，SK2504+300～SK2522+300段和XK2504+300～XK2507+300处治方案为铣刨面层，路面结构为：
4cm高性能沥青硂SUP-13
改性乳化沥青粘层
8cm改性沥青碎石ATB-25
热熔橡胶沥青碎石封层
透层油
原路面结构（铣刨面层12cm）
改性沥青混合料室内试验结合下面层8CM改性沥青碎石ATB-25结构进行性能研究，通过采用改性沥青混合料，改善沥青路面高温抗车辙、低温抗裂性能。
1、改性沥青混合料技术要求
由于本路段重载交通量大，建议必要进行动稳定度检验（特别对于长大连续坡道路段必须加强沥青混合料抗车辙性能检验）；高温稳定性检验必须在试验温度为60℃、轮压0.7MPa条件下进行车辙试验。
根据气候条件的不同，ATB-25沥青混合料的动稳定度应符合表1的要求。
表1MaR改性ATB-25沥青混合料性能技术要求
混合料类型
推荐指标
动稳定度（次/mm）
试验方法
ATB-25
≥5000
T0719
2、试验仪器设备
试验所需主要仪器设备见表2所示。
表2MaR改性ATB-25沥青混合料试验仪器设备
序号
仪器设备
型号
1
液压车辙成型试验机
HYCX-1
2
多功能液压脱模机
-
3
沥青混合料稳定度测定仪
DF
4
电脑数控马歇尔稳定度测定仪
5
沥青混合料试件击实仪
LR-T0702
6
全自动沥青混合料拌和机
HB-20
7
沥青软化点仪
SLR-C
8
自动针入度仪
SYD-2801E
9
沥青延度仪
SY-1.5B
3、试验原材料
3.1石油沥青
基质沥青采用中海90号石油沥青，技术指标如表3所示。
表3中海90号石油沥青技术指标检测结果
项目
规范指标
检测结果
试验方法
针入度（25℃，100g，5s）（0.1mm）
80～100
92
T0604
针入度指数PI
-1.5～+1.0
-1.35
T0604
延度（5cm/min，10℃）（cm）
≥45
＞150
T0605
延度（5cm/min，15℃）（cm）
≥100
＞150
T0605
蜡含量（蒸馏法）（%）
≤2.2
1.96
T0615
软化点（℃）
≥45
45.5
T0606
动力粘度60℃（Pa·s）
≥140
153
T0625
闪点（COC）（℃）
≥245
284
T0611
溶解度（%）
≥99.5
99.9
T0607
密度（15℃）（g/cm3）
实测记录
1.008
T0603
TFOT或RTFOT后
质量变化（%）
≤±0.8
-0.081
T0609
针入度比25℃（%）
≥57
67
T0609、T0604
延度10℃（cm）
≥8
20
T0609、T0605
延度15℃（cm）
≥20
＞160
T0609、T0605
3.2粗集料
根据设计要求及工程实际，采用酒泉黑山湖石料场石料，并对几个石料厂进行筛分、压实度、针入度指标检测，根据集料级配及石料的指标，选择永城10-25集料，其余为东涛粗集料，但10-25碎石针片状为21.2%，超出技术要求。
粗集料主要技术指标检测结果如表4所示。
表4粗集料主要质量技术要求
指标
单位
技术要求
检测结果
试验方法
石料压碎值，不大于
％
26
9.3
T0316-2000
表观相对密度，不小于
2.60
2.74
T0304-2000
针片状颗粒含量（混合料），不大于
其中粒径大于9.5mm，不大于
其中粒径小于9.5mm，不大于
％
％
％
15
12
18
8.8
10
5.3
T0312-2000
水洗法<0.075mm颗粒含量，不大于
％
4.4
T0310-2000
粗集料规格
S1～S11
0.6
0.0
粗集料规格
S12
0.8
0.1
粗集料规格
S14
1
0.1
3.3细集料
细集料技术要求及检测结果如表5所示。
表5细集料技术要求及检测结果
指标
单位
技术要求
检测结果
试验方法
表观相对密度
≥2.50
2.74
T0328-2000
砂当量
％
≥60
55
T0334-1994
3.4矿粉
矿粉技术要求及检测结果如表6所示。
表6矿粉技术要求及指标检测结果
指标
单位
技术要求
检测结果
试验方法
表观相对密度
>2.50
2.69
T0352-2000
含水量
％
<1
0.4
T0103-1993烘干法
外观
无团粒结块
无团粒结块
粒度范围<0.6mm
<0.15mm
<0.075mm
％
％
％
100
90～100
75～100
100
99.6
96.5
T0351-2000
3.5沥青混合料改性剂MaR
橡塑复合型改性剂（简称MaR）基于改性沥青混合料技术而开发的新一代橡塑合金改性剂产品。
MaR采用橡塑高分子聚合物和纳米级材料及助剂在相应温度条件下混炼复合而成，该产品可提高沥青混合料的高温稳定性，同时改善沥青混合料低温柔韧性及抗水损害性能，从而提高沥青路面耐久性能、延长沥青路面使用寿命。
如图1所示。
图1MaR沥青混合料改性剂
4、试验研究
4.1ATB-25级配设计
经过多次取料筛分，形成了矿料级配计算表，如表7所示，并依据合成级配设计ABT-25级配曲线如图2所示。
表7ATB-25矿料级配计算表
使用范围
下面层
设计类型
目标配合比
日期
筛孔mm
各种矿料通过百分率（%）
合成
级配
我国规范ATB-25级配范围（%）
级配
中值
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
（7）
10-25mm
10-20mm
10-15mm
5-10mm
3-5mm
0-3mm
矿粉
45
14
0
10
8
19
4
下限
上限
31.5
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100
100
100
26.5
93.9
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
97.3
90
100
95.0
19
26.4
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
100.0
66.9
60
80
70.0
16
4.8
96.5
99.8
100.0
100.0
100.0
100.0
56.7
48
68
58.0
13.2
0.4
73.2
89.1
100.0
100.0
100.0
100.0
51.4
42
62
52.0
9.5
0.3
7.0
9.3
97.9
100.0
100.0
100.0
41.9
32
52
42.0
4.75
0.2
0.1
0.1
11.5
99.9
99.9
100.0
32.2
20
40
30.0
2.36
0.1
0.1
0.1
0.6
9.9
87.4
100.0
21.5
15
32
23.5
1.18
0.1
0.1
0.1
0.5
2.2
72.3
100.0
18.0
10
25
17.5
0.6
0.0
0.1
0.1
0.3
1.3
50.8
100.0
13.8
8
18
13.0
0.3
0.0
0.1
0.1
0.2
1.1
33.2
100.0
10.4
5
14
9.5
0.15
0.0
0.1
0.1
0.2
0.4
23.6
99.6
8.5
3
10
6.5
0.075
0.0
0.1
0.1
0.1
0.1
2.6
96.5
4.4
2
6
4.0
图2ATB-25合成级配曲线
由石料筛分及规范级配范围，确定ATB-25改性沥青混合料配比，如表8所示。
表8MaR改性ATB-25沥青混合料配比表
10-25
10-20
5-10
3-5
0-3
矿粉
油石比
MaR
45
14
10
8
19
4
4.0
0.4
4.2MaR改性沥青混合料拌和试验
试验室内MaR改性沥青混合料拌和工序及参数：
集料175-180℃干拌10-15s，加150-155℃基质沥青拌和30-40s，拌和温度155-160℃，加矿粉、MaR改性剂拌和30-40s，即可成型试件。
改性沥青混合料由于添加了MaR改性剂，由矿粉等细集料与沥青形成的胶浆材料均匀裹覆在粗集料表面，形成相对较厚沥青薄膜，有利于提高沥青胶浆与集料的粘附性及沥青混合料的低温抗裂性能，如图3所示。
图3改性沥青混合料
4.3马歇尔指标试验
嘉安高速公路下面层ATB-25沥青混合料马歇尔试验指标要求如表9所示。
表9ATB-25沥青稳定碎石马歇尔试验技术标准
试验指标
单位
规范标准
设计标准
技术标准
击实次数（双面）
次
75
112
75
马歇尔试件尺寸
mm
Φ101.6×63.5
Φ152.4×95.3
Φ101.6×63.5
空隙率VV
%
3～6
3～6
3～6
稳定度MS
kN
≥7.5
≥15.0
≥10.0
流值FL
mm
1.5～4.0
实测
1.0～4.0
沥青饱和度VFA
%
55～70
55～70
60～70
相应于各设计空隙率的最小VMA（%）
设计空隙率（%）
VMA（%）
4
12
12
12
5
13
13
13
6
14
14
14
根据各种矿料配合比例及其毛体积密度，结合以往工程并经最佳油石比试验，确定MaR改性ATB-25沥青混合料最佳油石比为4.0%。
按照设计文件要求，采用Φ152.4×95.3马歇尔成型试件进行马歇尔指标试验，试验结果如表10所示。
表10ATB-25MaR改性沥青混合料马歇尔试验结果
油石比
（%）
改性剂MaR（%）
理论密度
（g/cm3）
毛体积密度
（g/cm3）
孔隙率
（%）
VMA
（%）
VFA
（%）
稳定度
（KN）
流值
（0.1mm）
4.0
0.5%
2.534
2.421
4.5
14.0
66.8
29.79
5.70
由表中试验数据，MaR改性ATB-25沥青混合料马歇尔指标满足设计文件要求。
预计施工控制密度为2.421g/cm3。
4.4车辙试验
为检测MaR改性ATB-25沥青混合料高温抗车辙性能，进行了沥青混合料车辙试验。
按照设计文件，下面层ATB-25沥青混合料厚度为8cm，车辙试验不宜采用300×300×50mm小试件，适宜采用≥8cm车辙板。
车辙试验采用300×300×100mm试件，试验温度60℃，荷载0.7MPa，试验结果如表11所示。
表11MaR改性ATB-25沥青混合料车辙试验检测结果
混合料类型
推荐指标要求
动稳定度（次/mm）
规范要求
动稳定度（次/mm）
检测结果
试验方法
ATB-25
≥5000
≥3000
6956
T0719
由表中试验数据，MaR改性ATB-25沥青混合料车辙试验动稳定度指标满足推荐指标及规范指标要求。
4.5浸水马歇尔试验
为了检测改性ABT-25沥青混合料受水损害时抵抗剥落的能力，对MaR改性沥青混合进行了60℃下0.5h及60h浸水马歇尔试验。
试验采用
152.4mm×95.3mm大马歇尔试件，试验结果如表9所示。
表12浸水马歇尔试验残留稳定度检测结果
0.5h稳定度（KN）
48h稳定度（KN）
浸水残留稳定度（%）
规范指标
推荐指标
26.60
24.39
91.7
≥85
≥85
由表可知，添加0.5%MaR改性剂ATB-25沥青混合料0.5h稳定度满足规范及设计文件15KN的技术要求，浸水残留稳定度满足规范及推荐指标要求。
因此，MaR改性沥青混合料抗水损害指标满足施工技术规范及设计文件要求。
4.6低温劈裂强度试验
对于公称最大粒径大于19mm的沥青混合料，不适宜采用低温弯曲试验检测沥青混合料的低温抗裂性能。
-10℃±0.5℃下沥青混合料的劈裂试验可用于评价沥青混合料的低温抗裂性能。
裂缝是嘉安高速公路养护维修项目主要路面病害之一，因此应对MaR改性沥青混合料性能指标进行检测。
添加0.5%MaR改性ATB-25沥青混合料的低温劈裂试验结果如表13所示。
表13MaR改性ATB-25沥青混合料低温劈裂试验结果
试验荷载最大值（N）
劈裂抗拉强度（Mpa）
垂直方向变形（mm）
水平方向变形（mm）
变形比值
破坏拉伸应变
破坏劲度模量（MPa）
50030
2.3
0.13
0.1
1.3
0
15136
由表中MaR改性ATB-25沥青混合料最大荷载、劈裂抗裂强度、变形量、破坏拉伸应变及破坏劲度模量数据可知，改性后的沥青混合料破坏劲度模量较大，具有优异的低温抗裂性能。
4.7冻融劈裂强度试验
冻融劈裂强度试验用于检验沥青混合料水稳定性能，试验采用
152.4mm×95.3mm大马歇尔试件，双面击112次。
MaR改性ATB-25沥青混合料冻融劈裂试验结果如表14所示。
表14MaR改性ATB-25沥青混合料冻融劈裂试验结果
混合料类型
推荐指标要求
冻融劈裂残留强度比（%）
规范要求
冻融劈裂残留强度比（%）
检测结果
试验方法
ATB-25
≥80
≥80
92.5
T0729
由表中MaR改性ATB-25沥青混合料冻融劈裂试验残留强度比为92.5%，冻融劈裂试验残留强度比满足设计及规范要求，MaR改性ATB-25沥青混合料水稳定满足要求。
5、试验结论及建议
5.1MaR改性ATB-25沥青混合料马歇尔指标、高温抗车辙指标、低温抗裂指标、抗水损害指标、抗剥落指标均满足设计文件、规范文件及推荐指标要求，能够满足嘉安高速公路养护维修项目下面层ATB-25改性沥青混合料的技术要求。
5.2MaR改性沥青混合料使用方便，改性+拌和一次完成，不需要延长拌和时间、不增加拌和工艺、不提高拌和温度。
5.3与先生产改性沥青、再拌和改性沥青混合料的传统改性技术相比，节省能耗、减少生产加工成本、降低生产难度、避免SBS改性沥青离析的技术难题、减少了对沥青材料的破坏程度，是道路材料改性的新方向。
5.4MaR改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料成本相当。
生产1吨沥青混合料，由采用SBS改性沥青所增加的材料成本为52元，生产1吨MaR改性沥青混合料所需增加材料成本54元。
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