道路與橋梁專業(yè)畢業(yè)論文--瀝青路面新材料的應(yīng)用與發(fā)展

1、 論文題名：瀝青路面新材料的應(yīng)用與發(fā)展瀝青路面新材料的應(yīng)用與發(fā)展摘要：我國瀝青混凝土路面的歷史還很短，在10多年前，我國的瀝青路面仍以瀝青表處，灌入式路面及瀝青碎石路面為主要形式。隨著高等級公路建設(shè)的發(fā)展，瀝青混凝土路面成為瀝青路面的主要形式。但是，由于國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展所帶來的交通量迅速增長、車輛大型化、超載嚴(yán)重、車輛渠道化等，使瀝青混凝土路面面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。許多高速公路瀝青路面建成不久就不能滿足交通的要求，早期破壞時有發(fā)生。盡管瀝青路面設(shè)計(jì)方法是建立在路面層狀彈性體系理論基礎(chǔ)上的，依據(jù)車輛荷載的反復(fù)作用而發(fā)生結(jié)構(gòu)層材料疲勞破壞這種原理，決定路面的設(shè)計(jì)使用年限。但實(shí)際上，瀝青路面仍然普遍存在著

2、在設(shè)計(jì)年限內(nèi)由于其他原因而發(fā)生的早期破壞。面對這樣的情況，不得不在提高瀝青混凝土路面使用性能上下功夫，使路面保持良好的使用狀態(tài)，延長使用壽命，創(chuàng)造社會經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：瀝青改性材料，瀝青路面現(xiàn)存的問題，車轍緒論 在我國，公路的落后主要是筑路材料和施工手段的落后。80年代以來，我國陸續(xù)引進(jìn)國外先進(jìn)施工機(jī)械、拌和機(jī)、壓路機(jī)等設(shè)備，施工水平有了很大的提高。在在材料方面，高速公路的瀝青材料都采用了交通道路瀝青技術(shù)要求的優(yōu)質(zhì)瀝清，并且大多是國外進(jìn)口瀝青，但仍然會出現(xiàn)瀝青路面早期破壞的現(xiàn)象。 瀝青路面的發(fā)展與變革，實(shí)際上是路面材料變革的歷史?，F(xiàn)在瀝青路面的差距最主要的是材料的差距，包括原材料和瀝青混合料的

3、差距。 近年來，我國瀝青路面的建設(shè)，規(guī)模逐漸擴(kuò)大，質(zhì)量也有很大提高，已經(jīng)普遍認(rèn)識到材料質(zhì)量對于路面質(zhì)量、使用壽命的重要性?，F(xiàn)在大家對瀝青的質(zhì)量已經(jīng)比較重視了，認(rèn)識到高速公路的瀝青路面一定要采用符合“重交通道路瀝青技術(shù)要求”的要求，認(rèn)識到?jīng)]有國產(chǎn)合適的瀝青時，購買進(jìn)口瀝青從長遠(yuǎn)看經(jīng)濟(jì)是核算的。 但是，對集料的認(rèn)識遠(yuǎn)沒有對瀝青那樣重視。從整體上看，我國瀝青路面建設(shè)水平與國外先進(jìn)國家還有相當(dāng)大的差距。這個落后主要體現(xiàn)在瀝青路面的使用壽命，規(guī)范規(guī)定使用壽命是15年，可實(shí)際上沒有幾年，就要大規(guī)模維修，可以發(fā)現(xiàn)，我國與國外先進(jìn)國家所差的除了管理以外，就在于粗細(xì)集料的生產(chǎn)和使用上。寫這篇論文的目的在于，討論

4、研究瀝青路面出現(xiàn)的一些問題、產(chǎn)生原因、解決途徑。1 瀝青路面的使用性能高溫抗車轍性能，即抵抗流動變形的能力；低溫抗裂性能，即抵抗低溫收縮裂縫的能力；水穩(wěn)定性，即抵抗瀝青混合料受水的侵蝕逐漸產(chǎn)生的理清模剝離、掉粒、松散、坑槽而破壞的能力；耐疲勞性能，即抵抗路面瀝青混合料在反復(fù)荷載作用下破壞的能力；抗老化性能，即抵抗瀝青混合料受氣候影響發(fā)脆喪失粘結(jié)力等各種良好性能的能力；表面服務(wù)功能，包括低噪音即潮濕情況下的抗滑能力、防止雨天濺水及在車后產(chǎn)生水霧等性能，這些性能直接影響交通安全及環(huán)境保護(hù)；行車舒適性能，主要是指平整度不良產(chǎn)生的行車顛簸，還包括橫向平整度。2瀝青路面現(xiàn)存的問題及原因2.1 現(xiàn)存的問題

5、縱向或橫向的永久性變形，夏季高溫期在重載車作用下造成流動性車轍，縱向平整度下降。冬季瀝青路面的橫向開裂，包括溫縮裂縫及半剛性基層開裂或水泥混凝土路面接縫引起的反射縫，從裂縫中進(jìn)水，引起承載能力下降的破壞（龜裂）。雨季或春融季節(jié)出現(xiàn)的坑槽，即水損壞破壞。瀝青路面由于泛油、石料磨光引起的表面功能降低或喪失，尤其是抗滑性能不足。2.2 產(chǎn)生原因我國嚴(yán)重缺乏修建高等級公路用的高質(zhì)量重交通道路瀝青，某些工程不得不使用性能不好的普通多蠟瀝青修建。即使使用了國產(chǎn)或進(jìn)口的重交通道路瀝青，但某些路段由于交通量過大，運(yùn)輸超載十分嚴(yán)重，或者氣候條件惡劣，仍不敷需要。同時，由于某些路段上，運(yùn)輸費(fèi)及過路費(fèi)極高，如果車輛

6、不超載，運(yùn)輸部門在經(jīng)濟(jì)上就無利可圖?，F(xiàn)有的礦料級配基本上是從傳統(tǒng)觀念出發(fā)配制的連續(xù)式密實(shí)級配瀝青混凝土，這種級配不能滿足更高要求的路面需要。3瀝青混合料的矛盾和解決途徑3.1 高溫穩(wěn)定性和疲勞性能、低溫抗裂性能的矛盾。 為了提高高溫抗車轍能力盡量采用粗級配，增大集料顆徑，增加集料數(shù)量，減少用油量，但這樣的混合料低溫勁度大、發(fā)脆，很容易開裂，疲勞性能差，而且施工性能也差。而為了提高耐久性和低溫抗裂性能，使用針入度較大，用量較多的瀝青，用較細(xì)的、空隙率小的混合料，在夏天就很容易出現(xiàn)軟化、泛油、車轍。3.2 路面表面特性和耐久性的矛盾。 高速公路對表面特性的要求較高，要求抗滑性能好，不濺水、水霧小，

7、噪音輕。為了達(dá)到這個目的，必須提高表面粗糙度，采用構(gòu)造深度大的開級配或半開級配瀝青混合料。但是這樣的混合料空隙率必然比較大，而空隙率大的混合料耐久性差。5 改性瀝青的分類、標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展方向5.1 改性瀝青的分類 所謂改性瀝青，也包括改性瀝青混合料，按照我國公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTJ032)及公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTJ036）的定義，是指“摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、磨細(xì)的橡膠粉或其他填料等外摻劑（改性劑），或采取對瀝青輕度氧化加工等措施，使瀝青或?yàn)r青混合料的性能得以改善而制成的瀝青混合料”。5.2 改性劑選擇原則 實(shí)際工程上選擇改性劑的品種和劑量是技術(shù)性很高的工作，只能根據(jù)所在

8、地區(qū)的氣候條件、交通條件、經(jīng)濟(jì)實(shí)力、改性瀝青設(shè)備條件，以及當(dāng)?shù)貫r青路面的主要破壞形式、改性目的綜合確定。5.3 改性瀝青的發(fā)展方向 瀝青改性劑種類很多，但是不同改性劑都有其固有的特點(diǎn)，通過研究和應(yīng)用，改性的使用量也在不斷變化。 SBS的高溫、低溫性能，彈性恢復(fù)性能，感溫性能等無論從哪方面講，都有非常突出的優(yōu)點(diǎn)，是PE和EVA無法相比的。PE僅僅在高溫穩(wěn)定性方面顯示出較好的效果，但與SBS比有很大的差距，EVA的高溫穩(wěn)定性不如PE，但低溫穩(wěn)定性較PE要稍好一些，但均不如SBS；SBR有較好的低溫性能，經(jīng)過改性的SBR乳膠也有較好的高溫穩(wěn)定性。 大量的實(shí)驗(yàn)說明：SBS的效果明顯優(yōu)于其他品種。SBS

9、改性的優(yōu)越性突出表現(xiàn)在使軟化點(diǎn)大幅度提高的同時，又使低溫延度明顯增加，感溫性得到很大改善，而且彈性恢復(fù)率特別大。5.4 改性瀝青的標(biāo)準(zhǔn)5.4.1 國外的改性瀝青標(biāo)準(zhǔn) 在國外，大部分國家已經(jīng)制定了改性瀝青的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，但尚未見有一個通用的標(biāo)準(zhǔn)。在美國，AASHTO-AGC-ARTB的31號報告的標(biāo)準(zhǔn)，它建議將改性瀝青分為三類，不同改性劑采用不同的評分指標(biāo)，有著重要的參考價值。5.4.2 我國的改性瀝青標(biāo)準(zhǔn) 我國最新編制的公路改性瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTJ036）主要參考國外的標(biāo)準(zhǔn)，同時根據(jù)我國近年來的施工實(shí)踐制定的。各國改性瀝青標(biāo)準(zhǔn)都有一些共同的特點(diǎn)，首先都根據(jù)聚合物類型的不同進(jìn)行分類，然后將

10、每一種類型的聚合物改性瀝青分成幾個等級，每一個等級適用于不同的氣候條件。6 SMA的發(fā)展與應(yīng)用情況6.1 SMA的誕生 瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）是近年來在國際上出現(xiàn)的一種非常引人注目的新型瀝青混合料，以其優(yōu)良的抗車轍性能和抗滑性能而聞名于世。第一條SMA路面始建于60年代中期的德國，已經(jīng)有近四十年的歷史，至今仍然在良好地使用著。SMA是德國在澆注式瀝青混凝土的基礎(chǔ)上為解決車轍問題而發(fā)展起來的新型材料。6.2 SMA的組成特點(diǎn) SMA是一種全新意義上的瀝青混合料，它是由瀝青瑪蹄脂填充碎石骨架組成的骨架嵌擠型密實(shí)結(jié)構(gòu)混合料，接近于我國的瀝青碎石混合料的空隙中用豐富的瀝青瑪蹄脂填充的情況。SM

11、A的組成有以下特點(diǎn)。SMA是一種間斷級配的瀝青混合料，SMA的5mm以上的粗集料含量與瀝青碎石相近，可0.075mm通過量比AC-16I型瀝青混凝土還多出一倍。為加入較多的瀝青，一方面增加礦粉的用量，同時使用使用纖維作為穩(wěn)定劑，通常采用木質(zhì)素纖維，用量為瀝青混合料的3，也可采用礦物纖維，用量為混合料的4。瀝青結(jié)合料用量多，比普通混合料要高1以上，粘結(jié)性要求高，。SMA的配合比不能完全依靠馬歇爾配合比設(shè)計(jì)方法，主要由體積指標(biāo)確定，馬歇爾試件成型雙面擊實(shí)50次，目標(biāo)空隙率2-4，穩(wěn)定度和流值不是主要指標(biāo)，瀝青用量還可參考高溫析漏試驗(yàn)確定。車轍試驗(yàn)是重要的設(shè)計(jì)手段。SMA的材料要求：粗集料必須特別堅(jiān)

12、硬、表面粗糙，針片狀顆粒少，以便嵌擠良好；細(xì)集料一般不用天然砂，宜采用堅(jiān)硬的人工砂；礦粉必須是磨細(xì)石灰石粉，最好不使用回收粉塵。SMA的施工與普通瀝青混凝土相比，拌和時間要適當(dāng)延長，施工溫度要提高，壓實(shí)不得采用輪胎碾。 綜合SMA的特點(diǎn)，可歸納為：粗集料多、礦粉多、瀝青結(jié)合料多、細(xì)集料少，摻纖維增強(qiáng)劑，材料要求高，使用性能全面提高。6.3 SMA的形成機(jī)理 SMA是由瀝青、礦粉、纖維及少量細(xì)集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配的粗集料碎石骨架的間隙形成一體的混合料。 SMA的組成中，粗集料骨架占到70以上，混合料中粗集料相互之間的接觸面（或支撐點(diǎn)）很多，細(xì)集料很少，瑪蹄脂部分僅僅填充了粗集料之間的

13、空隙，交通荷載主要由粗集料骨架承受。由于粗集料顆粒之間互相良好的嵌擠作用，瀝青混合料產(chǎn)生非常好的抵抗荷載變形的能力，即使在高溫條件下，瀝青瑪蹄脂的粘度下降，對這種抵抗能力的影響也會減小，因而有較強(qiáng)的高溫抗車轍能力。6.4 SMA的主要功能6.4.1 抗滑能力 除了集料品種外，SMA的構(gòu)造深度取決于粗集料尺寸和瑪蹄脂的填充程度，集料尺寸越大，構(gòu)造深度也越大，對SMA16這樣的大顆徑材料，構(gòu)造深度可達(dá)1.5mm2.0mm，它可以滿足高速交通和低速交通的需要。6.4.2 平整度 平整度分橫向和縱向，橫向平整度包括車轍。SMA的高溫穩(wěn)定性使路面穩(wěn)定，具有好的平整度和行車舒適度。6.4.3 噪音小6.4

14、.4 表面耐久性好 實(shí)踐證明SMA耐久、耐磨損性非常好，不會發(fā)生松散，抵抗交通裂縫性能好。SMA的優(yōu)異的耐久性源于瀝青瑪蹄脂的不透水性，瑪蹄脂內(nèi)部空隙小，瀝青結(jié)合料的變形率小。6.5 SMA在我國的發(fā)展 上世紀(jì)九十年代，首都機(jī)場高速采用改性瀝青和SMA技術(shù)，這是我國首次同時試用改性瀝青和SMA技術(shù)；之后，我國有少數(shù)地區(qū)開始試用改性瀝青和SMA技術(shù)。首先，改性瀝青的配方是改性瀝青技術(shù)的精髓；同時，認(rèn)識到改性瀝青的制備是改性瀝青成功的關(guān)鍵。 但是，采用國外的改性瀝青技術(shù)，價格昂貴。所以，必須獨(dú)立自主地研制開發(fā)改性瀝青設(shè)備，且不能侵犯國外的任何知識產(chǎn)權(quán)。上個世界九十年代中期，我國獨(dú)立自主地開發(fā)國產(chǎn)改性瀝青設(shè)備“LG-8A 煉磨式瀝青改性設(shè)備”，首次利用國產(chǎn)“LG-8A 煉磨式瀝青改性設(shè)備”制作了改性瀝青，供應(yīng)北京長安街瀝青面層整修工程鋪筑使用。 可以說，北京長安街改性瀝青及SMA瀝青路面整修工程，開創(chuàng)了我國瀝青路面和機(jī)場道路路面建設(shè)的新時代，它標(biāo)志著我國改性瀝青和SMA結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)完全國產(chǎn)化并可以大規(guī)模推廣應(yīng)用時代的到來。結(jié)論 各種功能性瀝青路面新材料賦予了瀝青混凝土路面不同的功能和作用，被用于不同的場合與