道路瀝青的路用性能

道路瀝青的路用性能第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五本部分知識(shí)結(jié)構(gòu)圖道路瀝青的路用性能（三）一瀝青的抗疲勞性能二瀝青的老化性能三瀝青與集料的粘附性六瀝青的其他性能指標(biāo)五瀝青的化學(xué)組成與性能之間的關(guān)系四蠟對(duì)瀝青路用性能的影響第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青結(jié)合料的抗疲勞性能定義路面在使用期間經(jīng)受車輪荷載的反復(fù)作用，長期處于應(yīng)力應(yīng)變交迭變化狀態(tài)，致使路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸下降，出現(xiàn)疲勞破壞，瀝青抵抗這種破壞的性能，稱之為抗疲勞性能。第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青結(jié)合料的抗疲勞性能研究狀況國內(nèi)長期以來屬于空白。試驗(yàn)規(guī)程中沒有提及有關(guān)疲勞性能的試驗(yàn)方法。國外歐洲國家很早開始對(duì)瀝青的抗疲勞性能進(jìn)行研究殼牌公司研究所（KSLA）、英國TRRL很早就擦用瀝青動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)方法研究瀝青的復(fù)數(shù)勁度模量和相位角澳大利亞也有相關(guān)描述資料美國在SHRP計(jì)劃中，將瀝青結(jié)合料的動(dòng)態(tài)剪切模量及試驗(yàn)設(shè)備DSR列入Superpave的瀝青路用性能規(guī)范第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青結(jié)合料的抗疲勞性能Superpave瀝青膠結(jié)料性能規(guī)范要求時(shí)間t施加的剪應(yīng)力時(shí)間t產(chǎn)生的剪應(yīng)變?chǔ)τmaxγmaxτminγmin第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青結(jié)合料的抗疲勞性能SHRP相關(guān)指標(biāo)實(shí)軸虛軸第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五疲勞性能的表征G〞=G*·sinδG〞—復(fù)數(shù)剪切勁度模量的虛軸分量，反映變形過程內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的以熱的形式散失的能量，叫做損失模量δ—反映了粘彈性中粘性與彈性成分的比例與影響程度瀝青結(jié)合料的抗疲勞性能虛軸第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青結(jié)合料的抗疲勞性能對(duì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)G*·sinδ值越小，表示疲勞性能越好。G*·sinδ實(shí)際上包括了復(fù)數(shù)剪切勁度模量及相位角兩個(gè)因素?？傊?，對(duì)檢驗(yàn)瀝青樣品，低溫下其G*越小，δ越大的樣品，其耐疲勞性能越好。第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青結(jié)合料的抗疲勞性能試驗(yàn)要求試驗(yàn)溫度中等路面溫度，大體相當(dāng)于最高設(shè)計(jì)溫度計(jì)最低設(shè)計(jì)溫度平均值以上4℃，在年最不利季節(jié)時(shí)期的路面溫度狀態(tài)下，相當(dāng)于純?nèi)跁r(shí)期的溫度條件。試驗(yàn)樣品瀝青路面的疲勞破壞多發(fā)生在路面服務(wù)期的后期，瀝青混合料已經(jīng)相當(dāng)?shù)睦匣?，所以試?yàn)樣品不僅經(jīng)過RTFOT模擬熱拌過程中的老化，還必須經(jīng)過PAV以模擬路面使用使用過程中的長期老化狀態(tài)。第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青結(jié)合料的抗疲勞性能試驗(yàn)要求剪切頻率10rad/s，相當(dāng)于3.183Hz頻率越高，即荷載作用時(shí)間越短，瀝青的復(fù)數(shù)剪切勁度模量就越大。第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的老化性能定義瀝青老化是指瀝青在貯存、運(yùn)輸、施工及使用過程中，在環(huán)境因素（光熱水氧）的作用下，會(huì)發(fā)生一系列的揮發(fā)、氧化、聚合，乃至瀝青內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時(shí)發(fā)生性質(zhì)變化，導(dǎo)致路用性能劣化的過程。重要性直接影響路面使用壽命，是影響路面耐久性的主要因素第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的老化性能瀝青老化的三個(gè)階段：運(yùn)輸、儲(chǔ)存、加熱過程中的老化輕質(zhì)油分揮發(fā)，瀝青變脆，粘結(jié)力降低與空氣的氧氣發(fā)生聚合反應(yīng)在轉(zhuǎn)存過程中與氧氣的充分接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的老化性能瀝青老化的三個(gè)階段加熱拌合及鋪筑過程熱儲(chǔ)存過程與密閉在倉中的空氣發(fā)生氧化混合料瀝青薄膜厚度在5-15μm，在高溫狀況下，老化嚴(yán)重第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的老化性能瀝青老化的三個(gè)性能瀝青在路面使用過程中的老化在使用過程中，由于環(huán)境因素及荷載因素，特別是在水分、紫外線、氧氣的長期作用下，會(huì)引起老化揮發(fā)或骨料的吸收使得低分子油分含量減少同大氣中的氧發(fā)生反應(yīng)使瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化分子間形成可導(dǎo)致觸變效應(yīng)的結(jié)構(gòu)第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的老化性能瀝青老化的因素氧化作用氧氣與瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程，反應(yīng)速率取決于環(huán)境溫度揮發(fā)作用輕質(zhì)油從瀝青組分中逐漸逸出聚合作用觸變作用膠體的脫水收縮作用分離和析出作用混合料的級(jí)配、路面的密度、孔隙率第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的老化性能瀝青短期老化的評(píng)價(jià)方法對(duì)應(yīng)的主要生產(chǎn)階段短期老化（STOA），主要對(duì)應(yīng)于瀝青在拌合和鋪筑過程中的老化。試驗(yàn)方法TOFTFTOFT將50克瀝青式樣放入直徑140㎜深9.5㎜的不銹鋼盛樣皿中，瀝青膜的厚度為3.2㎜，在163℃通風(fēng)烘箱的條件下以5.5r/min的速率旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過5小時(shí)候的質(zhì)量損失及針入度等各種性質(zhì)指標(biāo)的變化的試驗(yàn)方法。將瀝青式樣35克裝入高140㎜直徑64㎜的開口玻璃瓶中，盛樣瓶插入旋轉(zhuǎn)烘箱中，一閉上你接受以4000mL/min的流量吹入的熱空氣，一般在15℃的速度旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過75min老化后，測(cè)定瀝青的質(zhì)量損失及針入度粘度等各種指標(biāo)的變化。第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的老化性能瀝青短期老化的評(píng)價(jià)方法兩種試驗(yàn)方法的比較相同點(diǎn)兩種試驗(yàn)方法都是使瀝青暴露在熱空氣條件和氣流中，一方面是瀝青中輕質(zhì)油分揮發(fā)，一方面使瀝青中與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的老化性能瀝青短期老化的評(píng)價(jià)方法兩種試驗(yàn)方法的比較不同點(diǎn)日本和加拿大研究認(rèn)為RTFOT試驗(yàn)不僅精度高而且重現(xiàn)性好殼牌公司認(rèn)為兩試驗(yàn)評(píng)價(jià)氧化穩(wěn)定性和油分揮發(fā)引起的硬化是合適的。RTFOT能避免改性劑發(fā)生離析，是改性瀝青老化試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法北歐認(rèn)為兩試驗(yàn)均能較好的反應(yīng)在拌合過程中性質(zhì)的變化。第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的老化性能瀝青長期老化評(píng)價(jià)方法對(duì)應(yīng)的實(shí)際生產(chǎn)階段瀝青在路面使用過程中的老化，是一個(gè)漫長的過程，稱為長期老化（LTOA）試驗(yàn)方法PAV（PressureAgingVessel）Sample第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的老化性能瀝青長期老化評(píng)價(jià)方法PAV老化試驗(yàn)要點(diǎn)試驗(yàn)溫度：視標(biāo)號(hào)的不同規(guī)定為90~110℃老化時(shí)間：20h充氣壓力：2.1MPa影響程度：相當(dāng)于使用期路面表層瀝青老化5年的情況。依據(jù)模擬老化使得瀝青性質(zhì)的變化能與現(xiàn)場老化條件相對(duì)應(yīng)來確定室內(nèi)老化條件第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的老化性能我國現(xiàn)行規(guī)范對(duì)道路瀝青老化的要求第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青與集料的粘附性粘附性機(jī)理瀝青混合料的剝離（Stripping）是瀝青路面常見的破壞形式。剝離剝落第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青與集料的粘附性表面張力理論三相接觸角為θ礦料—瀝青表面張力水—礦料表面張力瀝青—水表面張力平衡狀態(tài)剝離功瀝青水集料集料水瀝青不剝離剝離第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青與集料的粘附性表面電位的理論瀝青與集料粘附的本質(zhì)兩種材料的界面的親和力，包括表面張力、分子引力、機(jī)械附著力、化學(xué)反應(yīng)引力，尤其是物質(zhì)表面的電荷引力。第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青與集料的粘附性瀝青與集料粘附性的影響因素石料的化學(xué)成分及表面狀況集料表面的粗糙度檢驗(yàn)方法靜態(tài)浸水法光電分光光度法第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青與集料的粘附性瀝青剝落的模式瀝青膜移動(dòng)瀝青膜破裂起跑水力沖刷和孔隙壓力粘結(jié)層破壞第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青與集料的粘附性改善措施在瀝青中添加抗剝落劑在拌制瀝青混合料時(shí)添加消石灰粉或水泥選用堿性集料保證石料表面的清潔度第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青中蠟對(duì)路用性能的影響國產(chǎn)瀝青的含蠟量問題1998年正式把蠟含量作為一個(gè)重要指標(biāo)對(duì)待“七五”交通部門與石化部門合作從原油及生產(chǎn)工藝上降低了道路石油瀝青的蠟含量“九五”進(jìn)口原油，煉制低蠟含量瀝青第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青中蠟對(duì)路用性能的影響蠟對(duì)瀝青性能的影響J.PH.PFELFFER觀點(diǎn)表面凝聚，失去瀝青光澤，減小瀝青粘性使得瀝青體積變化規(guī)律復(fù)雜化對(duì)許多與溫度有關(guān)的指標(biāo)檢驗(yàn)產(chǎn)生明顯影響高的蠟含量使瀝青的溫度感應(yīng)性增大第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青中蠟對(duì)路用性能的影響蠟對(duì)瀝青性能的影響SHRP研究結(jié)論瀝青的蠟組分蠟結(jié)晶蠟非結(jié)晶蠟粗晶蠟微晶蠟塑性蠟脆性蠟（地蠟）第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青中蠟對(duì)路用性能的影響蠟對(duì)瀝青性能的影響SHRP研究成果不同測(cè)定方法測(cè)定蠟的品種及含量不同總蠟量對(duì)瀝青的粘溫曲線斜率有重要的影響結(jié)晶蠟含量是瀝青低溫開裂的主要因素?zé)o定型蠟降低瀝青粘度容許蠟含量蠟改性劑提出含蠟量及結(jié)晶蠟含量化學(xué)分析第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青中蠟對(duì)路用性能的影響蠟對(duì)瀝青性能的影響我國關(guān)于蠟對(duì)瀝青路用性能影響的研究蠟在高溫時(shí)融化，使瀝青粘度降低，影響高溫穩(wěn)定性增大溫度敏感性影響瀝青粘結(jié)力及抗水剝離性容易造成低溫發(fā)脆、開裂減小低溫應(yīng)力松弛性低溫時(shí)的流變指數(shù)增加，復(fù)合流動(dòng)度減小，時(shí)間感應(yīng)性增加蠟的結(jié)晶及融化使一些測(cè)定指標(biāo)出現(xiàn)假相第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青中蠟對(duì)路用性能的影響瀝青蠟含量標(biāo)準(zhǔn)國際德國、奧地利、比利時(shí)，不大于2.0%（蒸餾法）法國，不大于4.5%（LCPC法）波蘭，2%，次等瀝青3.5%國內(nèi)蠟含量（蒸餾法）不大于%A2.2B3.0C4.5第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青中蠟對(duì)路用性能的影響蠟含量的測(cè)定方法國內(nèi)外常用額定方法裂解蒸餾法吸附法磺化法色譜法我國標(biāo)準(zhǔn)方法裂解蒸餾法第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青中蠟對(duì)路用性能的影響蒸餾：裂解脫膠質(zhì)、瀝青質(zhì)裂解油脫蠟：乙醚乙醇溶劑（-20℃）過濾洗滌式中，S—試樣采取量（g）；

D—餾出油量（g）；

d—餾出油中試樣采取量（g）

P—所得蠟含量（g）。第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的化學(xué)組成與瀝青性能的關(guān)系瀝青組分分析概述在我國，廣泛使用四組分析法(SARA分析法）飽和分（S）芳香分（Ar ）膠質(zhì)（R）瀝青質(zhì)（A）五組分分析(化學(xué)沉淀法）瀝青質(zhì)（At)氮基（N)第一酸性成分（A1)第二酸性成分（A2)鏈烷分（P）第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的化學(xué)組成與瀝青性能的關(guān)系國產(chǎn)瀝青的組分特點(diǎn)國產(chǎn)瀝青特點(diǎn)：瀝青質(zhì)低、蠟含量高、膠質(zhì)多、芳香分少、飽和分多瀝青組分取決于原油品種第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的化學(xué)組成與瀝青性能的關(guān)系瀝青組分與瀝青指標(biāo)的關(guān)系與25℃針入度瀝青質(zhì)膠質(zhì)等重質(zhì)成分是針入度變小，輕質(zhì)分飽和分使針入度變大。與軟化點(diǎn)瀝青質(zhì)膠質(zhì)等重質(zhì)成分是軟化點(diǎn)升高，飽和分或芳香芬輕質(zhì)分使軟化點(diǎn)降低。第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青組分與瀝青指標(biāo)的關(guān)系與高溫粘度瀝青質(zhì)膠質(zhì)等重質(zhì)成分是高溫粘度升高，飽和分或芳香芬輕質(zhì)分使高溫粘度降低。瀝青的化學(xué)組成與瀝青性能的關(guān)系第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的其他性能指標(biāo)瀝青的密度瀝青的密度是瀝青分子致密程度的指標(biāo)，也是瀝青質(zhì)量性能的指標(biāo)以15℃作為測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)瀝青布同溫度下測(cè)得密度的換算：瀝青密度（25℃/25℃）=瀝青密度（15℃）×0.996比重與四組分的相關(guān)關(guān)系比重=1.06+8.5×10-4Ast-7.2×10-4Re-8.7×10-5Ar-1.6×10-3Sa瀝青密度基本上由原油品種決定第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的其他性能指標(biāo)瀝青的溶解度意義及一般規(guī)定瀝青溶解度指標(biāo)主要目的是測(cè)試瀝青產(chǎn)品的純凈程度瀝青溶解度都在99.0%以上，一般大于99.5%我國規(guī)范規(guī)定瀝青溶解度不小于99.5%常用溶劑三氯乙烯（CHCL=CCL2)四氯化碳（CCL4)苯（C6H6)三氯甲烷（CHCL3)二硫化碳（CS2)二氯甲烷（CH2CL2)第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的其他性能指標(biāo)瀝青的閃點(diǎn)（flashpoint）標(biāo)準(zhǔn)定義試樣在規(guī)定盛樣器內(nèi)按規(guī)定的升溫速度受熱時(shí)所揮發(fā)的氣體以規(guī)定的方法與試焰接觸，初次發(fā)生一瞬即滅的火焰時(shí)的試樣溫度，以℃表示。表征瀝青在施工過程中的安全性能。試驗(yàn)方法克利夫蘭開口杯法（COC）泰格開口杯（TOC）第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的其他性能指標(biāo)瀝青的電性能導(dǎo)電率導(dǎo)電率表示電流在物質(zhì)中傳輸?shù)碾y易程度，是電阻的倒數(shù)，電阻以Ω為單位,單位是S/m。瀝青導(dǎo)電率一般為：10-12～10-14S/cm，常作為絕緣物質(zhì)使用瀝青越硬，導(dǎo)電率越小與瀝青針入度的平方成正比，與粘度相對(duì)應(yīng)第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的電性能瀝青的介電常數(shù)瀝青對(duì)氧、雨、紫外線的耐老化能力，路面的抗滑性能與瀝青的介電常數(shù)有關(guān)介電常數(shù)的計(jì)算瀝青的其他性能指標(biāo)第四十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的熱性質(zhì)比容與熱膨脹系數(shù)比容是瀝青密度的倒數(shù)，即單位質(zhì)量的體積每升高1℃增加的體積即瀝青的熱膨脹系數(shù)，一般可取6×10-4ml/ml/℃瀝青無論采用何種方式運(yùn)輸和貯存都必須按照15℃時(shí)的體積作為依據(jù)瀝青的其他性能指標(biāo)第四十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五瀝青的其他性能