路面培訓(xùn)材料_瀝青與瀝青改性技術(shù)的研究與發(fā)展_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、瀝青與瀝青改性技術(shù)的 研究與發(fā)展內(nèi)容提要公路建設(shè)的總體形勢(shì)及任務(wù) 瀝青道路材料的介紹 公路建設(shè)對(duì)瀝青材料的新挑戰(zhàn)r改性瀝青的產(chǎn)生 國(guó)外瀝青路面方面的研克進(jìn)畏公路建設(shè)的總體形勢(shì)及任務(wù)我國(guó)衣路建段的形勢(shì)()裁至2010年底,我國(guó)已建成7.4萬(wàn)公里翕速公珞,國(guó)家富速公珞網(wǎng)骨殺基本形成o我國(guó)將用30年時(shí)間r形成35萬(wàn)公星國(guó)家高速公路阿二新 路兩由7兼首邯放射線、9祭南北縱向線和T&條東西橫向線組 展.冏稱為C7S18R-馬口木齊葉希zfcrzpY寧 jii呼列空北京次號(hào)臺(tái)北ar sy&枝花昆明7條首郵竝射線*北京一上海 0北京一臺(tái)北2北京一港諛 U北京一昆明&北京一拉審 北京一烏筈木齊 O北京一哈爾淇

2、衛(wèi)國(guó)公路建設(shè)鴿形 燃而僅為18.4公里,還遠(yuǎn)不及發(fā)達(dá)國(guó)家80年代初期的 水平。我國(guó)公路建設(shè)面臨的任務(wù)還十分艱巨。公路科研面臨飽重A#備路面、路基結(jié)構(gòu) 與病窖對(duì)策問(wèn)題路基性能路面與路基結(jié)構(gòu)公路科研施研熬壽向道路性能的分析與改進(jìn)莎及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)城,面結(jié)構(gòu)與材料沒(méi)計(jì)必須適合賣(mài)際工程特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)材料研売淮道路科研中的作用材料設(shè)計(jì)瀝青道路材料的介紹瀝青的起源據(jù)訶載,公元1300年,人們就利用瀝 青,粘土和沙子混合后砌筑了底格里斯 河入海口處1500m的堤防,至今尚存。瀝青的丸量使用始于18世紀(jì),天然湖瀝 青發(fā)現(xiàn)以后,具有代表性的是特互尼達(dá) 湖瀝青,至今仿然開(kāi)采使用。瀝青的構(gòu)成瀝青是天然出產(chǎn)或有機(jī)物經(jīng)過(guò)熱

3、加工夠得由壽度縮合的環(huán)烷婭和芳香婭及其衍生物組成,外觀呈黑色或黑褐色,常溫下為液態(tài),半固態(tài)或固態(tài)由化學(xué)組分分析可知,瀝青主要有四種組分:飽和分7芳香分7瀝青質(zhì)和膠質(zhì)。飽和分飽和分主要由正構(gòu)烷婭,異構(gòu)烷婭及環(huán) 烷婭組成,平均分子量500800之間; 飽和分是一種非極性油分,在基質(zhì)瀝青 中含量一般為18%25%;飽和分對(duì)瀝青有潤(rùn)滑和軼化作用。瀝青的構(gòu)成芳香分芳香分是一些帶環(huán)烷和長(zhǎng)鏈烷基的芳香炷,平均相對(duì)分子質(zhì)量在8001000,是溶膠瀝青質(zhì)的分散介質(zhì) 在瀝青中含量一般為 33%48%。瀝青的構(gòu)成膠質(zhì)膠質(zhì)又稱為極性芳婭,平均相對(duì)分子質(zhì) 量在13OO18OO.比瀝青質(zhì)具有更強(qiáng)的極 性,相對(duì)密度在101

4、.08之間,膠質(zhì)含 量一般為20%40%;膠質(zhì)對(duì)瀝青的粘結(jié)力,延度有很丸影響。瀝青質(zhì)瀝青質(zhì)是瀝青膚體體糸的核心,平均相對(duì)分子 質(zhì)量可達(dá)教千到一萬(wàn),是高度縮合的芳香婭, 有很強(qiáng)的極性,相對(duì)窗度犬于1。瀝青質(zhì)在瀝 青中的含量一般為8%15%,瀝青質(zhì)是瀝青液 態(tài)組分的增稠利,其含量的多少影響到瀝青的 流變性,蔻現(xiàn)為瀝青質(zhì)含量增加,瀝青稠度提 當(dāng),軟化點(diǎn)上升。瀝青質(zhì)含量的多少對(duì)瀝青的 溫度穩(wěn)定性也有很大的影響。瀝青的膠體結(jié)構(gòu)理論瀝青為膠體結(jié)構(gòu),以瀝青質(zhì)為核,表面層 彼樹(shù)脂侵潤(rùn)包裹,樹(shù)脂溶于油分中,形成 瀝青膠團(tuán),無(wú)教瀝青膠團(tuán)彼此通過(guò)油分結(jié) 合形成膠體結(jié)構(gòu)。按其化學(xué)特性及流變學(xué)特性,分為:溶膠, 溶凝膠

5、和凝膠三種結(jié)構(gòu)。溶膠結(jié)構(gòu):瀝青中瀝青質(zhì)含量很少,同肘 由于膠質(zhì)作用,瀝青質(zhì)完全膠溶分散于油 分介質(zhì)中,膚團(tuán)之間沒(méi)有吸引力或吸引力 很小;這類瀝青完全符合牛頓流體,剪切力與剪 切速率呈直線關(guān)糸,彈性效應(yīng)很小或完全 沒(méi)有。溶-凝膠型結(jié)構(gòu):瀝青中瀝青質(zhì)含量迨當(dāng), 并有很多腕質(zhì)作為保護(hù)賜質(zhì),膠團(tuán)相互 之間有一定的吸引力;這類瀝青常溫肘在變形的最初階段表現(xiàn)非常朗顯的彈性效應(yīng),當(dāng)變形增加到一定教值后表現(xiàn)為牛頓流體;丸多數(shù)優(yōu)質(zhì)路用瀝青都屬于溶凝膚型瀝 青O瀝青的膠體結(jié)構(gòu)理論凝膠型結(jié)構(gòu):瀝青中瀝青質(zhì)含量很壽, 形成空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu),油分分散在網(wǎng)格結(jié) 構(gòu)中,具有朗顯的彈性效應(yīng)。公路建設(shè)對(duì)瀝青材料的新挑戰(zhàn)改性瀝青的產(chǎn)

6、生公路建設(shè)對(duì)瀝青材料的新要求壽等級(jí)路面必須具備足夠的強(qiáng)度,穩(wěn)定性和使用性能fl J強(qiáng)度:結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗疲勢(shì)強(qiáng)度;(2)穩(wěn)定性:壽溫,低溫狀況下的抗變形C3J使用性能:抗滑能力和平整度。公路建段對(duì)瀝青材料的新要求g瀝青作為瀝青/昆合料的主要組成部分之一, 在很丸程度上影響瀝青屁合料的路用性能。 壽等級(jí)公路對(duì)瀝青材坯的抗永久變形,抗 低溫開(kāi)裂,耐久性等方面有較壽的要求, 這要求瀝青材料具有良好的質(zhì)量,其質(zhì)量 要求表現(xiàn)另:1 優(yōu)良的粘附性能2 良好的感溫性能3.經(jīng)久的耐候性公路建段對(duì)瀝青材料的新要求美國(guó)戰(zhàn)略公路研克計(jì)劃CSHRPJ硏克表朗,瀝青對(duì)瀝青混合料抗壽溫車轍的貢 獻(xiàn)為29%,對(duì)抗疲勢(shì)的貢獻(xiàn)為5

7、2%,對(duì) 抵抗溫度裂綻的貢獻(xiàn)為87%;在瀝青混合料低溫收縮和疲勢(shì)開(kāi)裂中, 寂瘞的骨架作用對(duì)抑制低溫開(kāi)裂無(wú)能為 力,而瀝青結(jié)合料對(duì)瀝青/昆合料抵抗低 溫抗裂性能起到?jīng)Q定性作用。普通基質(zhì)瀝青已不能完全滿足壽等級(jí)路面的要求,其原因:C1J基質(zhì)瀝青本身是一種對(duì)溫度很做感的材 料,瞼著溫度的變化其狀態(tài)和性能都將發(fā)生變化;C2J煉油廠油源的變化,難以保證所生產(chǎn) 的瀝青都能達(dá)到規(guī)格的要求指標(biāo);(3)交通量逐年增加車我加重,行車速度 快,對(duì)道路發(fā)展提出新的要求。于以上出現(xiàn)的新情況,促使在瀝青中添公路建設(shè)對(duì)加各種添加劑對(duì)瀝青或?yàn)r青混合料進(jìn)行收 性的發(fā)展,以獲得路用性能JI好的瀝青材料,在此背景下,改性瀝青應(yīng)運(yùn)而

8、生。其 中,應(yīng)用最廣泛的是聚合物改性瀝青。改性瀝青的介紹改性厲青:是指摻加橡膠,樹(shù)脂,壽分子 聚合物,磨細(xì)的橡膠粉或其他填料等外摻 利,或采取對(duì)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。能對(duì)瀝青或?yàn)r青/昆合料改性的材料,稱為 瀝青改性利O改性瀝青的發(fā)謖簡(jiǎn)史 1873年,Whiting在瀝青中加入了 1%的古 塔波乳膽,并申請(qǐng)了專利; 1884年,英國(guó)公布了再瀝青中摻如瀝青的 專利;英,法等國(guó)建設(shè)了許多賣(mài)唸路段以唸證聚合賜改性瀝青路面的效果。 1952年,q本在東京鋪筑了首條橡腕粉 改性瀝青賣(mài)驗(yàn)路段; 1963年,在名古屋至神戶壽速公路鋪筑 了 丁笨橡膠改性

9、瀝青賣(mài)唸路段; 1968年,改性瀝青賣(mài)臉路段己護(hù)畏到全 國(guó),上世紀(jì)70年為該項(xiàng)研克進(jìn)入壽潮。改性瀝青的介紹20世紀(jì)80年代,美國(guó)SHRP戰(zhàn)略公路研克計(jì) 劃投入了丸量贄全來(lái)解決瀝青路面存在的 問(wèn)題,僅用于瀝青及瀝青混合料的研克經(jīng) 費(fèi)就壽達(dá)5000萬(wàn)美元。改性瀝青的介紹我國(guó)關(guān)于對(duì)聚合楊改性道路妨青的研克起 步較娩: 20世纟己80年代,同濟(jì)丸學(xué)采用SBS,炭黑復(fù) 合改性瀝青,山西交科所采用氣丁膠乳改 性瀝青,勝利煉油廠采用丁笨膠乳改性瀝 青; 20世紀(jì)90年代,交通部重慶公路科研所應(yīng) 用橡膠母體鋪筑改性瀝青路面,揭開(kāi)了聚 合賜改性瀝青在我國(guó)壽竽級(jí)以路中應(yīng)用的 序幕。目裔,瀝青改性利的種類很多,通過(guò)

10、硏克 和應(yīng)用,改性利的使用種和教量也在不 斷變化: 北美從以前使用的PE發(fā)展到現(xiàn)在基本全部使 用SBS,歐洲所使用的EVA也逐漸彼SBS槨代, 我國(guó)也從使用PE逐漸到目侖以SBS為主要改 性利。目it用于道路改性瀝青的改性利有一下幾種:CU聚合賜類改性利:SBS,聚乙烯CPEJ , 乙烯醋酸乙烯共聚賜(EVA丿等;(2)纖維類改性利:人工合成纖維聚乙 烯纖維,聚酯纖維丿,礦質(zhì)石棉纖維,土 工布等;C3J硫確類改性劑:硫在瀝青中的硫林作用,提壽瀝青抗高變形能力;(4丿粘附性改性劑:無(wú)機(jī)類,有機(jī)酸, 重全屬皂類,合成化學(xué)抗剝落劑;(5丿酸類改性劑:無(wú)機(jī)酸類;改性瀝青的介紹(6)新型改性利:近年來(lái),

11、納采材料改 性瀝青己開(kāi)始受到重視,研克較多的有 蒙脫土 (montmorillonite, MMTJ ,累托石等,可朗顯提壽瀝青的抗壽溫性能,流變性能及耐老化性能O改性機(jī)理以SBS為例丿在國(guó)內(nèi),SBS改性瀝青因其具有改善瀝青多 方面性能的特點(diǎn),是我國(guó)目裔改性瀝青發(fā) 展的主要方向,并認(rèn)為星型改性劑的改性 效果一般優(yōu)于線型改性利;同肘,賣(mài)臉室對(duì)蒙脫土改性瀝青進(jìn)行了誅 入研克,并取得國(guó)家重丸科技項(xiàng)目的支持。SBS的化學(xué)組成SBS壽分子鏈由聚丁二烯鏈段(PB)和聚笨乙 烯鏈段(PS)組成。每個(gè)聚丁二烯鏈段(PB)的 末端都連接一個(gè)聚笨乙烯鏈段(PS),整個(gè)體 糸中聚丁二烯段聚集在一起形成軼段,呈 橡膽

12、的壽彈性;而聚笨乙烯段聚集在一起, 形成硬段,呈塑料的壽硬度。SBS的兩種結(jié)構(gòu)(a)線型線型SBS分子內(nèi)沒(méi)有交朕,星型SBS分子內(nèi)一般通過(guò)四氣化硅 偶朕。星型SBS優(yōu)于其硬段形成的聚集態(tài)JL密集有序,表現(xiàn)出JL典 型的熱塑彈性體的性質(zhì)SBS與瀝青的混合SBS加入到瀝青中,僅僅是賜理意義上的共 混,并沒(méi)有發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。SBS能夠吸收瀝青中的飽和分、芳香分、蠟分等賜質(zhì)而溶脹,改變了自由瀝青的比例和結(jié)構(gòu),使得改性瀝青這一多項(xiàng)體糸的物理、力學(xué)性質(zhì)和聚集態(tài)均發(fā)生了變化,從而改變了瀝青的性能。SBS在瀝青中形成一個(gè)彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),當(dāng)改 性利加入瀝青后,瀝青中部分油分彼改性 利吸附而進(jìn)入了改性利網(wǎng)絡(luò),由于

13、瀝青中 能進(jìn)入改性利網(wǎng)絡(luò)的油分有限,因而在瀝青中改性利只能溶脹而不能溶解,彼溶脹 的改性利呈一個(gè)個(gè)獨(dú)立的耘子熱勻分布在 瀝青中,瀝青自務(wù)性質(zhì)發(fā)生了變化,同肘 也|及改性劑采身的一些性質(zhì)發(fā)生變化,并 且微耘的存在也對(duì)瀝青的流交性產(chǎn)生影響。瀝青對(duì)改性瀝青性能的影響 SBS分子量丸于瀝青質(zhì),會(huì)從瀝青中丸量吸 收軼瀝青質(zhì)并在瀝青中溶脹,如果沒(méi)有足 夠的軼瀝青質(zhì)就會(huì)發(fā)生相分禽。lc=(瀝青質(zhì)+飽和分丿/ (芳香分+膠質(zhì)丿 lc值疫26%32%之間為宜改性劑類型對(duì)改性瀝青性能的影響星型改性劑對(duì)瀝青性能提壽較丸,尤其是抗壽溫性能,但加工性能較差,容易相分線型改性劑加工性能優(yōu)越,但對(duì)瀝青性能提壽有限,對(duì)瀝青的

14、抗低溫性能有較丸提國(guó)外瀝青路面方面的研老進(jìn)畏國(guó)外瀝青路面方面的研老進(jìn)畏世界上著名的、具有重要影響力的瀝青 研究部門(mén)與中心主要研究方向及在研項(xiàng)目相關(guān)的研究成果1 美國(guó)衣路戰(zhàn)略研老計(jì)劃SHRP瀝青膠結(jié)料評(píng)價(jià)體系瀝青分級(jí)PG指標(biāo):高溫性能和低溫性能瀝青混合料設(shè)計(jì)體系高性能瀝青路面(Superpave):體積性能和路用性能2. The Nottingham Centre for PavementEngineerir University of Nottingham, UK (諾丁 漢大學(xué))&SSITY The importance of bond between pavement layers Mic

15、ro mechanics of crushable aggregates Numerical modelling of crushable aggregates Crumb rubber modifed asphalt mixtures Fatigue properties of bitumen-filler mixture Study of the Fracture and Fatigue Characteristics of Bituminous Materials using Damage & Fracture Mechanics Discrete Element Modelling o

16、f Asphalt Mixtures The rheological properties, fatigue and permanent deformation testing of polymer modified bitumens Laboratory Characterisation of the Permanent Deformation Properties of Asphalt3、Transportation Research Group University of Cambridge, UK (劍林大學(xué)交通研老中心丿Asphalt Micromechanics(瀝青的細(xì)觀力學(xué)丿

17、Deformation Mechanisms of Pure Bitumen 瀝青的變形機(jī) 理 Fracture tests on bitumen films 斷裂測(cè)試 Micro-mechanical modelling of steady-state deformation inasphalt瀝青永久變形的微機(jī)械模擬 Failure mechanisms in viscoelastic films 粘 彈路面 的破壞 形式 Monotonic and cyclic behaviors of polymer modifiedbitumens聚合揚(yáng)改性瀝青的靜動(dòng)本構(gòu)規(guī)律4. Washingto

18、n Center for Asphalt Technology(WCAT)Washington State University, USA(華盛頓州立大學(xué)) Mission (任務(wù)) Undergraduate and graduate student training in asphalt technology (研克生和本科生瀝青技術(shù)培訓(xùn)丿 Technical personnel training (技術(shù)人 員 培訓(xùn)丿 Research (研克丿 Extension and testing services (夕卜延孤寸試月艮務(wù)丿美國(guó)妨青方面技術(shù)人員的重要培訓(xùn)基他丄5、The Nation

19、al Center for Asphalt Technology-(NCA Auburn University (奧本大學(xué))To be a world leader and authority in hot mix asphalt research, development, technology, and education in the areas of: Structural Design結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Construction Methods施工工藝Materials and Testing材料測(cè)試Performance Measurement and Prediction 路用性能評(píng)價(jià)及 預(yù)

20、測(cè)Pavement Preservation, Rehabilitation, Recycling, and Maintenance耐 久性,再利用及養(yǎng)護(hù)Highway Safety嵩速公路安 全性目裔全球最著名的瀝青方面的研屯中心!、I奧本大學(xué)環(huán)道試驗(yàn)場(chǎng)CN$HE LAB AND TRICK g INTENK t-4CH11 H-10 H9 NS N7 K6N4 N3S3金4 曲 弘 S7 H 財(cái) S1fl S11HMA PUNT06美國(guó)Turner-Fairbanks公路妨青研老中心 Research Categories: Human Centered Systems人性化 Materi

21、als Technologya Operations & Intelligent TransportationSystems (ITS)智能運(yùn)輸控制糸統(tǒng) Pavements Safety Structures7.The Texas Transportation Institute德克薩斯夾通運(yùn)輸部卑 Design highways, structures, and roadside features Materials, Constructior and Maintenance - soils, foundations and construction materials, and pavement maintenanceThe largest university-affiliated transportation research agency in the United States!8. Road and Railway Engineering -Delft Univers

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