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文檔簡介
1、SBR改性瀝青混合料低溫抗裂性能蠕變試驗研究 焦興華 (遼寧省交通工程質(zhì)量與安全監(jiān)督局,沈陽 110005) 摘要:通過大量的試驗研究證明,SBR改性瀝青不僅在高溫性能、感溫性能及抗老化性能效果明顯,其低溫抗裂性能的改善效果尤為顯著。彎曲蠕變速率指標能夠有效地判斷瀝青混合料的低溫性能,方法簡單、宜行。本文采用0、-10、-20三個溫度下彎曲蠕變指標對SBR改性瀝青混合料的低溫抗裂性能進行了評價,進而為瀝青路面的設(shè)計提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)關(guān)鍵詞:SBR改性瀝青;彎曲蠕變;低溫抗裂瀝青路面的低溫開裂是寒冷地區(qū)道路工程面臨的一個重要問題,世界上幾乎所有的寒區(qū)公路都存在著這一問題,是世界公認的一大難題。處于與
2、大氣直接接觸的瀝青面層,應該具有優(yōu)良的低溫抗裂性能。瀝青路面在低溫或溫度驟降情況下,由于瀝青混合料內(nèi)部產(chǎn)生的溫度應力未能及時松弛的情況下便會產(chǎn)生溫縮裂縫,并且裂縫會進一步發(fā)展,將會造成水分下滲,這樣就加劇了基層的凍融循環(huán),造成基層過早破壞,反過來又影響到面層,形成惡性循環(huán),極大地影響著公路的運營效果?,F(xiàn)在國內(nèi)外對于瀝青混合料低溫抗裂性能的試驗研究方法主要有:等應變加荷載的破壞試驗(間接拉伸試驗、低溫彎曲、壓縮試驗)、直接拉伸試驗、彎曲拉伸蠕變試驗、受限試件溫度應力試驗(TSRST)、三點彎曲J積分試驗、C*積分試驗、收縮系數(shù)試驗、應力松弛試驗等。彎曲蠕變試驗儀具有結(jié)構(gòu)簡單、實用性強,大量瀝青混
3、合料對比試驗表明,蠕變速率及蠕變?nèi)崃恐笜司c瀝青的使用性能相吻合,現(xiàn)場取樣驗證結(jié)果也證明是可靠的。因此,用彎曲蠕變試驗的彎曲蠕變速率作為評價指標來評價瀝青混合料低溫性能是適宜的。本研究選用O、-10、-20對SBR改性瀝青混合料和基質(zhì)瀝青混合料的低溫性能進行彎曲蠕變試驗,通過對試驗數(shù)據(jù)的分析來達到評價瀝青混合料的低溫抗裂性能的目的。1、試驗材料1.1瀝青遼河90#基質(zhì)瀝青摻入4%蘭州石化公司生產(chǎn)的昆侖牌PSBR 1500-1型瀝青改性劑制備SBR改性瀝青?;|(zhì)瀝青和SBR改性瀝青三大技術(shù)指標見下表1。表1 兩種瀝青三大技術(shù)指標指標針入度25軟化點5延度遼河90#基質(zhì)瀝青76.543.80.2S
4、BR 改性瀝青7146.21501.2級配和瀝青用量本文采用AC-13型瀝青混合料,為對比研究SBR改性瀝青混合料和基質(zhì)瀝青混合料的低溫性能,兩種瀝青混合料的油石比和級配相同,兩種瀝青混合料油石比均為4.7%,級配見圖1 。圖1 瀝青混合料級配組成2、試驗方法瀝青混合料彎曲蠕變試驗的目的就是對規(guī)定尺寸(250mm×35mm×30mm)的小梁試件在跨中施加恒定集中荷載,測定隨時間不斷增長的蠕變變形。本次試驗過程及試件的制備嚴格按照公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTJ052-2000)要求執(zhí)行,蠕變儀器采用長沙亞星瀝青混合料高低溫彎曲蠕變試驗儀(LRB-1型),該儀器能夠?qū)?/p>
5、時記錄試件的試驗時間及位移,并能自動繪出時間-位移曲線,便于檢驗試驗效果。3、試驗結(jié)果與分析瀝青混合料在高溫下發(fā)生顯著的蠕變現(xiàn)象,參見圖2,它可分為瞬時蠕變(蠕變隨時間的增大而減?。⒎€(wěn)態(tài)蠕變(應變速率幾乎為一常數(shù))和加速蠕變(應變速率隨時間迅速增大)三個階段1。加速蠕變 s瞬時蠕變穩(wěn)態(tài)蠕變 0 t圖2 瀝青混合料蠕變曲線 根據(jù)試驗采集數(shù)據(jù)可計算彎曲蠕變速率,瀝青混合料蠕變速率計算公式: (1)式中: 試件的蠕變彎拉應力,;試件梁底彎拉應變; 試件的彎曲蠕變速率,1/s/MPa; 分別為蠕變穩(wěn)定期直線段起始點及終點的時間,s; 分別為對應于時間時的蠕變應變。 蠕變速率是單位應力條件下,小梁試件
6、在單位時間內(nèi)應變的變化值。在同等的低溫試驗條件下,混合料的蠕變速率越大,說明混合料的變形能力越強,韌性越強,也就是抗低溫開裂能力越好。 本文試驗選用0、-10、-20溫度下對基質(zhì)瀝青和SBR改性瀝青混合料進行彎曲蠕變試驗,試驗結(jié)果見表2 表2 瀝青混合料在0、-10、-20條件下蠕變速率計算結(jié)果試驗溫度()試件蠕變速率0SBR改性瀝青混合料29.5299基質(zhì)瀝青混合料25.2784-10SBR改性瀝青混合料10.5073基質(zhì)瀝青混合料3.45681-20SBR改性瀝青混合料4.20291基質(zhì)瀝青混合料2.27536由此可見,兩種瀝青混合料的蠕變速率隨溫度的降低逐漸減小,這表明瀝青混合料的低溫變
7、形能力隨溫度降低而逐漸下降,SBR改性瀝青混合料的蠕變速率在0、-10和-20的低溫情況下都比基質(zhì)瀝青混合料的蠕變速率大,尤其是在-10時,SBR改性瀝青混合料的蠕變速率是基質(zhì)瀝青混合料蠕變速率的3倍,說明基質(zhì)瀝青經(jīng)過SBR改性劑改性后,其低溫抗裂性明顯得到改善。對瀝青混合料來說,在恒應力作用下,應變隨時間和溫度的變化而變化。蠕變?nèi)崃亢腿渥儎哦饶A砍实箶?shù)關(guān)系,即,為瀝青混合料的蠕變?nèi)崃?,為瀝青混合料的蠕變勁度模量,、的符號意義同前。由蠕變試驗可得到在荷載作用時間t和溫度T的條件下的瀝青混合料的蠕變?nèi)崃?,如?所示表3 通過蠕變試驗得出數(shù)據(jù)如下試驗溫度混合料類型時間(秒)蠕變?nèi)崃?SBR9901
8、060223029570.0008790.0008980.001160.00128基質(zhì)13571723311241830.0005430.0006280.0008120.000972-10SBR276249227707117760.0005360.0005880.0006500.000764基質(zhì)3970600811143142390.0004840.0005650.0006040.000633-20SBR138633946183114790.0002160.0002540.0002730.000311基質(zhì)10571534547694920.0001230.0001350.0001550.000
9、174從表中數(shù)據(jù)可以看出,在加載階段,瀝青混合料的蠕變?nèi)崃侩S時間的延長而逐漸增加。在相同的低溫條件下SBR改性瀝青混合料的蠕變?nèi)崃烤笥诨|(zhì)瀝青混合料的蠕變?nèi)崃?,也就是SBR改性瀝青混合料相對基質(zhì)瀝青混合料有較小的進度模量,這也表明SBR改性瀝青混合料較基質(zhì)瀝青混合料有良好的低溫性能。4結(jié)論(1)瀝青混合料的蠕變速率和蠕變?nèi)崃侩S著溫度的降低而減小。(2)瀝青混合料的蠕變?nèi)崃吭诮o定溫度條件下,隨荷載作用時間的增加而增加。(3)SBR改性瀝青混合料的低溫性能較基質(zhì)瀝青混合料的低溫性能好。參考文獻12申愛琴 付菁.SBS、PE、SBR改性國 煉瀝青性能研究.內(nèi)蒙古公路與運輸,2000,33李琦.SB
10、R改性瀝青的試驗研究與應用.湖南交通科技,1998,124王慧穎.瀝青混合料低溫性能斷裂力學研究學位論文.東北林業(yè)大學,2009,65612.Lee. Low Temperature Nature Modified Asphalt Binders and Asphalt Concrete Mix. AAPT. 2004,117Chen JS, Huang LS. Field and Laboratory Evaluation of ASTM Specification for Polymer Modified Asphalt Binders.TRB,20008910張熙穎 瀝青混合料低溫抗裂性
11、能蠕變試驗研究及粘彈性分析學位論文.吉林大學,2005,4111213Creep Experiment and Research on Low Temperature CrackResistance of SBR Modified Asphalt MixtureJiao Xing Hua(Liaoning Province Communications Engineering Quality and Safety Supervision Bureau, Shenyang 110005 )Abstract: It has been proved through abundant experime
12、nts that SBR modified asphalt has obvious effects on improvement of high temperature performance, temperature sensibility and ageing resistance, but its effect on improvement of low temperature crack resistance is the most significant. The low temperature performance of asphalt mixture can be effectively judged by the indices of bending creep rate, which is simple and practicable. In this paper, the low temperature crack resistance of SBR modified asphalt mixture is estimated by using the
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