半柔性路面结构应用研究课题工作报告(编辑修改稿)

半柔性路面结构应用研究课题工作报告(编辑修改稿)内容摘要：

能渗入骨料孔隙与微隙缝中。 当温度下 降 时 沥 青则 在 孔隙 中 发 生胶 凝 硬化。 这 种楔 入 与 锚固 作用，形成了沥青与骨料之间的机械粘合力。 ② 化学反应理论 化学反应理论认为沥青与矿料之间的粘附性主要来源于沥青与矿料表面发生的化学反应。 普遍认为：碱性矿料与沥青有较好的粘附性。 这是因为沥青中的酸性成分与矿料 表面的碱性活性中心发生了反应；酸性矿料缺乏这种碱性活动中心，因而与沥青的粘附性差。 沥青的酸性越大，集料的碱性越强，沥青与集料的粘结性能就越好，抗剥落能力也就越强。 ③ 表面能理论 沥青的湿润能力是指沥青与集料表面的紧密接触能力。 沥青的湿润能力也与其它液体一样，与其自身粘附性有关。 当沥青扩散并润湿集料表面时，会产生能量交换，这种交换是 一 种 表 面现 象 ，它 依 靠 沥青 与 集料 的 紧 密接 触 和 相互 吸引。 水与集料的粘附力比沥青与集料的粘附力要大，因此水 10 分子就可浸入沥青 —— 集料表面，形成水 —— 沥青 —— 集料三相界面。 沥青与集料之间的内 部张力随集料类型和沥青品种的不同而不同。 ④ 分子定向理论 表面活性分子是由极性基和非极性基组成的不对称结构，极性基带有偶极矩，故能表现出力场。 沥青可视为表面活性物质在非极性碳氢化合物中的溶液。 根据所含的表面活性物质数量的不同，而具有不同的活性。 沥青粘附于石料表面 后 ， 沥 青在 石 料表 面 首 先发 生 极性 分 子 定向 而 形 成吸 附层，与此同时，在极性场中的非极性分子，由于得到极性的感应，而获得额外的定向能力，继而构成致密的表面吸附层。 所以认为，沥青的极性是粘附的本性，是导致矿料吸附沥青的根本原因。 沥青在矿料表面的吸附可以分为物理 吸附、化学吸附和选择性扩散吸附。 由于水是极性分子且有氢键，因此水对石料的吸附力很强。 当低极性石油沥青与憎水性石料粘附时，由于沥青与石料不仅有物理吸附，同时还有化学吸附，故不易被水剥落。 灌浆 法半柔性路面材料的组成研究 1） 主要 是结合马歇 尔试验开展大 空隙基体沥 青混合 料的配合比设计，通过项目研究提出科学的空隙率、马歇尔稳定 度 与 流 值等 技 术指 标 的 标准 值 ，对 我 国 相关 进 行 补充 完善。 11 2） 通过 室内外试验 ，研究灌注水 泥乳浆的抗 压强度 与抗折强度等物理力学性能与相应的设计技术标准，通过对水泥乳浆物理力学性能，低温收 缩性能的改善作用，以及对半柔性复合路面路用性能的影响。 灌浆 法半柔性路面材料的性能研究 1）研究 半柔性路面 混合料在最佳 配合比下的 各项物 理力学参数，为路面结构设计提供参考。 2）通过 室内试验、 理论分析，研 究半柔性复 合路面 材料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳等路用性能。 灌浆 法半柔性路面材料施工工艺研究 1）本研 究在参考国 内外研究基础 上，并依据 依托工 程的使用效果 ， 对半柔性路面基体沥青混合料的配比以及水泥乳浆的配比和材料要求提出相关规定。 2）通过 室内外试验 与现场试验路 面观测分析 ，提出 灌浆 法 施 工 半柔 性 复合 路 面 施工 质 量控 制 技 术、 验 收 检测 标准。 3）在施 工工艺研究 的基础上，对 半柔性路面 施工、 技术经济特点开展相应的研究。 提出基体沥青混合料的施工工艺。 12 添加剂 法半柔性路面材料的机理研究 目前公路建设材料市场上，存在着各种不同类型的抗车辙剂，但整体来说可以分为两大类，一类是直接对沥青进行改性的抗车辙改性剂，另一类就是用干拌法直接用于沥青混合料的外掺抗车辙剂，这两种抗车辙剂的改性机理存在一定的差异，本课题研究所采用的添加剂为干拌法，其改性机理主要有以下几个方面： ① 抗车辙剂与集料作 用 抗车辙剂在与热骨料干拌的过程中抗车辙剂受热软化，处 于 粘 流 态， 具 有较 好 的 流动 性 并局 部 粘 附包 裹 在 骨料 表面，从而提高了骨料的粘结性，这就相当于对骨料进行了预改性。 ② 抗车辙剂与沥青作用 继续加入沥青，在拌 和楼 作用下，沥青将直接与热骨料表面的抗车辙剂紧密接触，软化的抗车辙剂颗粒与热沥青相互浸润并吸收沥青中的轻质油分而发生溶胀，它们接触面分子 在 互 相 渗透 时 产生 了 一 系列 物 理化 学 作 用从 而 形 成浅 层的互融过渡层，这样不仅可以提高沥青软化点温度和沥青混合料的高温劲度模量，而且局部强化了沥青膜并增强沥青混凝 土 中 自 由沥 青 抵抗 蠕 动 变形 的 能力 从 而 保证 沥 青 混凝 土在高温时稳定不变形，从而达到沥青改性的目的。 ③ 嵌挤、填密作用 13 抗车辙剂在沥青混合料的拌 和 压实成型过程中，由于高温作用而软化呈粘流态，具有较强的可塑性，在外力作用下，抗 车 辙 剂 颗粒 相 当于 是 具 有可 塑 变形 能 力 的单 一 粒 径集 料以各种形态嵌挤和填充在矿料的骨架空隙中，在路面实际使用温度下，处于玻璃态的抗车辙剂颗粒，抵抗变形能力较好，维持了压实后的形状，限制矿料颗粒之间的相对滑动，加强了混合料之间的相互作用力，使混合料结构更加紧密，增强了沥青混合料在高温下承受外界荷载的能力。 ④ 加筋作用 当抗 车辙剂掺量较低时，混合料中抗车辙剂变形体所起的作用仅是二维约束作用。 随着抗车辙剂掺量的增加，沥青混 合 料 中 不规 则 车辙 剂 变 形体 达 到一 定 体 积并 分 布 更为 均匀时就会相互搭接、联桥在一起形成一个立体网状结构，将矿料颗粒牢固地束缚在网格内，类似于水泥混凝土中钢筋所发 挥 的 作 用， 从 而加 强 了 沥青 胶 浆体 系 相 互作 用 力 和整 体性，使沥青混合料整体强度提高，在抗车辙剂所有作用机理中，加筋作用对混凝土性能贡献最大。 ⑤ 界面理论 从界面理论观点来看，抗车辙剂沥青混合料中各相材料是通过各相间的界面 (固液界面、固固界面 )结合作用而成为整体的 ，而界面结合作用的强弱与各相之间形成的界面自由能的大小有关。 实际上，抗车辙剂的加入就是改变了传统沥 14 青混合料中各相之间的界面作用效果，局部强化了界面力。 添加剂颗粒在施工过程中由于高温的作用而软化，再经过碾压 后 成 型。 这 样 就将 添 加 剂的 颗 粒填 充 嵌 挤到 骨 架 的空 隙中，加强了混合料之间的相互作用力，使混合料结构更加紧密，增加了沥青混合料在高温下承受荷载的能力。 RP2020 抗车辙剂是一种高分子复合的沥青混合料外掺材料，主要包括塑性材料和弹性材料，在高温条件其软化，膨胀，粘附，能够在与沥青混合料很好的相互作用，提高混合料的 各种路用效果，以上五种改性机理，在 RP2020 应用过程同时存在，相互作用，最终保证了 RP2020 抗车辙剂沥青混合料的性能指标的优越性。 添加剂法半柔性路面材料的组成研究 对于添加剂法半柔性路面材料的组成设计，依然采用了目 前 我 国 在沥 青 混合 料 配 合比 设 计方 面 主 流的 马 歇 尔设 计方法，通过室内击实试验，测试其体积性能，评价并筛选出最优的半柔性路面材料组成。 a、集料筛分及合成级配 依据《公路沥青路面施工技术规范》（ JTG F402020）的要求以及各种集料的筛分结果，试拌合成级配按要求选择三个配合比，其合 成级配如表 1 和图 1 所示，三种选用级配分别为粗、中、细三种级配。 15 表 1 合成级配设计 筛孔尺寸 19 16 配合 比 1 配合 比 2 配合 比 3 级配上限 100 100 92 80 62 48 36 26 18 14 8 级配下限 100 90 76 60 34 20 13 9 7 5 4 级配中值 100 CA1 CA2 CA3 ~19 100 32 30 33 ~ 100 100 100 19 16 21 ~ 100 100 100 100 21 22 20 0~ 100 100 100 100 100 27 31 25 矿粉 100 100 100 100 100 100 100 100 100 1 1 1 合成级配1 100 99 92 72 53 25 17 12 8 6 4 100 — — 合成级配2 100 99 92 74 58 29 20 14 9 7 4 — 100 — 合成级配3 100 99 92 71 51 24 16 11 8 6 4 — — 100 图 1 合成级配图 通过马歇尔击实成型后，测试其体积性能和稳定度等数据，对三种级配进行优选 ，最终 选定 级配 1 为最佳级配， 作 16 为后续研究的基准级配。 b、基质沥青混合料配合比设计 采用实测法确定最大理论密度，采用表干法测试沥青混合料试件毛体积相对密度，根据最大理论密度计算空隙率、沥青饱和度、矿料间隙率等物理力学指标，试验结果如表 2所示。 表 2 马歇尔体积性能指标 油石比 空隙率 （ %） 理论最大相对 密度（ g/cm3） 毛体积相对 密度（ g/cm3） 矿料间 隙率（ %） 沥青饱 和度 (%) 马歇尔稳 定度 (MS) 流值 (FL) % % % % % 要求 3~6。