英语原文共 7 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

在刚性柔性复合路面中对夹层沥青材料的试验评价

重点（突出）

。我们做了一系列的剪切流变试验，以评估四种沥青材料。

。一个特殊的测试装置被开发用于层间粘合试验。

。层间粘结试验确定最佳的SBS改性沥青用量。

文章历史：

2015年3月15日收到

2015年9月22日收到修订版本

2015年10月18日接受

2015年11月13日可网上查询

摘要：

刚性柔性复合路面的粘结状况是影响路面耐久性和养护的关键因素。用旋转式的流变计对四层沥青材料高温性能和粘度进行了测试。动态机械温度扫描试验和剪切疲劳试验也进行了。结果表明：AR（沥青与橡胶）和SBS改性沥青是一种更好的夹层沥青材料，其路用性能总体上优于基质沥青A-50（渗透沥青50）和A-70（渗透沥青70）。基质沥青与改性剂的相容性对SBS聚合物改性沥青疲劳性能有显著影响。由于SBS改性沥青优良的路面性能和施工方便，夹层建议使用SBS改性沥青。SBS改性沥青的最佳用量采用层间粘结试验确定。这项研究的结果可以提供一个选择刚性–柔性复合路面层沥青材料的重要参考。

关键词：

道路工程 刚性柔性复合路面 夹层 沥青材料 温度扫描试验 路面使用性能

1.介绍

刚性-柔性复合路面一般包括两个部分：刚性基础和沥青混凝土表面。由于他们的出色的路面使用性能，刚性-柔性复合路面显现出成为重交通下可持续路面的可靠选择的巨大潜力。在最近几年，使用PCC, RCC, LCC, JPC, or CRC为基底的沥青路面得到迅速发展。特别是旧水泥混凝土路面加铺沥青路面。刚性基础能大大提高路面结构承载能力，并且加铺沥青路面可以减少温度的翘曲应力，刚性基础荷载应力和有效加强行驶舒适性。虽然复合结构有许多好处，包括行驶舒适，使用寿命长，维护费用低。一个需要解决的关键问题是刚性基础和柔性沥青路面之间的粘结。正如我们所知，路面的机械性能很大程度上取决于层与层之间粘结情况。但是，这并不总是能实现的并且路面病害的数目已经与低效的粘结状况相联系。刚性基层和柔性沥青加铺层之间低效的粘结可导致沥青面滑移，甚至出现严重的问题，如：隆起，开裂，破碎。良好的层间剪切强度是保持沥青表面功能正常所不可缺少的。路面层间粘结强度一般来自三个部分:集料的咬合力，沥青结合料的粘结力，和摩擦力。和传统沥青路面相比，在刚性基层和沥青路面之间几乎没有集料的咬合力。此外刚性基础和沥青路面的模量有很大不同，机械性能也有很大不同。例如，当受到交通荷载或温度变化，机械响应，变形时，刚性基层和沥青加铺层是非常不同的。刚性基层和沥青加铺层的材料也有很大不同：刚性基层一般采用水泥混凝土，但沥青加铺层采用沥青混合料。这使得刚性基层和沥青加铺很难工作协调。弱黏结，刚性基层和沥青加铺层的模量和材料差异突出了在刚性柔性符合路面中的粘结状况。为改善刚性基层和沥青加铺层间的粘结，中间层被使用来保证路面的两个部分表现如单一实体，以减少路面病害。有三种主要的层间结构以提高刚性柔性复合路面的粘结，由不同的施工方法分类：喷涂层，沥青浸渍织物层，并铺层。喷涂层通过在较低的刚性基层上喷洒沥青材料来构造，并用一些单一大小的随时来提高咬合强度。浸渍织物层间是一种“sandwich结构”，用土工合成材料和沥青材料制成。铺层是SAMI（应力吸收层）。基于已有工程经验在新建刚性柔性复合路面推荐使用喷涂层，因为其操作简单、成本低、质量好。建议在旧路面沥青修复使用铺层，因为它不仅可以加强粘结，而且还吸收压力和延缓反射裂缝的发展。在所有的三种中间层，沥青是主要的材料。沥青的性质直接影响中间层的性能。

本文重点研究了四种沥青材料：基质沥青A-50（渗透50沥青），基质沥青A-70（渗透70沥青）、SBS改性沥青和AR（橡胶沥青）使用15%的40目卡车轮胎粉。四种沥青材料的高温特性，粘度，动态机械性能和抗疲劳性能已经在一系列的实验中测试，以评估他们的性能。对刚性柔性复合路面适当的沥青材料建议也已取得。

2.实验装置

美国战略公路研究计划（SHRP）开发了一系列的测试方法和设备来评估PG沥青[ 15 ]。“旋转流变仪”用于测试老化前和老化后5到85C沥青的线粘弹性性能。本文中所用的设备是长沙理工大学公路工程实验中心的智能旋转流变仪“物理学MCR301”。测试方法采用美国国家公路和交通官员协会（AASHTO）的T315-08”[ 16 ]。

对老化后的两个原始样品和剩余样品进行了测试。高温性能，粘度和动态力学试验使用RTFO（旋转薄膜烘箱）来模拟的老化过程，而疲劳试验采用PAV（压力老化容器）。

图 1样本制取装置

3.高温性能评价

在许多情况下，沥青加铺层是薄的，所以层间沥青易受高温影响。采用高温剪切试验对沥青高温性能进行测试。对原始样本进行动态剪切试验，老化后的剩余样本剪切速率为10 rad/s。样品直径为25毫米， 厚度为1毫米。原始样本和剩余沥青的G^*/sindelta;值分别要求大于1.1和2.2 KPa。试验温度起始为58摄氏度，并且如果G^*/sindelta;满足要求则，直到样品不符合提高至下一个温度等级，直到样品不符合。目前的研究已经表明，在一般情况下，沥青PG等级越高，沥青层车辙深度越小。一般来说，一个更大的G^*/sindelta;值意味着更好的高温抗变形能力。测试结果列于表1-4。

SBS聚合物改性沥青和AR具有更好的耐高温性能，达到pg76，而A-50和A-70分别达到pg70和pg64。

如果我们比较原始样本和四种沥青材料的残留样品的失效温度，发现SBS改性沥青剩余样品的失效温度比原始试样低，残留样品的失效温度高于或相同A-50，A-70和AR的原始样本。这种相反现象的发生是由于SBS改性沥青相比于基质沥青具有较好的抗短期老化性， SBS改性沥青老化过程后G^*/sindelta;的增长比较不明显，导致剩余样本的相对较低的失效温度。这也表明，仅用动态剪切试验来评价SBS聚合物改性沥青高温性能是不恰当的。AR没有发生同样的现象，因为橡胶粉在沥青中很难完全溶解。此外，该RTFOT老化过程在165摄氏度持续16小时，高温可诱使橡胶粉的分解，影响AR抗老化能力。

表 1 A-50高温剪切试验结果

表 2 A-70高温剪切试验结果

4.粘度评价

粘度是影响沥青整体性能，预测抗剪切变形能力的关键因素。增加沥青的粘度不仅能显著改善中间层粘结，而且增加了沥青混凝土的抗剪强度。

在测试系统pp25-sn27488旋转模式下以10rad/s的剪切速率进行了温度扫描测试。测试温度范围从50到170摄氏度，增速2^oC /分钟。四沥青材料粘度-温度关系曲线如图2所示。对老化过程后，粘度为60，135^oC进行特别分析。粘度表明沥青在外部荷载作用下的抗剪变形性能。一种典型的沥青混合料是附着颗粒（骨料）的沥青或沥青结合料结合在一起的化合物。许多研究人员已经表示，沥青的粘度对路面性能有很大的影响。较高粘度有助于提高中间层的粘结强度和抗剪强度。如图2所示，所有沥青样品的粘度随温度升高而下降。但AR和SBS改性沥青的粘度普遍高于基质沥青，这意味着橡胶、SBS聚合物可以改善沥青的粘度。沥青路面60摄氏度的粘度反映沥青路面在夏天的热稳定性，所以它在许多国家被广泛用于评价沥青路面性能。在135摄氏度或更高的温度下的粘度可以用来评估沥青材料施工性能。沥青样品在60，135和160摄氏度的粘度在表5中列出。

表 3 SBS改性沥青的高温抗剪试验结果

图 2粘度与温度的关系

表5的测试结果表明，AR在60摄氏度的粘度比基质沥青高很多倍，这意味着AR有更好的高温性能和更好的粘接能力。SBS聚合物改性沥青在60℃粘度也很高。路面建议，原始沥青在135摄氏度旋转粘度应小于3 Pa s来获得良好泵送和流动性。但在135℃时，AR的粘度为3 Pa s以上，这可能导致施工困难。相比之下，SBS聚合物改性沥青在135摄氏度有较高的粘度和在60摄氏度有低粘度（1.41 Pa s），使它容易喷洒和一种用于层间喷洒的理想的沥青材料。

5.动态力学性能评价

通过样品的温度扫描测试，对动态机械性能和温度的关系进行了研究来评估沥青的机械性能。

测试系统PP25-SN27488在振荡模式下以角频率为10 rad/s，振幅12%，和加热速率2^oC /分钟进行测试。关系曲线绘制在数字的下面。G^rsquo;代表储能模量，G^“代表损耗模量，tandelta;代表损耗因子。沥青的高温稳定性研究，特别是温度下储能模量G^rsquo;的变化模式。测试结果示于图3- 8。

G^*是表示沥青抵抗重复剪切变形的总量度，其中包括储能模量G^rsquo; （代表弹性特性）和损耗模量G^“（代表粘性特征）。相位角delta;是一个弹性变形和粘性变形的相对指数。在高温下，沥青材料表现更像是一个弹性体，如果相位角delta;值较低，这有利于变形恢复，并有助于提高高温下抗变形能力。

如图7-3所示，当温度从50上升到80摄氏度时，储能模量G^rsquo;和损耗模量G^“都下降，并且储能模量G^rsquo;的曲线比损耗模量G^“更为陡峭，而且两曲线没有交叉。损耗因子tandelta; 65摄氏度后迅速增长，这意味着外部力工作大部分转化为散热，使沥青转变成粘性流动状态。

SBS损耗因子tandelta;的值加入聚合物或橡胶粉，特别是加入橡胶粉后明显降低，表明SBS聚合物和橡胶粉能有效提高模量。储能模量G^rsquo;的改善比损耗模量G^“的提高更为显著。

相位角和温度之间的关系示出

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[147541]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word