BRA天然改性劑路用性能研究doc

1、布敦天然巖瀝青改性劑（bra）路用性能研究交通部公路科學(xué)研究院2009年6月目 錄1.項(xiàng)目背景41.1引言41.2研究方案和內(nèi)容51.3 bra國(guó)內(nèi)外應(yīng)用概況52bra物理化學(xué)組成分析82.1無(wú)機(jī)物的分離和分析82.2四組分分析112.3 對(duì)bra的化學(xué)組成分析132.3.1 元素分析結(jié)果132.3.2分子量測(cè)定142.3.3 顆粒大小和zeta電位分析152.3.4黏度法測(cè)定膠體大小162.3.5紅外吸收光譜分析172.3.6核磁譜圖213. 針入度分級(jí)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)243.1 針入度試驗(yàn)結(jié)果243.2延度試驗(yàn)結(jié)果分析253.3軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果263.4粘韌性試驗(yàn)結(jié)果273.5本章小結(jié)284.

2、 pg分級(jí)試驗(yàn)分析294.1 試驗(yàn)方案294.2 動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)分析304.3彎曲梁流變儀bbr試驗(yàn)分析334.4 brookfield旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn)分析364.5 本章小結(jié)375. bra瀝青混合料路用性能研究385.1 試驗(yàn)方案及材料385.1.1 試驗(yàn)方案385.1.2 試驗(yàn)材料395.2 級(jí)配和最佳油石比405.2.1 礦料級(jí)配405.2.2最佳油石比415.3 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果分析475.3.1 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果分析475.3.2高溫車轍試驗(yàn)結(jié)果分析485.3.3水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果分析515.3.4低溫抗裂性能分析535.3.5動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)分析585.3.4 本章小結(jié)666 現(xiàn)有bra試驗(yàn)路觀測(cè)

3、666.1河北宣大高速公路666.2 110國(guó)道北京延慶段706.3 石太高速大修工程716.4 本章小結(jié)737結(jié)論74參考文獻(xiàn)751. 項(xiàng)目背景1.1引言隨著交通運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展，交通量不斷增大，車輛趨于大型化和重載化，對(duì)道路的耐久性及使用功能亦提出了新的要求。目前，瀝青路面普遍采用聚合物改性瀝青，通過(guò)改善瀝青的高低溫性能及與集料的粘結(jié)性能，來(lái)提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及抗水損害能力。在普通道路石油瀝青中加入天然瀝青也是常見(jiàn)的改性方法，且近年來(lái)在我國(guó)的應(yīng)用也越來(lái)越受關(guān)注。根據(jù)已有研究和工程應(yīng)用1,2,3,4，天然瀝青通常具有以下性質(zhì)：(1) 天然瀝青軟化點(diǎn)高，用其改性可以顯著提高瀝

4、青路面的高溫穩(wěn)定性；(2) 天然瀝青氮、氧、硫等雜物含量高，提高了瀝青路面的抗老化和抗水損壞能力；(3) 天然瀝青抗老化能力強(qiáng)，耐候性好；(4) 天然瀝青通常不含蠟，可以改善高含蠟量瀝青的品質(zhì)；(5)天然瀝青改性瀝青制造工藝簡(jiǎn)單，施工方便；(6) 與sbs等人工改性瀝青相比，天然巖瀝青是石油基的固體，與瀝青的相容性非常好，改性后不離析，改性后的瀝青性質(zhì)更穩(wěn)定。bra產(chǎn)于南太平洋印度尼西亞蘇拉威西島東南部buton島，距雅加達(dá)以東700km。bra的形成是由于石油滲透在巖層中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的沉積、承受壓力和地質(zhì)變動(dòng)而形成瀝青巖，經(jīng)挖掘后破碎而成的細(xì)顆粒粉末狀，呈淺褐色，其中瀝青含量約為2030%，其

5、余為石灰?guī)r類礦物質(zhì)，最大粒徑小于3，不僅細(xì)度很細(xì)，而且有相當(dāng)好吸收瀝青的能力，具有加強(qiáng)瀝青與集料黏附性的作用，在印尼也稱為瀝青活性劑。其外觀見(jiàn)下圖1.1。 圖1.1 不同種類bra外觀1.2研究方案和內(nèi)容本項(xiàng)目主要對(duì)bra以下幾個(gè)方面的性能進(jìn)行分析和研究：（1） bra改性劑物理、化學(xué)組成分析（2） bra改性瀝青性能評(píng)價(jià)采用針入度分級(jí)及美國(guó)shrp研究成果的pg性能分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，測(cè)定bra改性瀝青的高、低溫性能、溫度敏感性、老化性能和施工性能等。（3） bra改性瀝青混合料路用性能研究瀝青混合料路用性能是實(shí)體工程應(yīng)用的直接依據(jù)，該部分研究?jī)?nèi)容是在配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，采用不同標(biāo)號(hào)瀝青及摻加

6、不同改性劑的方法對(duì)瀝青混合料進(jìn)行室內(nèi)馬歇爾、車轍、凍融、小梁彎曲、低溫約束溫度應(yīng)力、動(dòng)態(tài)模量等對(duì)比試驗(yàn)研究。（4） 現(xiàn)有應(yīng)用bra工程的情況調(diào)查 對(duì)使用bra的河北省宣大高速公路、石太高速公路等進(jìn)行調(diào)查、檢測(cè)和分析評(píng)價(jià)。1.3 bra國(guó)內(nèi)外應(yīng)用概況天然瀝青應(yīng)用于路面工程在國(guó)內(nèi)外已有許多報(bào)道。bra在印尼已經(jīng)廣泛使用，印尼的某些干線公路車流量大，重載車的比例也很高，氣候高溫多雨。盡管如此，印尼高速路的路面質(zhì)量在使用幾年后，總的狀況都比較好。印尼等有關(guān)研究表明1,2,3，bra改善了分子間作用力，增強(qiáng)了極性鍵，轉(zhuǎn)化了蠟等分子或官能團(tuán)，并產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)/聚合生成大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；bra含氮量高，氮元素以

7、官能團(tuán)形式存在，這種存在形式使瀝青粘度增大，抗氧化性增強(qiáng)；特別是與集料的粘附性及抗剝離性得到明顯改善，因而獲得良好的路用性能。近幾年，bra在我國(guó)開(kāi)始應(yīng)用。2001年9月10日至15日5 8，在110國(guó)道昌平至延慶段使用bra天然瀝青，上面層采用4cm中粒式瀝青混凝土（ac-16）、中面層采用5cm粗粒式瀝青混凝土（ac-25），鋪筑了1.5公里長(zhǎng)的試驗(yàn)段，樁號(hào)為k67+100k68+600，同時(shí)鋪筑了普通瀝青的試驗(yàn)段進(jìn)行對(duì)比，由北京市公路局延慶分局養(yǎng)護(hù)施工。該公路是北京市與西北各省聯(lián)絡(luò)的主干道，尤其是山西省的煤炭都通過(guò)110國(guó)道進(jìn)入華北和沿海港口。試驗(yàn)路施工完成后，課題組對(duì)試驗(yàn)路進(jìn)行了觀測(cè)，

8、發(fā)現(xiàn)整段試驗(yàn)路路面平整、堅(jiān)實(shí)、表面顆粒分布均勻，無(wú)脫落、掉渣、裂縫、擁動(dòng)、爛邊、搓板等現(xiàn)象。該試驗(yàn)路段經(jīng)過(guò)四年多的使用，路面狀況良好。 圖1.3.1 110國(guó)道延慶段對(duì)比圖 圖1.3.2 110國(guó)道延慶段接縫處對(duì)比圖2002年9月20日至23日，在河北省道京建線鐵門關(guān)至孤山子段使用bra天然瀝青，上面層采用4cm細(xì)粒式瀝青混凝土，由河北省承德市公路管理處施工。試驗(yàn)路完工后對(duì)其進(jìn)行了質(zhì)量評(píng)定和外觀定期觀測(cè)，經(jīng)評(píng)定試驗(yàn)路面平整密實(shí)、集料顆粒分布均勻，無(wú)脫落、掉渣、裂縫、擁動(dòng)、爛邊、搓板等現(xiàn)象，評(píng)定等級(jí)為優(yōu)良工程。2003年9月20至23日，在河北省宣大高速公路路面工程中使用bra天然瀝青，上面層采

9、用4cm中粒式瀝青混凝土（ac-13），由河北公路工程建設(shè)集團(tuán)有限公司施工。高速路完工3年后，課題組進(jìn)行了外觀檢測(cè)，路面狀況良好。 圖1.3.3 宣大高速試驗(yàn)段 圖1.3.4 宣大高速試驗(yàn)段接縫處對(duì)比圖2004年6月15日至18日，在河北省石太高速公路河北段大修一期工程中使用bra天然瀝青，上面層采用4cm中粒式瀝青混凝土（ac-16），由河北省邯鄲光太公路工程有限公司施工。高速路施工完成后進(jìn)行了檢測(cè)，完全符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。2005年9月19日至29日，在河北省邢臨高速公路一期上面層和中面層使用bra巖天然瀝青，上面層采用中粒式瀝青混凝土（ac-16）、中面層采用粗粒式瀝青混凝土（ac-25

10、），由河北省邢臺(tái)路橋建設(shè)總公司施工，但未進(jìn)行路況調(diào)查。其他使用bra的路面工程包括5：2006年7月在湖北恩施市市政道路工程“東風(fēng)大道”上面層及318國(guó)道上面層中使用bra巖天然瀝青；2006年7月在安徽省合徐高速公路養(yǎng)護(hù)大修工程中，上面層及中面層中使用bra巖天然瀝青；2006年8月在吉林省哈太線查干花鎮(zhèn)過(guò)境路工程中使用bra巖天然瀝青，由吉林省郭前縣交通局施工；2007年9月在湖北省恩施自治州滬蓉西高速公路下面層使用布敦巖瀝青；2007年10月在天津港國(guó)家重點(diǎn)工程?hào)|疆保稅區(qū)中央大道上面層及中面層使用布敦巖瀝青。2bra物理化學(xué)組成分析本部分對(duì)bra的物理化學(xué)組成進(jìn)行試驗(yàn)分析，以研究bra的

11、作用機(jī)理和性能。2.1無(wú)機(jī)物的分離和分析取20.0克（精確到0.001）左右bra樣品用定量濾紙包裹好后，在脂肪抽提器中用800ml三氯乙烯抽提8小時(shí)。蒸餾法回收溶液中的三氯乙烯，待剩下少量溶劑時(shí)停止蒸餾，將燒瓶中的殘液轉(zhuǎn)入小燒杯中，在80烘箱中過(guò)夜后稱量其重量，稱量濾紙上瀝青質(zhì)的重量。分別記錄三氯乙烯不溶質(zhì)（礦物）、可溶質(zhì)、以及損失數(shù)據(jù)。7次試驗(yàn)平均結(jié)果的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下表。表2.1-1 無(wú)機(jī)物的分離試驗(yàn)結(jié)果三氯乙烯不溶質(zhì)重量三氯乙烯可溶質(zhì)重量損失76.221.91.9另對(duì)兩組bra樣品的瀝青含量、三氯乙烯溶解度、密度、閃點(diǎn)等物理指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果匯總?cè)绫?.1-2所示。表2.1-2 br

12、a分離試驗(yàn)結(jié)果匯總表指 標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果印尼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)第一組第二組不小于不大于瀝青含量（）2419.8018三氯乙烯溶解度（）24.019.8018密度（g/cm3）1.841.761.701.90閃點(diǎn)()270300230加熱損失（）0.550.582.0含水量（）0.640.202.0顆粒篩分結(jié)果（mm）篩孔通過(guò)率（%）孔徑（mm）10094.51.1896.274.40.664.850.80.323.029.40.151.811.40.075由上表可知：隨機(jī)取樣測(cè)試的bra密度、閃點(diǎn)、加熱揮發(fā)損失、含水量等均滿足印尼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。bra產(chǎn)自自然界，其中含有很多礦物質(zhì)成分。以下是對(duì)多組bra樣品

13、統(tǒng)計(jì)分析得出的礦物質(zhì)含量范圍區(qū)間。表2.1-3 bra巖天然瀝青中所含礦料的礦物成分礦物質(zhì)含量（）含量百分比（）caco381.6285.27mgco31.982.25caso41.251.70cas 0.170.33sio28.958.25al2o3+fe2o32.152.84水份0.400.90殘余物1.831.12瀝青含量1828總含量7282使用上海上海精密科學(xué)儀器有限公司wql粒度儀對(duì)bra粒度分布情況進(jìn)行分析。表2.1-4 粒度分析平均粒徑平均粒徑(um)分布范圍個(gè)數(shù)平均粒徑dn:5.657.24重量平均粒徑dw:12.0712.88重量中位粒徑d50:12.9113.67重量矩平

14、均徑d43:12.0712.88最大幾率粒徑dmd:14.0016.22重量比表面(m2/g): sw0.320.54從測(cè)試結(jié)果可知，bra無(wú)機(jī)物的粒徑大致為幾微米到幾十微米之間。根據(jù)等溫下n2在分子篩表面上的吸附量隨壓力變化的特征，可以得出分子篩的吸脫附等溫線。n2靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)在美國(guó)quantachrome公司的autosorb-1-mp型吸附儀上進(jìn)行。用高純n2作為吸附介質(zhì)，以液氮(77k)為冷阱，測(cè)定n2吸附和脫附等溫線。通過(guò)brunauer-emmett-teller (bet)方程計(jì)算樣品比表面積，采用等溫線的脫附分支用barrett-joyner-halenda。樣品在測(cè)試之前，首

15、先在200 進(jìn)行預(yù)處理脫附1 h。圖2.1-1 bra的n2吸附-脫附等溫線表2.1-5 比表面積測(cè)試結(jié)果樣品名稱bet表面積/m2g-1bra5.68由比表面積測(cè)試結(jié)果可知，bra巖瀝青中的礦物質(zhì)的比表面積很小，基本認(rèn)為礦物是實(shí)心的。2.2四組分分析借助對(duì)石油瀝青的四組分分析方法分析bra樣品。瀝青屬于膠體分散體系，瀝青的許多物理化學(xué)性質(zhì)和使用性能，很大程度上與其膠體性質(zhì)相關(guān)。而瀝青的膠體性質(zhì)又與其化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)有著密切的內(nèi)在聯(lián)系。在道路工程中常把瀝青的化學(xué)組成分為四組分，即飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)。瀝青中飽和分是很軟的組分，其針入度極大，軟化點(diǎn)很低，粘度也很小。飽和分的含量不能過(guò)多，否

16、則會(huì)使瀝青中分散介質(zhì)的芳香度過(guò)低，不易形成穩(wěn)定的膠體分散體系。與飽和分相似，芳香分也是瀝青中的軟組分。芳香分的存在提高了瀝青中分散介質(zhì)的芳香度，所以優(yōu)質(zhì)瀝青中需要含有較多的芳香分，使其膠體體系具有較高的穩(wěn)定性。膠質(zhì)屬于硬組分，常溫下其針入度為零，軟化點(diǎn)很高，粘度比飽和分和芳香分大34個(gè)數(shù)量級(jí)，具有良好的塑性和粘附性。在瀝青膠體體系中，一部分膠體和瀝青質(zhì)締合形成分散相，另一部分則與芳香分及飽和分共同形成分散介質(zhì)。所以，膠質(zhì)是使瀝青質(zhì)能在瀝青體系中穩(wěn)定膠溶必不可少的組分。瀝青質(zhì)的存在是使瀝青具有良好高溫性能所必需的，它是瀝青膠體體系中分散相的核心組分。隨著瀝青質(zhì)含量的增大，瀝青的軟化點(diǎn)增高，針入度

17、減小，粘度增高，尤其是高溫下粘度增加的幅度更大，但若瀝青質(zhì)的含量過(guò)多，會(huì)使瀝青膠體體系呈凝膠態(tài)，導(dǎo)致其延度大大減小，易于脆裂。從膠體結(jié)構(gòu)類型來(lái)看，當(dāng)瀝青中瀝青質(zhì)含量較少又處于被膠質(zhì)很好膠溶的狀態(tài)時(shí)，這種瀝青是溶膠型的，一般都有較好的塑性；而當(dāng)瀝青中瀝青質(zhì)含量較多，又不能很好的膠溶分散時(shí)，瀝青質(zhì)膠束就會(huì)互相連結(jié)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這就是凝膠型瀝青，其塑性顯著較差。對(duì)于從減壓渣油制取的道路瀝青，一般認(rèn)為針入度指數(shù)pi-2的為溶膠型瀝青，pi2的為凝膠型瀝青，pi介于2與-2之間的為溶膠-凝膠型瀝青。同時(shí)，瀝青質(zhì)對(duì)瀝青性能的影響不僅在于其含量的多少，同時(shí)還與瀝青質(zhì)與可溶質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)瀝青質(zhì)本身

18、的氫碳比較低、相對(duì)分子質(zhì)量較大時(shí)，它就較難被膠質(zhì)分散，也就更易于析出。當(dāng)可溶質(zhì)的芳香度較小、其中膠質(zhì)的含量不足時(shí)，則瀝青的膠體穩(wěn)定性也會(huì)下降。瀝青中各組分之間的相互關(guān)系是比較復(fù)雜的，必須在數(shù)量和性質(zhì)上都能較好的配伍，才能保證瀝青膠體體系的穩(wěn)定，使其具有良好的使用性能。試驗(yàn)中，對(duì)剔除礦物質(zhì)的bra樣品進(jìn)行四組分分析。分析首先用正庚烷分離瀝青質(zhì)：取20.0克（精確到0.001）左右油樣用定量濾紙包裹好后，在脂肪抽提器中用800ml正庚烷抽提8小時(shí)。蒸餾法回收溶液中的正庚烷，待剩下少量溶劑時(shí)停止蒸餾，將燒瓶中的殘液轉(zhuǎn)入小燒杯中，在80烘箱中過(guò)夜后稱量其重量，稱量濾紙上瀝青質(zhì)的重量。分別記錄正庚烷不溶

19、質(zhì)（瀝青質(zhì)）、可溶質(zhì)、以及損失數(shù)據(jù)。其它組分分離：將100200目層析用中性氧化鋁在550下灼燒4h，冷卻后稱取800克放入玻璃干燥器中，加入10ml水后密封過(guò)夜。將處理好的中性氧化鋁加入內(nèi)徑2cm，長(zhǎng)度80cm長(zhǎng)帶夾套的玻璃柱中，夾套中通入50恒溫水，用300ml餾程為6090的石油醚預(yù)潤(rùn)濕。將正庚烷可溶質(zhì)溶于80ml餾程為6090石油醚中，倒入預(yù)潤(rùn)濕的氧化鋁柱中，用少量石油醚清洗燒杯3次，將清洗液也倒入氧化鋁柱中。然后分別用下列溶劑沖洗氧化鋁柱，收集流出物。用蒸發(fā)法回收溶劑，待蒸餾到剩下少量溶液時(shí)停止蒸餾，收集燒瓶里面的殘液，放烘箱中80干燥一夜后稱重，并記錄數(shù)據(jù)。分離主要流程見(jiàn)下表。表2

20、.2.1 組分分離方法和流程序號(hào)溶劑名稱溶劑用量流出組分1石油醚800ml飽和烴2苯800ml芳香質(zhì)31：1苯和乙醇800ml膠質(zhì)基質(zhì)瀝青、bra四組分測(cè)定結(jié)果可見(jiàn)下表。表2.2.2 bra四組分結(jié)果樣品名稱飽和分，w%芳香分,w%膠質(zhì),w%瀝青質(zhì),w%濱州9016.1134.9942.796.11bra4.113.913.060.31巖瀝青與基質(zhì)瀝青的組分差別很大，巖瀝青的飽和分、芳香分較低，瀝青質(zhì)非常高，說(shuō)明巖瀝青本身具有硬度和軟化點(diǎn)和膠質(zhì)高、粘附性好的特性。2在普通瀝青中摻加巖瀝青后瀝青的飽和分、芳香分含量降低，瀝青質(zhì)含量增多，且隨著摻量的增加，變化規(guī)律越明顯。瀝青質(zhì)含量增加，會(huì)提高瀝青

21、的軟化點(diǎn)和粘度，針入度下降，瀝青溫度敏感性下降，膠質(zhì)的增加一方面會(huì)導(dǎo)致瀝青感溫性增加，另一方面會(huì)增加瀝青的塑性變形能力和與集料的粘附性，表明加入巖瀝青后能明顯提高瀝青的高溫性能和粘附性。2.3 對(duì)bra的化學(xué)組成分析2.3.1 元素分析結(jié)果瀝青主要由碳、氫、硫、氮、氧五種元素組成，此外還可能含有微量的鎳、釩、鐵、銅等金屬元素。實(shí)際應(yīng)用中，可用氫含量來(lái)大體表征瀝青碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)的化學(xué)特征。但是，當(dāng)瀝青中的雜原子含量差別較大時(shí)，單純用氫含量就不能準(zhǔn)確的對(duì)瀝青結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，用氫、碳原子數(shù)之間的比值（nh/nc）來(lái)表征瀝青的化學(xué)特性就更為確切。這是由于不同的碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)中氫原子數(shù)與碳原子數(shù)之比有一定差別。不同的

22、烴類的通式為：烷烴：cnh2n+2環(huán)烷烴：cnh2n+2-2rn（式中rn為分子中的環(huán)烷環(huán)數(shù)）芳香烴：cnh2n-6ra（式中ra為分子中的芳香環(huán)數(shù)）從這些通式可見(jiàn)，分子中如含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其氫碳原子數(shù)比就下降，尤其是含有多環(huán)芳香結(jié)構(gòu)時(shí)，其氫碳原子數(shù)比顯著較小。當(dāng)然，烴類的氫碳原子數(shù)比還與其相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)，當(dāng)其相對(duì)分子質(zhì)量接近時(shí)，氫碳原子數(shù)比可以很好的表征分子中所含環(huán)結(jié)構(gòu)尤其是芳香結(jié)構(gòu)的多少。對(duì)于像瀝青這樣復(fù)雜的混合物，氫碳原子數(shù)之比可以為分析瀝青的平均分子結(jié)構(gòu)提供重要信息，碳?xì)浔戎饾u減小，其芳香性逐漸增強(qiáng)。試驗(yàn)中所用設(shè)備為美國(guó)熱電公司flash-ea1112型元素分析儀，將礦物質(zhì)去除后，對(duì)b

23、ra的元素測(cè)定結(jié)果可見(jiàn)下表。表2.3.1-1 基質(zhì)瀝青、bra總體元素組成測(cè)定氮%碳%氫%氧%硫%氫碳比%濱州ah-900.987.110.80.80.40.1bra0.4 45.4 3.0 49.0 1.9 0.2 表2.3.1-2 四組分的具體元素分析序號(hào)組分hconsh/c濱州ah-9010.887.10.70.920.370.12bra樣品1飽和分-2芳烴9.3187.671.411.50.111.273膠質(zhì)10.4585.252.411.040.851.474正庚烷瀝青質(zhì)9.0586.312.330.961.351.26根據(jù)元素測(cè)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：bra天然巖瀝青中氧、硫等元素高

24、于基質(zhì)瀝青，且這些雜元素以官能團(tuán)的形式存在，這種形式使天然巖瀝青具有很強(qiáng)的浸潤(rùn)性和對(duì)自由氧化基的高抵抗性，具體表現(xiàn)就是瀝青粘度增大，抗氧化性增強(qiáng)，使用過(guò)程中抗老化能力好，摻入普通瀝青中后，將使瀝青與集料的粘附性及抗剝離性得到明顯改善。2.3.2分子量測(cè)定 測(cè)試儀器美國(guó)uic公司833型vpo分子量測(cè)定儀,測(cè)試原理參看833-操作手冊(cè)-c。圖2.3.2 美國(guó)uic公司833型vpo分子量測(cè)定儀,表2.3.2 分子量測(cè)試結(jié)果樣品平均分子量bra樣品瀝青質(zhì)3193膠質(zhì)1467濱州90瀝青質(zhì)763膠質(zhì)678從試驗(yàn)結(jié)果可知，bra和濱州90的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)的分子量相差非常大。由于bra瀝青質(zhì)經(jīng)歷了較為復(fù)雜

25、的地球化學(xué)過(guò)程，其雜原子含量增加，分子極性大為增強(qiáng)，分子的締合能力大大增強(qiáng)，導(dǎo)致分子量增加。普通瀝青摻加bra巖瀝青混合后，由于巖瀝青的瀝青質(zhì)極性較強(qiáng)，它將與基質(zhì)瀝青的瀝青質(zhì)也締合到一起，形成較大的膠核，從而改善其粘附性能和溫度穩(wěn)定性。2.3.3 顆粒大小和zeta電位分析測(cè)試原理參見(jiàn)附件，zeta電位測(cè)試原理。測(cè)試設(shè)備美國(guó)beckman公司delsa nano at納米粒度及zeta電位分析儀。圖2.3.3 delsa nano at納米粒度及zeta電位分析儀表2.3.3-1 delsa nano at納米粒度及zeta電位分析儀分析結(jié)果123平均bra樣品瀝青質(zhì) mv-52-54-50-

26、52膠質(zhì) mv-20-20-22-21表2.3.3-2 delsa nano at納米粒度及zeta電位分析儀顆粒度結(jié)果123平均bra樣品瀝青質(zhì) nm8.68.88.68.6膠質(zhì) nm2.02.22.22.1前人的研究認(rèn)為，瀝青體系由類似膠體體系的特性。瀝青膠體體系中的分散相主要是由瀝青質(zhì)構(gòu)成，分散介質(zhì)由芳香分和飽和分共同構(gòu)成，吸附層由膠質(zhì)構(gòu)成。膠體的一個(gè)重要性質(zhì)是電性質(zhì)，瀝青質(zhì)分子中含有大量的雜原子，瀝青質(zhì)極性分子的存在使瀝青膠粒具有一定的電性。zeta電位是描述分散相液滴界面電荷的主要參數(shù)，其數(shù)值與電荷層的結(jié)構(gòu)有關(guān)，反映分散相液滴之間的電荷斥力的大小。zeta電位反應(yīng)分散體系的穩(wěn)定性，z

27、eta電位越大，表明分散體系越穩(wěn)定。相比普通瀝青，bra電位較大，說(shuō)明其分散體系較為穩(wěn)定。2.3.4黏度法測(cè)定膠體大小 測(cè)試儀器：美國(guó)brookfield lvdv +流變儀。圖2.3.4 美國(guó)brookfield lvdv +流變儀對(duì)于稀的膠體溶液或者懸浮液，有einstein黏度定律。0（12.5） （0）/0=2.5其中和0分別為溶液和溶劑的黏度，為分散相所占的體積分?jǐn)?shù)。 溶質(zhì)的體積/溶液的體積v/vl 假設(shè)瀝青質(zhì)膠粒為球型，其當(dāng)量直徑為d。 v(m/m)n(d3/6) 其中，m為瀝青質(zhì)的質(zhì)量，m為瀝青質(zhì)的分子量，n為avogadro常數(shù)。sp（0）/02.5(m/m)n(d3/6)/v

28、l d=(6m/2.5n)1/3（sp/c）1/3 d=1.08310-8m1/3（sp/c）1/3 cm表2.3.4 增比粘度法測(cè)試的膠體大小結(jié)果123平均bra樣品瀝青質(zhì)22.524.224.423.7膠質(zhì)8.89.28.99.0結(jié)合交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目巖瀝青資源開(kāi)發(fā)與路用性能研究中部分成果，從增比粘度法測(cè)得的等效粒徑來(lái)看，巖瀝青瀝青質(zhì)的粒徑大于濱州90瀝青瀝青質(zhì)的粒徑，且隨著濃度的增大，巖瀝青瀝青質(zhì)的粒徑增加得更快，表明其分子更容易締合成更大的分子，這與平均分子結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果是一致的，表明巖瀝青能改性普通瀝青的根本原因是其雜原子含量的增高導(dǎo)致的分子極性增加。2.3.5紅外吸收光譜分

29、析對(duì)巖瀝青與濱州90瀝青的四組分分別進(jìn)行紅外吸收光譜分析，所用儀器為德國(guó)bruker公司的vector22型布魯克傅立葉紅外光譜儀。下圖是飽和烴紅外吸收光譜的對(duì)比。bra-飽和烴-1圖2.3.5-1 紅外吸收光譜的對(duì)比bra-飽和烴-2圖2.3.5-2 紅外吸收光譜的對(duì)比bra-芳烴圖2.3.5-3 紅外吸收光譜的對(duì)比bra-膠質(zhì)圖2.3.5-4 紅外吸收光譜的對(duì)比bra-瀝青質(zhì):圖2.3.5-5 紅外吸收光譜的對(duì)比飽和烴譜圖中在2923cm-1附近的強(qiáng)吸收是環(huán)烷與鏈烷亞甲基ch的伸縮振動(dòng)，以及甲基這附近的伸縮振動(dòng)；1714cm-1處有芳烴共軛雙鍵cc骨架振動(dòng)的貢獻(xiàn)；在1459 cm-1及13

30、76 cm-1附近的強(qiáng)吸收是cch3的不對(duì)稱鍵和ch2對(duì)稱鍵引起的；726 cm-1的吸收表示芳香核上ch的面外變形振動(dòng)吸收。從紅外譜圖看巖瀝青和濱州90的飽和分譜圖非常相似。1714cm-1為（co）基團(tuán)的吸收峰，表明巖瀝青的飽和分由于經(jīng)歷了復(fù)雜的地球化學(xué)過(guò)程，含雜原子基團(tuán)比濱州90的高。芳香分的紅外譜圖中，在2924 cm-1及2855cm-1處的強(qiáng)吸收是環(huán)烷與鏈烷亞甲基ch的伸縮振動(dòng)，以及甲基在2980cm-1及2895cm-1處的伸縮振動(dòng)；在1700cm-1附近的吸收可能是開(kāi)鏈co結(jié)構(gòu)的特征吸收；1700cm-1處和1604cm-1處附近還有芳烴共軛雙鍵cc骨架振動(dòng)的貢獻(xiàn)；在1456

31、cm-1及1376cm-1附近的強(qiáng)吸收是cch3的不對(duì)稱鍵和ch2對(duì)稱鍵引起的； 1000 cm-1附近的弱吸收峰與芳烴族醚有關(guān)；731 cm-1附近的吸收表示芳香核上ch的面外變形振動(dòng)吸收，反映芳核上芳?xì)涞恼駝?dòng)。膠質(zhì)譜圖中，在2924 cm-1及2856cm-1處的強(qiáng)吸收是環(huán)烷與鏈烷亞甲基ch的伸縮振動(dòng)，以及甲基在2980cm-1及2895cm-1處的伸縮振動(dòng)；在1683cm-1附近的吸收可能是開(kāi)鏈co結(jié)構(gòu)的特征吸收；1700cm-1處和1600cm-1處附近還有芳烴共軛雙鍵cc骨架振動(dòng)的貢獻(xiàn)；1458cm-1為非對(duì)稱cch3和ch2的彎曲振動(dòng)吸收峰，表明濱州90芳烴的鏈碳豐度比巖瀝青的要大

32、；1250 cm-1到1000 cm-1的弱吸收峰與芳烴族醚有關(guān)；676cm-1的吸收表示芳香核上ch的面外變形振動(dòng)吸收，同樣反映了芳核上芳?xì)涞恼駝?dòng)。瀝青質(zhì)譜圖中35003750cm-1處有nh或者oh鍵引起的弱吸收帶；在3098 cm-1及2878cm-1處的強(qiáng)吸收是環(huán)烷與鏈烷亞甲基ch的伸縮振動(dòng)；在1700cm-1處及1735cm-1處的吸收可能是開(kāi)鏈co結(jié)構(gòu)的特征吸收，而1735cm-1處是芳烴基酮的特征吸收，這些吸收峰對(duì)鑒定瀝青質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)很有價(jià)值； 1700cm-1處和1600cm-1處附近還有芳烴共軛雙鍵cc骨架振動(dòng)的貢獻(xiàn)；在1450 cm-1及1375 cm-1附近的強(qiáng)吸收是cch3

33、的不對(duì)稱鍵和ch2對(duì)稱鍵引起的；83 cm-1附近的收表示芳香核上ch的面外變形振動(dòng)吸收，它反映了芳核上芳?xì)涞恼駝?dòng)；而在720 cm-1至500 cm-1處的吸收則與長(zhǎng)鏈烷基（ch2）n（n3）的彎曲震動(dòng)有關(guān)。2.3.6核磁譜圖使用美國(guó)varian公司的inova500型核磁共振波譜儀進(jìn)行碳譜和氫譜測(cè)試分析，部分巖瀝青和濱州90的四組分hnmr和cnmr譜圖可見(jiàn)下圖。圖2.3.6-1 90硬膠質(zhì)cnmr譜圖 圖2.3.6-2 90瀝青質(zhì)hnmr譜圖圖2.3.6-3 90硬膠質(zhì)hnmr譜圖bra瀝青質(zhì) 1h-nmr圖2.3.6-4 bra hnmr譜圖bra 瀝青質(zhì) 13c-nmr圖2.3.6-

34、5 bra hnmr譜圖bra膠質(zhì) 1h-nmr圖2.3.6-6 bra hnmr譜圖bra膠質(zhì) 13c-nmr圖2.3.6-7 bra hnmr譜圖由h-nmr的積分結(jié)果可知，巖瀝青的芳香氫引起的吸收明顯強(qiáng)于濱州90的，表明其芳香性更強(qiáng)，這與c-nmr的結(jié)果是一致的，從表中c-nmr可知巖瀝青的芳碳率為56.12，比濱州90的30.13高，瀝青質(zhì)和膠質(zhì)的極性比相應(yīng)濱州90的要強(qiáng)。較高的芳碳率表明其單元片中具有更大的極性更強(qiáng)的芳核，這與分子量測(cè)定結(jié)果的分析結(jié)論是一致的。3. 針入度分級(jí)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范，針入度分級(jí)指標(biāo)體系試驗(yàn)中需測(cè)試針入度、延度（25、15、5）、軟化點(diǎn)、老化、粘

35、韌性等指標(biāo)?；|(zhì)瀝青采用濱州90#（其基本指標(biāo)檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3.1-1），bra的摻加比例分別為10%、20%、30%。將基質(zhì)瀝青加熱到135，bra按10%、20%、30%的摻加比例摻加（本文中“摻加比例”無(wú)特殊標(biāo)注均為外摻法，即摻加量與基質(zhì)瀝青的質(zhì)量比），手工攪拌5-10 分鐘，使bra均勻的分散在基質(zhì)瀝青中，避免因bra含過(guò)多的礦物成份而產(chǎn)生離析；再在170左右的溫度高速剪切20分鐘，然后放入170-180溫度的烘箱中發(fā)育1 小時(shí)，即可澆注瀝青試模。表3.1-1 濱州90基質(zhì)瀝青試驗(yàn)指標(biāo)試 驗(yàn) 項(xiàng) 目瀝青種類規(guī)范要求濱州ah-90針入度（100g，5s，25） 0.1mm8780100延度

36、（5cm/min，15）cm150100軟化點(diǎn)（環(huán)球法）45.34252旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗(yàn)160 5h質(zhì)量損失 %0.291針入度比 %58.650延度 (25) cm15075延度 (15) cm150實(shí)測(cè)記錄3.1 針入度試驗(yàn)結(jié)果瀝青針入度實(shí)質(zhì)上是一種剪切蠕變?cè)囼?yàn)，其物理意義為表觀粘度，它反映了瀝青在荷載作用下的變形能力。試驗(yàn)采用3個(gè)溫度：5、15和25。表3.1-1 不同bra摻量下的針入度試驗(yàn)結(jié)果瀝青類型針入度（100g，25,5s；0.1mm）針入度比p.i老化前老化后濱州90#864957.0-1.59+bra 10%845363.1-1.94+bra 20%776179.2-1.6

37、3+bra 30%734561.6-1.00圖3.1 不同bra摻量下老化前后針入度根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，同一個(gè)溫度下，摻加bra后，針入度均明顯低于基質(zhì)瀝青，且隨著巖瀝青摻加比例的增加而降低，說(shuō)明加入bra后能使瀝青變硬，抵抗變形能力有所增強(qiáng)。但由于bra存在礦物質(zhì)，針入度指數(shù)變化無(wú)明顯規(guī)律。3.2延度試驗(yàn)結(jié)果分析延度是瀝青的三大技術(shù)指標(biāo)之一，通常認(rèn)為瀝青的延度與路面使用性能有一定的相關(guān)性，尤其是低溫延度與低溫開(kāi)裂性能的關(guān)系，認(rèn)為延度反映了瀝青材料的低溫延伸性能，也就是說(shuō)反映了瀝青路面抵抗開(kāi)裂的能力，因此，低溫延度指標(biāo)目前還在被較多的國(guó)家使用。表3.2 不同bra摻量下的延度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比瀝青

38、類型老化前老化后251552515濱州90#1501504.215015+bra 10%84.345.80100.614.1+bra20%59.429.407113.7+bra 30%45.923.5058.612.2圖3.2 不同bra摻量下的15延度從延度試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn)：摻加bra后，老化前后15延度顯著下降。bra中含有較多礦物顆粒，拉伸到一定程度時(shí)礦物顆粒就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而影響試驗(yàn)結(jié)果，因此，不宜用延度指標(biāo)評(píng)價(jià)。其低溫抗裂性能將在瀝青混合料試驗(yàn)中進(jìn)一步驗(yàn)證。3.3軟化點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果軟化點(diǎn)反映了瀝青的高溫抗軟化能力，與瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性密切相關(guān)。表3.3 不同bra摻量下的軟化點(diǎn)試

39、驗(yàn)結(jié)果對(duì)比瀝青類型老化前tr&b，老化后tr&b，濱州90#43.950.5+bra 10%43.049+bra20%44.749.8+bra 30%47.351.2圖3.3 不同bra摻量下的軟化點(diǎn)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知： 加入20%bra后，瀝青的軟化點(diǎn)明顯增高，添加30%之后瀝青膠漿的軟化點(diǎn)比基質(zhì)瀝青43.9升高了7.7%。說(shuō)明巖瀝青改性后可以增強(qiáng)瀝青的高溫抗軟化能力。隨著bra摻量的增加，瀝青軟化點(diǎn)在增大。但因bra含有較多的礦物質(zhì)，試驗(yàn)結(jié)果會(huì)受到影響。3.4粘韌性試驗(yàn)結(jié)果按公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（jtj0522000）中t0624-1993方法進(jìn)行瀝青的粘韌性試驗(yàn)，評(píng)價(jià)bra

40、改性后的性能和變化情況。表3.4 不同bra摻量下的粘韌性試驗(yàn)結(jié)果瀝青類型粘韌性 (nm)韌性 (nm)濱洲90#3.9350.896bra 10%7.3031.320bra20%7.6192.080bra 30%8.3452.466圖3.4 不同bra摻量下的粘韌性、韌性 根據(jù)表中試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：摻加bra后，粘韌性顯著增加，說(shuō)明bra對(duì)普通瀝青的改性效果顯著。3.5本章小結(jié)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：（1）在相同摻量的情況下，bra改性后的針入度要低于基質(zhì)瀝青，而軟化點(diǎn)高于基質(zhì)瀝青，說(shuō)明其高溫穩(wěn)定性較基質(zhì)瀝青要好。老化指標(biāo)未看出明顯差異。（2）隨著bra含量的增加，瀝青的延度越??；但bra巖含礦物質(zhì)太

41、多，拉伸容易斷裂，用此指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)需要慎重。后續(xù)將結(jié)合混合料試驗(yàn)進(jìn)一步分析。（3）bra由于含有較多的礦物質(zhì)顆粒，試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定性不是太好。因此，對(duì)于礦物質(zhì)含量多的巖瀝青，其改性效果不宜全用瀝青試樣來(lái)定量評(píng)價(jià)，應(yīng)考慮其他方法和瀝青混合料的評(píng)價(jià)結(jié)果。4. pg分級(jí)試驗(yàn)分析長(zhǎng)期以來(lái)，道路領(lǐng)域的技術(shù)人員一直研究如何在室內(nèi)建立一套科學(xué)、可靠、經(jīng)濟(jì)的評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)，以標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青的野外實(shí)際性能。針入度分級(jí)的評(píng)價(jià)方法均是根據(jù)瀝青的物理性能提出的，雖然操作簡(jiǎn)單，但是具有局限性。其一，試驗(yàn)方法都是經(jīng)驗(yàn)性的，這就意味著在試驗(yàn)結(jié)果得出富有意義的數(shù)據(jù)之前，就要求有路面性能的經(jīng)驗(yàn)；其二，沒(méi)有考慮瀝青在路面整個(gè)使用期間的

42、老化，薄膜烘箱或旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱，只能模擬瀝青在拌和與攤鋪過(guò)程中的老化，不能完全模擬路面整個(gè)使用過(guò)程中的老化。美國(guó)在19871993年完成了耗資1.5億美元戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃（shrp），開(kāi)發(fā)了superpave瀝青混合料技術(shù)，提出了superpave瀝青結(jié)合料使用規(guī)范，采用反映不同荷載溫度條件下瀝青的流變力學(xué)參數(shù)評(píng)價(jià)瀝青路用性能。提出了瀝青性能分級(jí)(pg分級(jí))評(píng)價(jià)方法。pg分級(jí)是基于瀝青流變特性提出的，流變學(xué)主要研究物質(zhì)流動(dòng)和變形，認(rèn)為任何物體都具有彈性、粘性和塑性，其理論基礎(chǔ)是彈性、塑性理論和流體力學(xué)。其中，動(dòng)態(tài)剪切流變儀和彎曲梁流變儀能為建立某時(shí)段蠕變曲線和勁度模量提供依據(jù)，pg性能分級(jí)評(píng)價(jià)指

43、標(biāo)包括瀝青的動(dòng)態(tài)剪切；短期老化與pav長(zhǎng)期老化；瀝青的彎曲蠕變與拉伸實(shí)驗(yàn)；瀝青的旋轉(zhuǎn)粘度。 brookfield旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)通過(guò)計(jì)算剪切速率和剪應(yīng)力能方便地測(cè)量瀝青高溫粘度。雖然pg分級(jí)評(píng)價(jià)方法比針入度分級(jí)方法工程應(yīng)用時(shí)間要短，經(jīng)驗(yàn)少，但不可否認(rèn)，用瀝青的流變性質(zhì)分析評(píng)估瀝青的路用性能更具科學(xué)性和合理性。因此，為進(jìn)一步對(duì)道路石油瀝青摻加bra改性后的路用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，本項(xiàng)目采用美國(guó)shrp研究成果的pg性能分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究，具體指標(biāo)包括：抗車轍因子g*/sin、蠕變勁度s和低溫蠕變勁度模量m以及135粘度值。4.1 試驗(yàn)方案試驗(yàn)主要采用茂名70#瀝青（具體指標(biāo)見(jiàn)表4.1），并摻加

44、50%、100% bra（內(nèi)摻），因考慮到bra礦物成分含量較高，還采取基質(zhì)瀝青摻加50%礦粉的試驗(yàn)來(lái)分析基質(zhì)瀝青摻加bra及大致等量礦粉后的pg性能等級(jí)、改性后高低溫性能、老化性能和疲勞性能變化特點(diǎn)。表4.1 茂名70基質(zhì)瀝青試驗(yàn)結(jié)果試 驗(yàn) 項(xiàng) 目瀝青種類規(guī)范要求茂名ah-70針入度（100g，5s，25） 0.1mm676080延度（5cm/min，15）cm150100軟化點(diǎn)（環(huán)球法）48.34252旋轉(zhuǎn)薄膜加熱試驗(yàn)160 5h質(zhì)量損失（%） 0.411針入度比（%）59.750延度 （25）15075延度 （15）150實(shí)測(cè)記錄瀝青試模的制備方法與針入度分級(jí)試驗(yàn)中瀝青試模的制備方法相同

45、。4.2 動(dòng)態(tài)剪切試驗(yàn)分析（一）試驗(yàn)原理與參數(shù)意義動(dòng)態(tài)剪切流變儀（dsr）通過(guò)測(cè)量瀝青膠結(jié)料的復(fù)數(shù)剪切模量（g*）和相位角（）來(lái)表征瀝青膠結(jié)料的粘性和彈性性質(zhì)。動(dòng)態(tài)剪切流變儀的工作原理是：將瀝青夾在一個(gè)固定和一個(gè)能左右振蕩的板之間（圖4.2-1），振蕩板從a點(diǎn)開(kāi)始移動(dòng)到b點(diǎn)，又從b點(diǎn)返回經(jīng)a點(diǎn)到c點(diǎn)，然后再?gòu)腸點(diǎn)回到a點(diǎn)，形成一個(gè)循環(huán)周期。試驗(yàn)角速度為10 rads，約相當(dāng)于1.59hz。試驗(yàn)采用兩塊25mm或8mm的平行板，間距對(duì)應(yīng)為1mm或2mm。所施加的荷載為正弦荷載，其應(yīng)力應(yīng)變波形如圖4.2-2所示。復(fù)數(shù)剪切模量g*maxmax，作用應(yīng)力和由此而產(chǎn)生的應(yīng)變之間的時(shí)間滯后稱之為相位角。圖

46、4.2.1 圖4.2.2對(duì)于絕對(duì)彈性材料，荷載作用時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變是完全同步的，其相位角等于0；粘性材料應(yīng)力和應(yīng)變響應(yīng)不能保持同步，時(shí)間上有較大的滯后，相位角接近90。在通常的路面溫度和交通荷載情況下，瀝青同時(shí)呈現(xiàn)出粘性和彈性性質(zhì)。通過(guò)測(cè)試g*和，可以了解瀝青在使用狀態(tài)下的彈粘特性。為了準(zhǔn)確描繪瀝青性能，須有g(shù)*和兩個(gè)參數(shù)。圖4.2-3描繪了兩種具有相同g*而相位角不同的瀝青，瀝青a比瀝青b彈性要小，瀝青b比瀝青 a粘性要小。如果作用相同荷載，瀝青a比瀝青b會(huì)呈現(xiàn)較多的不可恢復(fù)（永久）變形。圖4.2.3 復(fù)數(shù)剪切模量（g*）的粘性彈性分量圖由于瀝青b有相對(duì)較大的彈性分量，它的變形恢復(fù)要多一些。這

47、個(gè)例子說(shuō)明了單獨(dú)用g*還不足以描繪瀝青性能，還需要考慮值。復(fù)數(shù)剪切模量（g*）是材料重復(fù)剪切變形時(shí)總阻力的度量，它包括兩部分，彈性（可恢復(fù)）部分和粘性（不可恢復(fù)）部分。是可恢復(fù)和不可恢復(fù)變形數(shù)量的相對(duì)指標(biāo)。g*/sin為抗車轍因子，用來(lái)表示瀝青材料抗永久變形能力。在最高路面設(shè)計(jì)溫度下，其值越大，表示瀝青的流動(dòng)變形越小，越有利于抵抗車轍的產(chǎn)生；g= g*cos為貯存剪切模量，反映瀝青變形過(guò)程中能量的貯藏與釋放；g= g*sin為損失剪切模量，反映瀝青在變形過(guò)程中由于內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的以熱的形式散失的能量，其值越大，表示重復(fù)荷載作用下的能量損失速度越快。很多研究證明，瀝青混合料的疲勞損失、疲勞壽命與循

48、環(huán)加載過(guò)程中的能量損失具有正比關(guān)系，因此較小的g*sin代表較好的疲勞抵抗能力。shrp瀝青膠結(jié)料規(guī)范中規(guī)定：原始瀝青的抗車轍因子g*/sin1.0kpa，旋轉(zhuǎn)薄膜老化后瀝青的抗車轍因子g*/sin2.2kpa，經(jīng)壓力老化后的瀝青的粘性分量g*sin5000kpa。(二)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析本研究中dsr試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)采用德國(guó)haake公司r150型試驗(yàn)儀器。圖4.2.4 動(dòng)態(tài)剪切流變儀（dsr）試驗(yàn)采用應(yīng)變式控制模式，原樣試樣應(yīng)變值=10%，rtfot后試樣應(yīng)變值=8%，pav老化后試樣應(yīng)變值=1%，試驗(yàn)頻率均為=10rad/s。原樣、rtfot后動(dòng)態(tài)剪切實(shí)驗(yàn)采用直徑為25mm、厚度為1mm的試樣，pav

49、后動(dòng)態(tài)剪切實(shí)驗(yàn)采用直徑為8mm、厚度為2mm的試樣，試驗(yàn)結(jié)果列于下表。表4.2-1不同巖瀝青摻量老化前后的抗車轍因子試驗(yàn)指標(biāo)老化前老化后茂名70#+50%礦粉+50%bra+100%bra茂名70#+50%礦粉+50%bra+100%brag*/sin（kpa）641.43/2.90/700.681.591.71/1.323.624.29/76/0.780.832.12/1.702.044.1882/1.09/1.97表4.2-2 不同巖瀝青摻量的老化前后pg分級(jí)溫度試驗(yàn)指標(biāo)原樣pg等級(jí)溫度（）rtfot后等級(jí)溫度（）pav后等級(jí)溫度（）pg的高溫分級(jí)（）70#基質(zhì)瀝青64642564+ 50

50、%礦粉70703170+50%bra70763170+100%bra767634761從表4.2-2中可以看出摻加巖瀝青后的巖瀝青改性瀝青pg高溫等級(jí)較基質(zhì)瀝青都有升高，摻加50%升高一個(gè)等級(jí)，再摻加50%又升高一個(gè)等級(jí)。由于bra 所含的礦物質(zhì)較多，所以采用摻加50%礦粉含量的試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，兩者高溫等級(jí)相同。2從表4.2-2中可以看出rtfot等級(jí)溫度都隨著巖瀝青的摻加而增大，但摻加到一定量時(shí)將不再增加。表明摻加巖瀝青后瀝青的高溫性能有所提高，摻加100%的bra比基質(zhì)瀝青pg64提高了兩個(gè)高溫等級(jí)。3在表4.2-1中可以看出同一溫度下老化前后的抗車轍因子基本都隨著bra摻量

51、的增加而增大，且隨著bra摻量的增加顯著增大，明顯高于基質(zhì)瀝青。表明加入bra其高溫穩(wěn)定性有很大的提高，抗車轍性能明顯的增強(qiáng)。4.3彎曲梁流變儀bbr試驗(yàn)分析shrp采用彎曲梁流變?cè)囼?yàn)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青膠結(jié)料的低溫流變性質(zhì)，它使用兩個(gè)參數(shù)：蠕變勁度s，即瀝青抵抗荷載的能力；m值，即荷載作用時(shí)瀝青勁度隨時(shí)間的變化率。這兩個(gè)指標(biāo)都是建立在流變力學(xué)基礎(chǔ)上的，反映溫度、時(shí)間對(duì)瀝青低溫流變性質(zhì)的影響。(一)試驗(yàn)方法將尺寸為125mm12.5mm6.25mm的瀝青小梁放在兩個(gè)支撐上，人工加34g預(yù)載，以保證小梁與支撐緊密接觸。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)試件施加100g荷載，作用時(shí)間1秒鐘，使試件定位。然后卸載至預(yù)載，并讓其恢復(fù)

52、20s。在20s結(jié)束時(shí)施加100g荷載，保持240s，記錄瀝青小梁的撓度時(shí)間曲線，由計(jì)算機(jī)繪出撓度與時(shí)間關(guān)系曲線，并計(jì)算出t=60s時(shí)蠕變勁度和m值。在低溫下，瀝青為彈性體，如果瀝青材料的蠕變勁度太大，則呈現(xiàn)脆性，路面容易開(kāi)裂，因此，為防止路面開(kāi)裂破壞，需要限制瀝青材料的蠕變勁度，pg等級(jí)規(guī)范要求計(jì)算得到t=60s時(shí)的瀝青勁度模量不大于300mpa。m值為雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上勁度與時(shí)間關(guān)系曲線上某一時(shí)間所對(duì)應(yīng)的斜率。shrp研究認(rèn)為，表征瀝青低溫勁度隨時(shí)間變化率的m值越大越好。這意味著當(dāng)溫度下降而路面出現(xiàn)收縮時(shí)，瀝青結(jié)合料的響應(yīng)將如同降低了勁度的材料，從而導(dǎo)致材料中的拉應(yīng)力減小，低溫開(kāi)裂的可能性也隨之降低。要求測(cè)量時(shí)間為60s時(shí)，m值應(yīng)大于或等于0.30。圖4.3.1 m值的確定方法（二）試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果試驗(yàn)采用美國(guó)ats公司生產(chǎn)的rhe-102型彎曲梁流變儀進(jìn)行。圖4.3.2 彎曲粱流變儀（bbr）shrp瀝青結(jié)合料路用性能規(guī)范規(guī)定試驗(yàn)樣品是經(jīng)過(guò)rtfot和pav老化的瀝青殘?jiān)?，從而?lái)評(píng)價(jià)瀝青結(jié)合料的低溫抗裂性能。表4.3-1 不同巖瀝青摻量下的