论文总字数：27450字

摘 要

在我国南方，尤其是华南地区，夏季高温与雨季几乎同时出现，而沥青混合料在雨水、高温的综合作用下，往往会发生比水或高温单独作用时更严重的水损害与车辙问题，给高水平沥青路面的建设带来了严重的挑战。此外，由于一带一路政策的实施，我国在东南亚，非洲等区域的海外公路建设也同样面临这种高温多雨的气候挑战。因此，为解决水损害与车辙两个在级配设计要求与沥青用量要求上相对立的病害问题，对适用于高温多雨地区的沥青混合料进行针对性设计与性能评价具有重要意义与应用价值。

本文主要研究了以70#基质沥青、SBSⅠ-D改性沥青、20#、30#低标号硬质沥青三种以沥青为胶结料的沥青混合料性质。主要试验内容如下：

配合比设计。本文研究采用AC-13中值级配，根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004），将级配调整为AC-13中值附近。然后用马歇尔实验确定四种沥青的最佳沥青用量。

优选抗车辙剂。将待选的抗车辙剂按不同掺量加入沥青中在175°C下先剪切1h，再搅拌30min后倒入模具，根据软化点初步选择抗车辙剂种类

确定抗车辙剂最佳掺量：通过国内车辙试验，分别改变两种抗车辙剂掺量，以动稳定度为指标确定四种沥青混合料两种抗车辙剂的最佳用量。

水稳定性能验证：通过浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验验证最佳抗车辙剂掺量下四种沥青混合料的水稳定性能。

本试验旨在利用添加抗车辙剂的方法使沥青混合料能够满足高温稳定性的同时，兼顾材料的水稳定性，以满足多雨地区的路用性能以及交通要求。

关键词：高温多雨地区 抗车辙剂 高温稳定性 水稳定性

Abstract

In South China, especially in South China, high temperature and rainy season occur almost at the same time in summer. Under the combined action of rainwater and high temperature, asphalt mixture often suffers more serious water damage and rutting problems than water or high temperature alone, which brings serious challenges to the construction of high-level asphalt pavement. In addition, due to the implementation of the "one belt" policy, our overseas road construction in Southeast Asia, Africa and other regions is also facing this kind of high temperature and rainy climate challenge. Therefore, in order to solve the problems of water damage and rutting, which are opposite to the requirements of asphalt dosage in gradation design, it is of great significance and application value to the targeted design and performance evaluation of asphalt mixtures suitable for high temperature and rainy areas.

KEY WORDS: high temperature and rainy area，rutting agent，high temperature stability，water stability

目 录

摘要 2

Abstract 2

第一章 绪论 6

1.1研究背景及意义 6

1.2国内外研究现状 7

1.2.1高温稳定性的路用性能指标研究 7

1.2.2 水损害研究 8

1.3研究内容与方法、技术路线 9

1.3.1研究内容与方法 9

1.3.2 技术路线 9

1.4 主要研究成果 9

第二章 试验材料及配合比设计 10

2.1 原材料及试验设备 10

2.1.1沥青 10

2.1.2 集料 10

2.1.3 填料 11

2.1.4试验设备 11

2.2 配合比设计 11

2.2.1确定工程设计级配范围 11

2.2.2矿料配合比设计 12

2.2.3马歇尔试验 13

2.2.4 确定70#沥青油石比 18

2.2.5确定20#沥青油石比 19

2.2.6 确定30#沥青油石比 19

2.2.7确定SBSⅠ-D沥青油石比 20

2.3 本章小结 22

第三章 车辙实验 22

3.1高温稳定性研究 23

3.1.1车辙实验设备与方法 23

3.1.2 抗车辙剂选择 24

3.1.3 试验结果与分析 25

3.2本章小结 27

第四章 水稳定性验证 28

4.1水稳定性试验 28

4.1.1浸水马歇尔试验及结果分析 29

4.1.2 冻融劈裂试验 30

4.2本章小结 34

第五章 总结 34

致谢 34

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

在温度高和雨水多的区域，降水、高温和负荷为造成改变沥青的路面的路面的性能的关键周围的状况的要素。在综合的行动下，雨水和高温，往往会发生比水或高温单独作用时更严重的水损害与车辙问题。多次的降水不但会使沥青的路面松散、颗粒化，还会造成路面之中细集料的减少，破坏路面的完整性。温度辐射会引起沥青的快速的老化，最终造成沥青的粘着性和变形的水平的降低。双方交替的循环造成外置的周围的状况条件瞬间的出现改变，造成沥青的路面内外的温差大。微裂缝的出现，使水更加容易的穿透路面的内部，加速路面的破坏。当前，对于其造成改变的探讨依旧处在开始之时期。尽管对于各异的周围的状况要素对于沥青的混合料路面的性能的造成改变得到了有用的评价，不过这三个要素的耦合的效果还没有得到解决。因此，需要清楚混合物内部的构造的特征和外置的要素的相互效果原理。它给建设高水平沥青路面带来了更加高的难度。

沥青混合料作为一种典型的粘弹性材料，其性能不仅取决于工作温度和荷载，而且还取决于荷载的持续时间。沥青路面的车辙现象使车辆在高温环境下反复作用所造成的塑性累积变形。它是目前沥青路面破坏的主要形式之一。高温多雨气候条件下的车辙问题和水损害问题是面临的新难题，如何解决高温潮湿及重载条件下的车辙问题与水稳定问题是高温多雨。地区沥青路面设计的关键。

由于一带一路政策的实施，我国在东南亚、非洲等区域的海外公路建设也同样面临这种高温多雨的气候条件。本探讨以金边至柬埔寨西哈努克港的京港高速公路项目为依托，依据柬埔寨的真实的状况实施了探讨。高温多雨气候及重载交通条件下抗车辙与水损害对策的研究具有重要的现实意义和价值，可有效提高金港高速沥青路面的高温性能和水稳定性能。另一方面，在我国南方，尤其是华南地区，夏季高温与雨季同时出现。因此，为解决水损害与车辙两个在级配设计要求与沥青用量要求上相对立的病害问题以及长期处于高温潮湿环境下的老化问题，对适用于高温多雨地区的沥青混合料进行针对性设计与性能评价具备关键价值和使用的意义。

1.2国内外研究现状

为确保沥青的路面在重载的交通下具备良好的高温的抗变形性和抗疲劳性，延长路面的使用的时长，自上个世纪之后，全球一直在努力实施探讨和探索。高模量的沥青的混合料的探讨实验室在法国早已得到了普遍的推广和使用。在国外，许多欧美的国家都对于其实施了探讨。高模量的共混物因其各异的级配和规划的不同而表现出各异的性能。各异的国家如何提升混合料的模量值有各异的方式。

1.2.1高温稳定性的路用性能指标研究

1960年以前，沥青路面的车辙问题还没有引起学者们的广泛关注,当时，车流量小，重载的车辆少，沥青的路面薄，车辙不为沥青的路面的关键病害的形式。经验方式，降低沥青的路面的抗剪的性能为当时沥青的路面抗剪的关键的方式。

1962年，在首届国际的沥青的路面构造规划的会议上，壳牌公司首次给出了并且思考疲劳和车辙的路面构造规划的方式。约束路基的顶部的压缩必须变能够管控沥青的路面的车辙。会议结束之后，许多的学者对于路基的顶部的压缩必须变实施了探讨。以往马歇尔的规划的标准作为管控车辙的关键的标准。Finn(1967)、Hofstra(1972)、Van deLoo(1974)等人给出车辙为由交通的荷载引起的变形。ASPH ALT的混凝土在高温下为半固态的。因此，必须从沥青混凝土的抗荷载的平稳性的视角总结车辙的缘由。

1990年，克鲁格勒给出车辙困难关键为路面交通的固结过于大、混合料的平稳性的差引起的塑性的变形、水下的冲浪沥青的剥落引起的不平稳。

在探讨了各异的等级对于沥青混凝土永久的变形的造成改变之后，美国Neil.C.Krutz等人给出了4类各异的孔隙度的级配的类别。每一类沥青的粘合剂，1993年，在车辙的试验的基础上，总结了沥青的混合料在各异的级配下的抗车辙的性能。1994年H.L.al-Abdul Wahhab等人建议优化，经过选取集料的级配和各异的处理的方式，能够提升沥青的混合料的抗车辙的性能。2006年，Berkeley大学的Monismith在迪士嘉国际沥青路面设计会议上提出简单剪切试验（RSST）可以有效评价沥青混合料抗佳切能力，并依据次来简历更为准确的车辙预估方案。

湖南大学的陈建民对于沥青的混合料高温的平稳性的造成改变要素实施了深层次的探讨，而且总结了马歇尔力学的特征值和沥青的混合料高温的平稳性的有关性。用灰色的关联法探讨车辙的试验结果的动态的平稳性。得出了造成改变沥青的混合料高温性能的要素的排序。

长安大学的张正奇对于高速公路的沥青的混凝土路面的车辙的缘由实施了深层次的总结。经过现场岩心的取样和有关的实验室试验的探讨，证明了该方式的可行性。使用沥青的数量。沥青的混合料在施工的环节之中的级配的类别和级配离析对于沥青的混合料的抗车辙的性能有着关键的造成改变。

1.2.2 水损害研究

沥青路面水损害一直以来都没有得到有效的解决，上个世纪二三十年代，因为沥青的路面水平稳性的欠缺，造成沥青的路面水受损的现象已引起美国的公路探讨者的高度的关注。在接下来的几十年里，澳大利亚，日本 当前，美国、加拿大、英国等国的学者对于沥青的路面水受损困难实施了许多的探讨。

国外的研究集中在抗粘附-剥落机理、评价方法、离析、水损害预防措施等几个方面。对于沥青路面水损害评价方法的研究上，各国的科研工作者们已经取得一系列研究成果并在全世界推广应用。但沥青的水稳定性研究依然面临着很多疑难点，仍需全世界的学者们深入研究。

截至今日，各国道路方面的学者针对沥青路面水损害该论文给出了多类评价的标准和测试的方式，依据评价的要素的各异，能够依次为两类：一为用复合法实施定量的核验。以沥青的混合料或路面的芯样为探讨的要素。二为未密实的松散的沥青的混合料的定性的试验。

在真实的路面的状况下，沥青的混合料的路用性能有关性不好，一般仅仅使用在评价沥青集料的水平。

和以往对于沥青的路面高温的平稳性的探讨一样，我们国家对于沥青的路面水受损的认识相对于落后，理论的探讨开始的较晚。上个世纪的90年代以前，因为我们国家的高速公路还处在开始的时期，沥青的路面早期的水受损困难而且不十分的突出，因此，我们国家早期的水受损困难而且不十分突出。关键的为，探讨较少，结果而且不多。在了解水受损的原理的基础上，还为在沥青的路面水的预防和管控之中的使用。它的深度和广度和外国的深度和广度相差较的远。伴着我们国家的高速公路的快速的前行，我们国家使用沥青的路面。越来越多的注意力早已被关注到了早期的水受损困难，开展了许多的有关的探讨，而且取得了一系列的成果。

从国内外的探讨能够看出，全球每一个国家对于沥青的混合料的高温的平稳性和水平稳性实施了深层次的探讨，而且对于沥青的混合料的高温的平稳性和水平稳性实施了较为正确的评价。设立了评价的体系和评价的规定。伴着我们国家沥青的混合料的科技性能探讨的持续深层次，对于沥青的混合料科技的性能的认识也随之加深。沥青的混合料也在强化，取得了一系列的科研的成果，对于我们国家的公路交通事业作出了一定的贡献。但是，因为我们国家沥青的混合料的科技性能探讨的较晚，虽然国内某些科研的机构早已取得了一定的探讨的成果，不过和国外的探讨相比，还存在一定的差距。欧洲和美国等开放的教育国家，仍然存在差距。尤其为公路通车一年之后，车辙和水的破坏的程度各异。甚至经历了开腹和破肚的重蹈的覆辙，造成了资金和资源的极大的消耗。

1.3研究内容和方式、科技路线

1.3.1研究内容与方法

选用我国规范中的AC-13级配中值，使用道路70#基质沥青、SBSⅠ-D改性沥青、20#、30#硬质沥青，分别进行改性剂的掺量设计与混合料的配合比设计。性能试验以70#添加改性剂为研究对象，SBS改性沥青混合料作为对照，研究沥青混合料的路用性能。

高温稳定性研究以沥青混合料车辙试验为主要方法，以车辙板变形量、动稳定度作为指标，对比各混合料的高温稳定性。在规范的60℃的标准试验温度的基础上，增加试验温度，对比极端高温条件下的材料的高温稳定性，研究材料的高温与极端高温条件下的材料力学性能。

1.3.2 技术路线

本文研究的技术路线框图如图1-1所示：

图1-1

1.4 主要研究成果

（1）基质沥青、SBS改性沥青、低标号硬质沥青混合料的最佳抗车辙改性剂掺量确定

（2）极端高温条件下高模量沥青混合料的配合比设计

第二章 试验材料及配合比设计

2.1 原材料及试验装置

沥青的混合料为由粗集料、细集料和填料构成的均匀的混合料，为由人工正确选取和级配构成的矿物混合料。沥青原料的掺量。在我们国家当前的高等级的公路上，密集配混合料尤其是沥青混凝土使用最为广泛。

2.1.1沥青

沥青主要选用的是镇海70号沥青、镇海30号沥青、镇海20号沥青、SBSⅠ-D沥青。各沥青的主要技术指标如表2-1-1至2-1-3所示。

表2-1-1

表2-1-2

表2-1-3

2.1.2 集料

试验集料选自南京同力建设集团有限公司，其中1#集料粒径范围为 0-3mm，2号集料的粒径区间为3-5毫米，3号骨料的粒径的区间为5-10 毫米，AC 20沥青的混合料4号骨料的粒径区间为10±25 毫米。集料相对密度见表2-2

表2-2

2.1.3 填料

本文所用矿粉为石灰岩磨细而成，表面洁净含水量少，可以提升沥青胶浆的效果。

2.1.4试验设备

马歇尔击实试验仪器为WSY-103无锡市石油仪器设备有限公司马歇尔电动击实仪和infraTest德国进口马歇尔击实仪。

2.2 配合比设计

沥青的混合料的水平直接造成改变沥青的路面的性能，沥青的路面的铺装水平受多类的要素、原料选取、配合比等要素的造成改变。现场的制造和施工等环节把造成的改变最终摊铺混合料的水平。优化的原料(涵盖集料、沥青和矿粉)、建筑的装置、施工的科技等把需要许多的财政的资源和前两类的方式都为经过优化的沥青的混合料的掺合比来提升沥青的混合料的水平。在沥青混合料中，矿料的体积占比是最大的，达到80％，外界荷载的大部分也是由级配矿料承受，因此级配良好的矿料将极大提高沥青混合料的路用性能

2.2.1确定工程设计级配范围

结合工程实例及试验条件，本文选用了常用的AC-13级配。《沥青路面技术规范JTG F40-2004》规范中规定的密集配沥青混凝如混合料框料级配范围见表2-3，图2-1。

表2-3

图2-1

2.2.2矿料配合比设计

依据各组份的原料的筛分试验的结果，用图解法运算各骨料的占比。具体数值见表2-4-1、表2-4-2和图2-2。

表2-4-1

表2-4-2

图2-2

如图2-2所示，所选级配介于规范中的上限与下限之间，贴合规范中所规定的中值，依据工程规划级配的区间，各组分原料的占比。

2.2.3马歇尔试验

（1）明确试件制作的温度

马歇尔的试验为评价我们国家沥青的混合料路用性能的最关键的试验方式。马歇尔的试验的关键的装置为：沥青的搅拌机，马歇尔电动击实仪。 本次实验中，成行各种沥青混合料过程中所使用的温度见表2-5。

表2-5

（2）矿物的混合物合成相对的密度的运算

按式（2-1）和式（2-2）运算了合成的总体积的相对的密度和集料的表观相对的密度。集料的相对的密度和表观相对的密度混合物的运算。运算了合成原料混合物的相对于体积的密度和表观相对的密度。

式中、——每一类矿物原料的混合比，

、、…、——每一类矿物对于必须体积的相对的密度

、、…、——由试验水平规定的方式明确的每一类矿物原料的表观相对的密度。

合成毛体积密度、合成表观密度见表2-6。

表2-6

（3）预估沥青混合料的油石比

按式子（2-3）和式（2-4）预估沥青混合料的油石比和沥青用量

（2-3）

（2-4）

——最好的油石比的估算（%）

——估计最好的沥青含量（%）

——类似工程沥青的混合料的规定的油石比（%）

——矿物合成总体积的密度

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