论文总字数：25134字

摘 要

沥青路面作为我国公路路面铺装的重要形式，在高等级公路路面工程中应用尤为普遍。我国公路交通荷载的发展非常迅速，大交通量、重载特点显著。为适应这种交通状况，必须对沥青路面提出更高的技术要求，以保证其使用性能及耐久性。

本文依托与苏州拓博琳新材料科技有限公司的产学研项目“AP-8全效高性能沥青混合料改性剂路用性能应用研究”，通过车辙试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验来分析AP-8全效高性能改性沥青混合料的高温稳定性能、低温抗裂性能、水稳定性能，并以基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料的性能作为参照，综合评价AP-8全效高性能沥青改性剂对沥青混合料的改性效果。研究结果表明：AP-8全效高性能沥青改性剂能够提升沥青的高温抗变形性能以及抗热老化性能，沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性均有不同程度的提高。

通过本文的研究，能够对AP-8全效高性能沥青改性剂的改性效果有一个较为全面的认知，希望通过一复合有序的试验理论研究，为其将来的工程应用提供指导，并为复合高效能改性剂的研究发展提供有力的帮助。

关键词：改性剂，抗车辙，路用性能，应用研究

Experimental study on the performance and application of high efficiency composite modifier for Asphalt Pavement

Bachelor Candidate: LI Xingyu

Supervisor: Associate Prof. LI Chang

(School of Transportation, Southeast University, Nanjing, Jiangsu 210096, China)

Abstract

As an important form of pavement, asphalt pavement is widely used in highway pavement engineering. The development of highway traffic load in China is very quickly, and the traffic volume and overloaded are notable. In order to accommodate this traffic situation, it is necessary to put forward higher technical requirements to asphalt pavement, in order to guarantee its performance and durability.

This paper relies on Suzhou Topoline Technologies Co., Ltd. science and technology project-‘study on the application of AP-8 high efficiency composite modifier for Asphalt Pavement’, High and low temperature stability, water stability, fatigue performance tests are carried out to study the performance of the modified asphalt, and evaluate its effect of the modification. We will evaluate the effect of the modification on asphalt mixture by comparing the performance of base asphalt mixture, SBS modified asphalt mixture and AP-8 modified asphalt mixture. What’s more, this paper will predict and analyze the rut of asphalt pavement modified by AP-8.The results show that: the AP-8 high efficiency composite modifier can improve the high temperature deformation resistance and thermal aging resistance of asphalt. The low temperature crack resistance, water stability of asphalt mixture all have varying degrees of increase.

Through the researches of this paper, we will have a comprehensive knowledge of the effect of the AP-8 high efficiency composite modifier. Meanwhile, I hope it can provide guidance for the future engineering application through a series of ordered experimental investigation and theoretical study in this paper, and contribute to the development of high efficiency composite modifier.

Key words: Modifier, Anti-rutting agent, Road performance, Applied research.

目 录

目 录 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题的提出及研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1国内外沥青路面抗车辙材料应用 2

1.2.2车辙相关分析理论 5

1.3目前研究中与应用中仍存在的问题 6

1.4 本文的主要研究内容与技术路线 7

1.4.1 本文的主要研究内容 7

1.4.2 技术路线 7

第二章 原材料性能分析及沥青混合料配合比设计 9

2.1 原材料 9

2.2 沥青混合料配合比设计 11

2.3 AP-8改性沥青混合料配合比设计 11

2.4 本章小结 12

第三章 沥青混合料路用性能研究 13

3.1 高温稳定性能研究 13

3.1.1 车辙试验 13

3.1.2 沥青混合料车辙试验结果与分析 14

3.2 低温抗裂性能研究 15

3.2.1 低温小梁弯曲试验 16

3.2.2 沥青混合料低温小梁弯曲试验结果与分析 16

3.3 水稳定性能研究 18

3.3.1 浸水马歇尔试验及试验结果分析 18

3.3.2 冻融劈裂试验及试验结果分析 20

3.4 本章小结 23

第四章 结论与展望 24

致谢 25

参考文献 26

第一章 绪论

1.1 课题的提出及研究意义

改革开放以来，我国经济经飞速发展，道路建设已然成为连接区域经济发展，推动城市建设的先导工程和基础工程，特别是高速公路以其通行能力较大、运行速度比较快、运输成本低、运输效率高等特点，成为了支撑国家国民经济社会发展的命脉。到2013年底，中国2013年新增加的高速公路里程就有8268km，高速公路总里程已经达到104468km。早在2012年底，我国建成通车的高速公路里程就已经达到9.6万km，已经超越了美国的9.2万km，总里程居于世界第一位。随着道路建设水平和工艺方法的不断提高，在建筑材料的选择上，因为力学强度好，噪音较低，路面平整，易于机械化大规模施工等特点，沥青路面在高等级公路网中有非常高的占有率。根据相关资料显示，美国的高速公路中采用沥青作为路面材料的约占总数的93%，并且日本和中国在这方面的比例也都在94%以上^[1]。

沥青路面在高等级公路路面工程之中的应用十分普遍，是我国公路路面铺装的一种重要形式。我国公路交通荷载的发展十分迅速，交通量大、重载等是我国交通荷载的显著特点。为了适应这种交通状况，保证沥青路面使用性能及耐久性，对沥青路面材料更高的技术要求被提出。以高速公路为例，其典型半刚性基层沥青路面结构中，早期常采用18cm的三层式沥青混凝土，近年来有增厚为20～22cm的趋势。较厚的沥青层面虽然显著减小了路面开裂的可能性，但一些新问题也随之产生。严苛的交通荷载使得沥青路面的变形与损害加速，车辙问题更加突出成为必须考虑的重要技术因素。目前，普遍采用SBS生产的沥青混合料在高温条件下的物理力学性能优于普通沥青混合料，是因为SBS改性沥青具有较高的粘度，但在一些抗车辙要求高的路段，这种改善不足以抵御交通荷载作用，车辙病害的出现仍时有发生。

本项目以吴江地区公路沥青路面为主要研究对象，以抗车辙为主要技术目标，兼顾低温和抗水损害性能，以化学与材料技术为手段，研发沥青高效能复合改性剂，重点是提高沥青混合料的抗车辙性能，以达到提高沥青混合料综合性能的技术目标。本项目研究成果将在改性剂研发阶段解决配伍性，施工便利性等问题，降低综合改性成本，以沥青路面车辙分析与预测方法为基础，针对不同路面结构、交通状况及吴江地区典型高温气象条件，确定沥青各层面的动稳定度试验控制标准，提供相应的综合改性剂添加方案，实现路面车辙长期控制目标。

本项目研究的高性能复合改性剂是由苏州拓博琳^TM公司生产的全效高性能沥青混合料改性剂AP-8，与基质沥青混合料和添加SBS作为改性剂的沥青混合料进行对比分析，从高温稳定性，低温抗裂性，水稳定性等方面，来对AP-8的改性效果作综合评价。

1.2 国内外研究现状

目前，国内国外沥青改性剂以单一，目标改性剂为主，综合改性方面的产品与研究较少。下面以沥青混凝土路面抗车辙剂相关研究和应用为主，介绍国内国外研究概况。

在车辆集中通行的路面轮迹带沿道路纵向产生的带状凹槽称作车辙。道路气象条件，交通状况，路面结构、材料组成及施工方法等都是形成车辙的影响因素。而不可以恢复的粘塑性变形为车辙形成最根本的原因。车辙会影响行车舒适度，并对交通安全有直接影响，例如车辆在气候恶劣时制动困难，在变更车道时操作困难等。研究表明，车辙深度一旦达到6mm，就有可能产生水漂现象，大幅度减小路面的摩擦力。因此，车辙是使得沥青路面使用品质下降的重要因素之一^[11]。

1.2.1国内外沥青路面抗车辙材料应用

国内国外在沥青抗车辙改性剂及沥青混合料方面的研究较多，有不少成果与应用，例如：常见的SBS改性沥青，就能够提高沥青混合料的抗车辙性能。还有一些通过添加聚酯纤维来提高抗车辙性能的技术。

（1）高模量沥青混凝土

高模量沥青混凝土（High Modulus Asphalt Concrete, HMAC）是一种国外经常使用的抗车辙的沥青路面材料，早期常采用低针入度沥青生产，后期在国内也有采用特殊改性剂来实现高模量。它是提高沥青路面基层刚度缓解面层车辙问题的技术手段。

HMAC不仅应用于养护维修工程，也应用于新建路面的下面层，可获得优于传统35/50和50/70级沥青的经济效益。设计一种应用十分硬的沥青和沥青含量高(大约6%)的沥青混合料是HMAC的基本理念，HMAC的沥青用量可以与磨耗层AC相比。硬质沥青使得相应混合料具有更高的模量，在相同厚度情况下，这种混合料路面传递到路基的应力大大减小；混合料的密实度和抗疲劳能力也因沥青用量的增加而相应增加。

国内对HMAC的研究还正处于起步阶段，能够见于文字的研究比较少。沙庆林在文章“沥青和沥青混凝土现状”中介绍了法国HMAC加速加载环道试验的情况。试验表明：四种性质不同的沥青混合料的辙槽深度显示出巨大差别，高模量沥青混凝土10/20的辙槽深度比用50/70沥青的混凝土辙槽深度的1/4还要少。同时槽辙深度也明显小于用SBS改性的沥青混凝土和多级沥青混凝土(MB)的辙槽深度^[12]。

（2）硫磺改性沥青

壳牌（加拿大）公司最先生产了一种叫做SEAM（Sulphur-Extended Asphalt Modifier,硫磺强化沥青改性剂）的产品，是硫磺改性沥青技术的开始。是硫磺容易在热沥青混合料中熔化，SEAM中95%以上都是硫磺；由于使用了烟雾抑制剂，硫蒸汽的浓度十分低，并且在150℃以下不产生SO₂、H₂S；硫磺的质量和经硫磺改性的沥青混合料的强度及耐久性由于添加了增塑剂会得到提高。SEAM在直接投放到拌合机拌缸中和沥青混合料机械拌和，由于骨料之间的剪切作用，硫磺会以非常细的颗粒均匀地分散到沥青混合料里，部分硫磺化学变化形成结晶，分散的硫和形成的结晶在混合料里以固态存在，所以升高了沥青软化点，使结构强度增加，硫磺微滴在沥青中越分散均匀其改性效果将会越好。硫磺与集料之间粘附性好，增强了抗水损害能力 ^[13]。概括起来，SEAM改性剂的优点主要有：

A、节省沥青：在沥青混合料中添加适量的SEAM，可大约减少沥青用量的30%，缓解高峰时期的沥青使用量；

B、节约能源：SEAM对混合料的拌和及碾压温度的要求均比普通混合料要低大约10℃，这样在拌和等量的混合料时可以节省许多能源，降低污染，提高效益；

C、改进了沥青路面的性能，使路面低温开裂情况降低，延长公路与城市道路的使用寿命；

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