一、绪论
1、国内外研究现状
(1)国内研究现状
2003年西安公路交通大学公路工程学院的陈拴发教授通过采用不同标号的沥青对SMA混合料进行了较为系统的路用性能试验研究,分析了沥青稠度对沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性能的影响。通过一系列相关实验并进行分析得出采用低标号沥青的SMA具有良好的高温稳定性和水稳性,也具有较好的抗疲劳性能。高标号沥青的劈裂应变大,低温抗裂性较好，但综合考虑混合料的路用性能,高标号SMA混合料的综合性能不如低标号沥青。 2007年山东省交通科学研究所的付建村专家分析了不同SBS掺量(4.0%，4.5%，5.0%.5.5%)改性沥青对密实断级配薄层磨耗层混合料浙漏特性、飞散特性、高温稳定性及水稳定性等路用性能的影响，试脸表明，采用SBS改性沥青对混合料抗飞散性能、高温稳定性及水稳定性能有很好的改善效果，随着SBS含量的增加，这种效果愈加显著。实际上，研究表明，随着
SBS剂量的增加，SBS在沥青中的分布状态有所变化，其比表面积呈现先增大后减少的趋势，改性后饱和分的含量也呈现对应的变化，因为SBS在沥青中由分散相向连续相转变所对应的那一点上必然存在饱和分变化的极值点，因此，必然存在可获得最佳改性效果的SBS的最佳掺加量，一味增加SBS改性剂的掺量对改变沥青及混合料性能不但提高不显著，反而会使剪切施工成本和原料成本增加，所以，考虑到薄层磨耗层结合料的高技术要求，SBS的掺量最好在5.0%以上，考虑原料造价和剪切加工水平，SBS的加入量最好控制在5.0%一6.0%。同时考虑到SBS改性沥青对加工水平的依赖性，为了保持改性后沥青的存储稳定性，应当考虑加入适量的稳定剂，以保证改性沥青混合料的路用性能稳定性。
2009年华中科技大学土木工程与力学学院的李向东教授进行了不同沥青掺量下AC-13C 密级配沥青混合料试件的马歇尔稳定度、车辙、冻融劈裂试验，分析了不同沥青掺量对混合料强度特性、高温稳定性、水稳定性的影响。得出以下几点结论：①沥青掺量的变化对沥青路面路用性能产生显著影响， 根据数学原理， 必存在某个最佳沥青掺量，使得沥青混合料的各项性能均很好地满足各种路用需求。设计中应该把混合料的抗车辙性能和冻融残留强度作为主要的控制指标。②对于密级配沥青混凝土路面， 在工程实践中，马歇尔稳定度（包括浸水马歇尔稳定度）可不做考虑，或者仅作为参考指标。③相同级配条件下 ， 沥青 掺量对沥青混合料的高温稳定性及水稳定性有着重要影响。 对于不同的温度地区、 降水地区， 进行沥青路面结构设计时，其控制指标侧重点应有所不同。
根据结果分析，利用混合料的抗车辙性能及冻融残留强度两个试验能够合理确定沥青最佳掺量，而马歇尔稳定度试验高估了沥青掺量范围。 由此在进行密级配沥青混合料路面结构设计时，抗车辙性能及冻融残留强度应作为确定最佳沥青掺量的主要控制指标，而马歇尔稳定度可作为参考指标，弥补实际操作的不足。
(2) 国外研究现状
20世纪60年代美国工程兵团以推理的方法发明路面材料试验机GTM旋转试验机，后来美国空军为解决重型轰炸机跑道容易破损的问题，又专门组织人员对GTM进行研究开发，形成了如今的路面材料GTM设计方法。旋转压实剪切实验机(GTM)有较大的压实功，适用于重交通沥青混合料路面确定最佳沥青用量。GTM设计出的沥青混合料最佳沥青用量相比其他方法要小得多，设计出的沥青混合料路面具有优良的抗车辙能力。但是GTM设计方法并没有特别关注沥青路面的耐久性、抗疲劳开裂能力以及施工和易性等问题，且GTM设计方法操作技术要求较高，在我国还缺少丰富的试验与实际施工经验，所以GTM法确定沥青混凝
土最佳沥青用量目前在我国应用很少。
20世纪90年代Finn、Hosftry、VendeLoo等人先后提出应从沥青混凝土抵抗交通荷载的稳定性角度分析车辙产生的机理，在随后的一段时间里，他们相继进行了一系列实验，发现空隙率和沥青用量都是影响沥青混凝土车辙的重要因素，级配确定的前提下，沥青用量又可以直接影响沥青混合料的空隙率，沥青用量增大会导致空隙率的减小，可见沥青用量对沥青混凝土的抗车辙能力有着至关重要的作用。沥青用量的多少直接影响着沥青混合料中矿料的骨架、嵌挤作用，实际沥青混合料受粘结力和内摩擦角共同作用，而且二者发挥的作用都不能忽略。随着油石比增加，骨料间沥青越来越多，集料间摩擦力发挥作用将越来越小，沥青发挥的粘结作用越来越大，当粘结力和内摩擦角二者发挥到最佳作用时，沥青混合料的动稳定度最大，沥青用量继续增大，游离沥青较多，集料间的摩擦力极小或几乎没有作用，从而使沥青混合料易于产生流动变形而形成车辙。
他们通过设置不同的沥青掺量进行沥青车辙实验，研究沥青用量对沥青混凝土抵抗交通荷载的稳定性的影响，由于沥青混凝土抵抗交通荷载的稳定性的变化使每一个试件的车辙实验结果都不同，再过沥青车辙实验结果变化的情况对车辙产生的机理进行分析。
2003年美国的Eisenmenn和Hilmer对胶粉改性沥青及其混合料进行了一系列室内试验研究,包括不同掺量的胶粉改性沥青的技术性质试验、胶粉改性沥青混合料的高温车辙试验、浸水马歇尔试验和低温弯曲破坏试验。研究结果表明:采用胶粉对石油沥青改性,可以改善沥青的高温稳定性、感温性、低温抗裂性和抗老化性能，提高沥青混合料的高温稳定性,也可以提高沥青混合料的水稳定性和低温抗裂性。采用废旧轮胎胶粉对石油沥青改性,不但解决了废旧橡胶对环境造成的污染问题,而且工艺简单,成本低廉,改性效果良好,值得大力推广应用。
2、研究意义和目的
细分驱动器
(1)研究意义
随着我国经济的快速发展,近年来高等级公路交通量迅速增长、车辆大型化、超载严重及渠化交通等使沥青路面面临严峻考验,并成为控制路面结构和材料设计的关键因素,在此大环境下沥青路面的早期破坏现象十分严重,严重影响道路的继续服务能力,造成了较大的经济损失和不良的社会影响。调查表明我国高等级公路沥青路面的早期破坏现象主要为车辙、开裂以及水损害, 与此相关的研究表明, 影响沥青路面破损的因素很多，其中沥青混合料SBS改
性沥青掺量和空隙率对沥青路面性能影响很大，而在压实功和矿料级配相同的前提下，空隙率大小很大程度上取决于SBS改性沥青掺量。SBS改性沥青掺量过多，易出现高温车辙、泛油等病害; SBS改性沥青掺量过少，易出现疲劳破坏和水损害问题，且影响压实。因此,深入研究SBS改性沥青掺量对沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性的影响,对于减少沥青路面的车辙、开裂、水损害等早期破坏,提高沥青路面的使用质量,延长沥青路面的使用寿命,具有重要的现实和经济意义。
(2)目的
① 针对目前普遍采用的重交通 AC-13 型沥青混合料， 在不同的沥青掺量（在相同的压实条件下，即空隙率）情况下分别进行了车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验，以对沥青掺量这一沥青混合料性能主要影响因素进行研究。
② 确定出某个最佳的沥青掺量， 使沥青混合料既能满足高温稳定性能的要求， 又能满足低温抗裂及水稳定性能的要求。
二、主要研究内容
1、本文以AC-13沥青混凝土为研究对象，选取3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%、6.5%七种不同的SBS沥青掺量，分析沥青掺量对沥青路用性能的影响。
2、对不同SBS沥青掺量的混合料进行车辙试验，分析沥青掺量对混合料高温稳定性的影响。
3、、对不同SBS沥青掺量的混合料低温弯曲试验，分析沥青掺量对混合料低温抗裂性的影响。
4、对不同SBS沥青掺量的混合料进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，分析沥青掺量对混合料水稳定性的影响。
三、实施方案
1、试验原材料
(l)粗集料
本研究中AC-13沥青混合料的粗集料选用重庆市巴南区木洞沙石厂的石灰岩，粗集料的技
术指标如表1-1所示。
表1-1粗集料质量技术指标
大理石清洗剂试验指标 | 试验结果 | 规范要求 |
石料压碎值/% | | ≤28 |
洛洛杉矶磨耗值/% | | ≤30 |
表观相对密度/ | | ≥2.60 |
吸水率/% | | ≤3 |
针片状含量/% | | ≤15 |
与沥青粘附性 | | ≥5 |
| | |
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(2)细集料
本研究中所用细集料重庆市巴南区木洞沙石厂生产的石屑，细集料的技术指标如表1-2所示。
表1-2 细集料质量技术指标
试验指标 | 试验结果 | 规范要求 |
表观密度/ | | ≥2.50 |
砂当量/% | | ≥60 |
含泥量/% | | ≤3 |
棱角性/% | | ≥30 |
坚固性/% | | ≥12 |
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(3)填料
本研究中填料为重庆市巴南区木洞沙石厂生产的石灰岩磨细矿粉，矿粉的技术指标如表1-3所示
表1-3 矿粉质量技术指标
试验指标 | 试验结果 | 规范要求 |
表观密度/ | | ≥2.50 |
亲水系数 | | ≤1 |
塑性指数 | | ≤4 |
含水率/% | | ≤1 |
| | |
（4）沥青
因为重庆属于炎热地区，故本研究采用了韩国产SBSI一D类改性沥青。根据《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40一2004)中道路石油沥青要求的检验项目，对沥青的各项指标进行了室内试验，结果列于表1-4中。
表1-4 SBS改性沥青技术指标
试验指标 | 试验结果 | 规范要求 |
针入度（25℃,100g,5s,）/0.1mm | | 60～80 |
针入度指数PI | | ≥-0.4 |
软化点/℃ | | ≥55 |
135℃运动粘度/Pa.s | | ≤3 |
延度(15℃, 5 ㎝/min)/cm | | ≥30 |
弹性恢复(25℃)/% | | ≥65 |
闪点/℃ | | ≥230 |
溶解度/% | | ≥99 |
密度(15℃)/ | | 实测 |
离析,48h软化点差/℃ | | ≤2.5 |
薄膜加热试验 | 质量损失/% | | ≤1.0 |
针入度比/% | | ≥60 |
残留延度（5℃） | | ≥20 |
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2、矿料级配
本课题主要研究在级配确定的前提下，不同SBS改性沥青掺量对沥青混合料路用性能的影响，所以选择一种固定级配作为设计级配，而本课题采用的为谢明老师所给的 AC-13的级配如表2所示。
表2 AC-13的级配
筛孔尺寸/mm | 0.075 | 0.15 | 0.3 | 0.6 | 1.18 | 2.36 | 4.75 | 9.5 | 13.2 | 16 |
通过百分率/% | 6.9 | 8.2 | 9.7 | 14.2 | 无电沉镍20.2 | 29 | 43.9 | 72.5 | 98.3 | 100 |
级配范围/% | 4～8 | 8～16 | 12～22 | 18～30 | 24～41 | 36～53 | 48～68 | 70～88 | 95～100 | 100 |
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3、实验过程与预期结果
根据《规范》 推荐的沥青掺量范围为 3.0% ～ 7.0%。 进行混凝土配合比设计时，SBS沥青掺量依次为3.5%、4.0%、4.5%医院用筋膜仪、5.0%、储槽5.5%、6.0%和6.5%， 分别配制成试件1 组，
2 组， 3 组， 4 组， 5 组，6组，7组， 根据JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》制作沥青混合料试样。
（1）高温车辙实验
JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定，车辙板碾压层的厚度不小于集料公称最大粒径的1-1.5倍，本研究所用的集料公称最大粒径为13.2mm，它的 1.5倍接近20mm，所以，车辙试件尺寸选用300×30O×50mm。具体按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）中T0719-2011操作。
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