文摘

发情、热裂解和剥离是最严重的痛苦在沥青路面类型。在这项研究中,一个指定类型的styrene-butadiene-styrene (SBS)作为改性剂用于低粘度沥青粘结剂G80/100 (PG 58-22)克服困苦的沥青混合料的问题。混合过程被评估使用荧光显微镜。控制和sbs改性粘结剂受到所有常规和Superpave粘结剂测试。汉堡轮跟踪(HWT)和间接抗拉强度比(ITSR)测试评估的工程性质进行了控制和改性沥青混合物。使用SBS比例是1、2、3、4,粘结剂的总重量的5%。结果表明低渗透、高软化点、粘度和弹性恢复。动态剪切流变仪(域)和弯曲梁流变仪(BBR)测试显示越来越SBS %导致两个值的增加沥青的高、低温性能等级(PG)。抗拉强度比和汉堡轮跟踪测试的结果表明,TSR和发情的参数值获得最高3%的SBS,最佳的SBS沥青混合料的内容和结果PG76-16改性沥青。

1。介绍

如今,更频繁和更重的交通负荷的道路发展。增加交通负荷寿命缩短人行道的特别是当与不当的天气条件下(1,2]。为了防止沥青路面的退化,这是至关重要的,有最好的可用性在现场表演一个适当的结构(数量3]。改善沥青混合料的质量用于道路建设、技术开发。技术之一涉及到不同的修饰符添加到沥青粘结剂和混合。

今天,聚合物是最经常使用添加剂来改善沥青的品质。普通沥青与聚合物被称为混合聚合物改性沥青(PMA)。SBS、面包屑橡胶(CR)、丁苯橡胶(SBR)、乙烯-醋酸乙烯(EVA)和聚乙烯等经常使用的聚合物改性沥青(4,5]。修饰符可以减少车辙祸患通过增加抗老化性沥青混凝土的高温。同时,他们可以防止粘结剂运行的问题与总通过提高胶粘剂的品质(6]。

沥青混合物结合SBS改性剂产生明显更好的性能对于疲劳裂纹的痛苦比传统的混合物(7]。

提高抗车辙沥青混合物通过使用SBS改性剂具有更高的性能属性(8,9]。一般来说,SBS可以彻底分散在沥青作为其内容不超过5%10]。

轮跟踪测试已经使用有效地确定沥青混合料的车辙易感性。许多规范可供轮跟踪车辙深度的典型的混合,气候,交通荷载条件(11]。

有许多类型的SBS基于其属性如苯乙烯/丁二烯的百分比(20/80、30/70和40/60),分子结构(线性或径向),颗粒大小(颗粒或粉末形式)。同时,SBS的源质量是至关重要的(12]。

在本研究中,使用径向SBS的影响,30/70苯乙烯/丁二烯百分比,高质量的制造,形成改性剂混合粉用软沥青粘结剂(G80/100)调查。SBS比例是1、2、3、4,5%。根据沥青混合料准备Superpave设计方法的新方法。此外,回归模型得到SBS的最佳比例,为公路建设项目可以利用。荧光显微镜图像拍摄期间与SBS沥青粘结剂的混合过程,确定改性沥青的质量和添加剂的分散模式材料。

与大多数以前的研究,主要的对象进行安全域和BBR测试之间的关系,本研究获得的PG改性沥青和SBS比率,这是至关重要的获得所需的沥青路面施工PG根据指定的气候条件。

获得最佳SBS比例,两个至关重要的工程性能测试进行了控制和改性沥青混合料,如下:首先,Superpave规范的一部分的ITSR测试评估混合物的湿度敏感性和第二HWT测试获得发情的参数,剥离拐点(SIP),通过失败的数量(Nf)与SBS比例有关。DSR和BBR测试进行评估控制和改性沥青粘结剂的参数。

2。材料

2.1。沥青粘结剂

在这项研究中,一个当地的沥青粘结剂与渗透等级(80/100)或(PG 58-22)从凤凰城炼油厂使用。这中很少使用低粘度沥青路面层建筑热气候地区;然而,SBS与沥青粘结剂混合后,诱导化学蚀变,低品位的沥青改性剂是领导。表1传统的测试结果显示控制沥青添加剂(0%)。

表1
控制(基地)沥青粘结剂的特性。
2.2。SBS添加剂材料

SBS Pheoprene 1211多孔碎屑,使用高质量的粉末形式,30/70苯乙烯/丁二烯百分比,热塑性共聚物,径向结构。SBS的比重是0.79。SBS的粒度分布如图1。SBS的比率,用于控制沥青1,2,3,4,5%。


图1
SBS粒度分布。
2.3。总

使用聚合碎骨料,岩石破碎的产物。几个实验室检测碎石、沙子和填充材料进行了根据Superpave规格如表所示2。

表2
总体测试结果。

沥青混凝土课程,被认为是在这个研究是面层类型3根据伊拉克规范,因为它是联系与高流量体积高速公路和天气。

3所示。方法

3.1。改性沥青

控制沥青与SBS的混合过程进行了使用油浴提供数字温度计和内部传播搅拌器加热,如图2。沥青粘结剂倒在一个垂直圆柱可以容量约3.5公斤。添加指定的总重量的百分比,之后使用垂直搅拌混合器混合SBS与沥青粘结剂。混合温度为180°C,搅拌速度600转用于确保混合,防止隔离,混合时间是2个小时。这些混合条件相似的研究人员的研究(13,14]和[15]。


图2
沥青和添加剂混合过程。

在这个过程中,软化点采集标本来跟踪每半个小时的变化。完成混合过程后,传统的测试渗透,软化点,弹性恢复,旋转粘度(RV)、闪点、比重进行。渗透测试的,软化点,损失热量RTFOT和储存稳定性试验后进行。的显微镜图片拍摄样品,以确保SBS沥青粘结剂的分散。最后,PG测试,包括安全域,RTFOT奶油水果蛋白饼,和BBR找他们进行PG值,以及 ,δ、刚度和米值。

3.2。总体结构的选择

三个总层次设计的A、B和C基于Superpave控制点的限制和规范,如图3。


图3
Superpave分级名义最大大小为12.5毫米。

沥青混凝土进行了测试,包括理论上的最大比重的混合(Gmm)为每个聚合层次。所有上面提到的测试是在实验室里进行的。

每个聚合的A、B和C, 5个样本准备与沥青混合使用五个百分比(4,4.5,5、5.5和6%)沥青含量。的Gmm每个聚合混合物在实验室测定。然后,所有使用回转夯实混合物被压缩。结果被用来在矿物聚合(VMA)找到空隙,空隙填充沥青(VFA),密度波动的初始数量,设计回转,最大数量的波动,灰尘粘结剂比例和比重的压实混合物含气率4%。

最后,根据聚合的结果和Superpave规范,通过聚合B被选择用于所有后者混合物与SBS改性沥青。样品的总数是15。

3.3。改性沥青混合料的最佳沥青含量

使用聚合B,六个沥青混合物的内容被用于样品与SBS改性沥青,包括控制样本。每个样本的沥青内容是4 - 6%或4.5 - 6.5%,根据SBS比例增加了0.5%。所有样本使用回转夯实,压实和每个SBS的最佳沥青含量百分比进行容量分析后得到。样品的数量是30。

3.4。ITSR测试(ASTM D4867和AASHTO T283)

它的测试进行了控制和sbs改性沥青混合料样品。六个样品为每个SBS准备获得ITSR的百分比。三个样本测试在干燥条件下,和其他三个样本测试条件后通过冻融循环之一。样本准备使用7%的空隙,然后测试找到指定样本的间接抗拉强度;因此,ITSR计算。样品的数量是36。图4显示了测试后的样品。


图4
ITSR测试后样品。
3.5。HWT测试(AASHTO T324)

HWT试验对沥青混合控制,与SBS改性沥青混合料。样品有一个直径15厘米,高6厘米;他们使用轮跟踪机进行测试。它是获得车辙进行价值和轮子的数量通过重复(1周期= 2通过)。样品的数量是6。图5显示了车轮与安装样品追踪。通过直到他们到达20000通行证或车辙深度达到20毫米,如图6。车辙深度之间的曲线画在毫米和程数;从这条曲线剥离拐点(SIP),通过对失败的数量(Nf)。


图5
轮跟踪样品。

图6
轮跟踪测试后样品。

4所示。结果与讨论

4.1。改性沥青粘结剂

表3显示与SBS沥青粘结剂混合的结果。渗透率值降低,而软化点增加了增加SBS添加剂材料的百分比;这意味着沥青粘结剂变得更难,这是类似于[研究的结果14,16]。

表3
测试结果与SBS沥青粘结剂混合。

延性测试弹性回复所取代,因为沥青了延性的早期测试中由于添加SBS。增加弹性回复值表明,沥青粘结剂获得了更多的弹性。粘度值明显增加(17]。与5% SBS沥青粘结剂粘度接近3 Pa。年代,即最大限度的粘度Superpave规范。这是理由不增加SBS % 5%以上。

闪点值略有增加。比重降低了由于SBS添加重量轻比重的影响。针入度指数从负值增加积极的价值由于渗透和软化点的变化,这意味着SBS在沥青粘结剂产生影响。

软化点后贮存稳定性测试模具的上下部分的增加提高SBS % SBS效应所致。渗透和软化点值后旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)改变由于硬化RTFOT短期老化效应。损失的百分比值下降但仍是Superpave范围内随着SBS比例增加;这是合理的改性沥青变得困难14]。

RTFO测试后的渗透率值下降与未老化的样品预计因为老化导致蒸发沥青粘结剂的挥发性。相同的结果与软化点增加RTFO后测试。

表4显示了RV测试的结果进行了改性沥青样品。测试在135°C和170°C。RV测试的结果被用来发现改性沥青混合料的混合和压实温度样本。这可以通过使用两个温度,粘度值和粘度条形图。

表4
改性沥青粘度的结果(厘风度)。
4.2。统计回归模型

图7显示了SBS比例与传统测试(渗透,软化点、弹性回复和粘度)的回归方程和相关系数。


图7
SBS比例和传统测试模式。

方程模型可以用来找到所需的SBS的常规测试值百分比比例范围内使用或预测任何值的范围。模型很重要,因为SBS沥青添加剂是昂贵的比其他添加剂。

4.3。改性沥青的显微图像

为了确保SBS添加剂材料的分散在沥青粘结剂在混合过程中,荧光显微镜图像放大功率(40 x)被添加后SBS添加剂。图8表明SBS在沥青粘结剂由黄色颗粒球体粒子。他们的数量和浓度增长SBS比例增加。添加3%的SBS的均匀分散和密度是最好的结果,而4%和5%的SBS,均匀分散和密度开始结块。


图8
荧光显微镜图像(40 x) SBS与沥青混合。
4.4。PG测试

PG测试包括两种流变仪测试,即DSR和BBR测试。这两个测试是必不可少的,以确定沥青粘结剂的高温和低温。

4.1.1。域的测试

DSR试验给出了四个重要的参数,即复杂的剪切模量( ),这是剪应力剪应变的斜率代表沥青的刚度( /罪δ)代表发情的参数( 。罪δ)代表疲劳参数和相位角(δ)代表的倾斜角粘性沥青结合料的弹性行为。

DSR试验没有进行完全5% SBS RTFOT之前因为原始样品和奶油水果蛋白饼测试超过94°C,这超出了PG规范。这是期望由于其高粘度值,这是附近3 Pa·s。

表5显示所有的安全域测试的结果和不使用SBS沥青结合料样品。SBS比例的增加并没有导致增加或减少安全域的参数 或δ由于测试温度上升与SBS比例增加,但增加的高温PG满足气候炎热的地区。

表5
安全域SBS沥青粘结剂样品的结果。

图9显示的价值 与SBS含量的百分比。没有增加或减少的趋势 由于变量值测试温度。RTFOT执行后的值更大是由于老化的沥青结合料。


图9
原始和RTFOT SBS样本值。

图10显示的值δ(δ)与SBS百分比。δ在执行RTFOT之后的值低于之前的样本的值对于大多数百分比由于老化效应。


图10
δ值原始和RTFOT SBS样本。
10/24/11。BBR测试

BBR测试有两个结果,即刚度(年代)和m值,这是刚度曲线的斜率在60秒。表6显示的结果和m-values样品在使用和不使用SBS。硬度值增加,m-values随SBS比例增加而降低,在相同的温度下。这些结果表明,添加剂的SBS的百分比的增加将导致更高的低温。

表6
BBR结果不同SBS沥青混合料样品的百分比。

表7显示了沥青混合物的PG结果有不同SBS百分比。表显示,提高SBS比例增加导致了高和低的温度。例如,分配PG 1% SBS是64 - 22日改为82 - 10 SBS的4%。这些结果证实了作者在引用(17]和[14]。

表7
PG结果不同SBS沥青混合物的百分比。

SBS 3%给了PG PG76-16的价值,适合近最热门国家的气候。因此,3%的SBS是推荐一个合适的百分比使用SBS的内容,考虑气候和可用的沥青粘结剂品位。

4.5。骨料和沥青混合料

之前准备沥青混凝土混合物,对骨料进行必要的测试。表8显示了测试结果的聚合用于沥青混合料样品。

表8
混合测试结果。
4.6。总体结构的选择

五个混合物准备每个聚合(A、B和C)和五个沥青百分比(4,4.5,5、5.5和6%)使用沥青等级40/50为了选择这三个层次之一,它可以通过所有必需的Superpave规范。混合和压实的过程进行了根据Superpave规范使用回转夯实。

密度波动的数量,规格,和D / B比值如表所示9。样品直径10厘米。骨料的最大和公称尺寸是19岁,12.5毫米,分别。样品的老化时间压实之前2小时在135°C。

表9
沥青混合料规范。

表10显示了所选的计算聚合,聚合b同样的计算进行了聚合A和C,Gb的比重是用沥青,Ps %是固体颗粒的百分比(总)= 100 -沥青的混合比例,Dini是样品在初始压实密度的波动从回转压实工具获得的结果,Dini百分比(%)是密度与Gmm相比,和Vini(%)样品的孔隙率百分比,等于100 -Dini(%)。同样的,Ddes,Ddes(%),Vdes,D马克斯,D马克斯(%)和V马克斯代表密度,密度%,%在设计和最大数量的波动。

表10
体积计算总B。

vad (%), VMAdes(%),和VFA des %的空隙,在矿物骨料空隙,空隙填充沥青在设计数量的波动计算百分比。

Pba %的比例是由骨料吸收沥青,在Pbe %的比例是有效的沥青混合物,等于AC % - Pba %。

D / B是尘埃(通过筛。200)粘结剂比例。

W空气,W水,W固态硬盘样品的重量在空气、水和饱和干表面,用于发现样品的容重混合物Gmb。

图11显示了孔隙的体积的分析结果曲线在设计回转(Va des),空洞在矿物骨料(VMA),密度初始旋转(Dini(%)),空白填充沥青(VFA),粉尘粘结剂比(D / B),和散装混合气体的比重(Gmb)。


图11
为总容量分析B。

曲线是基于获得的数据来自表10并根据选择4%的孔隙组合(Va des)曲线。从图11,总B的最佳沥青含量为4.9%。其他值可以得到的曲线根据沥青使用百分比。

表11从图显示了得到的值11。Ddes和D马克斯来自表10通过插值。

表11
总容积参数B。

比较结果和Superpave规范,很明显,总B通过所有必需的规格和被选为所有其他沥青混合物。

准备的混合物用于ITSR和HWT测试SBS比例,获得最佳沥青含量的相同的步骤重复了每种情况下,如表所示12。

表12
改性沥青的最佳内容。
4.7。ITSR测试结果

ITSR测试了四个重要的结果,如下:抗拉强度、干燥条件抗拉强度、抗拉强度条件和非条件干燥样品之间的比率,和流或偏转失败。恶劣环境条件的强度和抗拉强度比率比干的更重要,而偏转指示了样本刚度。

表13介绍了沥青混合物ITSR值在使用和不使用SBS。饱和度(年代)一直在75%到70之间获得均匀样本,而Superpave规范值是55至80%。年代%的百分比的孔隙体积的水体积样品。它是间接抗拉强度负荷在kN,年代抗拉强度除以面积。ITSR值增加而增加的SBS %直到达成最优添加剂比例,然后ITSR值降低。这一趋势相似的研究结果作者在引用(14,18]。和流动的干燥样品的SBS %都比那些条件样品由于饱和效应。

表13
ITSR结果与没有使用SBS沥青混合物。

图12显示了所有的ITSR值与不同比例的SBS沥青混合物。ITSR的最大值是97.6%,获得了SBS的3%。5% SBS ITSR小于80%,这是走出Superpave规范由于高百分比的SBS。其干燥的样本是最高在4% SBS由于高增益弹性。


图12
ITSR价值不同SBS沥青混合物的百分比。

图13显示了间接抗拉强度比干更重要的条件样品样本。很明显,抗拉强度越高记录样品有2 - 4%的SBS由于足够的SBS的存在。


图13
样品的抗拉强度值与不同SBS百分比。
4.8。HWT测试结果

HWT测试进行了两个15厘米直径6厘米高度对混合物样品准备使用SBS改性沥青添加剂的标准测试温度60°C。测试结果的传递与车辙深度毫米;然后,绘制一条曲线之间的传递和车辙深度发现剥离拐点(sip)和故障点(Nf)。

SIP是一个样本点当剥离发生的;在这一点上,常规增长缓慢,但在这一点上增加率较高。的Nf点代表失败点当样品达到20毫米车辙深度。

表14显示了基地HWT结果样本和所有的样品有不同百分比的SBS。很明显,沥青混合料3%的SBS对SIP和有最好的结果Nf。此外,发情的阻力增加,直到达到最佳比例的添加剂,然后降低。这些结果类似于[结论19]。

表14
轮跟踪结果不同SBS沥青混合物的百分比。

图14解释了SIP和Nf程数之间得到的曲线在毫米和车辙深度和5%的SBS沥青混合料。


图14
SIP和N f与5%的SBS沥青混合料。

虽然作为沥青改性剂SBS添加添加剂材料沥青混凝土的施工成本增加约10%,使用SBS的优势将是有价值的对于改善工程沥青粘结剂和混合物的属性和减少未来的维护成本。

5。结论

从本研究的结果,可以得到以下结论:(1)加入SBS沥青粘结剂提高粘度值,从而导致更高的混合和压实沥青混凝土混合物的温度,这在建设过程中必须考虑。(2)最优SBS比例得到最好的水分和发情的阻力为3%,这是有利于大多数炎热和潮湿的国家。(3)ITSR的增加从控制样本的80.3% 97.6% 3%的SBS是17.3%,这是一个有价值的金额在防潮性,而增加的发情的参数控制样本SIP = 800,NfSIP = 3600 = 2300,Nf= 10400 3%的SBS是350%Nf对SIP和352%。这些是显著改善SBS沥青混凝土的发情的阻力。(4)增加每1%的SBS沥青结合料将提高高温PG级,而添加每个2% SBS将提高低温PG级。这可确保SBS提高高温PG清楚。(5)其干燥的样本是最高在4% SBS,适合干燥的国家。

数据可用性

编译的数据和计算结果存储在Excel文件在高速公路实验室/民用部门/工程学院/大学Sulaimani并将根据要求提供相应的作者。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢学院的工程,Sulaimani大学支持本研究。