破碎卵石在沥青路面中的应用研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文摘要卵石质地坚硬，具有抗压、耐磨耐腐蚀等特点，是一种理想的绿色建 筑材料。目前，卵石作为水泥混凝土集料在建筑工程中已得到广泛应用。而将 卵石作为沥青混凝土集料应用于沥青路面，却是一个全新的研究课题。本文结 合四川内遂高速公路工程实际，采用破碎卵石作为沥青路面集料，分析破碎卵 石在沥青路面中的应用难点，探索高性能破碎卵石沥青混合料的制备方法，研 究破碎卵石沥青混合料的施工工艺，为卵石在沥青路面中的大规模应用和推广 提供理论依据和技术支持。本文首先研究了不同抗剥离措施对沥青性能的影响。通过粘附性试验和接 触角试验研究了不同掺量抗剥落剂对老化前后沥青与卵石粘附性的影响，通过 针入度试验、延度试验、软化点试验研究了不同掺量抗剥落剂对沥青基本物理 性能的影响；通过针入度试验、延度试验、软化点试验研究了不同水泥替代量 对沥青胶浆的温度敏感性、低温性能、高温性能的影响，通过动态剪切流变试 验研究了不同水泥替代量对沥青胶浆流变性能的影响。最终优选出抗剥落剂的 最佳掺量为0.3%,水泥替代矿粉的最佳比例为1:2。然后，针对卵石与沥青粘附性差及破碎卵石沥青混合料的路用性能差的情 况，采取搀加抗剥落剂，用水泥替代部分矿粉以及用石灰岩细集料替代破碎卵 石细集料这三种单一或综合的抗剥离措施来改善破碎卵石沥青混合料的路用性 能。通过浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、多次冻融试验、间接拉伸试验、三 点弯曲试验、车辙试验以及四点弯曲疲劳试验评价了不同措施对破碎卵石沥青 混合料路用性能的改善效果。试验结果表明：三种措施均能不同程度的提高混 合料的水稳定性能、低温性能、高温性能及疲劳性能，当同时采取这三种措施 后，破碎卵石沥青混合料的路用性能全面提高。最后，通过试验段的成功铺筑确定了破碎卵石沥青混合料的最佳方案为：破碎卵石粗集料+石灰岩细集料+填料（水泥：矿粉=1:20.3%抗剥落剂；总结了 破碎卵石沥青混合料在工程应用中的配合比设计方法及施工工艺；分析了使用 破碎卵石沥青混合料为工程建设带来的经济效益。关键词：卵石，沥青路面，抗剥离措施，路用性能，工程应用武汉理工大学硕士学位论文AbstractThe cobble is hard and has compression,abrasion and corrosion resistance and other characteristics,it is an ideal green building material.At present,cobble which is used as aggregate of the cement concrete has been widely used in construction.However,it is a new research topic that using cobble as the asphalt concrete aggregate in asphalt pavement.Combined with the actual project of Sichuan Neisui Highway,this paper provides theoretical basis and technical support for the large scale application and promotion of cobble in the construction of asphalt pavement,by using broken cobble as aggregate of the asphalt pavement,analyzing the difficulty of using broken cobble in asphalt pavement,exploring the preparation method of high performance broken cobble asphalt mixture,and discussing construction technology of the broken cobble asphalt mixture.This paper studies the effect of different anti-stripping measures on asphalt first.The influence of anti-stripping agent on adhesion between cobble and asphalt that aged and unaged is evaluated by the contact angle test.The effect of anti-stripping agent on basic physical properties of the asphalt is evaluated by the penetration,ductility and softening point test.The influence of cement on temperature sensitivity,low temperature property,high temperature performance of the asphalt are evaluated by the penetration,ductility and softening point test The effect of cement on the rheological properties of the aspahlt are evaluated by dynamic shear test.The results indicate that the optimum content of anti-stripping agent is 0.3%and the optimum ratio of cement and mineral powder is 1:2.Then,a combination of anti-stripping measurements were carried out to improve the broken cobble asphalt mixture performance,specifically on adoption of anti-stripping agent,cement and limestone fine aggregate.The effect of diffenent measures on the broken cobble asphalt mixture are evaluated by the immersion Marshall Stability test,the freeze-thaw splitting test,the indirect tensile test,the three point bending test,the rutting test and the four point bending fatigue test.The results show that:All of the three measures can improve water stability,low temperature property,high temperature property and fatigue performance of the mixtrue,and the 武汉理工大学硕士学位论文road performance are improved most significantly when they are used together.Finally,results of test section show that the best composition of the broken cobble asphalt mixture is:broken cobble coarse aggregate+limestone fine aggregate+limestone filler(Cement:Mineral Powder=1:2)+0.3%anti stripping agent.Besides,the material composition design method and construction techniques of the broken cobble asphalt mixture in the practical application are summed up.Futhermore,the economic benefit of using cobble as the asphalt pavement aggregate is analyzed.Keywords:cobble,asphalt pavement,anti-stripping measures,road performance,engineering applicationsIII武汉理工大学硕士学位论文目录摘要.IAbstract.II目录.IV第1章绪论.11.1研究背景与意义.112国内外研究现状.3121集料与沥青粘附性研究.31.2.2酸性集料沥青混合料水稳定性能的研究.3123卵石的应用现状.61.3主要研究内容.7第2章原材料与试验方法.92.1原材料.92.11集料.92.L2 沥青.112.L3 矿粉.122.1.4 水泥.122.1.5抗剥落剂.132.2试验方法和试验仪器.132.2.1 沥青性能试验方法与试验仪器.132.2.2 沥青混合料性能试验方法与试验仪器.14第3章不同抗剥离措施对沥青性能影响研究.163.1 试验方案.163.2 抗剥落剂对沥青相关性能的影响.173.2.1 抗剥落剂对卵石与沥青粘附性的影响.17322抗剥落剂对沥青基本性能的影响.193.3 水泥对沥青相关性能的影响.1933.1针入度试验.19332软化点试验.22333延度试验.2333.4粘度试验.23IV武汉理工大学硕士学位论文335动态剪切流变试验.253.4小结.29第4章改善破碎卵石沥青混合料路用性能研究.314.1试验方案及混合料配合比设计.314.L1试验方案.314.1.2破碎卵石沥青混合料配合比设计.324.2 破碎卵石沥青混合料水稳定性能研究.334.2.1试验方法.334.22 残留稳定度及冻融劈裂试验.34423多次冻融试验.364.3 破碎卵石沥青混合料低温性能研究.384.3.1 间接拉伸试验.384.3.2 三点弯曲试验.414.4 破碎卵石沥青混合料高温性能研究.434.5 破碎卵石沥青混合料疲劳性能研究.454.6 小结.48第5章破碎卵石沥青混合料的工程应用.505.1 破碎卵石沥青混合料工程概况.505.2 目标配合比设计及验证.5153生产配合比设计及验证.535.4 试验段施工工艺及过程控制.555.4.1 施工设备.555.4.2 试验段参数.565.4.3 混合料的摊铺及碾压.57544试验段混合料抽检结果.595.5 经济效益分析.61第6章结论与建议.626.1 主要结论.626.2 建议.64参考文献.65致谢.69附录.70v武汉理工大学硕士学位论文第1章绪论1.1研究背景与意义沥青路面作为一种无接缝连续式路面，以其良好的力学性能和平稳舒适的 行车性能以及振动小、无扬尘、噪音低、施工期短和养护维修简便等优点在现 代高速公路的建设中逐渐占据主导地位。据统计，在世界各地已建高速公路的 中，沥青路面占85%以上；我国高速公路90%以上为沥青路面。资料显示：截 止2011年底，我国公路总里程达410.64万公里，比上年末增加9.82万公里。其中高速公路总里程达8.49万公里，比上年末增加L08万公里，国内高速公路 里程超过3000公里的省份已增加至14个【3图1-1为2006-2011年我国高速 公路通车总里程。目前，美国拥有约10万公里高速公路，居世界第一。按照国 务院于2004年12月17日公布的国家高速公路网规划，我国高速公路网将 在“十二五”期间完成7条首都放射线、9条南北纵向线和18条东西横向线的建 设，也被简称为“7918网”。届时，我国高速公路总里程有望超过美国，成为世 界第一。面对我国高速公路的快速发展，如何经济、环保、有效地满足沥青路 面建设对原材料石料的需求，保障国家高速公路发展规划的正常实施，就提到 公路研究人员的研究日程上来了反支10 r 当年新增里程国上年底总里程 8-8.497.41 1.08图1“20062011年我国高速公路里程武汉理工大学硕士学位论文通常沥青路面所用的石料为石灰岩、玄武岩等碱性或者中性石料。近年来,花岗岩、片麻岩、辉绿岩等酸性石料也逐渐被应用于沥青路面必刀。由于石料是 不可再生资源，随着高速公路建设的步伐加快，传统石料的存储量越来越少。与此同时，石料在我国的分布非常不平衡，如我国的四川、山西、广西、内蒙 古、福建等地区，石灰岩、玄武岩、花岗岩、片麻岩等沥青路面常用的石料资 源匮乏，给当地的公路建设者们带来极大的不便，严重制约了沥青路面的发展。从外地优质石料生产地采购石料，一方面加重了当地环境资源的负担，另一方 面石料的长途运输不仅造成了能源的浪费还加大了高速公路的建设成本。因此,在沥青路面建设中，急需寻找新的石料品种以取代传统石料，进而缓解对传统 石料的过度开采。四川省内遂（内江至遂宁）高速公路位于四川盆地中部，是泛珠江三角洲 地区高速公路网规划中至昆明（第5纵）的一部分，是连接川东北地区与川南 地区的重要公路。路线起点位于内江市白马镇吉家湾村南侧的内宜高速公路，经东兴、双才、双河、九龙、文化、安岳、长河、通贤、安居，止于遂宁船山 区复兴与遂渝高速和绵遂高速相连，路线全长119.686km。本项目位于四川省东 部，地理坐标为东经104。55105。4匕北纬29。3030。33,行政区划属于四 川省内江市、资阳市和遂宁市。属亚热带温暖湿润气候区，具有冬暖、春早、夏热、秋凉，降水充沛的特点。该项目的建设对完善四川高速公路网布局，提 升地区公路网服务水平，促进城乡区域协调发展都有着重大意义。内江至遂宁 地区岩性多为粉砂岩、泥岩、细砂岩、页岩，部分地段为砾岩，且多呈全风化 和强风化状态。全线仅内江资中地区有少量石灰岩，资中至安岳运距120km,至安居160km,沿线3个收费站，运输成本较高。而遂宁市涪江边盛产卵石，料源丰富，运至安岳80km,运至安居55kln,运输成本很低。卵石属于酸性石料，目前酸性石料在沥青路面中的应用已日趋成熟，但将 卵石作为集料用于沥青混凝土路面却是一个全新的研究课题。如果能将卵石作 为沥青混凝土路面的集料，不仅可以合理的利用资源，而且可以有效的降低工 程建设成本，由此带来的社会效益和经济效益是巨大的。因此，迫切需要研究 改善破碎卵石沥青混合料水稳定性及其它路用性能的措施，探索破碎卵石沥青 混合料的设计方法和施工工艺，为卵石在沥青路面中的大规模应用和推广提供 理论依据与技术支持。2武汉理工大学硕士学位论文1.2 国内外研究现状1.2.1 集料与沥青粘附性研究集料与沥青的粘附性决定了沥青混合料的结构形成，它与沥青混合料的强 度、抗水损害能力、高温稳定性、低温抗裂性等密切相关。国内外研究人员对 集料与沥青的粘附机理进行了大量研究，从不同的角度阐述了集料与沥青的粘 附机理。综合起来，主要有以下五种以支1 表面构造理论：认为集料与沥青的粘附性主要由集料表面构造决定。2 表面能理论：认为集料与沥青之间的粘附性是由于能量作用力即沥青湿 润集料表面而形成的。沥青的湿润能力也同其他液体一样，与自身粘结 力有关。3 力学理论：集料与沥青间的粘结性主要是由于其分子间力的作用，集料 表面通常是粗糙多孔，因此增加了集料的比表面积，提高了两者之间的 粘结力。4 分子定向理论：认为集料与沥青之间的粘附性是由于沥青中的表面活性 物质对集料表面的定向吸附而形成的。5 化学反应理论：认为集料与沥青之间的粘附性主要来源于集料表面发生 的化学反应。以上五种理论，发展较快且最成熟的理论是表面能理论。五种理论从不同 的角度阐述了集料与沥青的粘附机理，但是由于集料与沥青之间的粘附极其复 杂，每一种理论都不能完整解释其作用机理，因此只有综合考虑这些理论才能 更好的诠释集料与沥青的粘附机理。1.2.2 酸性集料沥青混合料水稳定性能的研究酸性集料中二氧化硅含量高，与沥青的粘附性很差，容易在外界水分的作 用下造成沥青膜的剥离，进而导致沥青路面出现掉粒、松散、坑槽等水损害现 象。因此，酸性集料在沥青路面应用的关键在于提高酸性集料沥青混合料的水 稳定性。国外研究人员在酸性集料与沥青的粘附性方面研究较多，提出了一些比较 成熟的改善酸性集料沥青混合料的水稳定性的措施。1968年Rao通过试验研究,发现石灰的碱性和Ca2+对增强酸性集料与沥青的粘结力十分有利【山。Zeng 3武汉理工大学硕士学位论文Menglan Fwa、ShimCheHuan等人研究了石灰、粉煤灰两种填料对酸性石料混 合料性能的影响，发现石灰或粉煤灰的加入能显著的提高沥青混合料的水稳性 能134】。1991年，美国公路战略研究计划(SHRP)在其年度报告中介绍了集料 的物理化学性质对粘附性的影响，提出了一些酸性集料的抗剥落处理方法，总 结了各种抗剥落剂(胺类和非胺类)在沥青混合料中的抗剥落效果【均。美国采 取的抗剥离措施主要是掺加水泥和消石灰粉。美国国家沥青路面协会(NAPA)在其专著中指出效果最好、最稳定的是掺加石灰、消石灰Ca(0H)2和生石灰CaO,其用量通常为集料质量的同时提出四种应用方法：掺加消石灰粉、掺加热的生石灰、用石灰浆涂覆集料、将生石灰粉与潮湿的集料拌和【。荷兰 的Sundaram Logaraj指出沥青是弱酸性物质和酸性的硅酸盐集料粘附性差，建 议应用洛特曼实验和车辙实验进行检验粘附性口刀。日本的规范沥青路面纲要 指出抗剥落剂一般采用水泥或消石灰，也可以使用以油脂为主要成分的胺类、酰胺类等阳离子表面活性剂；同时指出抗剥落剂的最佳用量为沥青质量的 0.3%0.5%,水泥或消石灰的最佳掺量为沥青混合料总质量的1%3%四。KanitpongKunnawee等人还对聚合物改性剂进行了研究，他们定量的分析了聚合物 改性剂和抗剥落剂对酸性集料与沥青的粘附性的影响，进行了各种酸性集料沥 青混合料性能对比试验；试验结果表明，加入聚合物改性剂的沥青混合料的各 种性能均优于加入抗剥落剂的混合料口久国内研究者及工程技术人员也对酸性集料沥青混合料水稳定性改善措施进 行了大量研究。沈金安在1998年提出了改善沥青与酸性石料粘附性的措施，并 且给出了评价抗剥落剂的规程方法3】。陈嘉明研究了在矿粉中添加石灰制得的 高碱性矿粉对沥青混合料水稳定性能的影响，认为使用高碱性矿粉能使沥青混 合料的残留稳定度提高510%,石灰与矿粉的比例最佳为1:4口叫刘涛也认为,不同添加剂均可不同程度地改善沥青混合料的水稳定性，其中消石灰和水泥的 最优添加剂量分别为1%、2%左右口】。陈繁华、张登峰、刘刚等采取长时间浸 水马歇尔试验和多循环冻融劈裂试验方法，对掺加了水泥、抗剥落剂的安山岩 集料沥青混合料水稳定性能进行研究；结果表明，水泥和抗剥落剂均可以提高 沥青混凝土抗水损害能力，当二者同时使用时，安山岩集料沥青混合料的抗水 损害能力显著提高【朝。李剑等对掺有消石灰和液体抗剥落剂沥青混合料的短期 和长期水稳定性能进行了室内试验研究，其研究结果表明掺加消石灰沥青混合 料的长期抗水损害能力明显提高，且改善程度要优于掺加胺类抗剥落剂的。他 们指出同时掺加抗剥落剂和消石灰后沥青混合料的低温抗裂性、高温稳定性和 4武汉理工大学硕士学位论文疲劳性能都有不同程度的提高和改善【2支敖亦兵、杨志强等人针对酸性集料沥 青混合料水稳定性差的特点，采用不同抗剥离措施，研究了各种方案下沥青混 合料的水稳定性能。试验结果表明，常规水稳定性试验在评价酸性集料沥青混 合料水稳定性方面明显缺乏有效性和区分度；而通过增加冻融循环次数，用多 次冻融循环的劈裂强度比来评价沥青混合料水稳定性，可较客观地评价不同抗 剥落方案的优劣性及耐久性，并能准确地反映路面早期的水损害情况磔】。郑晓 光等在沥青混合料中掺加水泥，分析用水泥替代部分或全部矿粉对沥青混合料 性能产生的影响。他们的试验结果表明：掺加水泥使沥青混合料的水稳定性和 高温稳定性都有了明显提高，而对沥青混合料的抗裂性尤其是低温抗裂性影响 不大，水泥的最佳掺量为沥青混合料总质量的3%4%。他们还研究发现消石灰 在抗剥落性能、抗车辙性能和抗疲劳性能方面，要比液体抗剥落剂的效果明显 口6。韩瑞民的实验证明，PA-1型抗剥落剂加入沥青中，提高了沥青与硬质酸 性集料的粘附性，并且使其混合料获得较大的内摩擦角，形成良好的强度，从 而提高了沥青混合料的高低温稳定性、水稳定性、抗疲劳性能和抗老化性能等【28】。王抒音等通过强化冻融劈裂试验发现，经过含珞外加剂处理后的酸性集料 混合料劈裂强度比显著提高，长期抗水损害性能也较好【冽。西南交通大学的艾 长发、陈炯、刘东、黄兵对掺入消石灰及TJ-066抗脱落剂的花岗岩沥青混合 料的水稳定性能进行了室内对比试验，试验结果表明掺加消石灰的花岗岩沥青 混合料的水稳定性能明显提高，且改善程度要优于掺加胺类抗剥落剂ML周兴 业、谭忆秋等建议沥青混和料中4.75mm以上的粗集料采用花岗岩，4.75mm以 下的细级料采用玄武岩，这种做法对于改善花岗岩沥青混和料的水稳定性有一 定的作用网综合国内外的研究成果，改善酸性石料沥青混合料水稳定性能的措施主要 有以下几种：1 使用聚合物改性沥青：2 将水泥或消石灰作为填料的一部分，部分替代石灰石矿粉；3 在沥青中掺加抗剥落剂，如胺类化合物或非胺类化合物；4 用石灰岩或玄武岩等碱性或中性细集料部分或者全部代替酸性石料细 集料。酸性石料在沥青路面应用时，为确保酸性集料沥青混合料的水稳定性及其 它路用性能满足规范要求，可以综合考虑并应用上述四种措施。51武汉理工大学硕士学位论文1.2.3 卵石的应用现状卵石是一种纯天然的石材，其主要化学成分是二氧化硅，其次是少量的 氧化铁和微量的铝、镁、钵、铜等元素及化合物。卵石质地坚硬，具有抗 压、耐磨耐腐蚀的天然石特性，是一种理想的绿色建筑材料。目前，卵石作为水泥混凝土集料在建筑工程中已得到广泛应用。付德江分 析比较了卵石、碎石两种骨料及其混凝土拌合物的强度和性能，通过卵石混凝 土在青藏铁路八标的工程应用，指出卵石混凝土存在的问题，并提出了解决方 法卬】。韩冰玉从混凝土的强度、工作性、经济性等方面，阐述了卵石在桥梁钻 孔桩混凝土中的实用价值，她指出在钻孔桩施工时，采用卵石混凝土不但强度 可以满足设计要求，而且从工作性和经济性方面考虑更要优于碎石混凝土卬】。康育文、叶丽红和陈建平指出：破碎卵石作为粗骨料用于泵送混凝土不仅能显 著的提升混凝土的强度、工作性及抗裂性，而且能节约资源、保护环境，带来 巨大的经济效益和社会效益国】。温州大学的杨芳从改善卵石界面特性，增强水 泥和卵石界面的黏结力出发，通过选择合适的混凝土外加剂，得到了一种卵石 高强泵送混凝土，这种混凝土不仅具有良好的工作性能、力学性能和耐久性，而且可以满足工程设计及施工要求闾。葛新文、常洪民、陈荣萍等以卵石为粗 骨料，结合双掺法的技术思路，配置了 C50混凝土，通过工程应用取得了良好 的效果，说明用卵石为骨料配制高等级混凝土是完全可行的13叫陈安德、金宗 濂、谢友均在原材料优选、配合比设计、施工方案确定和施工质量控制中采取 了一系列技术措施，将高强卵石泵送混凝土成功应用于湖南国际贸易金融中心 工程建设，保证了工程质量，加快了施工进度，节省了成本囱。曾永红、岳中 成和杨克振通过总结破碎鹅卵石在混凝土中的应用概况，指出与人工碎石相比,破碎鹅卵石还有以下优点：（1 石质坚硬、洁净、软弱颗粒含量少。（2 降低了水 泥混凝土的成本。（3 提高了水泥混凝土的耐久性和抗渗性。（4 改善了水泥混凝 土的和易性，易于泵送a1。在国内，卵石在公路建设中也得到了一些应用。王会侠、郭张锋和韩旭结 合陕西宝鸡一牛背高速公路具体工程，阐述了砂卵石填料在公路路基中的应用，介绍了填方路段的施工工艺，确定了适合该工程的碾压方案，为类似工程提供 了借鉴参考13支交通部公路科学研究所的赵尚传、傅智等通过卵石砂石统料混 凝土路用性能的试验，研究了卵石砂石统料混凝土的弯拉强度、工作性和变形 性能，确定了适用于公路水泥混凝土路面卵石砂石统料可用的级配范围，探讨 6武汉理工大学硕士学位论文了卵石砂石统料在低等级(三级或四级)公路上应用的可行性。郑州大学张 利军在分析天然卵石材料特性的基础上，系统地研究了卵石水泥混凝土材料的 力学性能，在满足现阶段县乡公路对路面结构承载力和耐久性要求的前提下，提出了适合平顶山地区县乡公路建设要求的卵石混凝土路面典型结构和施工质 量控制标准曹志伟以元江一东峨农村公路路面改建工程中的C30配合比为 基础，对人工碎石、破碎卵石在混凝土中的物理性能和力学性能作对比试验，得出破碎卵石水泥混凝土的和易性要比碎石水泥混凝土好，而抗压强度和抗折 强度相比碎石水泥混凝土有所降低，但仍能能满足农村公路水泥混凝土路面设 计强度要求图】。通过调查，四川省大部分地区的高速公路及一级公路的级配碎 石垫层、水泥稳定碎石基层都用到了卵石或破碎卵石。迄今为止，国内还没有关于卵石在沥青混凝土路面中的应用研究。所以本 文的研究可以填补国内在此方面研究上的空缺，为卵石在沥青路面中的大规模 应用和推广提供理论依据和技术支持。1.3 主要研究内容本文结合四川内遂高速公路建设项目，首先在分析不同抗剥离措施对沥青 性能影响的基础上，优选出抗剥落剂的最佳掺量和水泥替代矿粉的最佳比例，并提出不同的改善破碎卵石沥青混合料的水稳定性及其它路用性能的措施。然 后，进行了各种措施下破碎卵石沥青混合料路用性能试验，研究了不同措施对 破碎卵石沥青混合料路用性能的改善效果。最后，通过铺筑试验段，总结出适 合破碎卵石沥青混合料施工的施工工艺，为卵石在沥青路面中的大规模应用奠 定基础。主要研究内容如下：(1)不同抗剥离措施对沥青性能的影响为了优选出抗剥落剂的最佳掺量，首先通过粘附性试验和接触角试验研究 了不同抗剥落剂掺量对老化前后沥青与卵石粘附性的影响，其次通过针入度试 验、延度试验、软化点试验研究了不同掺量对沥青基本物理性能的影响。为了优选出水泥替代矿粉的最佳比例，首先通过针入度试验、延度试验、软化点试验研究了不同水泥替代量对沥青胶浆的温度敏感性、低温性能、高温 性能的影响，其次通过动态剪切流变试验研究了不同水泥替代量对沥青胶浆流 变性能的影响。7武汉理工大学硕士学位论文(2)破碎卵石沥青混合料的组成与设计沥青混合料路用性能的关键在于材料的组成设计。根据马歇尔设计方法及 贝雷法设计思想，结合破碎卵石沥青混合料水稳定性改善措施，提出不同改善 措施下破碎卵石沥青混合料的最佳材料组成及设计。(3)破碎卵石沥青混合料的路用性能研究研究不同改善措施对破碎卵石沥青混合料路用性能的影响。通过马歇尔残 留稳定度试验、冻融劈裂试验及多次冻融试验评价破碎卵石沥青混合料的水稳 性能；通过车辙试验评价破碎卵石沥青混合料的高温稳定性能；通过间接拉伸 试验和三点弯曲试验评价破碎卵石沥青混合料的低温性能；通过四点弯曲疲劳 试验评价破碎卵石沥青混合料的疲劳性能。(4)破碎卵石沥青混合料的工程应用通过试验段的铺筑，归纳总结了破碎卵石沥青混合料在工程应用中需要注 意的设计准则和问题，为卵石在沥青路面中的应用提供技术支撑。8武汉理工大学硕士学位论文第2章原材料与试验方法2.1 原材料2.1.1 集料所用粗集料为破碎卵石，细集料为破碎卵石或石灰岩。破碎卵石由四川遂 宁涪江中的卵石（卵石粒径不小于8cm 经大型联合破碎机（反击破或冲击破）轧制而成，石灰岩来自重庆铜梁县岚峰乡。集料的各项性能试验结果如表21 和22所示。表21破碎卵石粗集料性能试验结果注：破碎卵石粗集料的破碎面大于等于3个。试验项目试验结果技术要求2631nm2.6589.5-16mm2.654表观相对密度22.54.75-9.5mm2.6542.36475mm2.65716-26.5mm2.5769.5-16mm2.552毛体积相对密度/4.75-9.5mm2.5342.36-4.75mm2.51216-26.5mm0.41集料吸水率 9516mm0.49W3.0（%）4759.5mm0.662.36-4.75mm0.9116-26.5mm5.8针片状含量9.516mm（%7.3於184759.5mm10.2含泥量（0.13W1压碎值（）11.6W28洛杉矶磨耗值（10.530坚固性（）0.7W129武汉理工大学硕士学位论文表22细集料性能试验结果项目石灰岩破碎卵石规范要求表观相对密度2.7172.60022.5砂当量（63.487.8260棱角性（S）50.452.8230为进一步了解卵石的晶体结构，利用偏光显微镜对卵石进行了岩相分析。从卵石的样品中抽取了 4块有代表性的石子，制成薄片后在Axioskop40光学显 微镜下观测，放大倍数为50 x、lOOx、200 x。选取有代表性的图片，如图21 2&图2-1 1#200正交图2-2 1#100单偏光图2-3 2#100正交图24 2#50正交武汉理工大学硕士学位论文图25 3#100正交图274#200正交图28 4#100单偏光薄片观察结果:主要矿物为石英,含量在85%以上；白云母含量在1015%。石英呈它形粒状，大多呈拉长椭形体，作定向排列，形成片理构造。石英颗粒 中微细粒包裹体较多，有波状消光现象。白云母呈微细粒片状，和石英相间分 布，作定向排列。2.1.2 沥青本次试验研究所用沥青为四川国创有限公司提供的道路石油沥青70#。性能 试验按公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)进行，其试验 结果符合技术规范要求，具体各项指标如表23所示。11武汉理工大学硕士学位论文表23国创70#道路石油沥青技术性能项 目试验结果技术指标针入度(25C,5s,100g)(0.1mm)65.160 80延度(5cm/min,15C)(cm)100100软化点（环球法）（C 50243闪点(COC)(D3262260含蜡量（蒸镭法）（）2.0W22密度(15C)(g/cn?)1.029实测60c动力粘度（PaS 2302180溶解度（三氯乙烯）（%）99.8299.5旋转薄膜烘箱 质量变化（）0.1W0.8老化（163C,针入度比（69.025885min)残留延度(15C)(cm)15215表2 矿粉性能试验结果项目试验结果技术指标表观密度2.71822.5含水量（）0.2W1亲水系数0.881外观无团粒结块无团粒结块0.6mm(%)100100粒度范围 V0.l5mm(%)99.690 1000.075mm(%)91.775 1002.1.3 矿粉本次试验所用矿粉为黄石石灰石矿粉，其各项技术性能试验结果如表24 所示，矿粉满足技术要求。但由于矿粉粒度较细，经过较长时间的储存后容易 发生团粒结块现象，因此在使用过程用必须注意防潮。2.1.4 水泥由于卵石是酸性集料，与沥青的粘附性很差，为了增加卵石集料和沥青的 粘附性，提高沥青混合料的水稳定性能，通常以一定比例的水泥或消石灰代替 12武汉理工大学硕士学位论文部分矿粉。本试验选用水泥代替部分矿粉，水泥来自四川天鹰水泥厂，水泥的 标号为PC32.5。其技术指标试验结果如表25。表25水泥技术指标项目试验结果表观密度2.96含水量()0.3亲水系数0.6塑性指数2.8外观无团粒结块0.6mm(%)100粒度范围 0.15mm(%)1003000.95-1.0079W12.2 试验方法和试验仪器2.2.1 沥青性能试验方法与试验仪器本文采用粘附性试验和接触角试验研究抗剥落剂对沥青与卵石粘附性的影 响，采用针入度试验、延度试验和软化点试验研究抗剥落剂对沥青基本物理性 能的影响。通过针入度试验、延度试验、软化点试验、粘度试验以及动态剪切 流变试验，研究了不同掺量的水泥和矿粉填料对沥青胶浆的温度敏感性、高温 性能、低温性能以及复合剪切模量、相位角、车辙因子等流变性能的影响。其 13武汉理工大学硕士学位论文中针入度、延度、软化点试验均按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ 0522000进行。粘度试验采用Brookfield粘度计，动态剪切流变试验采用奥地利 Anton Paar公司生产的MCR101型动态剪切流变仪（DSR。Brookfield粘度计和 动态剪切流变仪（DSR 分别如图29和210所示。图2.9 Brookfield粘度计 图2-10动态剪切流变仪222沥青混合料性能试验方法与试验仪器沥青路面的行车舒适性及耐久性与沥青混合料的路用性能密切相关。为了 将卵石集料更好的应用于沥青路面，必须保证破碎卵石沥青混合料拥有良好的 抗水损害能力、抗高温变形能力、低温抗裂性能及抗疲劳性能。本文采用浸水 残留稳定度试验、冻融劈裂试验、多次冻融试验来评价破碎卵石沥青混合料的 水稳定性能；采用车辙试验评价破碎卵石沥青混合料的高温性能，试验仪器采 用北京今谷神箭公司生产的QCZ-4车辙试验仪；采用间接拉伸试验和三点弯曲 试验来评价破碎卵石沥青混合料的低温性能，试验温度选取3oc、2（rc、i（rc、0C和10C五个温度点；采用四点弯曲疲劳试验评价破碎卵石沥青混合料的疲劳 性能，试验温度为15C,试验仪器采用澳大利亚IPC公司生产UTM-25伺服液 压动态试验系统。沥青混合料成型及试验用的主要仪器如图211和图212所示。14武汉理工大学硕士学位论文15武汉理工大学硕士学位论文第3章不同抗剥离措施对沥青性能影响研究美国“战略公路研究计划”(SHRP)的研究成果认为，沥青胶浆对温度裂缝、高温车辙、疲劳的贡献率分别为87%、29%、52%网。根据胶浆理论，沥青混合 料中实际发挥黏结作用的是沥青与矿粉混合而成的胶浆，为此应该从胶浆角度 进行性能改善，从而改善沥青混合料的抗水损害性能【判。为了改善破碎卵石沥 青混合料的水稳定性能，保证混合料的路由性能，拟采用掺加抗剥落剂和用水 泥替代部分矿粉这两种措施。本章首先研究了抗剥落剂对沥青基本物理性能及 对沥青与卵石集料粘附性的影响，其次研究了水泥对矿粉沥青胶浆基本物理性 能和流变性能的影响规律。根据不同抗剥落剂掺量和水泥掺量的试验结果，最 终优选出抗剥落剂的最佳掺量及水泥替代矿粉的最佳比例。3.1 试验方案卵石属酸性集料，其与沥青的粘附性很差，为了提高沥青与卵石集料的粘 附性，改善破碎卵石沥青混合料的水稳定性能，需要在沥青中掺加抗剥落剂。根据前人的研究成果，非胺类抗剥落剂的掺量一般为沥青质量的0.3%0.5%。为了优选出所使用抗剥落剂的最佳掺量，选择了 0.2%,0.3%,04%三种掺量(掺 量为沥青质量的百分比)，首先研究了不同掺量对老化前后沥青与卵石集料的粘 附性的影响，其次研究了不同掺量对沥青基本物理性能的影响。用水泥替代部分矿粉作为改善酸性集料沥青混合料的水稳定性能已得到越 来越多的工程应用。为了优选出水泥替代矿粉的最佳比例，首先通过针入度试 验、延度试验、软化点试验研究了不同水泥替代量对沥青胶浆的温度敏感性、低温性能、高温性能的影响，其次通过动态剪切流变试验研究了不同水泥替代 量对沥青胶浆流变性能的影响。根据公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004),常用沥青混合料的粉胶比宜控制在0.812本文选用1.2的粉胶比 进行研究。填料由矿粉和水泥组成。根据以往的研究经验，用水泥替代矿粉后，水泥占填料的质量比不宜超过60%o为了优选出水泥替代矿粉的最佳比例，选 择以下四种掺配方案：1.纯矿