开级配沥青混合料（通用7篇）
开级配沥青混合料 篇1
摘要：应用excel功能, 建立自动计算沥青混合料矿料级配公式, 快速进行沥青混合料矿料级配设计。
关键词：excel,沥青混合料,级配
沥青混合料的生产质量直接影响沥青混合料的应用性能, 而生产质量最关键的是要在沥青混合料的组成设计阶段, 选择合格的材料、确定合理的矿料级配和沥青用量。而沥青的用量往往与沥青混合料的矿料级配相对应, 因此沥青混合料的级配合理与否同沥青混合料的质量好坏关系最为密切。
沥青混合料的配合比设计包括目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段。本文重点讨论在目标配合比设计阶段, 采用excel强大的计算功能, 快速进行各种矿料的配比计算。
因为在实际施工过程中, 由料场生产的各种矿料级配很难完全符合某一混合料的级配范围, 因此必须采用多种矿料配合起来, 才能符合级配要求。首先应对各种矿料进行筛分, 得到各种矿料的颗粒组成, 再确定各种矿料的比例。
矿料配比的方法有试算法、图解法、方程法, 传统的图解法、试算法费时费力, 而应用excel的强大计算和图表功能, 结合图解法、试算法能快速确定矿料配比乃至于自动计算出配比。
1 计算矿料通过率、建立通过率曲线图
首先要确定标准级配曲线和各组成矿料的组合级配曲线, 根据选定的目标混合料类型或设计要求, 确定标准混合料的上限、下限。设有k种矿料, 则各级矿料在n级筛孔下的通过百分率为Pi (j) , 而各种矿料在混合料的用量为Xi, 则矿料在任一筛孔的通过量
P (j) =∑Pi (j) * Xi
i—料种类, i=1, 2, …, k;
j—筛孔数, j=1, 2, …, n;
如图1, 以excel2007为例, 则单元格B8=SUMPRODUCT (B4:B7, $O4:$O7) /100为0.075mm筛孔下, 按O列的矿料比例计算出组合级配通过率。将B8单元向N8单元填充, 得到各筛孔下, 按O列的矿料比例计算出组合级配通过率。
插入图表-折线图, 选择数据区域为='Sheet1'!$A$1:$N$3, 'Sheet1'!$A$8:$N$8, 如图2。
将系列改为上、下限、合成通过率, 分类标签为=Sheet1!$B$1:$N$1, 如图3。
修改坐标轴、图表名称, 得到图4, 因为标准级配曲线为AC16, 因此19mm以上筛孔为100%通过。
2 手工试算, 得出合理矿料级配
试算法结合方程法, 利用excel2007的强大计算和图表功能, 通过调整O4:O7单元格的各矿料比例, 可以看到合计通过率曲线在上、下限曲线的位置。此法即能通过试算得到各矿料比例, 使得各筛孔通过率在上、下限之间, 即合理的矿料级配。
此种方法虽然能得出合理矿料级配, 但需要人工大量试算, 而且需要熟练掌握各矿料的通过率特点, 结合实际经验才能得出合理矿料级配, 且每次只能得出一种级配。对于细小的差别, 在图中显示精度问题, 会有个别筛孔出现超限的情况。
3 自动计算, 得出合理矿料级配组
如果能让计算机自动计算, 判断出合理矿料级配, 并成组显示, 将会大大降低手工的操作误差, 使得矿料级配计算更为轻松。
为使矿料级配能自动计算, 需要解决三个问题:
(1) 要能自动判定当前级配比例各筛孔的合计通过率是否在上限、下限之间;
(2) 要能自动变化矿料比例;
(3) 要能将合理的矿料比例输出到表格中来。
对于第一个问题, 可以使用excel2007中的if判断公式解决, 也可以采用excel中的vba语言编写程序解决。对于第二个和第三个问题, 只能采用excel2007的vba语言编写程序解决。当然, 脱离excel2007, 还可以采取编写专门程序或与excel2007的接口工具来得出合理矿料级配群。但本文讨论只使用excel2007的情况下能得出合理矿料级配组的方法。程序流程图如图5:
由于表格中的计算数据较多, 在表格设计上, 未按绘制曲线的表格格式, 初始时表格如图6, 其中带有底色的部分是人工输入部分。
按alt+F11键, 打开VBA界面, 按F5运行, 如图7。
按开始计算, 程序开始自动试算, 如图8:
各种矿料比例在变化, 程序自动进行试算, 当试算结束后, 弹出提示结束, 并在右下的可能级配中列出级配的可能组合, 如图9, 计算完毕后, 还可以手工进行更细致调整。
4 结论
通过excel2007的强大计算功能和VBA的可编程扩展性, 能自动计算沥青混合料的矿料级配组合, 能大大缩短计算配比的时间, 并且完全达到标准配比的要求, 此外在计算过程中, 还可对输入数据进行校核。
根据自动计算沥青混合料的矿料级配组合, 还可以计算出级料的最经济配比方案, 用更少的料种配备出标准混合料配比, 可根据存料情况选用不同的矿料级配组合等方面的应用。
自动计算沥青混合料的矿料级配组合在四、五种矿料时, 计算较快, 当采用超过六种矿料时, 程序设计和运行速度会大大降低, 还应考虑在优化程序设计方面再下功夫。
参考文献
[1]胡长顺, 黄辉华.高等级公路路基路面施工技术[M].人民交通出版社.
开级配沥青混合料 篇2
依据以上2种理论,沥青混合料的级配产生了以下几种类型:密级配、间断级配以及开级配等。它们代表了沥青混合料级配的发展历程。对于这些级配类型,国内外的工程师们设计和研究了相应的级配计算方法,比如N法、K法、I法等,但它们都是理论的级配计算方法,并未与实际工程中使用的材料特性联系在一起,而这些级配的优缺点都比较突出,因此,只能为设计者们在实际级配设计中进行指导,并不能直接用于沥青混合料级配设计。
如何为沥青混合料级配提供一个合适的级配设计,评价及调整方法是目前国内外很多工程师研究的课题之一。贝雷法是由美国伊利诺州交通部的Robert Baile发明的一种系统的级配组成优化方法。按照惯例将沥青混合料中矿料进行了粗细划分,提出了粗细集料的分界筛孔尺寸随公称最大粒径而变的思想,并采用3个参数CA、FAc、FAf值对矿料级配进行评价。
灰色理论是邓聚龙教授于1982年3月提出的一种新型工程系统理论[2]。在30年的时间里,此理论渗透到了众多的科研领域,并得到了证实和发展。但目前还没有发现用灰关联分析法评价沥青混合料配合比的报道。所以,该文就是基于此,考虑到影响沥青混合料配合比的因素很多,在设计或试验过程中往往顾此失彼的情况,用灰关联分析法找出主要影响沥青混合料路用性能的因素,从而确定不同类型级配的适应性。
1 分析方法
该文在灰色关联理论分析的基础上,利用操作性较强的离散度进行分析。离散度即材料的各项路用性能指标与理想最优配比所得指标之间的离散程度,离散度越大,说明材料的性能越差。该理论是根据局势效果向量与最优效果向量关联度来评价局势的优劣。具体步骤为:
1)设Xi为系统因素,则在序号k上的测试数据为Xi(k),k=1,2,…,n,则称undefined为因素xi的行为序列;
2)设D为序列初值算子,且undefined;其中,
①当k目标效果值越大越好时,取
undefined
②当k目标效果值越小越好时,取
undefined
3)将测试数据按照重要性不同分级m,m=1,2,…
4)求出偏离度Si,计算公式
undefined
5)根据偏离度大小排序,则偏离度越小的因素最接近最优效果向量。
2 原材料
沥青采用辽宁盘锦辽河油田的PG76-22型SBS改性沥青。经过检测该沥青针入度为53/0.1 mm;延度为38 cm(5 cm/min,5 ℃);软化点为70 ℃。
集料采用路面沿线的碎石,以材质较为坚固的基性玄武岩为主。
矿粉采用鄂州碧石渡石粉厂生产的石灰岩碱性石料磨细得到的矿粉,亲水系数为0.8,无团状。
纤维采用美国进口的聚酯纤维,直径0.015 mm,长度6.0 mm,抗拉强度550 MPa。
3 沥青混合料级配
该文选择上面层常用的几种级配类型作为对比研究,分别是AC-13,AK-13,SMA-13,Supepave12.5。各种级配曲线均取中值为试验用级配,Superpave12.5选择经验级配,如表1,图1所示。
4 结果与讨论
根据上述4种级配,测试其路用性能指标,包括选定其动稳定度(DS),残留稳定度(MS),冻融劈裂强度比(TSR),低温弯拉应变,并划分等级。若某种路用性能对应的道路破坏现象比较普遍,则将该指标划分为1级;若某种路用性能对应的道路破坏现象较为少见,则将该指标划分为3级;处于两者之间的,划分为2级,划分结果如表2所示。
表2为各种路用性能测试结果。根据式(1)或式(2)将表2初始化后得到表3。
由式(1)或式(2)计算初始值
X11=3 211/4 451=0.721,X12=4 213/4 451=0.947,X13=4 451/4 451=1.000,X14=3 686/4 451=0.828,X21=87.5/90.5=0.967,X22=88.2/90.5=0.975,X23=87.3/90.5=0.965,X24=90.5/90.5=1.000,X31=83.1/89.8=0.925,X32=81.3/89.8=0.905,X33=86.1/89.8=0.959,X34=89.8/89.8=1.000,X41=0.001 5/0.002 3=0.652,X42=0.001 5/0.001 5=1.000,X43=0.001 5/0.001 6=0.938,X44=0.001 5/0.001 9=0.789。
由表3,表4数据可知,将其带入公式3,计算各性能的离散度,结果如下:
1)高温稳定性
AC-13:S1= (1-0.721)1+ (1-0.967)3+ (1-0.925)2+ (1-0.652)3=0.326
AK-13:S1= (1-0.947)1+ (1-0.975)3+ (1-0.905)2+ (1-1.000)3=0.062
SMA-13:S1= (1-1.000)1+ (1-0.965)3+ (1-0.959)2+ (1-0.938)3=0.002
Sup-12.5:S1= (1-0.828)1+ (1-1.000)3+ (1-1.000)2+ (1-0.789)3=0.181
2)水稳定性
AC-13:S1= (1-0.721)3+ (1-0.967)1+ (1-0.925)1+ (1-0.652)2=0.250
AK-13:S1= (1-0.947)3+ (1-0.975)1+ (1-0.905)1+ (1-1.000)2=0.120
SMA-13:S1= (1-1.000)3+ (1-0.965)1+ (1-0.959)1+ (1-0.938)2=0.080
Sup-12.5:S1= (1-0.828)3+ (1-1.000)1+ (1-1.000)1+ (1-0.789)2=0.049
3)低温稳定性
AC-13:S1= (1-0.721)3+ (1-0.967)2+ (1-0.925)2+ (1-0.652)1=0.376
AK-13:S1= (1-0.947)3+ (1-0.975)2+ (1-0.905)2+ (1-1.000)1=0.010
SMA-13:S1= (1-1.000)3+ (1-0.965)2+ (1-0.959)2+ (1-0.938)1=0.065
Sup-12.5:S1= (1-0.828)3+ (1-1.000)2+ (1-1.000)2+ (1-0.789)1=0.216
将计算结果汇总,绘图如图2所示。
按照路用性能侧重点不同进行排序,以高温性能为主进行排序,其优劣顺序为SMA-13优于AK-13优于Sup-12.5优于AC-13;以水稳定性为主进行排序,其优劣顺序为Sup-12.5优于 SMA-13优于AK-13优于AC-13;以低温性能为主进行排序,其优劣顺序为AK-13优于SMA-13优于Sup-12.5优于AC-13。
综上所述,主要考虑沥青混合料高温性能时,建议选择SMA-13级配;主要考虑沥青混合料低温性能时,建议选择AK-13级配;主要考虑沥青混合料水稳定性时,建议选择Sup-12.5级配。
5 结 语
采用灰色关联分析法对沥青混合料的路用性能进行了分析评价,通过离散度的分析找出了级配类型对路用性能的主要影响,为在实际生产过程中,控制主要因素,从而提高沥青混合料的使用品质提供了借鉴。其中,主要考虑沥青混合料高温性能时,建议选择SMA-13级配;主要考虑沥青混合料低温性能时,建议选择AK-13级配;主要考虑沥青混合料水稳定性时,建议选择Sup-12.5级配。以上结论是在室内试验基础上得出的,由于样本和试验设备的局限性,普遍规律性还需进一步试验研究。
摘要：沥青混合料的级配理论一直是国内外工程师关注的焦点。该文引用灰色关联法,通过分析不同级配类型的沥青混合料的高、低温性能、水稳定性的技术指标,计算其离散度,从而得到不同级配类型沥青混合料对路用性能主要的影响。结果表明,SMA-13级配高温性能最优;AK-13级配低温性能最优;Sup-12.5级配水稳定性能最优。
关键词：灰色关联分析,沥青混合料,级配
参考文献
[1]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社,2001.
[2]罗庆成.灰色关联分析与应用[M].南京:江苏科学技术出版社,1989.
[3]交通部公路科学研究所.JTJ052—2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2000.
开级配沥青混合料 篇3
橡胶沥青是橡胶粉按照一定比例与基质沥青充分熔胀反应后形成的改性沥青胶结材料[1,2]。实践效果表明橡胶沥青具有优良的流变性能, 是较为理想的环保型路面材料, 目前主要应用于道路结构中的应力吸收层和表面层中[3,4]。
橡胶沥青混合料在我国道路工程中的应用尚处于起步阶段, 对其长期性能的检测与评价较少。目前, 橡胶沥青混合料应用面临的最大问题就是初始造价高。但根据国外的研究, 橡胶沥青混合料应用于路面工程, 使用厚度方面具有独特的优势。通过美国加利福尼亚州交通运输部基于现场性能测试, 以及在南非和加州大学伯克利分校所做的加速加载试验, 经过多个工程实践, 本级配橡胶沥青可充分发挥橡胶沥青对路面的温度敏感性、抗疲劳性和抗氧化能力等[5,6]。
本文依托南通市如东县人民路改造工程, 通过室内试验确定了ARAC-13 橡胶沥青的配合比, 对橡胶沥青混合料的路用性能进行了评价, 并铺筑了试验段, 相应研究成果可以为相关的路面工程提供参考。
1 试验原材料与级配设计
1. 1 橡胶沥青
试验所用橡胶沥青基本性能指标如表1 所示。
1. 2 集料
试验所用集料技术指标见表2。
1. 3 配合比设计
混合料级配选用断级配橡胶沥青混合料AR-AC13, 矿料合成级配组成及配合比结果如表3, 表4 所示, 马歇尔实验结果如表5所示。
2 试验结果与分析
2. 1 高温性能
沥青混合料的高温稳定性是指在高温条件下, 沥青混合料能够经受荷载的作用而保持结构与性能的稳定, 不发生影响其使用性能的能力。具体来说, 不产生推移、壅包、车辙、泛油等病害[7]。沥青混合料的高温稳定性能在南方地区较为重要, 研究采用车辙试验对橡胶沥青混合料的高温性能进行评价[7]。试验条件: 在 ( 60 ± 1) ℃ , ( 0. 7 ± 0. 05) MPa, 车辙试验结果如表6 所示。
据表6 中数据可得, 此次试验的车辙动稳定度均满足要求, 该混合料的高温性能良好。
2. 2 低温性能
对设计混合料低温稳定性的验证, 采用低温小梁试验进行, 试验结果见表7。
据表7 中数据可得, 此次试验的小梁弯曲试验结果均满足要求, 该混合料的低温性能良好。
2. 3 抗水损害性能
为了检验该橡胶沥青混合料的水稳定性能, 采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验对其进行研究, 试验结果见表8, 表9。
1) 浸水马歇尔试验。
2) 冻融劈裂试验。
据表8, 表9 中数据可得, 此次试验的浸水马歇尔、冻融劈裂数据结果均满足要求, 该混合料的抗水损害性能良好。
3 橡胶沥青混凝土在市政道路中的应用
在上述的橡胶沥青混合料室内配合比设计的基础上, 进行了生产配合比的调试, 并在如东县人民路改造工程中铺筑实验段。试验段原状路面为水泥路面, 在对旧水泥板块进行处理后铺设1 cm的SAMI应力吸收层, 然后铺筑4 cm橡胶沥青AR-AC13。
3. 1 橡胶沥青施工要点
1) 施工温度。相比较于普通沥青混合料, 由于橡胶粉的加入, 橡胶沥青混合料更加粘稠, 对于温度要求也更高。具体施工过程中, 温度控制要求如表10 所示。运输过程中, 一定要重视混合料的防护保温。另外料车卸料时, 也应当覆盖篷布, 减少温度散失。全过程都要保持对温度的监测, 保证温度满足要求, 提高施工质量。
2) 摊铺阶段。摊铺之前, 应至少提前1 h, 充分加热摊铺机的熨平板及分料器等装置。摊铺过程中, 摊铺机尽量做到均匀、缓慢、连续, 速度不宜超过3 m/min。对于散落在摊铺机前的混合料, 必须安排人工及时清除。另外, 由于橡胶沥青混合料本身的粘稠性, 通常避免人工整修。
3) 碾压成型。橡胶沥青混合料在碾压工艺上, 与一般沥青混合料最大的差别就在于, 其禁止使用胶轮。因为橡胶粉的存在, 为防止橡胶沥青粘合橡胶轮胎, 所以必须排除胶轮碾压。根据相应工程经验, 压路机的类型以及不同阶段碾压速度如表11 所示。其中, 初压压路机应尽量紧跟摊铺机, 确保压实效果。另外, 安排专人管理检查, 做到既不漏压, 也不超压。
3. 2 橡胶沥青质量检测
橡胶沥青混合料铺筑结束后, 对施工段落进行质量检测, 具体检测项目是压实度、厚度、平整度、渗水系数、摩擦系数与构造深度等。检测结果以及相关要求与检测方法如表12 所示。
由检测结果表明, 施工路段路面的平整度、渗水系数、构造深度等指标满足设计规范要求。在保证施工质量的基础上, 橡胶沥青路面性能良好, 在市政道路中的应用前景较好。
4 结语
1) 室内试验结果表明, 断级配橡胶沥青混凝土的高温性能、低温性能、抗水损害性能良好。2) 施工过程中, 抓住橡胶沥青混合料不同于一般沥青混合料的施工要点, 比如, 施工温度、摊铺、碾压等, 能够有效提高橡胶沥青的施工质量。3) 根据施工路段的质量检测结果, 橡胶沥青路面的渗水系数、构造深度等指标均满足设计规范要求, 断级配橡胶沥青路用性能良好, 值得在市政道路推广应用。
摘要：通过室内试验, 介绍了断级配橡胶沥青混合料的配合比设计方法, 从高温性能、低温性能、抗水损害性能等方面, 对其进行了综合评价, 并阐述了该混合料在市政道路中的施工要点及质量检测方法, 有效保证了施工的质量。
关键词：橡胶沥青,混合料,级配设计,质量检测
参考文献
[1]周运春.橡胶沥青混凝土路面施工[J].交通世界:建养, 2010 (9) :256-257.
[2]周纯秀.冰雪地区橡胶颗粒沥青混合料应用技术的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2006.
[3]王坚.橡胶沥青在道路中的应用[J].中国科技博览, 2014 (37) :144.
[4]黄广臣, 刘长溪.橡胶沥青在高速公路养护施工中的应用[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2011 (22) :15-16.
[5]吕惠卿.破损水泥混凝土路面的修复设计及可靠性研究[D].广州:广东工业大学, 2008.
[6]徐翠, 王鹏, 李华.橡胶沥青胶结料微观分析研究[J].交通标准化, 2012 (8) :87-90.
开级配沥青混合料 篇4
沥青混合料中的沥青含量对其热稳定性能存在着明显的影响,是沥青混合料配合比设计和施工控制的一个重要指标,如何准确、真实地反映施工生产过程中沥青混合料的沥青含量是每位沥青试验检测人员应尽的责任,沥青含量的准确可靠性也对沥青混合料控制起到了指导的作用。
2 测定沥青混合料中沥青含量的方法介绍
沥青混合料中沥青含量的检测方法根据试验的原理不同,可以分为射线法、比色法、抽提法和燃烧法四种类型。
2.1 射线法
射线法是利用放射性元素测定沥青含量的方法,原理与核子密度仪相同,发射源发生的高能中子与沥青混合料中的氢原子碰撞后被减速慢化,从快中子被慢化的程度按标定的曲线计算混合料中的沥青含量。使用此方法操作简单、方便快捷,只需4min就可以得出测定结果,且取样较大,代表性强,不存在测定时矿粉损失对结果的影响问题,精度较高,适用于大型沥青拌和站的质量控制。不足之处是它只能测定出沥青含量,不能同时测出矿料级配,而且只适用粘稠石油沥青。由于该方法受环境影响较大,挪动地点必须重新标定,放射性元素若未做好防护会对操作人员身体造成伤害,所以该方法目前不被采用。
2.2 光线比色法
比色法的理论依据是“朗伯-比耳”定律,即“光通过有色液体时,通过光的强度与有色溶剂的溶度成正比。”应用这一原理,将不同沥青含量的苯溶液在相同厚度的情况下,用不同光源照射,将透过的光分别照射到同一光电池上,就会产生不同数值的光电压,其值随沥青含量的增加而减少。因此,对一定数量的沥青含量系列光电压标准进行比较,就可以确定出沥青混合料的油石比。此方法使用方便、快捷,且可自动打印和显示油石比测定结果,测一个结果约需15min,便于施工沥青含量的控制,但由于此法测出精确度较差,未列入JTJ052-2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》。
2.3 抽提法
抽提法是将沥青从沥青混合料中溶解分离出来,通过混合料质量差而求算沥青含量,从而可以得到两个重要的参数:沥青含量和集料级配。抽提法包括冲洗法、离心抽提法、电热抽提法(回流式沥青抽提仪)和脂肪抽提器法(索克斯里抽提仪),其中离心抽提法为最常见方法。
2.3.1 离心式沥青抽提仪
我院检测中心使用的离心式沥青抽提仪为北京兰航产CT-3型离心式沥青抽提仪,原理是将1～1.5kg沥青混合料置于仪器旋转锅(离心分离器)内,向分离器内注入三氯乙烯,使溶剂浸没试样,记录溶剂用量,将已称重圆环形洁净滤纸垫装在分离器边缘上,加盖坚固,在分离器出口放置回收瓶,上口应注意密封,防止流出,开动离心器,使盛有试样的离心器转速逐渐增至3000r/min。在离心的作用下,被溶解的沥青与溶剂一起透过滤纸被甩出,然后再加入溶剂,如此反复直至流出的溶液呈清澈的淡黄色为止,一般约需4～5次。该方法的优点是操作相对简单,仪器轻便,不需要配置大功率电源设备。缺点是影响试验精度的环节较多,一部分矿粉被当做沥青随残液排出,致使所测沥青含量偏高而且数值不易确定,所测结果与约定真值误差较大;该方法使用的溶剂为三氯乙烯,此溶剂是一种化工原料,具有一定的毒性和挥发性,使用后难以处理,不利于环境保护和安全生产,另外试验所需时间较长(大约需要2h),且仪器不能自动烘干,集料需取出另行烘干后进行矿料筛分称量,操作较为麻烦。
2.3.2 德国20-1100型沥青混合料分析器
德国20-1100型沥青混合料分析器于今年由我院科研开发中心引进,该设备由德国赢华泰检测技术有限公司(infra Test Pruftechnik GmbH)生产,按照欧盟委员会机器指示89/392/EEC,附件ⅡA标准(EC Machinery Directive 89/392/EEC,Annex ⅡA)设计制造。该仪器原理是在一个完全密闭的系统里,利用非易燃溶剂(三氯乙烯)提取并确定沥青混合料中的沥青含量。首先,将混合料称重(不超过3.5kg),装入一个筛筒中,将筛筒放入清洗仓。随后利用溶剂和超声波进行清洗,清洗周期次数可根据混合料类型预设。清洗时,矿料仍留在筛筒中,而沥青、溶剂以及矿粉则被分离到相连的离心机中,经过离心分离,矿粉留在离心机内的杯状容器中,而沥青和溶剂则流向另一个还原装置中进行分离,复原后的溶剂可以重复使用。清洗完成之后,石料和粉末状充填物将被自动烘干。
该方法的优点:
(1)试验所需时间较短,提取所需运转时间(包括烘干在内)大约35～45min。
(2)溶剂消耗少,仪器配有自动冷却回收循环系统,将混合液中的溶剂在蒸馏仓中蒸馏,经冷却装置冷却回收至仓中,以备下次使用,这样不仅节约了成本,更避免了溶剂对环境的污染,实践证明,溶剂的损耗量小于50ml。
(3)试验精度高,不仅能精确地测量混合料中的沥青含量,还能准确地测量混合料中的矿料掺量。
(4)自动化程度高,将混合料放入仪器后,整个试验过程由仪器自带程序控制完成,无需工作人员现场守候。
该设备缺点是操作面板还未汉字化,我国试验初学者有一定难度。
2.4 燃烧法
燃烧法测量沥青混合料中沥青含量的方法,是将预热干燥的沥青混合料放入538℃的燃烧炉中,沥青被燃烧,沥青烟气排放到燃烧炉外,根据沥青混合料燃烧前和燃烧后剩余矿物的质量差可以计算出沥青混合料中的沥青含量,燃烧后剩余的矿料可用于级配分析。我检测中心所用仪器为NCAT(美国沥青技术中心)燃烧法沥青含量测试仪,该仪器主要由燃烧炉、燃烧炉内置电子天平和电脑控制系统组成,利用沥青可以燃烧、而集料不能燃烧的原理通过红外线加热,使沥青混合料中的沥青完全燃烧。
燃烧法具有以下几项优点:
(1)自动化程度高。只需将一定质量的沥青混合料放入燃烧炉内,开启控制系统后,从整个试验过程的监控到报告打印均可自动完成。
(2)快捷。在炉温达到要求设定温度后,完成一次试验一般不超过一小时,能够及时有效地指导施工,适用于施工、监理以及各级质检机构做仲裁检验。
(3)精密度、准确度高。由于实验设备自动化程度高,人为影响因素少,因此实验结果精密度高,离散性小;试验环节中主要影响因素是集料的烧失量,对于同一种材质相同级配的混合料,其烧失量在相同温度下可看做一常数,做为修正系数使用。
(4)有利于环境保护。燃烧法不需要使用三氯乙烯溶剂,有利于社会环境的保护和操作人员身体健康,同时也节约了处理危险溶剂的相关费用。
(5)方便后续工作。采用该方法试验后剩余矿料级配没有明显变化,燃烧试验后剩余矿料可以直接用于沥青混合料的级配分析。
设备较为昂贵,检验成本高和耗电量大,需要有相应的配电能力是燃烧法的主要缺点。
3 试验分析比较
就常用的离心式沥青抽提仪、燃烧法沥青含量测试仪以及我院刚引进的德国20-1100型沥青混合料分析器三种设备针对三种级配类型的沥青混合料进行试验分析。
3.1 级配类型及原材料掺配比例的确定
结合我省高速公路常用的级配类型,本次试验采用ATB25、LAC25、SMA-13L三种级配类型作为研究对象。试验所用的原材料各种试验参数均符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中对其各自的要求,在此不再说明。所用原材料产地以及掺入比例详见表1、表2。按照表1、表2中各种原材料比例进行掺配,所得到的三种级配类型的合成级配详见表3。
3.2 沥青混合料的拌和
按照上述表中提供的矿料级配及沥青用量,在室内采用小型拌和锅进行沥青混合料拌制,首先将干燥的矿料每一粒级以表3的级配要求准确称量(准确至1g)加热拌和,依次加入沥青和矿粉,对于SMA-13L级配预先将纤维和集料一起提前拌和均匀,拌制方法严格按照T0702-2000规定的粘稠石油沥青或煤沥青混合料拌和方法进行。同时,为不使校准试样沥青含量产生偏差,按设计的沥青含量搅拌1～2锅沥青混合料并将其倒掉,之后拌制的混合料用于试验。每个级配按照相同的沥青含量拌制9个试样,每种仪器采用3个试样进行沥青混合料沥青含量抽提试验。
3.3 试验数据结果
分别采用北京兰航产CT-3型离心式沥青抽提仪、德国20-1100型沥青混合料分析器、NCAT(美国沥青技术中心)燃烧法沥青含量测试仪(表4和表5中将此三种仪器分别简写成离心式沥青抽提仪、混合料分析器、混合料燃烧仪)将拌制好的沥青混合料进行沥青含量抽提试验,试验结果见表4、表5所示。
3.4 试验结果分析
3.4.1 沥青含量误差分析
由表4可看出3种仪器的试验误差分别为:北京兰航产CT-3型离心式沥青抽提仪试验误差为0.26%～0.43%、德国20-1100型沥青混合料分析器试验误差为-0.07%～-0.12%、NCAT(美国沥青技术中心)燃烧法沥青含量测试仪试验误差为0.19～0.28%,可以明显看出采用德国20-1100型沥青混合料分析器进行沥青混合料沥青含量抽提试验所得结果,与试验前混合料沥青含量最为接近,误差最小,精度最高,根据JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中表11.4.4(热拌沥青混合料的频度和质量要求表)对热拌沥青混合料沥青用量允许偏差的要求“采用抽提试验方法检测沥青混合料沥青用量时,高速公路、一级公路用沥青含量允许偏差为±0.3%,其他等级公路为±0.4%”的要求,可见德国20-1100型沥青混合料分析器能够更好地满足高速公路沥青混合料沥青含量试验检测的需要。
3.4.2 矿料级配误差分析
通过表5可以看出,采用此三种仪器进行试验,所得到的矿料级配误差影响主要集中在矿粉比例上,即从0.075mm筛孔通过量可看出三种仪器设备试验后与试验前级配误差大小依次为北京兰航产CT-3型离心式沥青抽提仪>NCAT(美国沥青技术中心)燃烧法沥青含量测试仪>德国20-1100型沥青混合料分析器,试验对比后可见,德国20-1100型沥青混合料分析器对矿料级配影响不大。
3.4.3 综合分析
采用北京兰航产CT-3型离心式沥青抽提仪进行试验所产生的误差最大,主要是由于试验过程中试验设备及人为操作影响误差决定,试验过程中肯定会有部分矿粉流入混合液中,而沥青含量是由混合料质量差求算得到,集料和矿粉总质量减少,从而导致沥青含量的增加,试验结果也同时证实了这一点。德国20-1100型沥青混合料分析器之所以具有高精度标准,主要是由于自身的工作原理决定的,整个试验过程在一个密闭的空间中进行,溶剂、沥青和矿粉经过分离后直接进入离心杯中,离心杯没有空隙,沥青混合液经过离心作用,只能通过杯口进入循环系统,而矿粉留在了离心杯中,我院所采购的该设备是标准配置,最多可容纳矿粉200g,此规定就是为了防止过多矿粉流入沥青混合液,被计入沥青含量,从而增加了沥青含量。该设备所产生的误差是:试验过程中沥青混合液是否清澈透明是由人为主观感觉所判断,这样会使微量沥青留在矿料中,导致矿料含量增加,从试验数据可以看出,沥青含量误差均在-0.1%,而矿料级配中0.3mm、0.15mm、0.075mm筛孔通过率均略有增加。NCAT(美国沥青技术中心)燃烧法沥青含量测试仪主要误差还是集料的烧失量(对于SMA-13L级配所加入的木质纤维素肯定也在高温情况下被烧尽),该误差已被计入系统误差,对于同一级配类型同一种材质的沥青混合料,该烧失量均作为沥青含量修正系数看待。
4 结论
本文详细介绍了求取沥青混合料中沥青含量及矿料级配的几种试验方法,就普遍采用的离心式沥青抽提仪、燃烧法沥青含量测试仪及新引进的德国20-1100型沥青混合料分析器三种试验仪器,对三种级配类型沥青混合料进行试验分析比较,结果证明德国20-1100型沥青混合料分析器较其他两种试验仪器具有较高的精确度。目前由于试验误差较大,试验过程中使用有机溶剂不利于环境保护和安全生产,离心式沥青抽提仪在我省的高速公路建设过程中应用较少;燃烧法沥青含量测试仪,因其方便快捷、精确度较高等优点,被普遍应用于生产过程中,而德国20-1100型沥青混合料分析器刚刚被引进,主要用于科学研究,其智能化、高精确度等优点有望得到广泛认可和大力推广。
参考文献
[1]JTJ052-2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].
开级配沥青混合料 篇5
1 配合比的调试
1.1 目标配合比与实际生产的结合
众所周知,热拌沥青混合料的设计分为三个阶段:即目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段和生产配合比验证阶段。
通过目标配合比设计确定各种规格集料的配合比,使矿料混合料的颗粒组成接近选定的沥青混合料类型的级配范围的中值,特别是4.75 mm,2.36 mm,0.075 mm(方孔筛)三个筛孔的通过量要接近规定级配范围的中值。按选定的矿料配合比,通过马歇尔试验确定最佳沥青用量。
在生产实践中发现,有时室内配合比确定的沥青用量并不符合实际。因为以目标配合比为准来确定矿粉用量时,马氏制作过程中骨料是采用水洗除去矿料表面粘附的微粒的,但实际上骨料特别是石屑中的粉尘含量较高,而这部分粉尘在骨料加热烘干及提升过程中并未被除尘器充分吸走,各热料仓中不可避免地存在粉尘(<0.075 mm)。实际生产中热骨料表面亦不可避免附有微粒。粘附的粉尘占据了骨料的部分开口体积,同时还影响沥青在骨料中的浸渍。在室内配合比设计中洗去骨料表面的粉尘,无疑加大了沥青的吸附和浸渍,使设计出的沥青用量往往偏高,所以水洗法并不符合施工的实际情况。为该标段提供沥青混凝土的市政工程公司试验室按水洗法设计的试验路出现局部泛油,也证明了这一点。目前,国外细集料在进场后还要水洗处理、细加工,国外试验时水洗骨料也是基于上述原材料条件。鉴于我国集料生产的现状,在对试验路段总结的基础上,重新对AC-13I沥青混凝土进行了配合比设计,马氏制作的骨料直接从各热料仓进行掺配取样,此时骨料经过了实际使用设备的筛分和除尘,能反映生产拌和时骨料的性质;矿粉的掺量再根据该混合料的水洗筛分结果确定。实践证明,这样试验室选取的沥青用量能够缩小与实际生产的差距。
1.2 确定生产配合的具体方法
1)冷料仓流量的测定。
一般来说,拌合设备冷料仓的出料控制有振动式和皮带式两种。安装在出料口附近的振动马达或电磁振荡线包是振动式的振源。皮带式控制是将小皮带运输机上方皮带紧贴在冷料仓储料口的下缘,当皮带转动时,集料由出料口的侧门卸出。因此,冷料仓的流量(t/h)与出料口开启大小、振动马达的转速有关。测定其流量,就是要找出它们之间的相互关系以控制各冷料仓的卸料量。调整时可根据经验,按照集料粗细,先固定出料口的开张程度,然后取一个变量(马达转速、振荡频率或小皮带转速)进行测定。
2)小皮带转速的确定。
根据拌和实际生产能力(每小时能拌和的混合料吨数),结合目标配合比中冷料的使用比例,可算得每小时各冷料仓应分别向拌合机提供的冷料量(即流量),再根据冷料仓小皮带转速—流量关系方程,即可查得拌和时冷料仓小皮带应具备的转速。
按上述方法控制操作配料机进行冷料冷配,经加热烘干后,从不筛分热料仓取料筛分,将其结果与目标级配和规范要求级配相比较,得以验证冷料仓冷配系统的控制性能。
3)热料仓供料比的确定。
调节“筛分/不筛分”翻板阀至筛分状态,冷料经加热烘干后,提升到拌合机中筛分,并分别进入各热料仓。由于振动筛分长度及倾角的影响,集料未能得到充分筛分,流出时各热料仓的集料并不按筛号分级。因此必须对各热料仓中的集料重新分别进行筛分实验,再次进行配合比计算,以决定各热料仓的供料比例。测定步骤如下:
a.按各冷料仓确定的小皮带转速启动冷料仓卸料。b.启动拌合机各筛工作,至各热料仓内有够料为止。c.根据各热料仓中集料及矿粉的筛分资料,结合标准级配,计算各号热料仓的供料比例。然后计算矿料的合成级配,并与标准级配比较。合成级配曲线应与标准级配中值相吻合。如出入太大,则需调整各热料仓供料比例,重新计算合成级配,直至曲线吻合为止。d.按调整好的热料仓供料比投料干拌(不加沥青),在拌合机出料口接料,取样进行筛分试验,计算各号筛上的通过率,并与标准级配中值比较,如出入较大,还需适当调整热料仓供料比例,直至关键筛孔的通过率与标准级配相应筛孔通过率中值的误差满足要求为止。这时各热料仓之间的供料比例,即为正式生产时的供料比例。
4)确定生产时的最佳沥青用量。
按照确定的各热料仓的供料量、矿粉用量和确定的加热温度及拌合时间,取三种沥青加入量一律按目标配合比的最佳沥青用量及最佳沥青用量的±0.3%计算得到的每锅用量,分别进行拌和及抽提试验和马氏试验。
2 拌合机控制过程中应注意的问题
拌合机生产沥青混合料与试验室配合比设计存在着较大差异,因此要考虑许多实际问题。在规范中,对于生产配合比的调整细节问题,并没有直接资料,一般需要根据具体的拌合机特性,找出相应的规律性,下面以Marini260拌合机为例介绍一些共性的问题。
2.1沥青拌合机振动筛的选择
由于拌合机不同,振筛的布置也各不相同,最大筛孔的振动筛设置应和混合料的最大粒径相对应。
AC-25I,径为33 mm,其对应的标准筛孔径为31.5 mm;筛孔选择要和混合料控制点孔径相吻合,对于AC-25I混合料,一般应控制好2.36 mm,4.75 mm,13.2 mm,19 mm几个筛孔,因此振动筛须选用的等效振动筛的孔径为2.5 mm,6 mm,15 mm,22 mm。根据施工经验,2.5 mm×2.5 mm筛孔径太小,容易堵筛网,可调整为3 mm×4 mm。
2.2热料仓筛应注意的问题
热料仓的取样和筛分对于生产配合比设计的准确性有着非常大的影响,应当引起足够的重视。
1)由于沥青拌合机有着不同的除尘装置,除尘中对较大颗粒(0.15 mm～1.18 mm)的回收过程也不尽相同。一般前几盘料中缺少该部分材料,因此,在热料仓取料时应当废弃前两盘到三盘的矿料。热料仓中的矿料可以直接从仓中取,也可以放出后再取,当放出仓外时,应直接从出料口接料,以避免其中的细料部分散失。为减少回收大颗粒料对级配的影响,还应提前打开除尘设备。
2)热料仓粗集料未筛除的细集料或粉尘占的比例相对较少,很多人都将其忽略不计,但这部分细料在合成级配填料中占的比例却不可忽视,因为填充料含量偏差1%对混合料的影响都很大。因此对每种矿料都要进行最细的两级筛分。
3)即使对以上几个过程都十分的准确,也不能保证合成的青混凝土的级配与拌合机生产的级配吻合良好,一般情况下,成级配中0.075 mm的通过量比抽提出的要小0.5%～1.5%1.18 mm以下各孔径都比抽提出的通过量不同程度的减少,对不同拌合机有时需要调整几次才能完成。
参考文献
[1]殷岳川.公路勘察路面施工[M].北京:人民交通出版社,2000.
开级配沥青混合料 篇6
以沥青稳定级配碎石为基层的柔性基层沥青路面具有半刚性基层沥青路面所不具备的许多优越性:(1)沥青混合料对于水分的变化不敏感,不易受水损害,不易产生收缩开裂而导致面层出现反射裂缝,同时柔性基层有一定的自愈合能力;(2)由于面层和基层材料结构的相似性,路面结构受力、变形更为协调;(3)同沥青面层一起构成全厚式沥青面层,从而使得整个沥青面层的修筑时间减少;(4)刚度相对较小,减少裂缝产生的几率。
钢渣用于道路取代石灰岩,其力学性能较轧制的碎石好,不仅耐磨、颗粒级配形状好,而且与沥青有良好的粘附性,沥青包裹后能防止钢渣的膨胀。其比热值很大,很适宜作为沥青混凝土的骨料用于路面的铺筑中。钢渣用于沥青稳定碎石基层应用到道路工程领域,对于降低道路成本,节约天然石料,保护生态环境都具有十分重要的意义。
1 试验材料及方法
1.1 试验材料
1.1.1 钢渣集料
石灰岩是传统的优质集料,将钢渣的性能与石灰岩对比,可以更明确的判断钢渣是否适合作为天然集料的替代品。按照《公路工程集料试验规程》[3]对试验用钢渣的基本性能进行分析,并与石灰岩进行对比,结果见表1。
由表1可知,钢渣的各项性能已达到了规定的技术要求。在密度、压碎值和针片状的指标上明显优于石灰岩,压碎值指标优异说明钢渣自身的力学性能优异,这为钢渣混合料具有优异的力学性能提供了基础。而且从外形看,钢渣的颗粒性比石灰岩更接近立方体,在混合料成型后的嵌挤性更佳。在吸水率上,钢渣具有明显的不足,几乎无法达到技术要求。这是由钢渣的自身结构所导致,钢渣的内部和表面孔隙太多,而这又是由钢渣的生成过程所决定的。粘附性与石灰岩相比稍有优势。仅就物理性能而言,钢渣是优于天然集料的,这是其作为替代品的基础。
1.1.2 沥青结合料
本研究选用的是KOCH重交石油AH-70号沥青,按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》[4]进行试验,其基本性能指标和指标要求见表2。试验结果表明KOCH AH-70沥青符合重交通道路沥青AH-70技术指标的要求。
1.2 试验设备及方法
1.2.1 车辙试验
抗车辙能力是指沥青混合料在夏季高温条件下,经车辆荷载长期重复作用后,不产生车辙和波浪等病害的性能[5,6,7]。依据《公路沥青及沥青混合料试验规程》[4]中沥青混合料车辙试验测定沥青混合料的高温抗车辙能力,可以评价沥青混合料的高温稳定性。本试验采用的试验温度为60℃,轮压为0.7MPa。试件为轮碾成型的板状试件,其厚度为50mm,宽度为300mm,长度为300mm。试件在60℃的恒温空气室中保温至少6h。之后,才能开始车轮碾压。车轮碾压时,其运动方向应该以试件轮碾成型时的方向一致。试验进行时间为1h,然后得到混合料的形变数据时间t1(min)时的变形量d1(mm)与试件t2(min)时的变形量d2(mm),将动稳定度DS(次/mm)计算出来。每种混合料测试3次,取其平均值作为最终结果。
1.2.2 单轴静态蠕变试验
本试验参照沥青混合料的高温蠕变试验,试件为直径100mm,高100mm的圆柱。试件在40℃的环境内保温至少6h后开始试验,加载应力为0.1MPa,加载方式见图1。
2 钢渣沥青混合料配合比设计
一般而言,我国沥青稳定碎石基层采用的多是ATB-25与ATB-30。本研究采用钢渣沥青稳定基层(ATB-25)的设计。在级配设计过程中,尽可能多的使用钢渣,提高钢渣的利用率,从而追求较高的性能价格比。具体采用以下四种方案:
1)全部集料使用钢渣,记为混合料1#。
2)钢渣细集料(0～5mm)部分使用石灰岩代替,其余使用钢渣,记为混合料2#。
3)在混合料掺配部分中,将0～5mm、5～10mm部分使用石灰岩,其余使用钢渣,记为混合料3#。
4)全部集料使用石灰岩,记为混合料4#。
2.1 级配设计
沥青稳定碎石基层(ATB)是典型的连续密级配沥青混合料。本试验采用马歇尔设计方法进行对沥青混合料的设计,级配曲线见图2。
由图2可以看出,虽然采取了不同的掺配方案,但总体的级配曲线相差并不大。这样设计的目的是尽量消除由于级配的不同而造成的混合料性能的偏差。
2.2 优选油石比
在我国《公路沥青路面施工技术规范》[8]中规定,沥青混合料的油石比一般通过马歇尔实验确定。由于沥青稳定碎石(ATB)的结构特点,其沥青用量一般较小。因此,2#混合料可选择3%、3.5%、4%、4.5%、5%的沥青用量成型马歇尔试件。而对1#混合料,由于钢渣的吸水率较高的原因,因此,1#混合料选择4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6%的沥青用量成型马歇尔试件。以2#混合料为例,确定其较佳油石比。
在混合料合成级配确定之后,成型马歇尔试件之前,可计算出该级配的矿合成毛体积相对密度和沥青用量。由于本试验采用普通沥青,可通过实验,计算出2#混合料各油石比的理论最大相对密度。
测量成型后的马歇尔的体积性能,其结果见表3。按照《公路沥青路面施工技术规范》[8]的规定,取空隙率为4%时的油石比4.2%为OAC1,按照规范其满足各项指标的最大和最小油石比分别为5%和3%,OACmin与OACmax的平均值OAC2=4.0%,则符合沥青混合料技术标准的最佳沥青油石比OAC为:OAC=(OAC1+OAC2)/2=4.1%。最终确定采用ATB-25级配的方案2配合比的最佳油石比为4.1%。
3 高温稳定性能研究
3.1 车辙试验
车辙试验结果见表4。由表4可知,各种混合料的动稳定度都大于1000次/mm,参考规范,可以认为均达到了技术要求。1#混合料的动稳定度比4#混合料高700次/mm左右,达到了1.6倍,可以认为是比4#性能优异得多。动稳定度仍旧是1#到3#依次下降,表明随着钢渣细集料被石灰岩替换,高温稳定性能呈下降趋势。
在各项指标均接近的情况下,主要是原材料的不同造成了以上变化。集料之间相互镶嵌挤压与沥青集料之间的高温黏结能力形成了大部分沥青混合料的高温稳定性。在高温环境下,沥青集料之间的高温黏结能力远比不上集料之间相互镶嵌挤压对高温稳定性的贡献大。钢渣与石灰岩相比,无疑形状上更接近立方体,颗粒性更加优良。这样的集料成型的混合料内部嵌挤结构更为坚固,抵抗路面荷载的能力更为出色。另外,众多钢渣的内部及表面孔隙的存在,在吸附了更多沥青的同时,也使沥青与集料的结合更为牢固,且钢渣本身的粘附性也要优于石灰岩。这实际上让沥青的流动变得更为困难,增加了沥青集料之间的黏结力。
3.2 单轴静态蠕变试验
蠕变劲度模量与残余应变比均可以反应沥青混合料的高温稳定性能。一般而言,沥青混合料的高温稳定性能越好,其蠕变劲度模量应越大,残余应变比应越小。残余应变比同时反应了沥青混合料的抗永久变形能力,其抗永久变形能力越强,残余应变比应越小。蠕变试验结果见图3～5。
各个混合料中,蠕变劲度模量逐渐减小,残余应变比逐渐增加。可以做出这样的判断,从1#混合料到4#混合料,高温稳定性能逐步下降,抵抗永久变形能力也逐渐变差。使用钢渣的沥青混合料高温稳定性能优于使用石灰岩的沥青混合料,且使用钢渣的沥青混合料随着使用石灰岩细集料的增加,高温稳定性能亦会逐渐下降。与车辙试验所得到的结果相同。沥青混合料抵抗永久变形的能力同样如此。使用钢渣的沥青混合料抵抗永久变形的能力强于使用石灰岩的沥青混合料,且使用钢渣的沥青混合料随着使用石灰岩细集料的增加,抵抗永久变形的能力会逐渐变差。即加入钢渣可以使沥青稳定碎石的抗永久变形的能力得到改善。这是因为钢渣与石灰岩相比较,更为坚硬、耐磨,颗粒性更好,相互间的嵌挤能力更强,其与沥青之间的粘附性也优于石灰岩。
4 结 论
(1)钢渣具有多孔结构,且是典型的碱性集料,其与微酸性的沥青粘附性达到五级,优于石灰岩与沥青的粘附性。而其作为集料的物理性能优异,颗粒性、密度、针片状和压碎值等技术指标均优于石灰岩。
(2)当混合料用集料全部为钢渣时,其最佳油石比为5.7%,远高于同级配的石灰岩混合料;而将石灰岩细集料(0～5mm)掺配入混合料后,其较佳油石比降为4.1%;同时,将石灰岩集料(0～5mm、5～10mm)掺配入混合料后,其较佳油石比为3.9%。从综合利用钢渣与降低成本的角度来讲,将石灰岩集料作为钢渣沥青级配碎石基层混合料的细料部位,而粗料全部采用钢渣是最优方案。
(3)钢渣沥青混合料的高温性能均优于石灰岩混合料。随着石灰岩集料的增加,混合料的性能越来越差。
摘要：对钢渣原材料进行了化学成分分析和物理性能检测,钢渣在沥青混合料中可以作为粗骨料使用。根据钢渣的颗粒形状及粒径分布规律,设计了基于ATB-25级配的钢渣沥青级配碎石基层混合料的配合比。研究了钢渣沥青混合料高温稳定性能。当混合料用集料全部为钢渣时,其较佳油石比为5.7%,远高于同级配的石灰岩混合料;而将石灰岩细集料(0～5mm)掺配入混合料后,其较佳油石比降为4.1%;同时,将石灰岩集料(0～5mm、5～10mm)掺配入混合料后,其较佳油石比为3.9%。从综合利用钢渣与降低成本的角度来讲,将石灰岩集料作为钢渣沥青级配碎石基层混合料的细料部分,而粗料全部采用钢渣是最优方案。钢渣沥青混合料的高温性能优于石灰岩混合料。随着石灰岩集料的增加,混合料的性能越来越差。
关键词：钢渣,沥青混合料,高温稳定性
参考文献
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开级配沥青混合料 篇7
随着我国高速公路的快速发展,沥青混凝土路面以其表面平整、振动小、施工期短和养护维修方便等优点,得到广泛应用。同时,沥青混凝土路面施工质量也引起了广泛关注。总体而言,沥青混凝土路面的施工质量主要受到原材料质量与施工工艺这两大因素的影响。本文结合依托工程广西壮族自治区南宁(坛洛)至百色高速公路对影响沥青混合料路用性能的极配进行试验分析。
1 项目概况
南宁至百色高速公路是我国贯通中西部地区的重要通道之一,是国家规划的国道主干线衡阳至昆明主干线在广西境内的一段,起点接南宁环城高速公路,止于百色,主线全长187.7公里,是云、贵、川等省通往广西沿海港口和粤港澳地区最便捷的出海通道,是目前广西高速公路建设中里程最长、投资最大的项目,主线路面结构及设计参数见表1。
2 级配曲线的类别
中面层沥青混合料的高温抗永久变形能力应该高于表面层。根据路面结构的应力分析可知,在面层以下3~8cm的深度,在无自由水浸入沥青混合料层内的情况下其实是最容易产生剪切变形的,此范围是面层中剪应力最大的区域。
本文以AC-20型沥青混合料在规范级配范围内的五种典型的级配曲线走向为例,研究级配曲线走向对混合料物理力学性能的影响,对其进行系统试验研究。在规范级配范围内,由于各粒级矿料含量的不同,级配曲线呈现不同的走向。这五种曲线基本概括了规范内不同的级配曲线走向情况,分别用代号表示:系列1级配(规范级配范围的下限)、系列2级配(规范级配范围的上限)、系列3级配(规范级配范围的中值)、系列4级配(S型级配)、系列5级配(倒S型级配),五种级配的矿料组成,见表2所示,级配曲线见图1。
3 结果分析
3.1 本试验采用泰国TPI70#道路沥青,按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052-2000)进行相关试验,结果见表3。
3.2 矿料采用百色那坡石料场的石灰岩集料和石灰石矿粉,经筛分后逐级称量混配;
集料密度按照《公路工程集料试验规程》(T0304-2005)的要求进行,粗集料的密度采用网篮法测定,细集料采用容量瓶法测定,结果见表4和表5。矿粉的表观密度采用密度瓶法测定,介质为水,密度为2.699g/cm3。
3.3 通过马歇尔试验确定沥青最佳用量,五种级配的混合料在最佳油石比下物理力学指标见表6。
从表6试验结果可以看出:在规范级配范围内,由于级配曲线的走向不同,沥青混合料的物理力学性质差异很大,因此控制级配曲线走向对于沥青混合料的生产和施工具有十分重要的意义。
3.4 为了进一步研究级配曲线走向对混合料性能的影响,对5种不同级配的混合料进行车辙试验和马歇尔试验,以车辙试验的动稳定度、车辙深度RD(mm)(荷载作用60min时的永久形变量)和相对变形(变形量与试件厚度的比值)作为高温性能评价指标,以马歇尔试验残留稳定度作为水稳定性验算指标。
60℃车辙试验结果见表7。
用动稳定度(DS)评价沥青混合料高温稳定性,动稳定度越大高温性能越好。图2和图3显示的是5种级配的动稳定度和车辙深度。
由表7和图2、图3可以看出:
(1)级配3和级配4的动稳定度均满足规范对高速公路大于1000次/mm的要求,5条级配曲线的按动稳定度排序为3>4>5>2>1。(2)沥青混合料高温稳定性与其内部的级配组成有关,并非粗集料含量越大,高温稳定性就越好,比如系列1级配的粗集料含量大于系列3级配,而动稳定度却要比系列3级配小得多。(3)级配1、级配3和级配4的4.75mm筛孔通过率均小于45%,属于粗级配,级配2和级配5的4.75mm通过率均大于45%,属于细级配。试验结果表明,细级配的高温性能不一定低于粗级配,过细的级配(级配2)高温性能会降低。(4)从车辙深度来看,级配3的车辙深度最小,和动稳定度结果并非完全一致,说明动稳定度不一定是衡量高温稳定性的最佳指标。
3.5 采用浸水马歇尔试验来验证沥青混合料的水稳定性,5种级配混合料的水稳定性试验结果见表8。
从表8来看,五种级配的残留稳定度均满足规范对高速公路大于80%的要求,其中级配2、级配3和级配4的残留稳定度相对较大,并且相差很小,而级配1和级配5的残留稳定度相对较小。在工程中尽量选用级配4、级配3,可提高混合料的路用性能。
4 小结
沥青混合料的力学特性与其它功能的实现主要依赖于沥青胶浆特性与矿质混合料的级配组成。良好的沥青混合料组成设计不仅依赖于沥青性能和沥青胶浆性能,同时也依赖于粗集料颗粒之间的嵌挤。对于沥青混合料应在不断改善沥青性能的同时,充分发挥骨料对沥青混合料性能的积极作用,设计出良好的矿料级配。混合料的级配曲线走向能够反映不同粒径颗粒间的相互嵌挤程度,而不同粒径颗粒间的相互嵌挤程度对高温性能影响很大,通过对规范级配范围内的五条不同级配曲线走向进行研究,可以指导高速公路沥青混合料的级配设计,它的目的是评价不同级配曲线走向对混合料高温性能的影响。
参考文献
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