沥青混合料路用性能

2024-11-06

沥青混合料路用性能（共7篇）

沥青混合料路用性能篇1

1 前言

随着我国公路在过去十几年的迅猛发展, 很多早期修建的沥青路面已相继进入大修阶段, 而目前我国多将沥青面层铣刨后废弃, 这造成沥青混合料的大量废弃, 不仅占用土地放置废料, 污染环境, 还需要大量的费用购置新料。在保护环境, 低碳节能的理念下, 对沥青路面的废弃料进行再生利用, 已经成为目前道路研究人员及决策人员的关注重点。

随着我国早期建造的沥青路面大规模的维修及新沥青路面的持续建设, 石料及沥青的用量会越来越大, 造成路面维修就建造费用的增加。开展沥青路面旧料再生利用的技术对降低公路建养成本, 合理循环利用资源有积极的意义。

旧沥青路面再生利用时, 需要对再生沥青混合料进行设计时, 需要对旧再生路面RAP的回收矿料与新料按照工程级配进行合成, 并使得掺配RAP的再生沥青混合料的路用性能可以满足沥青路面的使用要求, 本文在研究时, 在研究的基础上, 重点分析不同的RAP掺配率对再生沥青混合料路用性能的影响。

2 再生沥青混合料路用性能分析

再生沥青混合料重新用于路面时, 其各项路面性能应该满足设计的要求, 旧再生路面RAP的掺配应保证沥青混合料的性能符合交通荷载及疲劳寿命。本文在分析时, 为了充分考察再生沥青混合料的路用性能, 采用了抗拉试验、抗压试验、车辙试验、浸水马歇尔及冻融劈裂试验对沥青混合料的力学性能、高温性能、水稳定性能进行了试验分析, 并对不同掺配率对沥青混合料性能的影响进行了研究。

本次再生沥青混合料设计时, 选用的旧再生路面RAP的用量分别为23%、34%、42%以及51%, 在试验室内对其上述路用性能指标进行试验。

2.1 再生沥青混合料力学性能

沥青混合料的力学性能多采用抗拉及抗压强度指标来衡量, 本次再生沥青混合料力学性能分析时, 仍采用上述两个指标。抗拉强度采用间接拉伸试验以模拟沥青路面的实际受拉, 抗压强度采用单轴压缩试验进行。在试验室制备试件, 分别进行上述试验, 得到再生沥青混合料的抗拉强度及抗压强度如图所示。

从图1和图2可知, 再生沥青混合料的抗拉强度与抗压强度与RAP的掺配率有明细的关系, 随着掺加量的增多, 其抗拉强度的增大幅度愈明显, 这表明随着旧料的使用, 使得沥青混合料的刚度增大。从破坏劲度模量的试验结果可知, 随着RAP掺配率的增加, 抗拉试验和抗压试验的破坏劲度模量的增长趋势显著, 表明沥青混合料的柔韧性降低, 由于劲度模量与沥青路面的疲劳寿命有很大的关系, 表明旧料的使用会对沥青路面的使用寿命存在消弱的作用。

2.2 再生沥青混合料高温性能

再生沥青混合料的高温性能采用常规的车辙试验进行, 成型车辙板后测定沥青混合料的动稳定度, 不太的RAP掺配率下沥青混合料的动稳定度变化显著, 如图3所示。随着其用量的增加, 沥青混合料的动稳定度增加明显, 其中25%时的动稳定度为1400次/mm、35%时的动稳定度为1600次/mm、45%时的动稳定度为2100次/mm、而当RAP用量为55%时, 其动稳定度已提高到3210次/mm。这表明旧料的使用可以显著的增强沥青混合料的高温性能。

从四种掺量下的动稳定度可知, 其均大于普通沥青混合料的动稳定度标准 (800次/mm) , 这主要是由于旧料中的沥青基本已经发生长期老化, 其沥青粘度大, 在高温下不宜流动变形, 可以提高沥青混合料的抗剪性能。试验可知加入旧沥青混合料后, 再生混合料的高温性能得到了明显的提高, 具有良好的高温稳定性。

2.3 再生沥青混合料水稳性能

再生沥青混合料由于其内部的沥青已经发生了老化, 粘度性能减低, 因此会出现潜在的水损坏。本文对再生沥青混合料的水稳定性能进行研究时, 采用冻融劈裂试验和残留稳定度试验方法进行, 通过试验得到不通掺配率下的再生沥青混合料水稳定性的变化, 如图4所示。

随着RAP掺配率的增大, 沥青混合料的冻融劈裂强度比及残留稳定度比均呈现降低的趋势。这是由于再生沥青混合料内部的粘聚力降低, 混合料内部粘结力变弱, 难以抵抗间接施加的拉伸导致试件的破坏, 再生沥青混合料对水的敏感性增大, 但由于再生沥青混合料所用的沥青含量较高, 增强了裹附在混合料表面的沥青胶泥的强度, 再生沥青混合料水稳定性能满足混合料技术要求。

两种试验均表明旧料的加入导致再生沥青混合料水稳定性的降低。但其值基本符合普通沥青混合料的要求。反映出虽然旧料会导致沥青混合料的水稳定性降低, 但合理的掺配率仍能保证其水稳要求。

3 结论

本文对再生沥青混合料的力学性能、高温性能、水稳定性能进行了分析, 并采取多种试验方法对不同RAP掺配率下的再生沥青混合料的性能变化规律进行了验证。

通过本次试验研究, 对于再生沥青混合料, 随着RAP掺配率的增加, 抗拉强度和抗拉强度增大, 动稳定度增加, 但冻融劈裂强度比及残留稳定度比均呈现降低的趋势。但其各项性能指标均满足路用性能的要求, 表明良好的设计级配及合适的RAP掺配时, 其具有较好的力学性能、高温性能和水稳定性。

参考文献

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[4]陈国举.沥青路面就地热再生在高速公路中的应用[J].黑龙江交通科技, 2013, 8:23-24

沥青稳定碎石混合料路用性能研究篇2

沥青稳定碎石混合料(ATB)作为一种柔性基层材料,比半刚性基层材料具有更好的水稳定性或排水能力,可有效的减少路面反射裂缝和水对路面的损坏,延长路面使用寿命。沥青稳定碎石基层在国外已被广泛应用,有的被称作大粒径沥青混凝土。作为路面基层要求该层混合料具有足够的强度和抗疲劳性能。本文采用骨架嵌挤密实设计思想,采用石石接触度(SSC)指标评价沥青混合料粗骨架是否形成紧密骨架,用大型马歇尔和旋转压实仪成型设计沥青稳定碎石混合料,并对其路用性能进行评价。

2 沥青稳定碎石混合料ATB配合比设计方法

沥青稳定碎石混合料要求混合料中粗集料能形成优良的骨架作用,本文采用SSC(Stone on Stone contact)方法来确定[1,2]。配合比设计流程与现行规范(JTG F40-2004)附录B相同,需要补充粗集料的捣实密度试验相关内容,具体试验及计算方法如下:

(1)粗集料的捣实密度试验

在设计级配范围内选择粗、中、细三种级配,测定粗集料的捣实密度,测定方法如下:

将集料在110±5℃烘箱中烘至恒定质量,选取适宜的试验容器,用室温的水对容器的体积进行标定和修正。

①对最大粒径不大于40mm的路面集料,分3次装入容器中达1/3的高度,每次用一根直径16mm、长600mm、一端为圆头的钢棒,均匀地捣实集料25次,捣实至下层的表面附近。最后使集料与容器口大体齐平,用稍细的集料填充表面的大空隙,用直尺刮平。

②称质量,按标定的体积计算集料的捣实密度。公式如下:

$D_{c a} = \frac{(A - B)}{C} (1)$

式中:Dca—粗集料捣实密度;

A—粗集料+干捣容器重;

B—干捣容器重;

C—干捣容器体积。

(2)计算混合料中粗集料的密度

公式如下:

Dcm=(Gmb×dw)×(1-AC)×R (2)

式中:Dcm—混合料粗集料密度;

Gmb—试件毛体积密度

dw—水的密度;

AC—沥青用量;

R—粗集料占混合料的百分比。

(3)计算三种混合料的SSC

公式如下:

$S S C = (\frac{D_{c m}}{D_{c a}}) \times 100 (3)$

式中:SSC—混合料中粗集料嵌挤状况的量度;

Dcm—混合料粗集料密度;

Dca—粗集料捣实密度。

(4)根据VMA、SSC、粉胶比等测定结果,选择SSC >80%的级配为设计级配,并检验其它体积指标是否符合要求。

3 沥青稳定碎石混合料ATB性能研究

为了综合研究沥青碎石混合料的性能,根据国内外密级配沥青稳定碎石混合料级配范围,采用辽宁省高速公路用沥青、集料及矿料,分别设计六种级配的沥青稳定碎石混合料(ATB-30),进行水损害性能、高温性能、力学性能和疲劳性能试验研究,级配曲线见图1。根据国内外相关资料,试验选取设计空隙率为4.5%。采用大型马歇尔和旋转压实成型方法进行混合料设计。

3.1 大马歇尔试验

采用大马歇尔试验方法,双面击各112次(相当于马歇尔标准击实75次),分别成型3.0%、3.5%、4.0%、4.5%油石比试件,表1为各级配在设计空隙率下的各项指标。

3.2 旋转压实体积设计法

参照Superpave设计方法,用旋转压实机按3.0%、3.5%、4.0%、4.5%油石比成型,选取初始压实次数8次,设计压实次数采用100次。各级配设计最佳油石比下的各项体积指标见表2。

从试验结果来看,级配越细,相同油石比下旋转压实试件所得空隙率愈小,级配越粗、集料的骨架性能愈好,这种空隙率等体积指标的差异越小,试验结果表明当混合料的骨架性能较好时,大马歇尔成型方法与旋转压实方法设计体积指标的差异很小。

3.3 抗水损害性能

抗水损害性能试验采用我国传统的浸水马歇尔试验方法。六种级配在最佳油石比下的浸水马歇尔试验结果见表3:

从水损害的试验结果来看,浸水马歇尔试验残留稳定度均大于75%。采用旋转压实成型方法设计的混合料浸水马歇尔指标要略低于大马歇尔方法设计结果,因此按浸水马歇尔指标来评价其水损害性能,旋转压实成型法要比马歇尔设计的混合料差。其主要原因是SGC成型的混合料油石比低,其水损害性能相对较差些。

3.4 高温抗永久变形能力

高温性能评价采用车辙试验,不同级配的车辙试验结果见表4。

从车辙试验结果可以看出,小的沥青含量、较粗的级配对抵抗车辙有利。沥青碎石混合料有较好的抗车辙性能,完全能满足高速公路对基层的要求。

3.5 力学性能试验

(1)回弹模量试验

回弹模量试验采用现行沥青混合料规范的单轴压缩试验方法。各级配抗压强度及回弹模量试验结果见表5。

据文献[3]对28条高速公路、一级公路的水泥稳定类基层及56条高速公路、一级公路的二灰稳定类基层回弹模量的统计结果,水泥稳定碎石7d无侧限抗压强度在3.0～6.0MPa左右,二灰稳定类基层7d无侧限抗压强度在0.8～1.2MPa,考虑到二灰材料强度会随龄期增长,其后期强度达到4～5MPa。

沥青稳定碎石回弹模量与半刚性基层材料相当,而7d无侧限抗压强度略低于水泥稳定类基层,与二灰稳定类基层的后期强度相当。

(2)劈裂试验

劈裂试验采用径向加载,求取沥青混合料的间接抗拉能力,本次试验采用的试件尺寸为Φ150×100mm,试验方法参见现行规范。劈裂试验结果见表6。

据文献[3]统计,水泥稳定基层90d的劈裂强度在0.48～0.87MPa之间,均值为0.67MPa,二灰稳定类基层180d的劈裂强度在0.52～0.80MPa之间,平均值为0.72MPa。水泥稳定碎石基层180d劈裂模量为1287MPa,二灰碎石基层180d劈裂模量为1720MPa。

从结果比较来看,密级配沥青稳定碎石基层的劈裂强度与半刚性基层相当。但是沥青碎石基层的极限抗拉应变要远大于半刚性材料,具体表现为水泥稳定碎石的劈裂模量要远高于沥青稳定碎石混合料,也就是说沥青碎石基层具有很好的抗变形能力。

3.6 疲劳性能

理论计算表明,路面结构中沥青稳定碎石基层层底会产生拉应力,这样就要求沥青稳定碎石混合料具有足够的抗疲劳性能。本文采用独立式小梁疲劳试验系统(BFA)进行小梁疲劳试验,试验温度为15℃,加载频率为10Hz,并与AC-25沥青混合料进行对比,试验结果见表7。

线性回归两种混合料的疲劳方程如下:

试验研究分析表明,沥青稳定碎石混合料ATB-30的疲劳寿命不如沥青混凝土AC-25。在300和500微应变时,沥青稳定碎石ATB-30 的疲劳寿命是AC-25的46%和34%。虽然沥青稳定碎石的疲劳寿命相对于沥青混凝土要低,但是根据总结出的疲劳寿命方程计算,只要应变水平不高,仍然可以承受足够的荷载作用次数。例如,按照上述ATB-30的疲劳寿命方程计算,当应变为100με时,其疲劳寿命可达到607万次,完全能满足路面结构设计的要求。

4 小结

通过对ATB混合料的高温稳定性、抗水损害性能、力学性能(抗压强度、抗压模量)、劈裂强度、劈裂模量、抗疲劳等性能的研究表明,采用骨架嵌挤密实设计方法设计沥青稳定碎石混合料,与半刚性基层材料相比抗压性能、间接抗拉强度相当;间接抗拉回弹模量大大低于半刚性基层材料,即ATB材料具较大的极限抗拉变形能力,适应变形能力要大大高于半刚性基层材料;疲劳寿命相对于沥青混凝土要低,但是根据总结出的疲劳寿命方程计算,只要应变水平不高,完全可以承受足够的荷载作用次数。即:只要优化路面结构设计,合理设置沥青稳定碎石基层,将有效提高路面的使用寿命。

摘要：采用骨架嵌挤密实设计方法设计沥青稳定碎石混合料,并对其抗水损害性能、高温稳定性能、力学性能和抗疲劳性能进行了试验研究。

关键词：沥青稳定碎石混合料(ATB),骨架嵌挤密实设计方法,石石接触度(SSC),车辙动稳定度

参考文献

[1]Design Guide.Wisconsin Asphalt Pavement Association DesignGuide.5,2001.

[2]Standard Specifications for Construction of Roads and Bridges.Ne-vada Department of Transportation.2001.

大粒径沥青混合料路用性能研究篇3

关键词：大粒径沥青混合料 (LSM) ,配合比设计,路用性能,全柔性基层

大粒径沥青混合料基层作为一类柔性结构层, 具有很强的柔性和变形能力, 作为应力消散层, 可明显提高路面抗反射裂缝的能力;另一方面大粒径沥青碎石基层可以与沥青混凝土面层粘结牢固, 并且由于其模量接近, 路面结构受力更均匀。高模量抗车辙的大粒径沥青混合料也是永久性路面结构 (全厚式沥青路面) 的中间层或联结层的首选[1]~[4]。但是目前, 大粒径沥青混合料在我国还没有相关的设计、施工规范。本研究在总结国内外大粒径沥青混合料研究的基础上, 深入研究大粒径沥青混合料 (LSM) 的路用性能, 为柔性基层沥青路面结构的设计和施工提供参考。

1 大粒径沥青混合料配合比设计

本文在总结国内外大粒径沥青混合料级配范围和级配设计的思想, 提出LSM集料级配的设计方法:判断粗集料是否形成骨架结构的基本条件, 即形成骨架结构的前提条件是压实状态下沥青混合料中的粗集料骨架间隙率VCAmix必须等于或小于没有其它集料、结合料存在时的粗集料集合体在捣实状态下的间隙率VCADRC;采用骨架接触度SSC (Stone-on-Stone Contact) >90%的紧排骨架密实结构, 它具有很好的抗变形能力, 适合于重载交通和高温地区。骨架接触度SSC是指LSM中粗集料之间相互接触的密实程度, 用压实成型的混合料中粗集料毛体积相对密度与纯粗集料干捣的相对密度之比来表征, 骨架接触度越大则骨架的密实性越好。

本文先依据级配范围并参考以往经验设计了LSM的六个级配, 其中LSM-35的三个级配的最大公称粒径为37.5mm, LSM-30的三个级配的最大公称粒径为31.5mm, 都是以4.75mm孔径作为控制点, 分别设计了粗、中、细三条级配曲线。

大马歇尔沥青混合料设计方法与标准马歇尔设计方法基本相同, 根据稳定度/流值与密度/空隙率的分析, 提出适合的大粒径沥青混合料配合比。为保证与标准马歇尔击实试验每面击实75次时试件所承受的击实功相当, 大马歇尔击实试验每面击实次数为112次。通过采用大马歇尔试件来进行混合料的设计有利于大粒径沥青混合料中集料的移动与嵌挤。

对比各试验级配大马歇尔试件在不同含油量下的毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、稳定度和流值变化情况, 并根据混合料拌和过程的情况以及试件切割后断面状况, 最终确定了LSM-30和LSM-35的最佳级配和最佳油石比。

2 路用性能试验结果及分析

2.1 大粒径沥青混合料的高温稳定性试验结果及分析

现行规范中没有给出大粒径沥青混合料的车辙试验方法, 我们在借鉴国内外研究成果的同时, 并参照传统的标准车辙试验制定了LSM的车辙试验方案。两种级配类型LSM的车辙试验结果 (单位:动稳定度 (次/mm) ) 平均值分别为:2532和2923。

国家“八五”攻关研究表明, 从车辙试验得出的动稳定度 (DS) 可以评价沥青混合料的高温稳定性。DS值愈大, 混合料的高温稳定性愈好。从试验结果可以看出, LSM抗车辙能力远大于普通沥青混合料抗车辙能力, LSM集料级配对车辙起决定性作用, 形成骨架嵌挤结构是LSM具有良好的高温稳定性的关键。

2.2 大粒径沥青混合料的水稳定性试验结果及分析

研究表明, 冻融循环可以使室内试验与野外现场结果之间具有很好的相关性。经过模拟野外冻融条件, 能使集料表面的沥青膜在反复温度胀缩的作用下逐渐乳化, 有利于反映水分对沥青膜的侵害的最不利情况, 较好地模拟野外现场温度变化对沥青混合料强度的影响。因此, 推荐采用冻融劈裂试验评价大粒径沥青混合料的水稳定性。

对本文设计级配的LSM, 其冻融劈裂试验的残留强度比TSR分别为93.3%和90.9%, 均大于90%, 完全满足要求, 具有很好的水稳性。

2.3 大粒径沥青混合料的疲劳性能试验结果及分析

本文利用应力控制的中点加载弯曲疲劳试验来评价大粒径沥青混合料的耐久性, 本文所设计LSM-30和LSM-35的疲劳方程分别为NÁ65777ÁÁÂÃÄÄ和。

国外的疲劳设计标准的关键就是沥青层材料的疲劳方程, 但由于疲劳试验方法的差异、试验控制模式及试件尺寸等外在条件的不同, 并没有一个统一的疲劳标准。目前国内对大粒径沥青混合料的疲劳性能研究很少, 其中河北省石家庄至黄骅高速公路辛沧段的LSM试验段, 对LSM的疲劳性能研究与本文采用的试验方法及控制模式相同, 由从疲劳方程分析本文所设计的LSM-30和LSM-35具有更好的抗疲劳性能, 疲劳寿命对于应力水平的变化更敏感。

3 大粒径沥青碎石基层的工程应用

本研究在湖北大广北高速公路第五合同段实施试验段, 总长约为1公里, 设计摊铺宽度为15m, 在试验路基层施工过程中和施工完成后进行了检测, 具体包括沥青混合料的检测, 压实度的检测, 平整度的检测, 弯沉的检测及回弹模量的检测。结果显示各项指标均满足技术规范要求, 表明LSM基层具有优良的路用性能。

结束语

通过以上研究分析可以看出:LSM抗车辙能力远大于普通沥青混合料抗车辙能力;LSM集料级配对车辙起决定性作用, 形成骨架嵌挤结构是LSM具有良好的高温稳定性的关键。推荐采用冻融劈裂试验评价大粒径沥青混合料的水稳定性, 对本文设计级配的LSM, 其冻融劈裂试验的残留强度比TSR均大于90%, 完全满足要求, 具有很好的水稳性。利用应力控制的中点加载弯曲疲劳试验来评价大粒径沥青混合料的耐久性, 结果表明本文所设计的混合料具有优良的抗疲劳性能。

参考文献

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冷铺沥青混合料路用性能评价篇4

1 冷铺沥青混合料疏松性和压实性评价

西班牙Cantabria大学提出了磨耗损失率法。该方法本来是用来评价排水性沥青混合料抗松散性能的一种方法,经过改进用来评定冷补材料的疏松性和压实性。其试验方法是将1 000 g混合料在15 ℃下正反击实20次成型为马歇尔试件,称重后在15 ℃下保温4 h,然后将试件放入洛杉矶磨耗机内,不放入钢球,旋转100转后从滚筒中取出最大的一块称重,以损失质量与原试件重之比作为指标,称为磨耗损失率。若磨耗损失率大,则表示混合料疏松性好,而压实性差;反之,若磨耗损失率小,则压实性好,疏松性差。同济大学指出,为兼顾两者,磨耗损失率宜在5%～20%范围内取值。虽然采用磨耗方法能反映混合料的性能,但试验比较麻烦,费时费事,同时一般沥青混凝土厂也没有洛杉矶磨耗机,所以这种方法还是存在局限性。

最佳含水量法。在反复试拌冷补混合料的过程中,常常抓起一把混合料捏紧,看混合料能否结合成团,然后另一只手再拍打一下,看混合料能否松散。这使我们联想起在路基施工现场施工人员检验土壤是否具有最佳含水量而常用的简便方法。由于冷补沥青混合料的疏松性和压实性与其用油量有关,如果混合料捏紧能成团,则表明混合料经碾压可以成型而不松散;如混合料捏紧后不能一下子被拍散,则表明混合料疏松性不好,储存中易结团,结团后难以松散,因此这一方法完全可以用来评价混合料的疏松性和压实性。虽然该方法没有数据,全凭经验,但却简单实用,能方便并能较为准确地检验混合料的压实性和疏松性。

2 冷铺沥青混合料初始强度评价

国内外在对初始强度的评价上基本一致,多采用马歇尔稳定度进行评价。参考日本大有株式会社对冷铺沥青混合料提出的技术标准(见表1),他们把沥青初始稳定度细分为三个部分:1)作业稳定度:拌合料作业时的控制指标。将混合料在常温下正反面锤击50次或75次,制作成马歇尔稳定度试块,脱模后测定的常温下马歇尔稳定度即为初始稳定度。它既可以用来评价混合料初始强度,又可以评价混合料压实性。2)初期稳定度:摊铺碾压后第7天的稳定度。3)使用稳定度:沥青混合料在铺筑碾压通车7 d后使用的稳定度。

3 冷铺沥青混合料的水稳定性评价

抗水损坏能力是冷拌沥青混合料的薄弱环节,由于冷拌沥青混合料必须选用粘度小的基质沥青作为结合料,沥青的粘度小,对抵抗水分的置换能力就不强,而混合料在路面压实后,存在一定空隙率,水分极易进入,而且沥青与集料的粘附性较差,再加上交通荷载的反复冲击作用,气候条件等影响,很容易在早期产生严重的水损害。因此对冷铺沥青混合料的抗水损害能力进行评价显得尤为重要。对于混合料水稳定性的方法,我国常采用浸水马歇尔试验。该方法试验简单,易于操作,且能区分开不同沥青等级,不同性质集料水稳性好坏,所以本文建议用此方法来鉴别冷铺沥青混合料的水稳定性。试件分两组:一组在60 ℃水浴中保养0.5 h后测其马歇尔稳定度S1;另一组在60 ℃水浴中恒温保养48 h后测其马歇尔稳定度S2。然后计算残留稳定度S0。

而同济大学模拟连续3 d下雨的路用状况,将试件在常温下浸水3 d,测其马歇尔强度S1,并以残留马歇尔强度来评价混合料的水稳性,即P=S1/S0×100%,并提出P应大于70%。

4 冷铺沥青混合料的成型强度评价

冷拌冷铺沥青混合料在铺筑之后,随着添加剂的挥发,沥青粘度的增大,混合料的强度是不断增大的。为了保证沥青路面在夏季高温季节行车荷载反复作用下,不致产生诸如波浪、推移、车辙等病害,混合料应具有足够的强度以抵抗永久变形能力。沥青路面高温稳定性评价有许多方法,马歇尔试验、单轴蠕变试验、三轴蠕变试验、轮辙试验等。马歇尔稳定度是评价混合料稳定性的一种经验性指标,经研究表明用它来衡量混合料高温稳定性存在着局限性。但是考虑到马歇尔稳定度试验在我国较为普及,在一般沥青加工厂由于试验设备和技术限制较大,故希望从易于掌握的马歇尔稳定度试验中获得较为理想的评价办法。

国内外对此进行了大量的研究,日本大有株式会社要求沥青混合料在铺筑碾压通车7 d后的使用稳定度大于3.0 kN。这种试验方法需要铺筑试验路及钻探取芯,操作起来非常麻烦,且未对通车7 d的交通量进行定量。同济大学采用相同组成配合比的混合料作标准马歇尔试验,考虑到溶剂尚未完全挥发,要求稳定度大于5.0 kN即可。而标准马歇尔试验要求很高的温度,这将非常不利于溶剂的安全性,易发生危险,因此这种试验方法也不太适合。长安大学则采用了烘箱加热法,促进溶剂挥发,使混合料快速成型。他们制定了两种试验方案,方案A:将储存好的松散沥青混合料放入盘子中,均匀摊铺成厚50 mm的一层,放入105 ℃烘箱中24 h后取出,立即按标准马歇尔试件成型方法击实成型,冷却后脱模,放入60 ℃水浴中保温30 min～40 min,测其60 ℃马歇尔稳定度。方案B:将储存的松散沥青混合料先击实成型为标准马歇尔试件,不脱模横向放置于105 ℃的烘箱中24 h后取出,立即两面分别击实25次,冷却后脱模,采用上述相同方法测其60 ℃马歇尔稳定度。两种方案的测试结果分别是:方案A成型稳定度4.12 kN,方案B成型稳定度2.18 kN。

从试验结果可以看到,方案A得到的试验结果比方案B得到的试验结果明显大,这说明试验方法A能更有效的表示出试验的目的,较真实的反映沥青混合料的成型强度,而且显而易见,试验方法A操作简便,与规范中标准马歇尔试件成型方法相同,易于推广。他们提出了成型稳定度的建议值应大于4 kN。他们的分析和试验方法较为科学,不失为一个评价混合料成型稳定度的好办法。

我国公路沥青路面施工技术规范规定冷补沥青混合料马歇尔试验方法:称取混合料1 180 g在常温下装入试模中,双面各击实50次,连同试模一起以侧面竖立方式置入110 ℃烘箱中养生24 h,取出后再双面各击实25次,再连同试模在室温中竖立放置24 h,脱模后在60 ℃恒温水槽中养生30 min,进行马歇尔试验,并且要求得出的冷补沥青混合料的马歇尔试验稳定度不小于3 kN。

5 结语

通过对冷拌沥青混合料路用性能评价方法与评价指标的研究,提出了冷拌冷铺沥青混合料各项技术指标的评价方法及推荐值:1)冷铺沥青混合料的初始强度采用马歇尔初始稳定度试验来测定,其推荐范围为2.5 kN～3.0 kN。2)冷铺沥青混合料的疏松性和压实性采用最佳含水量法来评价,虽然该方法没有数据,但却简单实用,能方便并能较为准确地检验混合料的压实性和疏松性。3)冷铺沥青混合料的成型强度采用马歇尔成型稳定度试验来测定,其推荐范围为4.0 kN以上。4)冷铺沥青混合料的水稳定性采用25 ℃水浴箱中保温48 h测定残留稳定度,其推荐范围为70%以上。

参考文献

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[2]Charle.Parker,W.H.Hinman.Cold Mix Bituminous Concrete.AAPT,1994.

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[4]杨枫,张洋.冷补材料在道路养护工程中的应用[J].华东公路,2003(4):57-58.

沥青混合料路用性能篇5

我们对掺加Duroflex的沥青混合料路用性能进行了试验研究,并与SBS改性沥青及镇江AH-70号沥青混合料进行了对比。

1 原材料

1.1 集料

试验用粗集料和细集料均采用南京鑫马玄武岩,填料为石灰岩矿粉,质量均符合JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的规定。

1.2 沥青

采用镇江泰普克70#道路石油沥青(AH-70#,A级)和镇江美仑SBS改性沥青(I-C级)2种沥青,经测试各项技术指标均符合规范所规定的要求。其中SBS改性沥青各项质量技术要求见表1。

1.3 外掺剂

采用德国Duroflex沥青混凝土改性剂,灰褐色,颗粒状,掺量为混合料总质量的0.5%,主要技术指标见表2。

2 矿料级配

采用AC-13C级配类型,合成级配见图1。

3 Duroflex沥青混合料性能试验

为了研究Duroflex对沥青混合料路用性能的影响,采用AH-70#石油沥青、SBS改性沥青、AH-70#+0.5%Duroflex、AH-70#+0.8%Duroflex等4种沥青混合料进行试验研究。

3.1 马歇尔稳定度试验

按照JTJ 052—2000《公路工程沥青和沥青混合料试验规程》的方法,进行混合料的马歇尔稳定度试验,结果见表3。

表3表明,在相同的级配下,使用AH-70#沥青的混合料油石比最小,掺加0.8%Duroflex的混合料油石比最大。掺加0.5%和0.8%Duroflex的混合料稳定度分别比AH-70#沥青的混合料提高44.01%和47.73%,流值分别提高8.50%和12.42%,SBS改性沥青混合料居于两者之间。Duroflex在矿料颗粒和沥青胶浆之间形成聚合体搭桥,使混合料具有较强的抗变形能力。

3.2 抗车辙试验

加入Duroflex后,由于形成分散的聚合物晶体,使沥青的黏稠度和粘聚力增大,同时矿料颗粒和沥青胶浆之间形成聚合物搭桥,能够抵抗高温条件下行车荷载的反复作用产生的沥青混合料变形,使沥青的高温稳定性得到很大的提高,从而增强了混合料的抗车辙能力。按照JTJ 052—2000的试验方法,进行沥青混合料车辙试验,结果见表4。

从表4可以看出,Duroflex沥青混合料的抗车辙能力高于SBS改性沥青混合料,AH-70#沥青混合料的抗车辙能力最弱。

3.3 低温弯曲试验

Duroflex改性剂既有聚合物成分,使沥青混合料具有和SBS改性沥青同样的低温抗裂能力,同时,又含有纤维素的成分,纤维呈三维随机分布,这些纤维对混合料的开裂起到阻滞作用,从而提高沥青路面纹裂的自愈能力,减少裂缝的出现。按照JTJ 052—2000的试验方法,对4种沥青混合料在加载速率为50 mm/min条件下,进行-10℃时沥青混合料的低温弯曲试验,结果见表5。

从表5可以看出,掺加0.5%和0.8%Duroflex的混合料弯拉强度分别比SBS改性沥青混合料提高4.93%和7.88%,劲度模量分别提高5.48%和9.17%,破坏时的弯拉应变分别提高6.24%和7.13%。

3.4 水稳定性试验

采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价沥青混合料的水稳定性,分别以残留稳定度和冻融劈裂残留强度比(TSR)作为评定指标,试验结果见表6。

从表6可以看出,加入Duroflex后,沥青混合料的水稳定性明显提高,掺加0.5%和0.8%Duroflex的混合料残留稳定度分别比AH-70#沥青混合料提高9.95%和13.93%,冻融劈裂残留强度比分别比AH-70#沥青混合料提高18.25%和21.12%。

4 结语

掺入Duroflex沥青改性剂的沥青混合料具有较好的高温抗车辙能力、低温抗裂性、水稳定性,这些性能较AH-70#和SBS改性沥青均有明显的改善和提高,可以减少沥青路面病害的发生。

综合考虑经济效益和技术性能,认为在高速公路面层施工中可以使用Duroflex沥青混合料来代替SBS改性沥青混合料。

摘要：通过对掺加DUROFLEX、SBS改性沥青、AH-70#沥青混合料的马歇尔参数特性、高温抗车辙能力、低温开裂能力及水稳定性的性能对比试验,分析了DUROFLEX对沥青混合料路用性能的影响,为新型改性剂DUROFLEX的推广提供理论依据。

关键词：DUROFLEX,改性沥青,沥青混合料,路用性能

参考文献

沥青混合料路用性能篇6

关键词：SBS改性沥青,三大指标,高温性能,水稳定性

1 引言

由于SBS改性剂具有改善柔性、增强抵抗耐久变形能力及减小温度敏感性等特点,由SBS改性的路用沥青在高等级道路工程中得到广泛应用。国内工程界中,通常认为SBS改性剂的合理掺量为3%～6%,有些研究人员认为3%～4%为最佳掺量,也有学者认为6%左右才能满足高等级路面工程要求。掺量过大提高性能有限且不经济,掺量过小则起不到改性作用,基于此,本文通过制备不同SBS改性剂掺量下的SBS改性沥青,按规范规定进行三大指标试验研究其性能规律,同时成型混合料试件结合马歇尔、车辙、冻融劈裂等室内试验评价其路用性能。

2 不同掺量的SBS改性沥青性能

2.1 SBS改性沥青的制备

基质沥青选用茂名70#沥青,基本性能见表1。由表1可知,70#沥青基本性能均符合现行规范要求,SBS改性剂为线型结构。先利用加热设备将基质沥青加热至170℃左右,分别往基质沥青中投入掺量为3%,4%,5%,6%的SBS改性剂,利用高速剪切搅拌器搅拌约30min后即可获得本文的SBS改性沥青。

2.2 SBS改性沥青的性能指标

按公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTGE20-2011)规定对制备的SBS改性沥青分别进行针入度、软化点、延度、弹性恢复试验,试验结果见图1～图4。

由图1可知,随着SBS改性剂掺量的增加,针入度值逐渐降低,在掺量为5%时出现最低值50(0.1mm),沥青针入度值越小,说明沥青的感温性能提高,SBS改性剂的掺入,有利于提高沥青的感温性能,使得沥青变稠。图2中,随着掺量的增加,延度随之提高,掺量每提高1%,延度增加1cm,延度越大说明沥青的韧性越好,这表明,SBS改性剂的掺入有助提高沥青的韧性。

由图3可知,随着SBS改性剂掺量的增加,沥青软化点得到极大提高,在5%时达到峰值,达到85℃,增幅达78%,软化点的增加表明沥青的高温稳定性得到提高,但超过5%之后,软化点开始下降,因此出于高温性能和经济性的考虑,掺量以不超过5%为宜。图4中,弹性恢复值随掺量增加而不断增加,SBS改性剂有助于提高沥青的弹塑性。

SBS改性剂可以有效提高沥青沥青感温性、韧性高温稳定性、弹塑性等性能,尤其是对高温性能的提高较为显著,由以上结果分析可知最佳掺量为5%。

3 混合料路用性能

3.1 级配设计

按《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)规定,并根据现有的规格料,级配组成设计如表2所示。沥青选用分别外掺0%,3%,4%,5%SBS改性剂的SBS改性沥青,按马歇尔试验法确定最佳油石比分别为3.9%,4.1%,4.3%,4.4%。

3.2 高温性能

高温稳定性是沥青混合料的一个重要指标,反映的是路面在气候炎热条件下,抵抗车辙变形、防推移的能力,本文选用马歇尔试验及车辙试验评价混合料的高温稳定性。根据文献[6]的相关规定,成型马歇尔和车辙板试件,分别进行马歇尔试验、车辙试验,试验温度为60℃,试验结果如表3、表4、图5所示。

由表3可知,SBS改性沥青成型的试件稳定度均比基质沥青的试件要大,且随着SBS改性剂掺量的增加,稳定度也随之增大,这与沥青的软化点规律一致。SBS改性沥青可以增加混合料的强度,且随着掺量的增加,强度随之增加。另外从流值指标考虑,流值越小,抵抗变形能力越强,随着SBS改性剂掺量的增加,变形量减小。

由表4可知,SBS改性沥青在掺量3%时就已达到4 118次/mm,已满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)中关于改性沥青路面动稳定度大于2 800次/mm的要求。与马歇尔试验结果一致,动稳定度也随着掺量的增加,不断增大,SBS改性剂的掺入提高了沥青的软化点,从而提高了混合料的高温性能,掺量为3%时的动稳定值较0%时就已提高了约57%。另外,从图5可知,基质沥青混合料的变形从试验开始至结束的变形较大,随之SBS掺量的增加,变形量减少,掺量为5%时变形最小,因此SBS改性剂使材料的抗车辙能力即在高温下抵抗变形能力得到很大的提高。

结合马歇尔试验、车辙试验结果说明,SBS改性沥青混合料的高稳定性较好,且SBS改性剂掺量越大,效果越明显;SBS改性剂提高了沥青的软化点,从而很好的提高了材料的抗车辙能力,最佳掺量5%。

3.3 水稳定性

本文以浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验评价材料的水稳定性,按规范要求成型马歇尔试件,进行浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验,试验结果如表5、图6所示。

由表4可知,无论是冻融劈裂强度还是残留稳定度,SBS改性沥青混合料均已满足规范的技术要求。冻融劈裂强度比与残留稳定度越大,说明混合料的抗水损害能力也就越强,因此,随着SBS改性剂的增加,材料的水稳定性也就越好,掺量4%时与掺量5%时的差别不大,SBS改性剂掺加到一定程度,对于水稳定性的提高有限。

由图6可知,残留稳定度与冻融劈裂的规律是一致的,都是随着掺量的增加,残留稳定度与劈裂强度比不断提高。同时从图中曲线的趋势可知,达到4%与5%掺量时,曲线趋于平缓,这说明掺量达到一定的程度,改善效果有限。

结合浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验,表明SBS改性沥青混合料的水稳定性好,且掺量越多,效果越好,最佳掺量为5%。

3.4 低温抗裂性

本文以小梁低温弯曲试验评价材料的低温性能,评价指标为破坏强度、破坏应变、弯曲劲度模量。按规范规定成型小梁试件,试件尺寸为250mm×30mm×25mm,由车辙板试件加工切割而成。试验温度为-10℃,试验结果如表6所示。

由表5可知,SBS改性后的强度明显强于基质沥青混合料,在掺量为5%时达到了10.7MPa,破坏应变则是反应试件破坏时的最大弯拉应变值,应变大,说明低温下变形较大,韧性较好,低温下不易发生开裂破坏。掺量为5%时的破坏应变要小于4%时,说明随着SBS掺量的增加,强度虽有提高的,但是材料脆性也会增加。

4 结论

论文通过研究不同SBS掺量下的SBS改性沥青软化点、针入度、延度、弹性恢复等性能指标,同时成型混合料试件研究其高温稳定性及水稳定性,得出如下结论:

1)SBS改性剂可以有效提高沥青沥青感温性、韧性高温稳定性、弹塑性等性能,对软化点的提高显著,性能指标随掺量的增加而增强,但到6%时部分指标下降,综合考虑最佳掺量为5%。

2)SBS改性沥青具有较好的高温稳定性,抗车辙能力强,优良的抗水损害能力,且SBS改性剂的掺量越多,效果越好,低温抗裂性也较好,但随着掺量的增加,脆性也将增加,实际工程应用中应予以考虑。

参考文献

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[6]JTGE 20—2011公路工程沥青及沥青混合料试验规[S].

沥青混合料路用性能篇7

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

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