沥青混合料性能（精选12篇）
沥青混合料性能 篇1
1 废旧沥青混合料所含沥青性能分析
从旧沥青混合料中回收得到的沥青经过长时间的路用荷载和自然老化作用,内部结构已经发生变化,进而导致其性能也相应的发生变化。因此有必要对其内部沥青的老化程度、化学组成成分及流变性能进行研究。
1.1 废旧沥青混合料所含沥青化学结构分析
傅立叶变换红外光谱是目前采用的研究高分子材料内部结构的最先进技术。新旧沥青红外光谱对比图如图1所示。
从新旧沥青的红外光谱对比图中可以看出,回收沥青在化学成分上发生了明显的变化。1698cm-1处的特征吸收峰是羰基(C = O)的伸缩振动,红外图谱上该峰的出现表明了沥青材料中羰基酸或酮的形成,这是表征沥青材料老化的最主要特征。从图1中还可以看出,回收沥青在1698cm-1处有很强的吸收峰,而新沥青却没有,这说明沥青在施工和服役期内发生了老化。第二个特征峰是1030cm-1处的亚砜基(S=O)伸缩振动。该官能团在沥青初期老化的时候很容易出现,但有时候会随着老化的加剧而减少。图1中可以发现新旧沥青均存在1030cm-1的吸收峰。
另外,2853～2923cm-1处的强峰是脂肪族C-H的伸缩振动特征峰,而1457cm-1和1376cm-1的两个峰是脂肪族C-H的弯曲振动特征峰。1600cm-1的吸收峰代表芳香族(C-C)的伸缩振动,从876cm-1到722cm-1的四个小峰也是芳香分子的特征峰,他们同沥青集料间的界面粘结有着一定的联系。
在红外光谱定量分析中,相关波段的吸收峰面积一般是与官能团的浓度有关。沥青是一个多相体系,包含了许多不同的官能团,而这些官能团的浓度又因产地和生产工艺的不同而变化,单纯研究吸收峰的绝对面积就显得意义不大。因此,本文将最强峰2853～2923cm-1波段的峰面积作为参考面积A,考察沥青老化过程中相对峰面积的变化。新旧沥青相对峰面积对比如表1所示。
由表1可以看出:同新沥青相比,回收沥青1698 cm-1处多出了一个吸收峰。这可以解释为沥青老化过程中,亚甲基氧化、不饱和长链和苯基里面的环烃降解导致了酮和羰基酸的形成。1030cm-1的相对吸收峰由亚砜基相对于脂肪族C-H官能团0.9%增加到1.8%,这是硫醚氧化成为亚砜基团的结果。另外,1600cm-1和876～722cm-1处相对峰面积分别从5.3%到3.9%和15.3%到9.1%,说明了沥青老化过程中的芳香族降低。
同时,沥青本身分为四大组分,分别为芳香分、饱和分、胶质和沥青质。这与沥青的红外图谱有很好的对应关系。芳香分就是沥青的低分子集团,也是红外图谱中的1600cm-1和876～722cm-1部分。饱和分就是沥青中所含的饱和烃及长链, 2923～2853cm-1处的脂肪族C-H的伸缩振动特征峰,1457cm-1和1376cm-1的脂肪族C-H的弯曲振动特征峰均是饱和分的代表。胶质是沥青中介于大分子和小分子之间的一种组分。而沥青质则可以通过1698cm-1的吸收峰变化来说明。新旧沥青的四组分分析见图2。
图2中的四组分分析和上述红外图谱中的官能团变化有很强的可比性。一般说来,沥青老化是芳香分转化为胶质,胶质转化为沥青质。在长期老化后产生了高比例的沥青质和低比例的芳香分及胶质。
1.2 废旧沥青混合料所含沥青流变性能分析
沥青是一个粘弹性材料,其表现出的性能或弹性或粘性,这与温度和荷载时间及频率有关。在相对较低的温度和短的作用时间,沥青性能类似弹性固体,但当温度升高或荷载时间提高,沥青的粘性特征就更加明显。在充分高的温度或者足够长的荷载时间,沥青可以表现出牛顿流体的性质。同时,沥青流变性能的温度时间敏感性也会由于老化过程而发生变化。
Superpave体系是在美国战略公路研究计划SHRP计划中发展起来的,是热拌沥青混凝土设计的最新方法。Superpave体系是由三种设计等级竖向组合而成的混合料设计体系:I级设计为混合料体积设计,设计沥青用量是通过分析压实混合料的空隙率、沥青用量和集料等物理指标(体积比例)获得的;II级设计为中等路面性能设计,它可以预测路面随时间产生的永久变形、疲劳开裂和低温开裂的程度;III级设计为高等路面性能设计,是在体积设计后进行一系列温度范围内的混合料性能试验,可使预测更为严格。
Superpave体系建立了沥青胶结料的PG分级系统,属于Superpave体系中的III级设计体系,它旨在通过控制沥青胶结料的物理性能指标来提高热拌沥青混凝土的路用性能。其指标包括:
(1)温度敏感性要求:高温剪切作用下原样沥青的车辙因子G*/sinδ大于1.0kPa(G*和sinδ分别是复数剪切模量和相位角);
(2)抗永久变形能力要求:旋转薄膜烘箱(RTFO)老化后残余物车辙因子G*/sinδ大于2.2kPa;
(3)抗疲劳开裂能力要求:旋转薄膜烘箱及压力老化容器(RTFO+PAV)老化后疲劳因子G*sinδ不大于5MPa;
(4)抗低温开裂能力要求:蠕变劲度值(S)低于300MPa,斜率(m)大于0.300。
由于这些物理性能指标诸如G*/sinδ、G*sinδ、S和m都与温度有关,任何沥青都可以在适当的测试温度下达到上述物理性能指标。因此,Superpave体系PG分级系统实际上是基于一些指定温度下的物理性能参数来确定PG分级。例如,PG分级中的PG64-22级别, PG64-22的沥青要在高温64℃以上的温度满足温度敏感性要求(原样沥青车辙因子G*/sinδ>1.0kPa)和抗永久变形要求(RTFO老化后车辙因子G*/sinδ>2.2kPa),还要在低温-22℃以下的温度满足抗低温开裂要求(RTFO+PAV老化后的劲度值S<300MPa,m值>0.300),与此同时PG64-22的沥青还要在64℃和-22℃的中间温度25℃时满足抗疲劳开裂要求(RTFO+PAV老化后残余物疲劳因子G*sinδ<5MPa)。
自二十世纪七八十年代至今,再生沥青混凝土中新沥青的选择和再生剂的选择问题一直都没有改变。大多数的美国机构仍然运用粘度曲线图来确定新沥青或再生剂的粘度,从而确定其添加量。
旧沥青混合料中的沥青由于老化导致其组成发生变化,粘度增大,软化点得到一定程度的提高,这可以从宏观上说明老化沥青的高温性能得到改善,而SHRP的沥青PG系统分级可以从流变性能方面说明问题。文献研究表明, 老化沥青的高温抗剪切作用增强,因此,回收沥青有比基质沥青更好的高温性能。新旧沥青动态剪切流变性能对比图如图3。
图3显示了46～82℃范围内复合模量G*对温度的关系。结果表明,回收沥青的复合模量比新沥青高出很多,特别是低温部分。随着温度的升高,这个差距逐渐的缩小。同时,老化沥青的复合模量随温度升高而降低的斜率要远大于新沥青。相位角随温度的变化表现为低于普通沥青。这说明老化使沥青的性能变得更像固体。综合复合模量和相位角的变化,可以认为沥青材料的老化引起了弹性组分的明显增加,这使沥青的流变性能从偏粘性转化为偏弹性。
2 废旧沥青混合料变异性评价研究
2.1 废旧沥青混合料沥青含量变异性分析
选取料山10个样本点,进行燃烧法测定沥青含量试验,所得结果如表2所示。
从结果分析可以看出:废旧沥青混合料中沥青含量较高,平均油石比有4.97%,有很大的再生利用价值。样本A采集自料山向阳面表层,油石比偏低于其它几组样本,这是因为表层的沥青在阳光直射作用下老化严重,造成集料表面剥落严重所致。样本E和样本H采集自料山背阳面内部,油石比偏高于其它几组样本,这是因为该处废旧沥青混合料含水量较大,可能是试验时废旧沥青混合料没有完全烘干所致。废旧沥青混合料很容易吸水,试验时将120～140℃烘干2h后直接进行试验,以防止废旧沥青混合料冷却吸水而影响测试结果。
2.2 废旧沥青混合料级配变异性分析
废旧沥青混合料存在变异性,这使再生沥青混合料由于废旧沥青混合料的掺入而产生变异性,同时这种趋势也随着废旧沥青混合料掺量的增加而越发显著。因此,分析废旧沥青混合料中材料的变异性是十分必要的。
为了更好的分析废旧沥青混合料中所含矿料的级配变异性,本文将各筛孔分别考虑,以分计筛余量为研究对象。
图4为分计筛余量同其变异性的对比图,这里,分计筛余定义如下:
pri=pi+1-pi (1)
这里,Pri为第i筛孔分计筛余量;Pi+1为第i+1筛孔通过率;Pi 为第i 筛孔通过率。
变异系数的公式如下式:
这里,Cvi为第i筛孔的变异系数;σri为第i筛孔分计筛余的标准差;
如图4所示,回收集料主要是由0.6～9.5mm之间的部分组成的。另外,0.075mm的部分也占了很大的比例。从图4的变异系数分析可以得出以下结论, 9.5mm以上的集料颗粒变异性最大。比如,19mm筛孔的分计筛余变异性达到了99%,16mm筛孔的分计筛余变异性达到了57%,而13.2mm的分计筛余变异性为34%。另外,0.075mm以下部分也体现了高达23%的变异性。
对比级配分布和变异性情况,9.5mm以上部分集料数量少,变异性大;9.5mm到0.6mm部分集料数量多,变异性小;0.3mm以下0.075mm以上部分集料数量少,变异性也小;而0.075mm以下部分集料,无论集料数量还是变异性都很大。一般地,材料的变异性是由其内部高比例的成分决定的。9.5mm到0.6mm部分和0.075mm以下部分都对回收集料总体的变异性有贡献。而大于9.5mm的部分由于含量较少,对总体的变异性影响不大。综上可以看出,回收集料的总体变异性是由0.075mm以下部分主要决定的。
借用权重因子的概念来分析每个筛孔对于整体变异性的贡献,如下式所示。
WFi=
这里,WFi是第i筛孔的分计筛余变异性对于集料整体变异性的权重因子。权重因子分析图如图5所示。
从图5中可以看出每个筛孔对于整体变异性的贡献。0.075mm以下部分、4.75mm、2.36mm筛上的部分均有明显的贡献。因此,回收集料的整体变异性0.075mm以下部分、4.75mm、2.36mm影响最大。综上所述,0.075mm以下部分具有很明显的变异性,同时其也是回收集料总体变异性的最大贡献者。
3 结论
本文通过对废旧沥青混合料中回收沥青的化学结构、流变性能和废旧沥青混合料中沥青变异性、级配变异性进行试验分析,得到的主要结论如下:
(1)回收沥青性能试验表明老化沥青的红外图谱可以反映其组分变化。芳香分是沥青的低分子基团,即是红外图谱中的1600cm-1和876～722cm-1部分。饱和分是沥青中所含的饱和烃及长链,2853～2923cm-1处的脂肪族C-H的伸缩振动特征峰、1457cm-1和1376cm-1的脂肪族C-H的弯曲振动特征峰均是饱和分的代表。沥青质含量可以通过1698cm-1的吸收峰变化来说明。沥青的动态剪切流变试验表明老化沥青复合模量得到提高,相位角降低,整体偏向弹性部分。
(2)变异性试验结果表明:废旧沥青混合料中沥青含量较高,平均油石比有4.97%,有很大的再生利用价值。回收集料的级配变异性是可控制的,0.075mm以下的变异性最大。
摘要：对废旧沥青混合料中回收沥青的化学结构、流变性能和废旧沥青混合料中沥青变异性、级配变异性进行试验分析,综合评价了废旧沥青混合料的性能。
关键词：废旧沥青混合料,化学结构,流变性能,变异性
参考文献
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沥青混合料性能 篇2
作 者：邓爱民 霍俊香 董立 DENG Ai-min HUO Jun-xiang DONG Li 作者单位：邓爱民,霍俊香,DENG Ai-min,HUO Jun-xiang(德州路通公路工程有限公司,山东,德州,253000)
董立,DONG Li(山东交通学院,山东,济南,250023)
掺消石灰的沥青混合料性能研究 篇3
关键词:道路工程;沥青混合料;消石灰;老化性能
中图分类号:U416.2 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)27-0005-03
沥青路面具有行车舒适、低噪声和便于维修等特点,因此在高等公路建设中得到广泛应用。与此同时,我国大部分地区全年温差较大,冬季寒冷,夏季炎热,加上交通量大、轴载重、渠化交通严重为特点的现代化交通的作用,对沥青路面形成了严重的考验。各种因素的综合作用,导致了一些高等级公路沥青路面出现了严重的水损害现象。水损害的出现,使路面的使用性能下降,并诱发其他各种形式的病害,从而大大增加了道路的不安全隐患;另一方面,沥青路面的水损害也增加了养护的负担,并需投入大量的资金来恢复和维护路面的使用功能,造成了人力和财力资源的极大浪费。沥青路面的这种早期水损害已成为我国高速公路、沥青路面最严重的病害之一。[1～3]对沥青路面水损害的防治和防止措施的选用和决策具有重大的经济和社会意义。
所谓水损害是指沥青路面在水或冻融循环的作用下,由于汽车车轮动态荷载的作用,进入路面空隙中的水不断产生水压力或真空负压抽吸的反复循环作用,水分逐渐渗入沥青与集料的界面上,使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力,沥青膜从石料表面脱落,沥青混合料掉料、松散,继而形成沥青路面的坑槽、堆挤变形等损坏现象。[4～5]
1早期水损害破坏形式
经过多年的研究和生产实践,我国高速公路沥青路面多采用强基层薄面结构形式,即有半刚性基层作为汽车荷载的主要承重层,沥青面层主要起功能性作用,在这种结构形式下,高速公路沥青路面中常见的水损害破坏形式有以下几种:
1.1形变和网裂
滞留在表面层和中面层的水,在大量行车荷载的作用下,使得这两层中部分碎石上的沥青剥落。石料上的沥青一旦剥落,在荷载的作用下,表面层就会产生形变和网裂。
1.2松散
存留在面层的水分渗入到沥青与集料的界面,由于水的剥离作用使得沥青和集料之间的黏结力和黏附作用下降甚至完全丧失,导致强度急剧下降甚至完全丧失,混合料中的碎石成松散状。
1.3坑洞
沥青混凝土一旦松散,在大量的快速行车荷载作用下松散的石料被车轮甩出或被雨水带走,就会产生坑洞。而且坑洞一旦产生,很快就从小坑发展成大的坑槽。
1.4辙槽
自由水进入沥青面层后,使沥青和集料的粘聚力和粘附力减弱,在行车荷载的作用下,粗集料表面裹附的沥青膜逐渐剥落,使沥青混凝土的强度逐渐丧失,直至完全松散。在行车轮迹下不但产生压缩形变,而且产生剪切形变,轮下松散的沥青混凝土挤向两侧(主要是外侧)。这种破坏现象主要发生在行车道上。
1.5唧浆
水透过沥青面层(两层或三层)并滞留在半刚性基层的顶面,在大量快速行车作用下自由水产生很大压力,成为动水。在动水的冲刷作用下,基层表面的粉质部分如水泥、石灰、粉煤灰及土质变为稀浆,在荷载的作用下稀浆通过路面的各种缝隙被挤出至路表,即产生唧浆破坏。这种破坏现象是水损害最为明显的标志,通常发生在雨后或雪融后且基层采用二灰类、水泥类半刚性基层上。
以上的早期水损害现象有时是单独出现的,但大多数情况下是组合出现的。比如产生唧浆的地方通常会出现网裂和形变,并随着时间的推移很快会出现松散和坑洞。[6～8]
2室内试验方法
2.1短期老化试验方法
短期老化主要是用来模拟沥青混合料在施工现场拌和后在铺筑过程中的老化。根据矿料级配和沥青用量,用小型沥青混合料拌和机在标准条件下拌和好。将拌好的沥青混合料匀摊铺在搪瓷盘中,平均厚度约21～22 kg/m2,将装有混合料的搪瓷盘放入135±1 ℃的烘箱中。在强制通风的条件下恒温4 h±5 min,并
每隔1 h将搪瓷盘中的混合料翻拌一次。混合料经短期老化后,按照浸水马歇尔和冻融劈裂试验对试件的要求成型马歇尔试件。
2.2长期老化试验方法
长期老化主要是模拟沥青路面使用5～7 a服务年限内的水稳定性,因此在进行长期老化前需进行短期老化。将短期老化后的混合料,在规定的拌和温度下成型浸水马歇尔试件和冻融劈裂试验试件。将成型好的试件置于85±3 ℃烘箱中,在强制通风的条件下连续恒温5 d(120 h±30 min)。在不挪动试件的前提下,将试件自然冷却不少于16 h至室温。
为了验证在最佳消石灰掺量下,经短期和长期老化后的沥青混合料的抗水损害能力,本课题采用原状沥青混合料、掺加0.2%抗剥落剂的沥青混合料和最佳掺量为1.5%的沥青混合料进行短期和长期性能的对比分析,用浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比(TSR)作为水稳定性好坏的衡量指标。
3沥青混合料试验分析
不掺加抗剥落剂的原状沥青混合料、掺加1.5%消石灰沥青混合料及掺加0.2%胺类抗剥落剂沥青混合料经过短期老化和长期老化的浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果,见表1。
3.13种沥青混合料经短期老化后水稳定性对比分析
3种沥青混合料经短期老化后的残留稳定度和TSR结果见图1。从图中可以看出:
(1)经短期老化后,残留稳定度的排序为掺1.5%消石灰的>掺0.2%胺类抗剥落剂的>原状沥青混合料。但与掺0.2%胺类抗剥落剂的相比,在残留稳定度上掺1.5%消石灰的混合料的优势不明显。
(2)经短期老化后,TSR的排序为掺0.2%胺类抗剥落剂的>掺1.5%消石灰的>原状沥青混合料。综合考察经短期老化后的水稳定性可以认为:第一,无论是掺加胺类抗剥落剂还是消石灰都能从不同程度上改善沥青混合料的水稳定性;第二,经短期老化后,掺加胺类抗剥落剂的水稳定性要略优于掺加消石灰的,但两者的差别不明显。图1、图2中:1表示AC-16-I;
2表示+0.2%胺类抗剥落剂;3表示+1.5%消石灰。
图13种沥青混合料短期老化后水稳定度比较
3.23种沥青混合料经长期老化后水稳定性对比分析
3种沥青混合料经长期老化后的残留稳定度和TSR结果见图2。
图23种混合料经长期老化后的水稳定性比较
从图中可以看出:
(1)与短期老化相比,3种沥青混合料的残留稳定度和TSR均有明显的下降。
(2)经长期老化后,残留稳定度的排序为掺1.5%的消石灰的>掺0.2%胺类抗剥落剂的>原状沥青混合料。
(3)经长期老化后,TSR的排序为掺1.5%消石灰>掺0.2%抗剥落剂的>原状沥青混合料,且原状沥青混合料下降的幅度最大,这也说明了掺加抗剥落剂能提高沥青混合料的水稳定性。综合考察经长期老化后沥青混合料的水稳定性可以得到以下结论:掺加消石灰的水稳定性最好,胺类抗剥落剂次之,原状的最差。
4结论
3种沥青混合料经短期老化后残留稳定度和TSR基本上都增加,TSR尤其明显。比如掺加0.2%胺类抗剥落剂的沥青混合料,经短期后的浸水残留稳定度和冻融劈裂强度比(TSR)同为经短期老化的相比都有所提高了,且TSR从75%提高到86%,提高幅度比较大。也就是说,混合料经短期老化能提高沥青混合料的水稳定性。这可能是因为短期老化要在135℃的温度下强制通风4 h,沥青中饱和分、芳香分等小分子的挥发造成胶质含量的相对提高,也相以提高了沥青的黏度,黏度的提高促进了沥青在矿料表面的吸附,同时在这个短期老化过程能使沥青充分浸润到集料里,从而提高沥青和集料之间的黏附性。此外
这个过程也能促进沥青中的酸酐和碱性石料进行中和反应,这种中和反应有助于提高沥青和集料之间的黏附性。
3种沥青混合料经长期老化后残留稳定度和TSR都有所下降。这可能是因为沥青老化导致性能的下降,从而降低沥青与集料之间的黏附性,使得混合料的水稳定性降低。对于胺类抗剥落剂还可能是因为胺的分解导致碱溶度的降低而使沥青混合料的水稳定性降低。
掺加消石灰能明显提高沥青混合料的马歇尔稳定度。和沥青混合料掺加胺类抗剥落剂相比,掺加消石灰后无论是经过短期老化还是长期老化马歇尔稳定度都要大;和未掺加抗剥落剂的混合料相比,掺加胺类抗剥落剂的混合料未经老化其马歇尔稳定度要高,但经过短期老化和长期老化后,马歇尔稳定度明显不如未掺加抗剥落剂的沥青混合料。
参考文献
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8 黄孟元.SBS改性沥青混凝土配合比设计及施工控制[J].湖南交通科技,2009(2):75～79
Lime for Asphalt Mixtures
Zhu Yifan
Abstract:In order to improve the performance of asphalt mixture, used mixed with lime as an agent to asphalt mixture were tested. Hydrated Lime in Asphalt Mixture generally used to replace commonly used limestone powder, and in original condition, short-term aging, long-term aging of asphalt mixture under the marshall stability, split tensile strength, freeze-thaw splitting strength tests were tested. Results show that: three states asphalt residue by short-term stability after aging and the TSR basically increase; three states asphalt residue by a long-term stability after aging and the TSR are down; mixed with lime can increase the asphalt mixture marshall stability.
纤维胶粉沥青混合料性能研究 篇4
随着我国经济的快速增长, 交通运输业和汽车工业得到了较大的发展, 同时也造成了大量废旧轮胎对环境的黑色污染。据世界卫生组织统计, 全世界废旧轮胎的积存量已达30亿条, 并且还在以每年约10亿条的速度不断增长。中国是世界上最大的轮胎生产国, 废旧轮胎的产生量也在急剧增加, 2010年我国废旧轮胎产生量超出2亿条, 如果废弃, 会给我国的环保带来巨大的压力, 也会造成资源的巨大浪费。
将废轮胎橡胶粉掺入到沥青中制备成橡胶粉改性沥青应用于道路路面铺设不仅可大幅度提高沥青路面的路面性能、延长适用寿命、降低公路建设造价, 而且能起到治理污染、节约资源、综合利用废物的作用, 符合国家环保政策和发展循环经济、建设节约型社会的要求。但由于废轮胎橡胶粉改性沥青工艺的复杂性, 废轮胎橡胶粉在道路工程中的运用与我国废旧轮胎产生量还很不匹配。
2 国内外研究现状
美国联邦公路局 (FHWA) 开发了一种化学改性废胶粉沥青, 用特定的化学物质来处理废胶粉, 然后加入到沥青中, 来提高废胶粉改性沥青的性能, 减轻沥青的离析, 取得了良好的效果;Niyang等人对废胶粉改性沥青采用了预混母体法和添加剂、稳定剂, 研究制得性能好的废胶粉改性沥青;石洪波等人研究了废胶粉改性沥青中掺加糠醛油作为助剂提高沥青的性能, 并提出了相应的配比;廖明义等人研究了助剂和制备工艺来提高废胶粉改性沥青的性能;解建光等人研究了将废胶粉表面进行碱化处理, 从而改善废胶粉和沥青之间的结合, 提高其稳定性能;刘大梁等人用硅藻土和废胶粉复合对70#沥青进行改性, 取得了一定的效果。
虽然国内外已经使用了一些方法促进了废胶粉改性沥青性能的稳定和提高, 但是, 这个方面的研究还处于一个起步阶段, 研究还不够深入;同时主要采用的是化学方法, 由于工艺复杂, 故尚未得到很好地推广应用。
木质素纤维:木质素 (Methyl Celluose) 纤维是由木材管胞失去生命力后形成的, 木材管胞具有中空结构, 中空内径一般为40～60 pm, 管胞长度为1～3 mm。处理温度高达250 ℃以上时不变质, 外观呈灰色, 纤维截面形状锯齿形, 纵向结构圆柱形, 化学稳定性好。
将木质素纤维和废橡胶粉两者共同使用以达到提高沥青混凝土的抗裂性能并降低废橡胶粉改性沥青的工艺敏感性, 便于施工, 对促进废轮胎橡胶粉在道路工程中的运用具有较好的助推作用。
目前, 美国铺设的橡胶粉改性沥青路面已达到1.1万公里。在美国已应用和正在研究开发的使用废轮胎胶粉改性沥青及沥青混合料技术分为两大类:即“干法”和“湿法”。“干法” (dry process) 是在沥青混合料生产时, 直接将胶粉投入到沥青混合料拌合锅中, 制成胶粉改性沥青混合料;“湿法” (wet process) 是将胶粉在较高的温度下加入到热沥青中, 通过快速搅拌等工艺和助剂材料, 制备为成品的胶粉改性沥青, 然后与矿物混合制得混合料。研究表明, 干法中胶粉主要起到填充作用, 与沥青相互作用不充分, 改性效果较差;相对而言, 湿法所制得的胶粉改性沥青性能更好。
其他工业发达国家, 如日本、加拿大、法国、英国、荷兰、比利时、瑞典、澳大利亚等, 都已成功地使用废橡胶粉改性沥青, 且用于修筑高等级公路。国外20多年的胶粉沥青使用经验表明, 对于重交通沥青路面胶粉改性沥青比普通沥青具有抗变形、低温抗裂性、高温稳定性、抗车辙和耐疲劳性的明显优势。2003年, 德克萨斯的检测结果发现, 使用橡胶沥青的开级配抗滑层 (OGFC) 平均降噪8dB, 而且路表磨擦提高了两倍以上。
经过近半个世纪的应用, 废旧橡胶粉在公路工程中的应用大致经过了5个发展阶段:应力吸收层;应力中间吸收层;开级配沥青混凝土;连续级配沥青混凝土;断级配沥青混凝土。经过实践检验和经验总结, 美国使用废轮胎橡胶于路面上相当成功的亚利桑纳州主张不要将橡胶沥青使用在密级配, 应将其用在间断级配结构层, 或是开级配磨耗层。当前大多数国家的技术指南中也都明确规定橡胶粉应用于断级配沥青混凝土。
2001～2003年, 由交通部设立, 交通部公路科学研究所与同济大学、山东省交通科学研究所等单位合作承担了交通部西部交通建设科研项目“废旧橡胶粉用于筑路的技术研究”, 该项目对橡胶粉在沥青混合料中的作用机理以及橡胶沥青、橡胶沥青混合料的力学特性和路用性能进行了试验研究, 结合我国实际, 初步提出了路用橡胶粉及橡胶粉改性沥青的技术标准、橡胶粉沥青混合料设计方法及技术标准建议稿。结合室内试验研究结果, 在华南地区、西南地区、轻冰冻地区等三个气候片区修筑总长近30公里的试验路和实体工程 [1]。试验路施工有干法和湿法两种工艺, 到目前为止应用效果良好。与此同时, 国内橡胶粉改性沥青技术, 也从最初借鉴国外成果和引进设备, 到如今已经实现了自主研发, 不仅生产技术领先, 而且沥青性能也优于国外产品。一些企业甚至已经开始向国外成套出口橡胶沥青技术及设备。
沥青混凝土的抗裂性是影响沥青路面路用性能和使用寿命的关键影响因素之一。国内外学者对其进行了广泛的研究, 提出了各种提高沥青混凝土抗裂性的方法。主要有加铺应力一应变吸收膜、土工格栅、土工织物;改进沥青混合料设计, 采用“合金化”方法;在面层与基层之间增加级配碎石层;基于柔性基层的设计;基层预切缝以及在沥青混合料中添加纤维材料。其中, 在沥青混合料中掺加纤维材料目前被认为是改进沥青路面抗裂性比较经济有效的方法。Lee[2], 黄彭[3], Free-man[4], Moussa[5], 陈华鑫[6]等陆续对尼纶纤维, 木质素纤维, 聚酯纤维, 聚乙烯纤维, 聚酰胺纤维沥青混凝土路面和各种纤维的微观性质做了深入的研究, 发现木质素纤维具有较好的效果。
仲玉侠[7]通过车辙试验研究了加入德兰尼特、木质素纤维的AC沥青混凝土的动稳定性和变形量及其影响因素, 结果表明改善低温抗裂性能可选用木质素纤维, 纤维掺量为0.2%, 可兼顾低温强度和劲度。王发洲[8]采用聚合物纤维和木质素纤维混合使用方式, 通过马歇尔试验、车辙试验、冻融劈裂试验和抗反射裂缝性能试验进行混杂纤维增强沥青混合料的路用性能和抗反射裂缝性能的研究。结果表明:混杂纤维能够显著提高沥青混凝土的高温抗车辙性能、低温抗裂性能和良好的抗裂缝反射能力。杨红辉[9]通过对木质素纤维沥青混合料的一系列路用性能试验, 其中包括高温变形特性、水稳定性、低温抗裂性和抗疲劳性等, 试验结果表明, 适当降低其沥青用量可以大大改善沥青混合料的高温性能, 同时混合料的其它路用性能也有一定的提高。
3 拟开展研究的内容
通过试验研究和评价掺加木质素纤维废橡胶粉沥青混合料的性能, 为木质素纤维及废橡胶粉沥青混合料在城市道路的实体工程应用提供技术依据, 提高混合料的技术性能。本课题主要是研究和评价木质素纤维及废橡胶粉沥青混合料的技术性能, 为木质素纤维及废橡胶粉沥青混合料在城市道路的实体工程应用提供技术依据, 研究内容分为四部分:
(1) 对现有沥青混凝土路面裂缝情况开展调查, 研究分析面层裂缝的开展机理, 找出沥青混凝土面层本身性能中的主要影响因素。
(2) 木质素纤维及废橡胶粉改性沥青制备工艺研究, 制备木质素纤维及废橡胶粉改性沥青, 测试其性能, 并分析废胶粉掺量、废胶粉细度以及工艺参数 (搅拌温度、搅拌时间、剪切时间等) 对改性沥青性能的影响。
(3) 木质素纤维及废橡胶粉改性沥青混合料的性能试验及评价。
(4) 研究改善木质素纤维及废橡胶粉抗裂沥青混凝土的施工特性, 降低对施工工艺的敏感性。根据木质素纤维及废橡胶粉抗裂沥青混凝土的性能, 制定木质素纤维及废橡胶粉抗裂沥青混凝土路面施工工艺与质量控制方法, 并在试验路上加以应用, 最后, 对木质素纤维及废橡胶粉抗裂沥青混凝土路面经济、环境和社会效益进行了分析评价。
4 结 语
将木质素纤维和废橡胶粉这两种沥青路面改性材料按照一定的组合共同用于沥青混凝土中, 充分发挥它们各自的优点, 有效预防沥青混凝土路面的裂缝产生;确定废橡胶粉改性沥青及沥青混合料生产工艺, 便于施工单位施工, 为废轮胎胶粉在沥青混凝土中的大规模使用创造条件。
摘要：通过试验研究和评价掺加木质素纤维废橡胶粉沥青混合料的性能, 为木质素纤维及废橡胶粉沥青混合料在城市道路的实体工程应用提供技术依据, 提高混合料的技术性能。将木质素纤维和废橡胶粉这两种沥青路面改性材料按照一定的组合共同用于沥青混凝土中, 充分发挥它们各自的优点, 有效预防沥青混凝土路面的裂缝产生。
关键词：木质素纤维,胶粉沥青,试验方法
参考文献
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[5]Moussa G K.Effect of addition of short fibers of polyacrylic and pol-yamide to asphalt mixtures[J].AKJAlexandria Eng Journal, 2003, 42 (3) :329-336.
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[7]仲玉侠, 杨锡武, 徐基立.AC纤维沥青混合料性能试验研究[J].重庆交通学院学报, 2006, 25 (6) :63-67.
[8]王发洲, 张运华, 刘小星.混杂纤维增强沥青混合料的性能研究[J].湖南科技大学学报 (自然科学版) , 2008, 23 (2) :71-75.
沥青混合料性能 篇5
采取掺入普通矿粉、消石灰、水泥、活性矿粉等单一或综合的.措施,进行了各种措施下沥青混合料性能指标的室内试验,研究了不同措施对片麻岩沥青混合料路用性能的改善效果.试验结果表明:不同措施的改善效果不同,掺活性矿粉对提高片麻岩沥青混合料水稳定性效果好,而掺普通矿粉的水稳定性效果差.
作 者：林振华 石义学 王炜 LIN Zhen-hua SHI Yi-xue WANG Wei 作者单位：林振华,LIN Zhen-hua(武汉理工大学硅酸盐工程中心教育部重点实验室,武汉,430070)
石义学,SHI Yi-xue(湖北路桥,武汉,430070)
王炜,WANG Wei(湖北葛洲坝试验检测有限公司,宜昌,443002)
沥青混合料性能 篇6
【关键词】沥青混合料；空隙率；性能
对于沥青路面而言，适宜的空隙率是至关重要的。当路面的空隙率约处于8%~15%，沥青路面最容易发生水损害。此外，在高速行车荷载和温度的反复作用下，空隙中就会产生强大的动水压力和泵吸作用力，使得集料和结合料之间的粘附性降低，沥青薄膜开始慢慢脱落，空隙逐渐扩大，最后便开始掉粒、松散、坑槽、唧浆等水破坏现象。已有大量资料表明，空隙率对沥青混凝土路面的各个主要技术指标有很大的影响，空隙率的大小直接与沥青路面的透水性、抗车辙性能、疲劳寿命等关键技术指标相关。当空隙率设计适当时，沥青混凝土路面的水损害、高温车辙等早期破坏才会减小到最小程度。因此，有效地控制空隙率在沥青路面设计中起着重要的作用。
1.空隙率对渗水系数的影响
在分析路面早期损坏时，有许多因素直接或间接的影响着路面的透水性，如混合料级配、集料的颗粒形状等，但混合料的空隙率是影响路面透水性的最主要根源。
在对SUP16型混合料进行的透水试验时发现，对于粗集料聚集部位，若铺层厚度范围内上下均为粗集料，有较大的空隙率，透水系数在120ml/min以上；若对于较轻的表面离析，空隙率较小，透水系数在50ml/min以上；对于非离析部位混合料比较密实，透水系数在30ml/min以下，离析情况与透水系数见表1。
表1 渗水系数与离析程度
密级配热拌沥青混合料空隙率与渗水系数的关系见图1。由图中的曲线可见在空隙率8%左右是透水性的拐点，当大于拐点时，空隙率的微小变化会引起透水性的急剧增加；当空隙率小于拐点时，特别是当空隙率小于6%时，透水系数很小，低于100ml/min。此外，压实度不足，尤其压实温度较低时，导致空隙率增加，其关系曲线如图2所示。随着碾压温度的不断升高，路面的空隙率、渗水系数不断降低。因此，在施工过程中，必须选择合理的压实机械、压实温度、速度和遍数等，以期达到提高沥青路面的强度、稳定度和密实度。
图1 空隙率与渗水系数关系
图2 压实温度与空隙率及渗水系数的关系
2.空隙率与混合料水稳定性
试验中成型的试件板按空隙率的大小分为两组；第一组试件在25±0.5℃水中恒温2h以上后以51mm/min速率加载测定劈裂强度；第二组在负压下饱水率60%~80%，经过-18℃下冷冻16±1h，60℃热水中恒温24h，在25±0.5℃水中恒温2h以上后测定的劈裂强度。
SUP16沥青混合料TSR与空隙率的变化曲线如图3所示，其中TSR为冻融循环后强度与未进行冻融循环的试件强度之比。试验结果表明，劈裂强度比随试验的空隙率增加而减小，当空隙率大于7%时，曲线下降十分急剧。以TSR=0.7~0.8为临界值时，当空隙率大于7%时，TSR已小于0.7，表明水稳性已严重不足。
图3 空隙率与TSR的关系曲线图
3.空隙率对混合料强度的影响
混合料的力学性能直接影响了路面的使用性能，在车辆载荷的作用下，其内部具有多项应力状态。可采用测定抗拉强度的方法，反映路面不同的空隙率对其强度的影响。
在试验时考虑到混合料的空隙率变化基于两种机理：一种是由于材料级配变化造成的，如由于材料离析，使得粗料集中部位细集料很少，粗集料产生的空隙缺少细集料补充而形成的空隙过大，这种情况不是由于压路机的压实功不足，而是材料结构发生了变化；另一种情况是由于混合料温度发生离析，使某些局部混合料温度过低而难于压实，或者由于对铺层施加的压实功不均匀，造成的路面空隙率的变化。
对于第一种离析产生的空隙率变化与强度的关系，可采用不同的级配形式模拟，试验结果如表2所示。对后一种离析所造成的空隙率与强度的关系，可采用同种级配空隙率的变化模拟趋势如见表3所示。空隙率对抗压强度的影响如4所示。
表2 不同级配空隙率变化与强度关系
表3 同种级配空隙率变化与强度关系
图4 浸水前后的空隙率变化对强度的影响
由表2、表3和图4可见，无论是材料离析、温度离析还是碾压离析所造成的路面空隙率的变化，混合料的抗拉强度都会随着空隙率的增加而急剧下降，原因是路面空隙率增加，纵向剖面上的有效粘结力减小，抗拉能力减弱。由图4可见抗压强度与试件空隙率有明显的相关关系，特别是浸水后，当空隙率较大时（如大于7%或8%）其强度发生急剧的变化。
4.空隙率对疲劳寿命的影响
路面使用期间，在自然环境和车轮荷载的循环作用下，长期处于应力、应变交替变化状态，使路面结构强度下降，当荷载作用次数达到一定程度时，应力超过强度极限，使路面出现裂纹或发生断裂破坏。
图5 空隙率与疲劳寿命的关系曲线
由于路面材料的抗拉强度与其内部结构有着十分密切的关系，如沥青劲度、集料与沥青粘附性、矿料级配等，其中路面空隙率起着重要的作用。图5为SUP16级配混合料疲劳寿命随空隙率的变化曲线。试验结果表明，空隙率为7.4%时，疲劳寿命为226962次，如图2-20所示。当空隙率增加1%时，疲劳寿命降低50990次，仅为前者的77.5%；当空隙率增加2%时，疲劳寿命仅存58%。
5.空隙率对车辙的影响
车辙是高速公路渠化交通条件下的一种损坏形式。发生严重车辙的主要外因是高温重载低速，内因是混合料没有足够的高温稳定性，而空隙率在产生车辙的过程中也起着重要的作用。由图7可见，改性沥青SUP-16混合料的空隙率对车辙的影响程度。当空隙率增加1%时，车辙深度增加近50%。
图7 空隙率对车辙深度的影响
6.结论
有调查资料表明，在存在早期破坏的沥青混凝土路面中，无论破坏处还是未破坏处，空隙率都远远高于设计值。室内试验结果表明，当空隙率超过7%时，透水性急剧上升，水稳定性急剧下降，车辙深度增加，对混合料路用性能有严重影响。为了解决沥青路面水损害等早期破坏问题，就要在设计中合理设计空隙率，施工中控制压实度，尽量减少沥青混合料发生老化和离析现象，确保沥青路面摊铺碾压的质量，才能使得沥青混凝土路面的水损害、高温车辙等早期破坏减小到最小程度。
【参考文献】
［１］赵朝华,陈小满,杨庆国等.开级配混凝土空隙率设计方法研究[J].交通标准化.2010(23)：26-31.
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矿粉对沥青混合料性能影响研究 篇7
以沥青为胶体, 将粗细集料和填料按一定比例胶结而成的胶凝材料称为混合料[3,4,5]。矿粉在沥青混合料中起到非常重要的作用, 可以影响混合料的强度、耐久性、变形能力、路用性能等多项指标, 本文通过矿粉数量的变化来研究矿粉对沥青混合料性能的影响。
1 原材料
矿粉:石灰岩磨细矿粉, 银川南达矿粉厂出品, 其级配表如下所示。
2 研究方法
为研究矿粉变化对沥青混合料性能的影响, 在保持沥青含量不变的情况下, 根据矿粉数量的变化, 通过马歇尔稳定度的变化来反映强度的变化规律, 通过动稳定度的变化来反映变形能力的变化规律。
通过马歇尔稳定度实验确定的目标配合比中最佳油石比是4.3%, 粉胶比为1.1, 稳定度为8.97KN, 动稳定度为1020次。
3 实验结果与分析
3.1 矿粉变化对稳定度的影响
目标配合比其他参数不变的情况下。粉胶比分别为0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4, 通过稳定度的变化来研究矿粉对稳定度的影响规律。每种矿粉含量下分别制作一组马歇尔试件 (6个) , 按照规范要求制作标准马歇尔试件病测定其稳定度, 取平均值做为代表值, 稳定度变化规律如图1所示。
由图可以看出, 随着粉胶比的逐渐增加, 稳定度先增加后降低, 说明矿粉对稳定度有直接的影响, 粉胶比从0.9增加到1.0时, 稳定度从6.52KN增加到7.35KN, 增加了0.83KN, 粉胶比从1.0增加到1.1时, 稳定度从7.35KN增加到8.97KN, 稳定度增加了1.6KN, 增加量几乎是0.83KN的一倍;分析原因是由于矿粉的增加, 矿粉相对数量增加, 结构沥青量增加, 使沥青的稠度和劲度增加, 从而使沥青混合料的稳定度增加。
由图1还可以看出粉胶比从1.1到1.2之间变化时, 稳定度几乎没有变化, 说明目标配合比设计中粉胶比1.1是可行的, 粉胶比从1.3到1.4变化时, 稳定度急剧下降, 从8.75KN下降到7.01KN, 下降了1.64KN, 说明在此情况下随着粉胶比增加, 对稳定度已经产生了副作用。分析原因认为:随着矿粉数量的增加, 在搅拌过程中矿粉不易分散, 难以均匀分布于沥青混合料中, 同时沥青用量相对降低, 部分矿粉颗粒未被覆盖, 影响了混合料的粘结性, 从而混合料的稳定度急速下降。
3.2 矿粉变化对动稳定度的影响
和稳定度的研究方法一样, 分别制作粉胶比为0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4的车辙试件, 通过稳动定度的变化来研究粉胶比对动稳定度的影响规律。每种粉胶比下分别制作三块车辙试样, 取平均值做为代表值, 动稳定度变化规律如图2所示:
由图2可以看出, 随着粉胶比的增加, 动稳定度先增加后减少。粉胶比从0.9到1.1, 动稳定度增加趋势明显, 但当动稳定度超过1.1时, 增长趋势逐渐放缓, 当粉胶比超过1.2时动稳定度达到最大值, 随后开始逐渐下降。
4 结论
通过以上图表和实验数据可以得出以下结论: (1) 随着矿粉的逐渐增加, 稳定度先增加后降低, 说明矿粉对稳定度有直接的影响, (2) 粉胶比在1.1和1.2时稳定度和动稳定度达到最大值, (3) 随着矿粉的增加, 动稳定度先增加后减少。
参考文献
温拌沥青混合料性能分析 篇8
1 温拌沥青混合料的概念
传统的沥青混合料分为热拌HMA (Hot Mixture Asphalt )和冷拌两种。热拌、热铺沥青混合料路面结构强度高,水温的稳定性好,是目前我国高等级公路中最常用的路面结构。但其施工过程中会产生大量有害的浓烟,不仅对人体健康有害,还会大大增加温室气体排放和能源消耗。冷拌沥青混合料一般采用乳化沥青或液体沥青与集料在常温状态下拌和、铺筑。但冷拌沥青混合料成本高、初期路用性能差,难以满足高速公路、重载交通道路等重要工程的要求。
温拌沥青混合料WMA(Warm Mix Asphalt)是一类使用特定的技术或添加剂,使拌和及施工温度介于热拌沥青混合料(150～180 ℃)和冷拌沥青混合料(10～40 ℃),性能却能与热拌沥青混合料相媲美的一种新型沥青混合料的统称。就目前的技术水平,WMA拌合温度一般保持在120～130 ℃,摊铺和碾压温度为80～110 ℃。相比于热拌沥青混合料,温度可以降低30 ℃以上。
2 温拌沥青混合料发展状况
2.1 国外温拌沥青混合料研究情况
1995年,Shell公司和Kolo-veidekke公司首先联和研制出温拌沥青混合料。1996年进行生产,这样生产出来的WMA虽然在性能上能和HMA相媲美,但生产成本却高出HMA20%。为了降低成本,同时又不降低WMA的性能,Shell和Kolo-veidekke在1998年开始用泡沫沥青和软沥青来生产温拌沥青,并制备WMA,这种WMA在1999年和HMA进行现场对比试验,并通过1年的春、冬季跟踪观察,得到WMA的使用性能良好。因此,2000年在悉尼第一次国际沥青路面会议和2000年巴塞罗纳第二届欧洲沥青大会上 WMA 得到了大规模的宣传和介绍,在欧洲、澳洲和南非等地获得了广泛关注,2001年WMA使用量达到了8 000 t,2002年增加到了15 000 t,2003年增加到30 000 t,可以看出WMA发展趋势加快。在2002年和2007年,美国两次对欧洲进行了温拌沥青技术的考察和总结,进一步推动了温拌技术的发展。
2.2 国内温拌沥青混合料研究情况
我国温拌沥青混合料技术研究和应用始于2005年。北京市路桥路兴物资中心和交通部公路科学研究所合作尝试研究温拌沥青混合料,2005-09,在北京八达岭高速公路国道110辅线首次成功实施温拌试验路。上海市场道公司在虹口区新市路铺筑上海市第一条温拌沥青混合料试验路,试验路长500 m,共摊铺260 t温拌沥青混合料。2006-09,我国铺设了世界上第一条改性沥青SMA温拌试验路。2008-05,河北省铺设了世界上第一条橡胶沥青的温拌试验路。2009-10,在新疆赛果高速项目-路面九标中成功铺筑长度为500 m的温拌沥青试验路。迄今为止,这套技术已在全国20个省市试验了80多条路段。经跟踪调查,其路用性能良好。
3 温拌沥青混合料的性能分析
3.1 节能减排
1997年联合国气候大会上制定的《京都议定书》严格控制包括CO2在内的六种温室气体排放量,规定2010年的全球温室气体排放量在1990年的基础上减少5.2%。因此,温拌沥青混合料能够得到迅速的应用,是和当时节能减排的大环境分离不开的。德国研究数据表明,每生产1t热拌热铺沥青混凝土需消耗8 L燃料油,如温度降低至30～50 ℃,可节约燃料2.4 L,并可以减少30%的CO2排放量和40%的粉尘排放量。WMA相对于HMA,温度降低了30 ℃以上,温拌沥青“低能耗”的特点正符合我国节能减排的战略目标。
在热拌沥青现场释放出大量的沥青烟雾,这些沥青烟中含有大量的CO2、CO、SO2以及多种氮氧化合物和其他烟尘等,不仅污染环境,而且严重影响现场工作人员的健康。在《温拌沥青混台料性能研究和应用》的研究报告中,我们看到这样两张表格(见表1、表2),温拌技能可以减少61.5%的CO2和91.9%沥青烟的排放。把表1、表2的数据转化为柱形图(见图1、图2),我们可以更加明显的看出,不管是在沥青拌合厂还是在施工现场,WMA相比于HMA,WMA各类气体排放量都大幅度降低,保护环境,同时,极大地改善了施工环境。
3.2 降低沥青老化速率,提高路用性能
研究认为温度高于100 ℃的沥青,当温度每提高10 ℃,其老化速率将提高1倍。由于温拌沥青混合料在拌和与施工过程中采都用了较低的温度,也就显著降低了沥青混合料的短期老化现象,从而改善了材料的路用性能,延长了沥青路面的使用寿命。
通过一组数据(见表3)可以明显看出,在同等沥青使用量的前提下,WMA的动稳定度较大,大约是HMA的1.4倍,混合料的高温性能比较突出;虽然弯曲破坏应变没有热拌沥青混合料高,是它的90%左右,但对混合料的整体性能影响不大,并且各项指标完全符合要求,所以,WMA相比HMA具有更好的性能。
3.3 运输便利,延长施工季节
由于WMA相比于HMA温度降低30 ℃以上,它与环境温度的差异缩小,其储运过程中降温速率下降,就允许储存时间和运输时间延长。并且温拌沥青混合料本身具有较高的压实度,即使在表面温度较低情况下,它的施工密实度仍然可以达到规定的要求。这样春季施工的时间可以相应的提前,秋季施工的时间可以相应的延后,延长了整体施工时间。温拌沥青混合料完成压实后,已经处在较低的温度水平,可以较快地开放交通,减少了施工作业对交通的影响。
3.4 延长沥青混合料拌和设备使用寿命,降低设备使用成本
由于生产温度的降低,混合料生产过程中对钢铁制的生产设备的损耗也相应降低,可以延长设备使用期,降低成本;另外,温拌沥青混合料的生产备料或余料,均可灵活而有效地存储较长时间,提高了生产能力,降低了有关厂家的设备损耗;同样,温拌沥青混合料有害气体排放量大幅度降低,沥青拌和厂的建设范围限制降低,产品的使用范围扩大。
4 温拌沥青混合料技术的分类
1) 沥青-矿物法(Aspha—Min)。
采用的矿物是一种人造的合成沸石铝硅酸钠,水热结晶,呈非常细的白色粉末状。在沥青混合料拌和过程中,将这种粉末状材料(大约0.3%)加入进去,沸石中含有21%结晶水,在85 ℃以上时水分散失出来,从而使沥青产生连续的发泡反映。泡沫起到润滑剂的作用,使混合料在较低的温度(120～130 ℃)下具有可拌合性。
2) 温拌泡沫沥青混合料法(WAM—Foam)。
含有软、硬两种胶结料,在工厂生产的不同阶段分别加入软胶结料和硬胶结料。第一阶段将软胶结料加入到100～120 ℃的集料中拌和,达到初步裹附;第二阶段以泡沫形式的硬胶结料,在90～120 ℃温度与混合料进行充分拌和。
3) 有机添加剂法。
将低熔点的有机添加剂加入到混合料中,从而降低结合料的粘度。目前,成功应用的化学添加剂有两类,合成蜡(如Sasobit)和低分子量脂类化合物(如Asphaltan B)。添加剂大约在100～120 ℃融化,溶化后的添加剂会产生大量的液体。从而使结合料粘度降低。
4) 表面活性平台温拌法(Evotherm)。
该方法是将专用浓缩液直接加入搅拌锅进行沥青混合料的拌和,通过独特的化学表面活性剂,配置成皂液的形式直接加入拌合缸,与沥青石料进行搅拌,在化学表面活性剂和水膜共同作用下,改变了沥青短暂的动力粘度,从而提高了较低温度下的拌和性能。表面活性平台温拌法(Evotherm)的优点是添加剂残留少(0.4%～0.7%),配合比设计结果与热拌逼近,对现有拌和设备改变少,节约成本。
5 结束语
温拌沥青混合料具有节能环保、提高沥青混合料路用性能等优点,符合我国节能减排的战略目标、“建设资源节约型、环境友好型社会”的发展方向 。目前温拌沥青混合料技术在我国大部分省市的几十个大中型项目中已被应用,并且通过跟踪调查、得到其应用效果很好,但长期路用性能有待跟踪评测。
摘要：近年来,在环境污染和能源枯竭的现状得到全球范围的关注下,温拌沥青混合料作为一种节能环保的新型绿色混合料应运而生。介绍温拌沥青混合料的概念以及温拌沥青混合料在公路界广泛应用的重要性。对国内外使用的温拌沥青混合料技术进行分类。
关键词：温拌沥青混合料,性能分析,技术分类
参考文献
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沥青混合料性能 篇9
沥青路面再生研究在国外起步较早, 已经形成了一个技术系统。1997年美国NCAT (National Center for Asphalt Technology, 国家沥青技术中心) 的报告全面总结了沥青路面再生的研究成果, 其中包括了沥青路面冷再生的材料与混合料设计的研究成果。国内近几年在沥青路面冷再生方面的研究也逐渐增多, 再生剂主要为乳化沥青、泡沫沥青及掺加少量水泥等。
乳化沥青是一种最常用的广义再生剂, 采用其进行沥青路面冷再生, 操作简单、方便。由于乳化沥青冷再生混合料在成型过程中掺入沥青乳液, 而乳液需经历破乳过程, 其粘结力随时间增长。由于混合料早期强度低, 易于发生松散, 因此早期需采取封闭交通或限制车速等措施, 待其强度在行车荷载和外界环境作用下增强到一定程度后, 才完全开放交通, 严重影响了其工程应用和推广。而在冷再生混合料中加入少量的水泥, 可加速乳化沥青破乳, 提高混合料的早期强度、缩短开放交通时间。沥青和水泥共存, 其混合料兼具刚性与柔性特点。本文以乳化沥青为主要再生剂, 通过试验, 对掺加水泥的乳化沥青冷再生沥青混合料试件的强度进行对比分析和探讨。
(一) 试验用原材料
旧沥青路面材料为京珠国道主干线湖南境内某段高速公路路面面层铣刨料, 旧沥青混合料级配为AK-16型, 其沥青结合料为SBS I-D聚合物改性沥青、含量4.4%、集料为玄武岩。乳化沥青为拌和用慢裂慢凝型SBR改性乳化沥青, 蒸发残留物含量为59%。水泥为PO32.5级普通硅酸盐水泥, 其各项技术指标满足《公路水泥混凝土路面施工技术规范JTG F30-2003》相关要求。将旧路面材料当作集料或“黑石头”, 100%RAP集料级配的筛分结果如图1所示。
(二) 混合料试件制件与养生
慢裂慢凝型乳化沥青多采用最佳液体总量确定最佳含水量, 而本试验采用的为慢裂快凝型乳化沥青, 所以本文采用最佳含水量法确定外加水的用量。
先将RAP与水泥一起拌和使水泥分布均匀, 再加入适量的水, 拌和均匀, 使集料表面完全湿润, 然后加入乳化沥青, 再拌和均匀。为了模拟混合料实际的强度生长过程, 以及路面修筑后为使混合料进一步密实的要求而继续行车压实的情况, 混合料试件击实分两次进行, 第一次为混合料拌制入模时, 两面各击实50次;模内养生24h后两面各击实25次。
温度是影响养生的重要因素, 温度高固然能提高养生速度, 但温度越高混合料中的沥青越易软化, 引起材料的结构将改变, 且会抑制水泥的水化从而导致水泥水化物最终强度降低, 本次试验养生温度采用低压蒸汽养护温度60℃, 养生时间为3d, 确保试件中没有水分, 处于完全干燥状态。
(三) 试验结果与分析
1. 15ºC劈裂强度试验
劈裂试验间接地量测材料的抗拉强度, 操作方便, 是评价沥青混合料使用性能常用的试验方法。沥青混合料与半刚性基层材料的劈裂抗拉强度也是路面结构设计的重要参数, 现行规范JTJ F40也采用劈裂试验作为评价沥青混合料的水稳定性的手段。本文测试了不同水泥剂量 (0%、1%、2%、3%) 的乳化沥青冷再生沥青混合料的15ºC劈裂强度, 其结果见图2。
由图2可知, 乳化沥青冷再生沥青混合料的15ºC劈裂抗拉强度随水泥含量的增加而近似线性增加, 说明水泥的掺入能提高混合料的最终强度。
2. 冻融劈裂强度试验
由图3可见, 掺入少量水泥既可显著改善混合料的水稳定性, 加入1%水泥可使冻融劈裂试验残留强度比TSR提高到81%, 但继续增加水泥用量却不能进一步提高混合料的TSR及混合料的抗水损性能。
3. 15ºC与20ºC抗压强度
试件制作采用已经确定的最佳含水量与最佳油石比, 参照JTJ 052规程T0704“沥青混合料试件制作方法 (静压法) ”, 圆柱体试件直径100±2.0 mm、高100±2.0 mm。根据现行JTG D50规范, 试验在20°C与15°C两个温度下, 按照JTJ 052规程T0713“沥青混合料单轴压缩试验 (圆柱体法) ”进行, 加载速率为2 mm/min。
由图4可见, 混合料15ºC与20ºC抗压强度随掺入水泥的成近似线性关系。混合料15ºC抗压强度在1.5~2.2MPa之间, 20ºC抗压强度在1.1~1.4MPa之间。
(四) 结语
本文通过对掺加不同水泥剂量的乳化沥青冷再生混合料进行劈裂强度、冻融劈裂强度和抗压强度等室内试验, 对比分析和探讨了未加水泥和加水泥乳化沥青冷再生沥青混合料的性能, 可以得出以下几点结论:
1.乳化沥青冷再生沥青混合料的15ºC劈裂抗拉强度随水泥含量的增加而近似线性增加, 说明水泥的掺入能提高混合料的最终强度。
2.掺入少量水泥既可显著改善混合料的水稳定性, 加入1%水泥可使冻融劈裂试验残留强度比TSR提高到81%, 但继续增加水泥用量却不能进一步提高混合料的TSR及混合料的抗水损性能。
3.混合料15ºC与20ºC抗压强度随掺入水泥的成近似线性关系。混合料15ºC抗压强度在1.5~2.2MPa之间, 20ºC抗压强度在1.1~1.4MPa之间。
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沥青混合料性能 篇10
根据以往研究,沥青混合料疲劳试验大多都在10～15 ℃下进行。但考虑到武汉地区冬季低温(0 ℃左右)持续时间较长,路面反射裂缝也大多出现在这段时间,为了更好地评价橡胶沥青的低温抵抗反复弯曲荷载的能力,本文选用0 ℃作为混合料疲劳试验的温度,以武汉四新大道沥青路面加铺工程为依托,采用应变控制荷载模式,对比研究了普通沥青混合料、SBS改性沥青混合料和橡胶沥青混合料的低温疲劳性能。
1沥青混合料级配和用量
对基质沥青和SBS改性沥青混合料,选择工程中常用的AC-13作为试验级配,级配范围与合成级配见图1。以4.5%为目标空隙率,采用马歇尔设计方法,得到基质沥青混合料的油石质量比为4.9%,SBS改性沥青混合料的油石质量比为5.0%。
对橡胶沥青混合料,参考国内外相关技术规范要求后,结合武汉地区市政工程建设经验,选取级配尽量靠近中值,级配范围与合成级配如图2所示。
橡胶沥青混合料目标空隙率同样为4.5%,采用马歇尔设计方法,最终确定橡胶沥青混合料的油石质量比为7.5%。
2疲劳试验说明
按JTJ 052—2000《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规定进行,采用轮碾法成型试件,再切割成380 mm×63.5 mm×50 mm小梁。小梁弯拉疲劳试验设备为UTM试验机,采用四点应变控制正弦荷载加载,加载频率为10 Hz,试验温度为0 ℃。
3疲劳试验结果分析
应变控制模式的疲劳试验过程中,试件不会出现明显的断裂破坏。通常人为定义当混合料的劲度达到初始劲度的一半时作为破坏准则,此时的重复荷载的作用次数为疲劳寿命。由于所加荷载大小与混合料劲度成正比关系,因此试验中以所加荷载大小达到初始荷载(荷载作用约1 000次时)的一半时作为破坏标准。试验仪和试件的配置见图3。不同种类混合料疲劳试验结果如表1所示。
采用应变控制模式的沥青混合料疲劳特性由式(1)表征:
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式中:Nf为达到破坏时的重复荷载作用次数;ε0为初始弯拉应变;C、m为由试验确定的参数,与混合料类型、混合料组成、胶黏料类型、具体的试验条件(如试验温度、加载频率等)及测试方法有关,其中胶黏料类型和混合料劲度可决定应变疲劳曲线的斜率,对一般的沥青混合料,m值通常为3～6。
对式(1)两边取自然对数,得式(2):
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以ln(ε0)为坐标横轴,ln(Nf)为坐标纵轴建立关系曲线,并进行线性拟合。不同沥青混合料的关系拟合直线见图4,拟合疲劳方程见表2。
可以看出,Nf与ε0在双对数坐标中线性相关性很好。还可以看出,对不同油石比橡胶沥青混合料,在相同的应变水平下,橡胶沥青混合料疲劳寿命最长,SBS改性沥青混合料次之,两者都要明显高于基质沥青混合料,在实际路面低应变水平下,疲劳寿命相差更大。
以上表明在温度较低(0 ℃)时,橡胶沥青混合料具有最好的抵抗反复弯曲荷载的能力,在冬季环境温度较低时,具有较好的抵抗反射裂缝的能力。
4结语
1)在双对数坐标下,沥青混合料的疲劳寿命和应变水平有很好的线性相关性,相关系数达0.99以上。
浅析改性沥青混合料路面施工工艺 篇11
【摘要】改性沥青在高速公路、城市道路应用，显著提高了路面的使用性能，同时也延长了路面的使用寿命，大大降低了养护费用，收到了良好的社会与经济效益。它具有很好的耐高温、抗低温能力；较好的抗车辙能力；改善了沥青的水稳定性；提高了路面的抗滑能力；增强了路面的承载能力；减少了沥青的老化等。因此，它在高速公路上的广泛应用，已成为不可逆转的趋势。
【关键词】改性沥青；路面施工；工艺；分析
[文章编号]1619-2737（2016）01-01-125
随着我国经济的飞速增长，我国的交通运输纽带的现代公路也因为交通流量与行驶频度的急剧增加显示其重要性，而伴随着油价的增长，我国大部分用于货运的货场都开始不断的超载，对路面的压力也越来越大，以往工艺做出的沥青材料开始应对不力，特别是在我国普遍实行的是分车道单向行驶，所以，这就进一步提高了对路面抗流动性能力的需求，简单点说就是在高温环境下的路面抗车辙的能力；为了提高路面的柔性与弹性需求。也是出于提高路面的耐磨耗能力与延长路面的使用寿命等方面的考虑，道路工程开始采用改性沥青混合料作为路面的主要材料。本文就改性沥青混合料路面施工艺进行原因分析。
1. 材料质量控制
进场集料要按规范进行检验，尽可能加大抽检密度，不合格的材料坚决退场。堆料场要进行场地硬化。不同规格的料堆间设置隔离墙，以免不同规格碎石混杂在一起。料堆要有明显标示，防止上料时装错料。集料规格、品种、针片状颗粒、含泥量、含水量、筛分、风化石含量等指标检查。 经常检查矿粉的色泽是否正常，有无团结块和明显的粗颗粒情况。
2. 改性沥青制作
在加热基质沥青并泵入改性设备前掺入抗剥落剂，应保证掺量符合设计要求（基质沥青的0.3%），严防漏掺。基质沥青加热到160℃～165℃时，泵入到改性设备。控制导热油温度，控制制备温度。研磨是否充分是影响改性沥青质量的关键，研磨时间不应少于30min，研磨遍数与现场研磨机台数有关，有充分溶胀装置的设备，在最多三遍的研磨后，又通过三台磨机的流水作业可一次完成研磨。 为确保改性沥青的质量，安排专人对每锅油的制作时间、温度、掺量进行登记。试验室按规定频率（观测颗粒粒径和均匀性频率不小于30%，软化点和针入度每日检测2次）对改性沥青质量进行抽检，发现问题及时处理。
3. 沥青混合料的拌和
拌和操作人员要掌握设备的性能特点，确保拌和设备运行良好，温控、计量等各项性能可靠，混合料级配、沥青用量和拌和效果应满足规定要求。拌和机计量控制主要是抓冷料的供给，其目标是调整在时间内始终均匀地保持有与目标配合比相同比例的集料进入拌和机，只有按这样的配合比进料，才能保证集料级配的准确。 由于开始拌和时的集料温度难以控制，因此应将温度稳定前的料放掉，以免影响初期拌和混合料的质量。控制集料的含水量，防止由于含水量太大导致集料不能充分烘干，直接影响混合料质量。细集料（尤其是石屑）要始终保持干燥，因为潮湿的石屑容易成团结块，容易影响其级配组成。注意检查混合料的均匀性，及时分析异常现象。严格控制油石比和矿料级配，避免油石比控制不当而产生泛油或松散现象。 混合料不允许长时间存放，更不得储存过夜，各个台班的混合料产量预先详细计算好，并与现场摊铺组保持紧密联系，防止出料过多，造成浪费。
4. 改性沥青混合料的运输
根据拌和楼和摊铺机生产能力以及运距计算车辆数，保证摊铺机摊铺时前面常保存有4～5辆待卸车，运输车辆采用大吨位运输车，保证运力满足要求。运输前对车辆性能进行检修，运输车辆的车厢应清扫干净，防止运料过程中车坏。 装料过程中，为减少沥青混合料的粗细颗粒离析现象，应缩短出料口到车厢的装料距离，往车厢内装一斗料，车就移动一次位置。 运料车均应用完好的双层蓬布覆盖设施，以便保温、防雨或避免污染环境。 运料途中运料车不得随意停驶，尽量匀速行进，避免突然加速和急刹车。在摊铺现场应凭运料单收料，并检查沥青混合料的质量，检查混合料的颜色是否一致，有无花白料，有无结团或严重离析现象，温度是否在容许的范围内。如混合料的温度过高或过低，应该废弃不用，已结块或已遭雨淋的混合料也应废弃不用。
5. 改性沥青混合料的摊铺
（1）下承层的清扫、修补、处理是一项极其重要的工作：下承层彻底清扫、冲洗下承层的污染物，砂浆和其它浮渣应用钢刷擦清。 下承层的坑槽、松散和其它病害应按规定用沥青混合料修补。 对下承层的标高、横坡、平整度要进行检测，对影响质量且无法在上面层消除的缺陷地段进行调平。
（2）洒布粘层油，质量控制要点如下：粘层油质量应满足规范要求； 粘层油用量控制在0.3～0.4Kg/m2之间，且应洒布均匀，局部少洒或多洒的地段应用人工补洒或予以刮除； 路面有脏物尘土时应清除干净。当气温低于10℃或路面潮湿时，不得浇洒粘层沥青；
（3）摊铺温度宜控制在170℃～180℃之间，不得低于160℃。摊铺中避免摊铺出现离析现象，并随时分析、调整粗细集料是否均匀，检测松铺厚度是否符合规定，上面层摊铺厚度和平整度由平衡梁控制，不得采用钢丝引导的高程控制方式，应密切注意平衡梁的粘料情况，发现粘料时及时清除，防止产生拉痕。连续稳定的摊铺，是提高路面平整度的最主要措施，摊铺机的摊铺速度应根据拌和机的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度按2.5m/min左右予以调整选择，做到缓慢、均匀不间断摊铺。摊铺过程中应随时检测调整松铺厚度，确保松铺厚度偏差在0～3mm以内。要注意摊铺机接斗的操作程序，以减少粗集料离析。摊铺机集料斗应在刮板尚未露出，尚有约10㎝厚的热料时扰料，这是在运料车刚退出时进行，而且应该做到料斗两翼才恢复原位时，下一辆运料车即可开始卸料，做到连续供料，并避免粗集料集中。 严禁料车撞击摊铺机，料车应在离摊铺机前沿20㎝处停下来，调为空档，由摊铺机靠上并推动料车前进。随时观测摊铺质量，发现离析或其它不正常现象及时分析原因，予以处理。
6. 改性沥青混合料的压实
改性沥青混合料的压实是保证沥青上面层质量的重要原则，在保持碾压温度并在不出现推移的前题下尽可能早压，碾压按“紧跟、慢压、高频、低幅”的原则进行。碾压温度、速度和遍数应严格规范要求执行。碾压必须均衡、连续进行，防止温度变化导致压实度变化，影响压实度和平整度。碾压应从路边缘向内30～40㎝处开始，以防止沥青混合料挤出，同时允许外侧边缘沥青冷却产生稳定的剪切区，以利于压实。 采用振动压路机压实改性沥青混合料路面时，压路机轮迹重叠宽度不应超过20㎝；当采用静载压路机，压路机轮迹应重叠1/3～1/2的碾压宽度。改性沥青混合料碾压时，应有专人负责指挥协调各台压路机的碾压路线和碾压遍数，使铺筑面在较短时间内达到规定的压实度。碾压长度不宜太短，也不宜太长，太短不便于碾压，太长温度又会冷却，引起碾压不实，因此碾压长度一般控制在30～50m之内。 在碾压中，应先起步后振动，先停振后停机，换向缓慢平稳，为避免碾压时混合料摊挤产生拥包，碾压时应将驱动轮朝向摊铺机；碾压路线及方向不应突然改变；压路机折返应呈阶梯形，不应在同一断面上，初压时不得使用轮胎压路机。开始碾压前，应加满水；在水箱的水喷完前，应及时加水，加水应在已冷却的成型路面上进行，切忌由于缺水而发生粘轮现象，粘轮导致的拉痕严重影响路面的外观和质量。 碾压后的路面在冷却前，任何车辆机械不得在路面上停放（包括加油、加水的压路机），并防止矿料、杂物、油料等落在新铺的路面上。路面冷却至50℃才能开放交通。
7. 改性沥青混合料路面平整度控制的技术措施
（1）施工前要将沥青混合料中面层的质量缺陷弥补好，以保证中面层清洁、无杂物、平整、无明显局部突起或低洼处，因为下面层、中面层将为上面层的平整度打基础，摊铺机的撒料分布会因多占或少用而受影响。仅通过4㎝厚的上面层来弥补中面层的缺陷，质量难以保证。
（2）施工中的平整度控制应严格防止混合料产生离析，自卸车在装料时要按规定的次数进行移动，规范中要求移动一次一斗料装车。改性沥青混合料储仓卸料口也不宜距自卸车太高，以免粗集料离析。摊铺机应均匀、连续、不间断摊铺，做到这一点是很不容易的。变换速度与中途停顿是造成不平整的主要原因。摊铺机前洒落的混合料要及时清理，人工在摊铺好的路上进行修补往往适得其反，达不到效果。碾压速度要与摊铺机速度相匹配。碾压要保持合理有效的遍数，应遵循：先静压一遍、振动两遍、结束前静压二遍的五遍原则，同时要解决好粘轮与水隔离的关系，防止过度用水造成的急骤降温。
（3）施工机械的配置碾压设备至少有一台8～10t的钢轮压路机，一台10～12t的振动压路机、一台16t胶轮压路机，否则即使不停的循回碾压，仍难以满足路面的碾压要求。摊铺机随机人员维持摊铺机工作面洁净，随时清除杂物，并随时回收，铲净散落在路上的混合料，随时修铺边缘或接缝的缺陷。检测调整摊铺厚度，确保合格的压实厚度，并在初压中即以3m直尺检测，及时找平补齐，达到路面平整，接缝严密的要求。 在碾压时，先轻碾后重碾，先压边，后逐步向路中心碾压。按工艺规定的碾压速度、遍数、重叠宽度进行初压、复压、终压三个步骤，终压用双轮静压收面，最后压平轮迹。
8. 影响改性沥青混合料路面平整度的因素分析
（1）施工队伍的综合素质一个施工队伍的综合素质和施工队伍的机械装备、施工人员素质及施工操作熟练程度等因素有关，机械设备（沥青拌和站、摊铺机、自动找平装置、压路机、改性沥青设备和自卸车辆）是保证沥青路面平整度的基础，并起决定性的作用。管理不严，工人技术素质就不会太高，若再不按规范施工，竣工后的路面交到养护部门，其维修的包狱将会一天比一天重。
（2）改性沥青混合料的质量要严格控制包括原材料的质量及级配，特别是大粒径集料的进入，空隙率是评定油石比和集料级配的一项极其重要的指标，它的大小直接影响到路面的热稳性、抗裂性、防滑性和耐久性。
（3）各结构层施工质量沥青路面平整度与路槽、底基层、基层、底面层和中面层的平整度都有关系，影响最直接的还是面层的下一面层的平整度。
（4）沥青路面平整度的大小与沥青路面厚薄没有必然关系，而与沥青路面摊铺层数有关，沥青路面面层摊铺层数越多，其表面获得的平整度机会就越多。
（5）测算好拌和时间、车辆装卸时间、重载运输时间、摊铺机前等待时间、空载运输时间等对沥青温度有影响的因素，并采取对应的措施，可以有效的防止结壳、降温太快等问题。雨天、大风、清晨施工等更要有预见性的施工组织计划。
（6）初期的养护，沥青路面的温度接近环境温度时，方可开放交通。当温度影响面层平整时，对各种车辆和施工中的运输车辆一律禁止通行。
乳化沥青冷再生混合料性能研究 篇12
沥青混合料的再生重新利用, 对废旧混合料的处理, 能耗的降低以及环境的优化具有积极的意义。鉴于原有沥青混合料可或多或少就地循环利用, 既减少了新沥青材料的使用数量, 降低了使用新材料的工程造价, 同时也避免了旧沥青废料RAP (Reclaimed/recycled asphalt pavement) 的运输转移和随意就地处理的难题, 加之沥青冷再生施工中也不会出现粉尘和废气对环境的不利影响, 因而对旧沥青混合料进行再生循环利用具有显著的社会效益和经济效益, 有“绿色”施工技术的美誉[1,2,3,4,5]。
本文主要是采用抽提后的骨料与新骨料组成级配, 且添加新的乳化沥青来粘结骨料组成混合料, 并利用沥青混合料性能试验来评价冷再生混合料的路用与力学性能等综合性能, 得出冷再生混合料适合较低等级路面与高等级路面基层。
2 RAP料与新骨料级配
如图1所示为沥青混合料的RAP料、抽提后的RAP料与新骨料的级配组成情况。有图1中可以反映出抽提后的RAP料中细料比较多, 且在抽提前大部分由沥青所包裹。同时, 也可以得出由于日积月累的车辆荷载, 旧沥青混合料骨料中的大骨料已被碾碎, 大部分为细料状态。为了重新利用旧沥青混合料, 势必需要重新添加新骨料来组成新的密实级配来承受车辆荷载。
3 冷再生级配设计
本研究采用的级配是由经过抽提的RAP料、新骨料、水泥、乳化沥青等材料根据一定的比例组合而成, 冷再生沥青混合料的沥青乳液剂量, 可根据以下经验公式计算[1,2]:P=0.06A+0.12B+0.2C
公式中:
P——试用乳液占矿料总质量的百分比 (%) ;
A——全部矿料中2.5mm以上矿料所占百分比 (%) ;
B——全部矿料中粒径为0.5~0.074mm矿料所占百分比 (%) ;
C——全部矿料中0.074mm以下矿料所占比例 (%) 。
由上述公式及筛分曲线, 计算得出沥青的最佳含量为6.9%, 同时水泥的预估用量是3%。
4 全部RAP料冷再生级配设计
由RAP料、乳化沥青以及水泥等材料由一定的比例组合成的沥青混合料, 按照经验方法明确乳化沥青比例为3.5%, 其试验结果如表1所示。
按照两种不同的级配与骨料分配, 将冷再生混合料分为两种类型如下:
冷再生混合料A:RAP, 新骨料, 水泥, 乳化沥青
冷再生混合料B:RAP, 水泥, 乳化沥青
5 无侧限抗压强度
抗压强度是沥青混合料基本性能指标。本次试验是根据无机结合料稳定粒料的无侧限抗压强度试验方法进行测试与评价。实验之前将沥青混合料试件置于已达规定温度的恒温水槽中保温24h, 再进行擦拭干净后进行试验测试。其测试结果如图2所示。
图2可以看出冷再生混合料的强度普遍偏低, 且冷再生混合料的强度普遍要高于冷再生混合料B, 其主要是RAP料中老化沥青有关, 然后冷再生混合料A的级配匹配是根据抽提后的骨料来进行, 因此从级配上来说也比较偏重实际状况。当然, 从图上还可以看出冷再生混合料无侧限抗压强度与养生龄期成正比关系, 养生龄期越长, 无侧限抗压强度越高。冷再生沥青混合料养生龄期为3d时的无侧限抗压强度大约相当于养生龄期为28d时的一半, 养生龄期为7d时的无侧限抗压强度也就是养生龄期为28d时的70%, 这表显示该类冷再生沥青混合料的早期强度较大。沥青混合料早期强度大具有两方面的优势, 一是可以较早放开交通, 减少施工时间, 从而减少对交通的干扰;另外就是能提升路面结构抵御通行车辆荷载作用的水平, 增强路面的疲劳寿命。其冷再生混合料的早期强度与水泥材料的添加也有一定的关系。
6 回弹模量
回弹模量是我国路基路面设计的重要参数。土基的强度与相对含水量息息相关, 土基处于干燥状态时的强度较高, 处于潮湿状态下的强度就较低。土基的变形包含弹性变形和塑性变形两方面, 不管是弹性变形还是塑性变形都为导致路面结构产生不同程度和不同型式的破坏。其冷再生混合料回弹模量测试结果如图3所示。
由图3可以看出, 冷再生混合料的回弹模量值与其抗压强度的变化规律相似。由于乳化沥青和水泥两种添加剂的加入, 冷再生混合料的力学强度性质基本符合一般水泥稳定类材料的特征, 很大程度上改善和优化了使用性能, 像这样的材料就可作为修建一般公路的基层或者低等级公路的路面面层材料。
7 高温稳定性能
沥青混合料是一种粘弹性材料, 其性能与温度与荷载作用时间有密切的关系。沥青路面建成通车后, 会面临从低温到高温不同的气候环境因素的考验。平时所提的沥青混合料高温稳定性的“高温”条件, 指的是在行车过程中沥青路面反复遭受车辆荷载的作用, 容易出现推移、车辙、泛油以及拥包等永久性变形的温度区间。车辙是沥青路面类型的高速公路最常见, 危害最深的破坏种类。能够较好模拟沥青路面上车辆通行的真实情况是车辙试验最大的优点, 它能够改变荷载、温度、试件尺寸、厚度以及成型条件等影响因素[4~5]。其试验测试参数为试件厚度5.0cm, 试验温度60±0.5o C, 轮压为0.7±0.05MPa。冷再生混合料车辙试验结果如图4所示。
从图4可以得出, 冷再生沥青混合料的高温稳定性能与原沥青道路相比还有一定的差距, 其冷再生混合料中添加新骨料也对混合料高温性能的提高有很大的帮助, 从测试试验结果上得以展现。经过多年的使用之后的旧沥青混合料细料明显偏多, 其抗车辙性能明显有所降低。
8 结论
本文主要是利用旧沥青混合料来作为骨料, 并对比添加新骨料与不进行添加新骨料的级配来对比其性能。其试验方案采用两种常用添加剂水泥和乳化沥青。综合试验结果可以看出, 添加新骨料确实能很大程度上提高冷再生混合料的性能。全部利用RAP料当然也可以满足低等级路面的要求。本次研究主要是探讨回收旧沥青混合料的可行性及其性能评价, 为以后道路工程的维护方面提供一条选择之路。冷再生工程也是道路维护中绿色环保的养护手段, 值得广泛推广应用。
摘要：本文研究主要是利用旧沥青混合料RAP料作为骨料来进行冷再生混合料级配, 从而从根本上解决旧沥青混合料的堆积问题以及降低工程维护费用等综合问题。本次试验方案采用全部利用RAP料和部分利用RAP料来进行试验测试, 其试验过程中选用两种常用添加剂水泥和乳化沥青。从试验结果可以看出添加新骨料的冷再生混合料力学与路用性能要优于全RAP料冷再生混合料, 因此, 道路工程维护中可以适当的添加一定比率的RAP料来解决骨料问题。
关键词：道路工程,RAP料,车辙试验,无侧限抗压强度
参考文献
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