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    沥青种类对不同级配的超薄层路用性能影响分析

    放大字体  缩小字体 发布日期:2016-11-01  作者:小九  浏览次数:4
    核心提示:超薄层的级配设计研究原材料的质量要求超薄磨耗层作为旧沥青路面的表面功能层,必须具有抗滑、耐磨的功能,因此在集料的选择上要

    超薄层的级配设计研究

    原材料的质量要求

    超薄磨耗层作为旧沥青路面的表面功能层,必须具有抗滑、耐磨的功能,因此在集料的选择上要求较高,要满足超薄磨耗层系统的要求。为了镶嵌紧密形成稳定骨架,粗集料要坚硬、不规则、有一定棱角;细集料要洁净、干燥、表面粗糙且无风化。该文以福州市五一路(东大路-新玉环路)道路大修工程施工为依托,材料选择了当地强度较高的玄武岩。而矿粉为亲水系数小于1的石灰岩矿粉,矿粉0.075mm的通过率要在85%以上。除此之外,超薄层作为一种薄层路面结构,整体的稳定性离不开高粘附性的沥青胶结料。所以该文为了将研究的范围扩大,选择3种沥青胶结料:①SBS改性沥青I-D;②在该改性沥青基础上参考国内外经验,通过室内研究掺配4020%的橡胶粉制造出来的高弹高粘性沥青;③普通70#沥青作为当今沥青路面常用的材料,虽然各项物性指标偏低,但是在普通沥青混合料拌和过程中加入了8%的抗车辙剂作为对混合料的改性。

    超薄层配合比设计

    超薄磨耗层作为当今一种经济适用的沥青路面修补技术,设计厚度一般在15~25mm之间。但是它却延长了路面的使用寿命,改善了路面质量,校正了路面早期破坏形成的缺陷。但是在提高路面抗滑、排水以及减少行车噪音方面,并不是所有级配都可以完美地加以应用。在超薄磨耗层的级配组成设计中,主要有4种常用类型:半开级配的NovaChipType;开级配的OGFC-10OGFC-13;间断级配的SMA-10SMA-13以及法国的BBM-10;连续级配的AC-10C。该文从级配和设计厚度上综合考虑,选取了3种级配:开级配的OGFC-10、半开级配的NovaChipTypeB-10、间断级配的SMA-10。级配设计参照《公路沥青路面施工技术规范》的设计要求,在级配的最终调试中,将OGFCNovaChipTypeB级配曲线调整为接近于下限。而SMA相对OGFCNovaChipTypeB而言,细集料含量较多,因而用级配下限作为研究对象,试验时各档集料通过室内筛分,采用“精配”方式。

    级配确定后进行相应的最佳油石比设计,在研究中体积参数的测试严格按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》执行。开级配和半开级配采用体积法进行混合料密度测试,间断级配的SMA经测试吸水率过大,最后也采用体积法测试体积参数。在数据分析计算的基础上。

    高温稳定性研究分析

    沥青路面夏季高温时,容易在车辆荷载反复作用下产生路面车辙,严重时还会有大面积的推移现象,因此高温时路用性能的研究是不可缺少的环节。作为加铺的超薄层,尽量选取高粘度的沥青或添加外加剂以增强混合料的整体高温性能。该文在高温评价方法上选取了车辙试验作为标准。

    可以看出:

    无论何种沥青胶结料,即使间断级配SMA-10是以级配下限作为设计,但SMA-10仍具有较高动稳定度值。这主要是因为SMA-10中加木质纤维后,沥青包裹纤维及矿粉等细集料形成一种胶结体,对级配中的骨料进行填充,同时增加了矿料之间的粘结力。最终使混合料处于不易蠕动的状态,结构稳定性加强,表现出良好的高温抗车辙能力。相对SMA而言,开级配的OGFC-10具有较多的粗集料,路面成型以后,骨架紧密镶嵌,整体性也会加强。但是NovaChipTypeB-10抗车辙能力相对较低。

    在级配一定时,高温性能还主要表现出以下几点变化:随沥青胶结料粘度的增加SMA-10高温稳定性增强,而NovaChipTypeB-10高温稳定性反而有所下降,OGFC-10受沥青胶结料影响不大。具体表现在:为高弹高粘沥青胶结料时,SMA-10级配的动稳定度值是OGFC-10级配的2倍左右,是NovaChipTypeB-10级配的5倍以上。而为改性沥青时,SMA-10OGFC-10抗车辙能力相差不大,但都是NovaChipTypeB-10级配的2倍左右。普通70#沥青胶结料,SMA-10级配的动稳定度值却只有OGFC-10级配动稳定度值的一半左右。所以在路面级配设计及胶结料选择时,要综合考虑二者的相应关系。

    低温稳定性研究分析

    按照规范成型标准车辙试件,然后将3种沥青胶结料、3种级配下的9组试件切割成小梁,在-10℃环境中保温5h以上,然后在万能试验机上进行低温拉伸性能测量。

    可以看出:无论何种沥青胶结料,SMA-10都具有较高的抗弯拉强度。其次为NovaChipTypeB-10OGFC-10。当为改性沥青胶结料时,3种级配的抗弯拉强度均达到最大值,其中SMA-10最大。OGFC-10级配由于空隙大,无论何种沥青,抗弯拉强度相差不大,且都是最小的。在弯拉应变以及劲度模量方面,普通沥青胶结料的使用效果不佳,即使有抗车辙剂的加入增加了混合料的粘附性,但是在低温破坏时发“脆”,易导致温缩裂缝产生。而高弹高粘沥青,不仅粘度大,还具有较高的弹性性能,因此低温破坏时产生的应变较大,劲度模量小,减少了温缩裂缝的发生。综上所述:超薄层在级配及胶结料选择上,要充分考虑地区温差问题,以便减少路面的低温开裂。

    水稳定性研究分析

    沥青路面在外部环境影响下,表面沥青会出现慢慢老化,沥青膜会慢慢剥落,以至于集料松散产生坑槽。同时在裂缝的基础上,雨水的不断渗入,加速了路面的破坏。所以该文采取超薄层在饱水的状态下,分析其不同情况下的水稳定性能。整个试验是将标准马歇尔击实试件在60℃水中浸泡48h后,再进行马歇尔稳定度试验。

    不难看出,胶结料的不同对水稳定性的影响很大。沥青的粘弹性越高,混合料的残留稳定度就越高,表现出来的混合料水稳性就越强。高弹高粘沥青优势明显高于改性沥青与普通沥青,其中普通沥青混合料水稳性最差。从级配的角度分析可知,水稳性与级配的空隙率有关。即间断级配SMA-10优于半开级配NovaChipTypeB-10。开级配虽然排水效果好,减少了路面水雾,可是水稳性不是太理想。

    抗滑性研究分析

    抗滑性作为一项重要的路用性能指标,直接关系到路面的行车安全。特别是在高等级公路,当车辆处于高速行驶的状态时,如果抗滑性低,汽车在高速行驶时容易失控发生交通事故。抗滑性能主要取决于组成级配集料的表面纹理构造,当集料一定的前提下,成型路面的构造深度变化就来源于胶结料和级配的设计。该文以手工铺砂法对室内成型车辙板试件进行构造深度测试。

    可知:在高弹高粘沥青胶结料和普通70#沥青胶结料的前提下:构造深度由大到小为:OGFC-10>NovaChipTypeB-10>SMA-10。这充分说明了在这两种沥青下进行的SMA-10级配设计,即使选用了级配下限,级配较粗、空隙会变大,但是构造深度相对开级配与半开级配而言,仍不是太大,抗滑性相对偏小。当胶结料为SBA改性沥青时,构造深度由大到小为:OGFC-10>SMA-10>NovaChipTypeB-10。从另一个方面也说明了SMA-10在抗滑性能方面受沥青胶结料的影响最大,实际应用时要综合考虑。

    结语

    超薄磨耗层作为旧沥青路面的新型修补技术,路用性能的好坏直接关系到路面的整体使用效果。从不同沥青胶结料及相应级配设计中发现:间断级配SMA-10在使用高弹高粘沥青胶结料时,动稳定度是OGFC-10级配的2倍左右;是NovaChipTypeB-10级配的5~6倍。但是在抗滑性方面,SMA-10无论使用何种胶结料,即使以级配下限作为标准,效果仍不理想且远远小于开级配的OGFC-10。除此之外,超薄层级配混合料水稳性受胶结料影响最大,胶结料粘度越高,水稳性就越好。而低温抗弯拉强度却对胶结料有一定的选择性,当使用SBS改性沥青时,不同类型的超薄层级配抗弯拉强度才能达到峰值。

     
     
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