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抗车辙沥青混合料细观体积指标影响规律试验研究

2016-11-15李丽民程小康向席梆李文斌

湖南科技学院学报 2016年5期
关键词:矿料油石细观

李丽民 程小康 向席梆 李文斌 李 凯 徐 亚



抗车辙沥青混合料细观体积指标影响规律试验研究

李丽民程小康向席梆李文斌李凯徐亚

(1.湖南科技学院 土木与环境工程学院,湖南 永州 425199)

优选两种沥青,七种抗车辙级配,通过大量室内试验,研究了抗车辙沥青混合料细观体积指标影响规律。结果表明:空隙率和饱和度随沥青用量的增加变化明显,对混合料最佳沥青用量起主要控制作用,级配、沥青和成型方法对空隙比的影响最大,抗车辙沥青混合料设计和施工时,应重点控制好空隙率这一关键体积指标。

车辙;沥青混合料;细观体积指标;级配;空隙率

1 引 言

随着交通量的增长、轴载增加、超载严重、车辆渠化交通等因素的综合影响,车辙已经成为我国沥青路面损坏最严重的破坏形式。车辙影响路面的平整,降低行车的舒适性;车辆在超车或更换车道时,驾驶换向困难,影响高速行车的安全性,容易发生交通事故。车辙严重影响路面的使用质量和服务水平,车辙问题已成为道路界最引人关注的问题。目前,国内对抗车辙沥青混合料的研究多集中在级配设计、抗车辙性能等[1-3]方面,未见对影响混合料的抗车辙性能的空隙率、饱和度和矿料间隙率等细观体积指标的相关系统研究。沥青混合料空隙率、矿料间隙率和饱和度等细观体积指标直接影响其抗车辙等路用性能,是基于路用性能路面设计的基础。因此,对抗车辙沥青混合料细观体积指标影响规律进行试验研究,以解决好路面车辙破坏等问题,是十分必要的。

2 抗车辙沥青混合料材料选择

沥青的性质对混合料的抗车辙性能有较大的影响[4],综合考虑车辙、疲劳、低温等路用性能要求,并突出抗车辙性能要求,最后选用大港AH-50、中海AH-70两种重交通道路石油沥青,其检测结果见表1,均满足规定技术要求。集料选用石灰石岩,其具体性能要求和检测结果见表2、表3。矿粉采用石灰岩磨细得到,其具体性能要求和检测结果见表4。抗车辙级配的选择考虑了NCAT[5,6]提出的沥青混合料中4.75mm的通过率必须小于30%,才可能发挥粗集料的嵌挤作用和同济大学林绣贤教授[7]提出的包容了Superpave法和贝雷法的精华的集料合理组成等研究成果,结合室内试验,最终选定级配见图1,其试验结果见表5。

表1.沥青性能指标实测结果

沥青大港AH-50中海AH-70 (25℃,100g,5s)针入度(0.1mm)5668 (10℃,5cm/min)延度(cm)18.223.5 (环球法)软化点(℃)59.350.0 (蒸馏法)含蜡量(%)2.72.3 针入度指数PI0.81-0.90 原样沥青胶结料64℃ G*(KPa)2.131.38 (°)77.988.6 G*/sin2.181.38 短期老化后残留物(RTFOT,163℃,85min)64℃ G*(KPa)7.43.02 (°)69.686.4 G*/sin7.893.04 长期老化后残留物(PAV,100℃,20h)25℃G*(KPa)56374385 (°)38.552.8 G*sin34833495 TFOT后(163℃,5h)质量损失(%)-0.18-0.18 25℃残留针入度比(%)62.562.5 10℃残留延度(cm)8.08.0

表2.粗集料性能指标检测结果

试验项目压碎值(%)洛杉矶磨耗损失(%)吸水率(%)粘附性坚固性(%)针片状颗粒含量(%)0.075mm含量(%)软石含量(%) 技术要求≤26≤28≤2.0≥4≤12≤15≤1≤3 实测结果16.421.50.3254.39.40.72.1

表3.细集料性能指标检测结果

试验项目视密度(t/m3)坚固性(>0.3mm部分)(%)砂当量(%)含泥量(%) 技术要求≥2.50≥12≥60≤3 实测结果2.71812.567.52.2

表4.矿粉性能指标检测结果

试验项目视密度(t/m3)含水量(%)亲水系数粒度范围 <0.6mm(%)<0.15mm(%)<0.075mm(%) 技术要求≥2.50≤1<110090~10070~100 实测结果2.7150.40.85967371.1

图1.选用级配曲线

表5.选用级配粗集料骨架间隙率VCAmix、VCADRC

级配油石比(%)密度(g/cm3)沥青混合料中粗集料比例PCA(%)VCADRC(%)VCAmix(%)SSC 粗集料合成毛体积密度(g/cm3)粗集料干捣密度(g/cm3)沥青混合料毛体积相对密度(g/cm3) 1#2.82.6971.5402.4528042.9027.27123.9 2#3.02.7021.5432.4927042.9135.44109.7 3#3.12.7011.5552.4837042.4335.65108.4 4#3.12.6971.5852.47470.541.2335.33106.7 6#2.82.6851.5902.4598040.7826.73120.3 7#2.92.6881.5702.4937041.5935.08108 8#2.92.6951.5852.4707141.4934.93107.5

3 抗车辙沥青混合料细观体积指标影响因素分析

3.1不同级配及沥青用量对混合料细观体积指标影响

采用中海AH-70沥青,进行大马歇尔击实试验,测定沥青混合料的细观体积指标,不同级配及沥青用量的空隙率、矿料间隙率和饱和度试验结果见图3~7。

图2.不同级配油石比与空隙率关系

图3.不同级配油石比与饱和度关系

图4.不同级配油石比与矿料间隙率关系

图5.最佳油石比时级配与空隙率关系图6.最佳油石比时级配与饱和度关系

图7.最佳油石比时级配与矿料间隙率关系

结果表明:不同级配对沥青混合料的空隙率、饱和度和矿料间隙率等细观体积指标均有一定的影响,但1#和6#级配试验结果差异较大。分析其原因,主要是矿料颗粒沥青的润滑作用容易移动,但沥青用量不能太大,超过最值后,由于出现自由沥青使得集料悬浮于沥青中而不易移动;而1#和6#级配粗集料最多,需要的最佳沥青少,最后造成这两种级配的沥青混合料的空隙率最大;随着沥青用量的增加,饱和度和空隙均明显增加,这两个指标控制了混合料的中沥青最佳用量的多少;饱和度、空隙率、矿料间隙率的受级配影响程度不同,级配对矿料间隙率影响最小,对空隙率的影响最大。

3.2不同沥青对混合料细观体积指标影响

优选出2#、7#抗车辙级配,采用中海AH—70沥青和大港AH—50两种沥青,进行大马歇尔击实试验,测定沥青混合料的细观体积指标,不同沥青的空隙率、矿料间隙率和饱和度试验结果见图8~13。

图8.不同沥青油石比与空隙率关系

图9.不同沥青油石比与饱和度关系

图10.不同沥青油石比与矿料间隙率关系

图11.最佳油石比时沥青与矿料间隙率关系图12.最佳油石比时沥青与饱和度关系

图13.最佳油石比时沥青与矿料间隙率关系

结果表明:沥青对混合料的空隙率,饱和度和矿料间隙率等细观体积指标均有一定的影响,但其影响大小对不同级配是不同的,在最佳油石比时的空隙率、饱和度和矿料间隙率等细观体积指受沥青种类的影响并不明显,仅对空隙率有一定影响。

3.3不同成型方法对混合料细观体积指标影响

采用大港AH-50沥青,对2#和7#级配进行大马歇尔击实、Superpave旋转压实和GTM压实成型试件,测定沥青混合料的细观体积指标,不同成型方法的空隙率、矿料间隙率和饱和度试验结果见图14~17。

图14.不同成型方法油石比与空隙率关系

图15.不同成型方法油石比与饱和度关系

图16.不同成型方法油石比与矿料间隙率关系

图17.2#级配不同成型方法最佳油石比时的空隙率

结果表明:(1)对抗车辙沥青混合料,在沥青用量小时,大马歇尔击实、Superpave旋转压实两种成型方法的矿料间隙率、饱和度及空隙率差别较大,三种压实方法的体积指标的差异随沥青用量的增加而逐渐减小。分析其原因可能是对于沥青混合料,在小的沥青用量情况下,进行大马歇尔击实时,集料被击碎的可能性更大,从而造成沥青混合料的饱和度增加,空隙率减小。(2)大马歇尔击实成型和Superpave旋转压实成型法最佳油石比混合料的空隙率相差很小,GTM压实成型法最佳油石比混合料的空隙率跟大马歇尔击实成型和Superpave旋转压实成型法最佳油石比混合料的空隙率有较大差异,其空隙率比大马歇尔法小1.49,比Superpave旋转压实体积法小1.48。

4 结 语

(1)对抗车辙沥青混合料,级配、沥青用量、沥青和成型方法等影响空隙率、矿料间隙率和饱和度等细观体积指标;最佳油石比时,级配、沥青和成型方法对空隙比的影响最大,对矿料间隙率的影响较小。因此,进行抗车辙沥青混合料设计和施工时,应重点控制好空隙率这一关键体积指标。

(2)对抗车辙沥青混合料,不同级配、沥青和成型方法下,空隙率和饱和度随沥青用量的增加而减小,矿料间隙率随沥青用量的增加先减小后增大;但最佳油石比时,级配对空隙率、矿料间隙率和饱和度等细观体积指标的影响比沥青种类影响大,不同成型方法对空隙率这一关键体积指标可能有较大影响。因此,为保证混合料的抗车辙性能,应控制好混合料级配和沥青用量,重视压实方法对空隙率的影响。

[1]刘中林,郝培文.大粒径沥青混合料组成结构的研究[J].土木工程学报,2004,(7):59-63.

[2]李丽民,刘剑,曾革.沥青稳定柔性基层的抗车辙性能[J].材料科学与工程学报,2008,(4):540-543.

[3]李丽民,何兆益,银力.重载作用下大碎石柔性基层的抗车辙性能[J].土木建筑与环境工程,2009,(1):83-87.

[4]Technical Brief.Superpave Binder Specification and Test Methods[R].Canada,1995.

[5]E.R.Brown,J.E.Haddock,R.B.Mallick,T.A.Lynn.Development of A Mixtures Design Procedure for Stone Matrix Asphalt(SMA) [R].NCAT,1997.

[6]E.R.Brown,J.E.Haddock.A Method Ensure Stone-on-Stone Contact in Stone Matrix Asphalt Paving Mixtures[R],NCAT,1997.

[7]林绣贤.沥青混凝土合理集料组成的计算公式.华东公路.2003,(1):82-84.

(责任编校:宫彦军)

2016-01-08

湖南省自然科学基金资助项目(项目编号2015JJ2073);2015年湖南科技学院大学生研究性学习和创新性实验计划资助项目“基于环境因素与细观结构的沥青路面抗车辙性能研究”。

李丽民(1974-),男,博士,副教授,研究方向为道路与岩土工程。

U414

A

1673-2219(2016)05-0067-06

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