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      不同類型超薄層瀝青混合料的水穩定性研究


       

      摘要


      采用浸水車轍試驗和凍融劈裂試驗分別評價了Type-B(美國級配)、改良型SMA-10、OGFC-103種級配和SBS改性瀝青、普通瀝青+8%抗車轍劑和高黏彈瀝青3種結合料組成的9種超薄層瀝青混合料的水穩定性。試驗結果表明:5種超薄層瀝青混合料,即Type-BSBS改性瀝青混合料、改良型SMA-10SBS改性瀝青混合料、Type-B高黏彈瀝青混合料、改良型SMA-10高黏彈瀝青和OGFC-10高黏彈瀝青混合料滿足現有規范對水穩定性的要求,其中改良型SMA-10高黏彈瀝青混合料的綜合性能更優,其條件前后的車轍動穩定度不僅分別是其他8種混合料的2.04.5倍和2.04.7倍。推薦該混合料用于重要的城市主干道、高速公路或重交通道路路面的預防性養護或維修。



      關鍵詞:道路工程 | 超薄層瀝青混合料 | 水穩定性 | 浸水車轍試驗 | 凍融劈裂試驗


      超薄層瀝青路面具有良好的抗滑性、排水性、降噪性并可以在雨天減少水霧,提高行車明視度等特點并具有抗變形能力好,使用耐久,施工維護成本低等優點,在高速公路瀝青路面預防性養護和城市道路路面功能恢復等用途中得到廣泛應用[1-3]。但超薄層瀝青路面由于厚度僅為1.5~62.5px,空隙率大,一般10%以上,骨料露于表面,在汽車荷載作用下,浸入瀝青混合料骨料間的水會不斷產生水壓和泵吸循環作用,從而淘洗和剝離黏附在集料表面的黏結材料,使瀝青混合料散失黏結性而松散、掉粒,形成坑槽、坑洞甚至大面積的破壞。因此超薄層瀝青路面的水穩定性問題越來越引起路面工作者的高度重視[4-6]。


      對瀝青混合料或超薄層瀝青混合料的抗水損害能力的評價,目前國內外主要采用傳統的非定量的水煮法、浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂法或Lottman(AASHTOT283方法)。比如:P.J.Frazier[6]、劉朝暉等[7]、薛國強[8]、程永春等[9]均只采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂法研究了超薄層瀝青混合料的水穩定性。雖然T.Aschenbrener[10]和李進等[11]采用Hamburg車轍儀研究了瀝青混合料的yong久變形,但并沒有比較未浸水和浸水兩種條件下的變化趨勢。國外學者F.J.Pretorius[12]、H.Musty[13]、T.M.Gil-bert[14]I.I.AI-Qadi[15]也只根據工程應用現狀評價了超薄層瀝青路面的抗開裂性能、抗滑性能、抗疲勞性能和水損害性能。而采用浸水車轍試驗方法研究超薄層瀝青混合料的水穩定性只有少量報道,如石蕾[16]、楊毅[17]和李雙艷[18]采用浸水車轍試驗方法分別研究了不同結合料類型、不同荷載強度和不同空隙率對橡膠瀝青混合料的水穩定性的影響。


      浸水車轍試驗的水穩定性評價方法是以試件條件前后的物理或力學指標的衰變程度來表征,是模擬汽車在雨天瀝青路面有水或積水情況下反復碾壓,汽車輪壓擠壓水產生動水壓力并對裹覆在骨料上的黏結材料受到沖刷作用,使黏結材料膜被剝離,從而導致瀝青混合料松散、骨料脫落等現場狀況來評價瀝青混合料抗水損害的能力。

      筆者結合福州市近年的舊路路面提升改造工程需要,分別采用凍融劈裂法和浸水車轍試驗方法研究了Type-B、改良型SMA-10、OGFC-103種級配和SBS改性瀝青、普通瀝青+8%抗車轍劑和高黏彈瀝青3種結合料組成的9種瀝青混合料的抗水損害性能,以便為工程優選出一種既環保又經濟和性能優良的超薄層瀝青混合料。



      材料性能及試驗

      材料性能

      3種黏結材料的性能列于表1。3種混合料用集料均為玄武巖,填料為石灰巖磨細礦粉,其性能指標均滿足JTGF402004《公路瀝青路面施工技術規范》(以下簡稱《規范》)[19]的要求。纖維采用木質素纖維,質量滿足《規范》要求。



      關于級配的選用

      筆者選用的3種公稱粒徑10的級配都偏粗,目的是為確保超薄層瀝青混合料的空隙率大于10%,有利于排水、降低行車水霧、降噪和提高抗滑能力等方面的性能。同時粗集料集中,鋪筑出的路面看起來會均勻美觀。


      級配及zui佳油石比

      瀝青混合料用級配見表2。不同結合料與級配組合的9種混合料的馬歇爾性能及zui佳油石比見表3





      常規車轍試驗和浸水車轍試驗

      浸水車轍試驗(稱為條件后)是將試件置于車轍試驗儀中在60℃空氣溫度下保溫6h,再放入60℃水槽中,試件浸水深度37.5px,恒溫30min后進行浸水車轍試驗。浸水車轍試驗的步驟和數據采集與常規車轍試驗(稱為條件前)一致。9種混合料條件前后的車轍試驗結果匯總于表4



      凍融劈裂試驗

      凍融劈裂試驗按照規范要求進行試驗。試驗結果見表5




      分析與討論

      油石比及其影響

      從表3結果看出,3種級配的油石比差別較大,改良型SMA-10的油石比更高,OGFC-10的油石比低,Type-B的油石比則介于兩者之間。但級配相同時,不同結合料的油石比差異不大。顯然,從動穩定度和凍融劈裂強度結果表明,改良型SMA-10高的油石比不僅對高溫穩定性沒有影響,還顯著提高了抗水損害能能力。從而說明為了提高超薄路面的耐久性,有必要選擇合適的級配以提高結合料的用量。


      級配類型的影響

      從表4的結果表明,無論是條件前還是條件后的動穩定度和凍融劈裂強度,級配類型對高溫穩定性和水穩定性都有影響。當結合料相同時,改良型SMA-10的動穩定度和凍融劈裂強度都更高,其次是Type-B,OGFC-10較低。而且不同級配的混合料條件后的動穩定度和凍融劈裂強度降低幅度差異相對較大,其中OGFC-10混合料的降低更加顯著,其次是TypeB混合料,改良型SMA-10混合料的小。這表明級配類型對水損害的影響較大。其原因是改良型SMA-10混合料由于級配組成更佳,加之纖維的增強增韌作用以及能容納較高的結合料用量,結構組成的空隙率處于合理狀態,所以表現出優良的綜合路用性能;OGFC-10混合料恰恰不具備改良型SMA-10混合料的上述優點,所以表現出的綜合路用性能較差。


      結合料的影響

      當級配相同時,在zui佳油石比下,高黏彈瀝青結合料的動穩定度更高,動穩定度接近后兩者的5倍。SBS改性瀝青的其次,而70#重交瀝青+0.8%抗車轍劑復合結合料的更低。后兩者結合料由于黏度差不多,動穩定度差異不大。

      在水穩定性方面,也是結合料黏度越高的混合料,條件前后的動穩定度jue對值越大,而且降低幅度越??;劈裂強度雖然jue對值不高,但條件前后的降低幅度也越小。這充分反映了黏度高、彈性好的瀝青結合料和改良的SMA級配相組合可獲得顯著的抗車轍能力和抗水損害性能。

      但總體上,兩種實驗方法評價的結果表明有5種超薄層瀝青混合料即TypeBSBS改性瀝青混合料、改良型SMA-10SBS改性瀝青混合料、Type-B高黏彈瀝青混合料、改良型SMA-10高黏彈瀝青混合料和OGFC-10高黏彈瀝青混合料的水穩定性滿足現有規范要求。其中改良型SMA-10高黏彈瀝青混合料的綜合性能更優,比如條件前后的車轍動穩定度分別是其他8種混合料的2.0~4.5倍和2.0~4.7倍。

      因此,建議對超薄路面的混合料設計時,不僅要重視選用適合的結合料,還要重視級配類型的設計和選用。并通過合理的級配類型設計和結合料選用來提高混合料的油石比,從而提高超薄路面的耐久性。



      結論


      通過浸水車轍試驗和凍融劈裂試驗,研究了3種結合料和3種級配組成的9種混合料的水穩定性能,結果表明:

      1)級配類型和結合料種類是影響超薄層瀝青混合料水穩定性的主要因素。根據兩種實驗方法評價的結果,滿足現有規范對水穩定性要求的超薄層瀝青混合料有5種類型,分別是TypeBSBS改性瀝青混合料、改良型SMA-10SBS改性瀝青、Type-B高黏彈瀝青混合料、改良型SMA-10高黏彈瀝青和OGFC-10高黏彈瀝青混合料。其中改良型SMA-10高黏彈瀝青混合料的綜合性能更加優異,比如條件前后的車轍動穩定度分別是其他8種混合料的2.0~4.5倍和2.0~4.7倍。

      2)對超薄路面的混合料設計,不僅要重視選用適合的結合料,還要重視級配類型的設計和選用。并通過合理的級配類型設計和結合料選用來提高混合料的油石比,從而提高超薄路面的耐久性。

      3)鑒于滿足現有規范對水穩定性要求的超薄層瀝青混合料有5種。因此在實際工程中,可根據道路的重要性、交通量和交通荷載、氣候條件和投資等,合理選用超薄層瀝青混合料。比如對重要的城市主干道、高速公路或重交通道路的預防性養護或維修,可選擇綜合性能優的改良型SMA-10高黏彈瀝青混合料。

      4)鑒于采用浸水車轍試驗方法來評價瀝青混合料的抗水損害性能的研究報道不多,考慮到目前采用浸水車轍試驗方法設置的條件不夠嚴酷,無法顯著區分瀝青混合料的結合料和級配變化產生的影響。因此用浸水車轍試驗方法來評價瀝青混合料的試驗方法有待進一步研究。


      全文完 發布于《重慶交通大學學報( 自然科學版)》2016年4月  如涉侵權,請聯系刪除!





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