高粘高弹超薄沥青混合路用性能试验研究.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:中铁第五勘察设计院集团有限公司科技研究开发计划项目()作者简介:张艳芳()男河北衡水人高级工程师主要研究方向为公路、市政道路工程:.引文格式:张艳芳.高粘高弹超薄沥青混合路用性能试验研究.铁道建筑技术():.高粘高弹超薄沥青混合路用性能试验研究张艳芳(中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京)摘 要:针对超薄沥青混合料磨耗层因厚度薄、粒径小导致的开裂、推移等问题首先利用高粘高弹改性沥青以及优化混合料级配等方式制备了高粘高弹超薄沥青混合料其次考虑温度、级配及沥青用量等因素采用高温车辙、低温小梁弯曲、浸水马歇尔等试验分析了不同因素对其高低温、水稳定性等性能的影响 结果显示:温度对高粘高弹超薄沥青混合料稳定性影响显著 当试验温度从 升到 时三种级配动稳定度下降约 与 相比采用高粘高弹改性沥青制备的高粘高弹超薄沥青混合料的低温性能更优 油石比从.逐步增加到.的过程中最大弯拉应变分别增加了.、.和.当粉胶比在.左右时其低温性能表现最佳 在油石比.时水稳定性提升最明显粉胶比在 附近时抗冻融效果最好 综合路用性能及经济成本等因素建议高粘高弹超薄沥青混合料最佳油石比为.关键词:超薄沥青混合料 高粘高弹 路用性能 抗裂性 预防性养护中图分类号:.文献标识码:./.(.):.:引言截至 年底全国公路里程.万 公路养护里程.万 占公路总里程的.公路养护任务愈发繁重公路工程重心面临由“新建”到“建养并重”的转变 合理的预防性养护措施对公路技铁道建筑技术 ()张艳芳:高粘高弹超薄沥青混合路用性能试验研究术状况水平和服务质量的重要性日益凸显 在此背景下以雾封层、微表处及功能性罩面为代表的预防性养护技术得到广泛研究并应用 超薄磨耗层是指厚度在 厚的沥青磨耗层主要适用于公路预防性养护 超薄磨耗层可快速修复轻度车辙、裂缝、松散等病害兼有改善路表抗滑、减少水雾等优点 因其厚度较薄成本优势也较为明显 但超薄沥青混合料因其公称粒径小、摊铺厚度薄存在易发生疲劳开裂、脱皮等问题 为解决上述问题国内外众多学者尝试通过提升沥青胶结料的黏度来改善超薄沥青混合料的路用性能 高磊等采用树脂、橡胶油等对 号基质沥青进行了复合改性研究了复合高粘高弹改性沥青胶浆的三大指标 张争奇等采用聚氨酯与 等材料利用共混复合改性技术制备了 高粘高弹沥青 高粘高弹沥青在提升沥青黏度改善超薄沥青混合料路用性能方面表现出较大的潜力 但从优化混合料级配角度方面提升其路用性能研究较少因此本研究拟采用由、橡胶粉、增溶剂等改性剂制备高粘高弹改性沥青胶结料并通过优化混合料级配以提升超薄沥青混合料高低温路用性能为高粘高弹超薄沥青混合料的设计及工程应用提供有益参考 原材料.高粘高弹改性沥青高粘高弹改性沥青通常是在基质沥青中添加增溶剂、稳定剂、胶粉等改性剂后经搅拌、剪切等工艺发育得到一种性能更优的改性沥青 规范建议薄层罩面类养护技术宜采用高粘改性沥青本研究采用的高粘高弹沥青产自天津 技术指标见表 所示表 高粘高弹沥青技术指标技术指标实测结果规范要求针入度()/.软化点/.延度(/)/.弹性恢复()/.溶解度(三氯乙烯)/.离析/.黏韧性/().韧性/().动力黏度/()表 技术要求参照公路沥青路面施工技术规范和高粘高弹道路沥青中相关规定.集料粗集料采用玄武岩产自保定满城 细集料选用石灰岩机制砂产自河北唐山粗、细集料性质应满足相关规范要求具体指标见表 所示表 集料技术指标名称技术指标实测结果规范要求粗集料压碎值/.磨耗损失/.针片状含量/.吸水率/.毛体积密度/(/).实测表观密度/(/).细集料毛体积密度/(/).实测砂当量/.棱角性/.矿粉矿粉对沥青具有强吸附能力其用量是影响沥青膜厚度的关键因素 本研究使用的矿粉产自唐山由石灰岩磨细后得到.级配设计目前沥青混合料的设计通常采用最大密度级配曲线理论 但设计过程容易导致混合料骨架结构性低带来混合料高温性能较差在重载交通作用下易产生车辙等问题 因此本文在分析超薄沥青磨耗层性能特征基础之上借鉴 级配设计方法开展级配设计 即以最大公称粒径通过率、.、.筛孔通过率三项指标作为主要控制指标对超薄沥青混合料级配进行优化设计综合 设计优点拟定 筛孔通过率为将.筛孔通过率设为以.筛孔通过率作为关键筛孔通过率分别设置为、和 得到粗、中、细三条级配分别用级配、级配 与级配 表示 级配数据见表 表 超薄沥青混合料级配级配通过下列筛孔()的质量百分率/.试验采用车辙试验、低温弯曲试验等室内试验系统对比温度、沥青用量、粉胶比、级配等因素对其路用性能的影响.高温车辙试验采用高温车辙试验所得动稳定度和车辙深度评价沥青混合料高温性能 主要考虑级配类型、沥青用量等因素对其高温性能的影响铁道建筑技术 ()张艳芳:高粘高弹超薄沥青混合路用性能试验研究试件尺寸 试验温度选取 、两个轮压.低温抗裂性试验采用沥青混合料低温弯曲试验所获最大弯拉应变与弯曲劲度模量来评价混合料的低温性能 当抗弯拉强度一定时弯拉劲度模量越小则混合料低温抗裂性能越优试件采用轮碾成型棱柱体尺寸 跨径 试验温度 仪器为 公司的 万能试验机.水稳定性试验采用浸水马歇尔试验与冻融劈裂试验对试样进行水稳定性评价 试验过程中考虑级配类型、沥青用量等作为影响其性能的变量两种试验均采用南京拓兴 型沥青混合料稳定度测定仪夹具不同 试验结果与分析.高温稳定性.温度对高温性能的影响固定油石比为.成型车辙试件分别在 与 进行车辙试验试验结果如图 所示图 不同温度下车辙试验数据()由图 可知三种级配的动稳定度指标随温度的升高均呈下降趋势 当试验温度从 升到 时混合料级配、动稳定度分别下降.、.从车辙深度与动稳定度下降幅度分析级配 混合料下降最小高温敏感性最低()相比 、时 种级配混合料的动稳定度有所下降但均大于 次/仍高于规范要求说明采用高粘高弹沥青制备的超薄沥青混合料高温抗变形性能有所提升 分析其主要原因为:一方面温度的升高会促使沥青胶浆更易流动粘聚力下降因此致使沥青混合料动稳定数据下降另一方面采用胶粉、增溶剂制备的高粘高弹沥青对基质沥青进行了复合改性提高了沥青的软化点使得其在高温状态下相比普通沥青仍然具有较高的粘聚力高温性能提升.沥青用量对高温性能的影响试验温度设定为 以级配 混合料为研究对象改变油石比分别进行车辙试验试验结果如图 所示图 沥青用量对高温稳定性的影响由图 可以看出高粘高弹超薄沥青混合料动稳定度随油石比呈凸抛物线变化在油石比.时达到峰值此后动稳定度随油石比的增加逐渐下降 说明该沥青混合料的最佳沥青用量为.在此油石比条件下沥青对集料的约束能力最强沥青的粘聚力和集料之间的嵌挤力最佳沥青混合料高温性能最好.低温抗裂性能.级配对低温性能的影响参考已有试验数据和经验将最佳油石比固定为.变换级配类型并以 作为对比试验试验结果见图 图 级配对超薄沥青混合料低温性能的影响由图 分析可知:()上述 种级配类型中粗型级配 沥青混合料在低温弯曲破坏时弯拉应变最大弯曲劲度模量最小低温性能最好级配 次之 低温性能相对最差()在 种高粘高弹超薄沥青混合料中级配 混合料最大弯拉应变最大劲度模量最小低温性能最好级配 混合料的最大弯拉应变最小 分析其主要原因为:相同油石比下级配 混合料的沥青膜厚度最大较厚的沥青膜厚度提高了沥青与骨料之间的粘聚力有助于改善混合料柔韧性提高其低温抗裂性能 结构方面级配 为粗型、级配 为细型混合料级配级配 的骨架嵌挤作用更明显 在承受荷载破坏时更强的铁道建筑技术 ()张艳芳:高粘高弹超薄沥青混合路用性能试验研究嵌挤骨架一定程度上有助于消耗荷载传递 因此粗型级配 混合料低温性能最好.沥青用量对低温性能的影响以级配 混合料为研究对象改变沥青用量进行低温弯曲试验 试验结果见图 图 油石比对低温性能的影响由图 可以看出:随着油石比的增加高粘高弹超薄沥青混合料的最大弯拉应变逐渐增加弯曲劲度模量总体呈现减小趋势 油石比从.逐步增加到 的过程中最大弯拉应变分别增加了.、和.弯曲劲度模量则呈现先升再降的趋势 这说明增加沥青用量可以提高混合料低温性能且当油石比用量从.增加到.时低温抗裂性能提升最明显 分析其原因主要为:沥青用量的增加会提高集料表面沥青膜厚度促使沥青混合料具有更好的柔韧性在承受荷载破坏时弯拉应变增大 当油石比持续增大时沥青混合料中沥青量出现过剩部分沥青用量流动性增加抗裂性能提升反而不明显 因此建议高粘高弹超薄沥青混合料最佳油石比为.粉胶比对低温抗裂性的影响选择级配 混合料作为研究对象固定油石比为.分析不同粉胶比对沥青混合料低温性能的影响试验结果见图 图 粉胶比对低温性能的影响由图 分析可知:()随着粉胶比提升高粘高弹超薄混合料的最大弯拉应变逐渐下降弯曲劲度模量逐渐提升即低温抗裂性能增强()当粉胶比在.左右时高粘高弹沥青混合料兼具高强度与大变形能力综合低温性能表现最佳.水稳定性.浸水马歇尔试验对级配、三种高粘高弹超薄沥青混合料分别进行浸水马歇尔试验以残留稳定度作为评价指标试验结果如图 所示图 沥青用量及级配变化对残留稳定度的影响由图 可知同一级配之间 种级配混合料的残留稳定度均随油石比的增加而提高 主要原因为沥青用量的增加使得混合料内部空隙被沥青胶浆进一步填充同时提高了集料表面沥青油膜厚度沥青 集料界面的抗水损害能力得到加强 种级配相比级配 混合料的残留稳定度最大级配 最小 主要原因为:不同级配沥青混合料的设计空隙率不同 由于高粘高弹沥青用量大 种级配的混合料均裹覆较厚的沥青膜 在此基础上级配 混合料空隙率最小浸入混合料内部的水分最少水分对集料表面沥青膜的侵蚀作用效果最小因此抗水损能力最优.冻融劈裂试验结果以级配 混合料为研究对象分别变化沥青用量、粉胶比进行冻融劈裂试验分析沥青用量、粉胶比对其冻融劈裂强度的影响试验结果如图、图 所示图 沥青用量对冻融劈裂强度的影响图 粉胶比对冻融劈裂强度的影响(下转第 页)铁道建筑技术 ()万炳宏:隧道穿越富水活动断裂带抗震优化设计研究抗震的综合措施.中国铁道科学 ():.王泽军 陈铁林 崔光耀 等.强震区隧道洞口软硬岩交接段围岩注浆抗震措施效果分析.中国地质灾害与防治学报 ():.王李斌 崔光耀 荆鸿飞.高烈度地震区跨断层隧道围岩注浆抗震效果研究.高速铁路技术 ():.王秋懿 杨奎 毛金龙 等.九度地震区公路隧道二次衬砌结构抗震综合措施研究.现代隧道技术 ():.李伟 杨丹 李庆.高水压山岭隧道衬砌结构水压力特征研究.铁道工程学报():.陈立保.山岭铁路隧道渗漏水防治思路及策略.铁道建筑技术():.肖明清.隧道衬砌水压力计算与控制方法探讨.铁道工程学报 ():.张建慈万炳宏.隧道穿越泥石流堆积体及活动断裂施工关键技术.铁道建筑技术():.田四明 吴克非 于丽 等.穿越活动断裂带铁路隧道抗震关键技术.隧道建设(中英文)():.孙风伯 赵伯明 杨清源 等.穿越活动断层隧道组合抗震缝定量设置的计算公式及试验验证.中国铁道科学():.(上接第 页)由图 可知增加沥青用量有助于提高高粘高弹超薄沥青混合料冻融劈裂强度比 油石比小于.时 随沥青用量增加显著当油石比从.增加到 时 仅提升.说明油石比达到.之后单纯通过增加沥青用量对混合料水稳定性的提升效果不明显 分析主要原因为集料表面已经具有足够厚度的沥青膜 结合试验建议高粘高弹沥青混合料油石比应不大于.由图 可知高粘高弹超薄沥青混合料的 随粉胶比变化呈抛物线形状 在粉胶比为(筛孔通过率为)时其抗冻融循环能力最优 结合浸水马歇尔试验建议高粘高弹沥青混合料粉胶比范围控制在.结论()温度对高粘高弹超薄沥青混合料稳定性影响显著 当试验温度从 升到 时 种级配动稳定度下降约 级配 动稳定度下降最小高温性能最优 级配 试验结果表明:沥青混合料动稳定度随油石比呈凸抛物线变化在油石比.时达到峰值()与 相比高粘高弹超薄沥青混合料的低温性能更优 不同级配类型的高粘高弹超薄沥青混合料粗型级配 的低温性能最优 主要原因为粗型级配的骨架嵌挤作用更明显 一定程度上在承受荷载破坏时更有利于荷载的传递和消耗()随着油石比的增加高粘高弹超薄沥青混合料低温抗裂性能提高 油石比从.增加到.的过程中最大弯拉应变分别增加了.、.和 综合路用性能及经济成本等因素建议高粘高弹超薄沥青混合料最佳油石比采用.()浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果表明级配越细、空隙率越小混合料的水稳定性越优 增加沥青用量有助于提升其残留稳定度和冻融劈裂强度比在油石比.时水稳定性最优粉胶比在 时抗冻融效果最优参考文献 李宁.路面典型预养护措施的研究与应用概况综述.公路():.徐凌王小兵李先锐等.水性乳液对聚合物改性沥青封层性能的影响.同济大学学报(自然科学版)():.焦一.基于路用性能和微观性质的沥青再生剂优化设计与性能研究.重庆:重庆交通大学:.李亚龙成志强.超薄磨耗层 沥青混合料设计及性能.科学技术与工程():.中国公路学报 编辑部.中国路面工程学术研究综述.中国公路学报():.高磊吴旷怀.基于正交试验的复合高黏高弹改性沥青制备及性能研究.公路():.张争奇田中男黄硕磊等.高黏高弹沥青材料组成及工艺参数研究.建筑材料学报():.交通运输部公路科学研究院.公路沥青路面养护技术规范:.北京:人民交通出版社股份有限公司:.交通运输部公路科学研究院.公路沥青路面施工技术规范:.北京:人民交通出版社股份有限公司:.中海油气开发利用公司哈尔滨工业大学中国石油大学(华东)等.高粘高弹道路沥青:/.北京:人民交通出版社股份有限公司:.交通运输部公路科学研究所.公路工程集料试验规程:.北京:人民交通出版社股份有限公司:.刘培荣.空隙率对高粘弹混合料水稳定性的影响及合理空隙率的确定.长沙理工大学学报(自然科学版)():.张红波彭文举刘俊斌等.空隙率对摊铺式橡胶沥青应力吸收层性能影响.公路交通科技():.夏杨嘉玲李嘉王万鹏等.沥青面层粘结性能试验研究.公路工程():.赵春生.高速公路温度变化下沥青路面变形因素与预估.铁道建筑技术():.铁道建筑技术 ()