砂粒式超薄沥青混凝土粗集料骨架特性.pdf
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1、砂粒式超薄沥青混凝土粗集料骨架特性 祝斯月等 l 3 3 砂粒式超 薄沥青混凝土粗集料骨架特性 祝 斯月 , 匾 。 , 豆 怀 兵 , 李 鑫 。 , 秦先 涛 。 ( 1 长安大学材料科学与工程学院, 西安 7 1 0 0 6 1 ; 2 长安大学交通铺面材料教育部工程研究中心 , 西安 7 1 0 0 6 1 ; 3 长安大学公路学院, 西安 7 1 0 0 6 4 ) 摘要 为了研究砂粒式超薄沥青混凝土级配的骨架特性 , 采用逐级填充试验, 以粗集料间隙率( V C A) 、 加州承 载比( C B R) 和最大贯入荷载( MP L ) 为指标, 分析 了不同粗集料组合方式对砂粒式超薄
2、沥青混凝土骨架密实性以及骨 架强度的影响, 探讨 了C B R、 MP L用于评价干混集料骨架强度的适应性, 并结合均匀设计和灰关联熵分析法确定 了 影响粗集料骨架特性的关键筛孔, 进而推荐了各档粗集料含量的范围。结果表 明, 最大贯入荷载能很好地反映集料 抵抗外界荷载的能力, 适合作为砂粒式超薄沥青混凝土骨架强度的评价指标; 2 3 6 rai n 、 1 1 8 1 T I I T I 筛孔上集料含量对 VC A和 MP L的影响显著 ; 三档粗集料含量 的推 荐范围分别为 8 3 1 6 3 ; 7 8 6 8 2 6 ; 5 1 9 1 。 关键 词 道路工程砂粒式超薄沥青混凝土逐级填
3、充试验均匀配方设计灰关联熵最大贯入荷载 中图分 类号 : U4 1 6 2 1 7 文献标识码 : A D OI : 1 0 i 1 8 9 6 j i s s n 1 0 0 5 0 2 3 X 2 0 1 5 0 2 0 2 9 The Sk e l e t o n Ch a r a c t e r i s t i c s 0 f Co a r s e Ag g r e g a t e s i n Gr a n u l a r Ul t r a - t hi n As pha l t Co nc r e t e Z H U S i y u e , I c H E N S h u a n f
4、 a 1 , D O U H u a i b i n g , L I X i n 。 , Q I N X i a n t a o 。 ( 1 S c h o o l o f M a t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g,Ch a n g a n Un i v e r s i t y ,Xi a n 7 1 0 0 6 1 ;2 En g i n e e r i n g Re s e a r c h Ce n t e r o f Tr a n s p o r t a t i o n Ma t e r i a l s o f
5、 Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n ,C h a n g a n Un i v e r s i t y ,Xi a n 7 1 0 0 6 1 ;3 S c h o o l o f Hi g h wa y ,Ch a n g a n Un i v e r s i t y,Xi a n 7 1 0 0 6 4 ) Ab s t r a c t I n o r d e r t o r e s e a r c h t h e s k e l e t o n c h a r a c t e r i s t i c s O g r a n u l a r u l
6、t r a - t h i n a s p h a l t c o n c r e t e ,t h e i n f l u e n c e s o f c o a r s e a g g r e g a t e c o mp o s i t i o n o n t h e c o mp a c t i o n a n d f r a me s t r e n g t h we r e a n a l y z e d u s i n g g r a d u a l l y f i l l i n g t e s t b a s e d o n t h e i n d i c a t o r s
7、 o f v o i d s i n c o a r s e a g g r e g a t e s( VCA),Ca l i f o r n i a b e a r i n g r a t i o( CB R)a n d ma x i mu m p e n e t r a t i o n l o a d ( M P I ) Th e a p p l i c a b i l i t y o f u s i n g CBR a n d M P L t o e v a l u a t e t h e f r a me s t r e n g t h o f t h e a g g r e g a
8、t e s wa s d i s c u s s e d Th r o u g h u n i f o r m d e s i g n me t h o d a n d g r e y c o r r e l a t i o n e n t r o p y ,t h e k e y s c r e e n o p e n i n g s we r e d e t e r mi n e d Th e n t h e r a n g e s o f c o a r s e a g g r e g a t e s c o n t e n t we r e r e c o mme n d e d a
9、s we l 1 Th e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e MPL c a n we l 1 r e f l e c t t h e r e s i s t a n c e o f t h e a g g r e g a t e s t o t h e e x t e r n a l l o a d Th e VCA a n d MPL a r e g r e a t l y i n f l u e n c e d b y t h e c o n t e n t o f a g g r e g a t e s a b o v e t h
10、e 2 3 6 mm a n d 1 1 8 r n r n s i e v e s Th e r e c o mme n d e d c o n t e n t s o f t h e t h r e e c o a r s e a g g r e g a t e s a r e 8 3 一 1 6 3 ,7 8 6 8 2 6 a n d 5 1 一9 1 r e s p e c t i v e l y Ke y wo r d s r o a d e n g i n e e r i n g,g r a n u l a r u l t r a - t h i n a s p h a l t
11、c o n c r e t e ,g r a d u a l l y f i l l i n g t e s t ,mi x t u r e u n i f o r m d e s i g n ,g r e y c o r r e l a t i o n e n t r o p y ,ma x i mu m p e n e t r a t i o n 1 o a d 0 引言 砂粒式超薄沥青混凝土是厚度为 1 5 2 0 mm、 最大公称 粒径仅为 4 7 5 mm的超薄沥青t 昆 凝土面层 , 主要用于高等级 沥青或水泥路面的预防性养护及轻微病害的矫正性养护, 也 可作为新建路面 的磨耗层。
12、砂粒式超 薄沥青混凝土 除具有 普通超薄沥青混凝 土的优势外 , 还能显著减小 面层厚度 , 尤 其适用于对标高和结构 自重有严格 限制的工程。此外 , 它能 有效利用道路建设 中产生的废 旧石料 节约资源口 。美 国 NC AT( Na t i o n a l C e n t e r f o r As p h a l t Te c h n o l o g y ) 研究报告中 对砂粒式超薄沥青混凝土提 出了较宽泛的级配范 围E 。 。国 内采用不同粗细集料的分界筛孔对砂粒式超薄沥青混凝土 的级配进行了探讨_ 5 。然而, 砂粒式超薄沥青混凝土具有 粒径小的特点, 在级配设计中粗集料颗粒间嵌挤力
13、的大小及 密实程度是级配设计的关键 因素。此外 , 对于粗集料这一松 散材料 , 目前主要通过粗集料间隙率来判断其骨架状态, 然 而粗集料间隙率主要是体现集料密实性 的指标 , 集料颗粒间 的稳定性主要由集料抵抗外界荷载的能力即骨架强度决定 , 而如何评价干混集料骨架强度 目前还没有明确的方法。 本研究采用逐级填充试验 , 以 VC A、 C B R和 MP L为指 标分析 了粗集料组合方式对砂粒式超 薄沥青混凝土骨架 性 能的影响, 探讨了集料骨架稳定性 的评价方法 , 结合均匀设 *“ 十二 五” 国家科技支撑计 划( 2 0 t l B AE 2 7 B 0 4 ) 祝斯 月: 女 ,
14、1 9 8 7年生 , 博士生 , 主要 研究方 向为路 面材料E ma i l : z h u s i y u e c h d g ma i l c o m 砂粒式超薄沥青混凝土粗集料骨架特性 祝斯月等 1 3 5 渐减小, 这是因为粗集料形成的空隙逐 渐被填充 。当 S 2 集 料的含量达到 6 O 时 VC A最小 , 为 3 4 3 , 之后随着 S 集 料含量的继续增加 , 由于 S 集料的干涉作用凸显, VC A反而 增大 。随着 S 集料含量的逐渐增加 C B R值呈波动性先增大 后减小, 与 V C A的变化规律并不完全一致 , 即当 V C A最小 时, C B R值并未达到
15、最大。集料间空隙率并非决定矿料稳定 性的唯一 因素 , 矿料间的接触点才是真正的受力主体口 。因 此, 在级配组成设计 时应综合考 虑 V C A和 C B R 的变 化规 律, 即应使集料在形成稳定骨架结构 的同时, 还具有一定的 密实度, 单纯意义上的最大密实度 或骨架强度没有 实际价 值。 从图 3还 可 以看 出, 当 S 集 料 的含量 为 8 O 、 8 5 、 9 0 时, 三者间的 V C A相差不大, C B R值较大且 比较接近。 这说明 S 1 与 S 2 集料在这 3 种组合时 , 干混集料兼具较好的 骨架强度与骨架密实度 。 图 3 V C A与 C B R试验结果
16、Fi g 3 T e s t r e s u l t s o f VCA a n d CB R 2 1 2 单轴 贯入 试验 前面已通过 C B R试验确定 了 S 与 S 2 集料之间 3种较 好 的组合。为了进一步区分这 3 种组合 的优劣 以获得最优 的方案 , 对以上 3 种组合进行单轴贯入试验。单轴贯入试验 中矿料 内部受力与沥青路面所受剪应力中的嵌锁力相似 , 能 很好地模拟矿料 的实 际受力状况。对于松散材料这一 不稳 定体 , 其骨架破坏时贯人深度与集料间堆躲作用的大小关系 密切 , 即不同集料组合其骨架破坏 时的贯入深度不尽相 同。 单轴贯入试验具有能实时反映集料 问贯入荷载
17、与贯人 深度 之间变化规律的优势 , 且试验精度较高。3 组集料组合的贯 入曲线( L o a d p e n e t r a t i o n c u r v e , L P C ) 如图 4所示。 从单轴贯人试验结果 可以看 出, 随着贯入深度的增加, 贯入荷载先急剧增大 , 达到一个峰值即最大贯入荷载, 然后 经历一个屈服阶段后便迅速下降。这是 因为砂 粒式超 薄沥 青混凝土的粗骨料之间存在一个堆垛强度 , 超过最大贯人荷 载后粗集料 间的堆垛 结构被破坏 , 表现为贯 人荷载急剧下 降 。因此, 最大贯入荷载可以反映集料间抵抗外力作用的大 小 , 即集料间的骨架强度。随后, 由于粗集料
18、间的堆垛作用 已被破坏, 贯入深度继续增加时贯人荷载主要表现为容器 的 约束作用, 与矿料级配稳定性关系不大。 从图 4 可 以看 出, 3组试验的最大贯入荷载出现的深度 明显不同, 这正好说明采用同一贯入深度下的贯人荷载来评 价集料问的骨架强度是不准确的。因此采用 C B R值来衡量 砂粒式超薄沥青混凝土的骨架强度具有一定的局限性 。对 比图 4 ( a ) 一( c ) 可 以看出, 当次级集料 S 的含量为 8 5 时, 贯入荷载的峰值为 2 5 0 N, 为 3 种组合中最大。因此 , 根据一 级逐级填充试验确定初级集料 S 与次级集料 S 2 集料之间的 最佳比例为 1 5: 8 5
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