双层SMA混凝土桥面铺装高温性能研究.pdf
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1、2 0 1 4年 1 2月 石 油 沥 青P E T R O L E U M A S P H A L T 第 2 8卷第6期 双层 S MA混凝土桥面铺装高温性能研究 陈 飞 ( 招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆4 0 0 0 6 7 ) 摘要:根据国外应用情况,拟定了不同组合方式的五种双层 S MA结构,通过谢伦堡析 漏试验、肯塔堡飞散试验以及车辙试验检验了每种类型混合料的抗高温变形性能,在此基础 上,通过 A P A试验和车辙试验分析 了五种不同组合方式的双层 s MA结构抗高温变形性能, 结果显 示:双层结构整体的抗 变形能 力更大程度上依赖于结构组合方式;上 面层抗 变形能力 稍
2、差的混合料与下面层抗变形能力较 强的混合料组合的整体抗 变形能力可能优 于双层抗 变形 能力较强的混合料组合;推荐采用S M A1 3+S MA 9 5或 S MA 9 5+S MA 1 3组合。 关键词:桥面铺装S MA 双层结构 高温性能 试验研究 水泥混凝土桥梁是我 国高等级桥梁最常见的 结构 ,为了便于施工和保证行车的舒适性 ,在混 凝土桥面上往往采用沥青混合料铺装,目前大多 直接采用与沥青路面中、上面层相同的结构形 式。 但从已建成通车的桥面使用情况来看 ,这种 铺装结构桥面的使用性能不尽理想,尤其是高温 稳定性能欠佳- 1 J 。在普遍采用 S B S改性沥青的 情况下,高温性能的
3、缺陷考虑主要是由于铺装层 结构设计不合 理造成 的- 2 J 。水 泥混凝土板 刚性 较大 ,荷载在沥青层层低产生的拉应力与一般路 面相 比较 高 ,在夏季高温时容易发生 车辙等病 害, 所以要求沥青层的设计具有良好的抗变形能 力 ,实践证明 ,目前常用的 A C结构在这方面优 势并不 明显 J 。 近年来,开始采用双层 S M A结构替代 A C 结构 ,尤其是在德国、日本等国应用较多 ,并且 取得了一定的效果H J 。S M A混合料属于间断级 配 ,有足够的粗料形成骨架 ,又有细料填充骨架 空隙,可以形成一种骨架密实结构 ,此结构 的抗 变形能力明显好于 A C的悬浮密实结构 J 。但是
4、 在 S M A混合料的类型以及双层组合问题上还没 有达成统一,本文针对几种不同类型的 S M A混 合料,对沥青混合料的性能以及不同双层组合方 式的结构的抗变形能力进行研究 ,为我国水泥混 凝土桥面沥青层铺装提供技术参考。 1 配合比设计 1 1 原材料技术性能 沥青采用 S B S改性沥青 ,粗 细集 料均采用 质地坚硬的、表面粗糙的、棱角性好的玄武岩, 矿粉采用 石灰 岩矿 粉,各原材料技术指标如表 1 3 。纤维采用美 国 “ 莲花 ”牌松散木质素纤 维 ( 用量为沥青混合料总重量 的 0 3 ) ;抗剥 落剂为扬中文昌 T 一I 型抗剥落剂 ( 用量为沥 青重量的0 4 ) 。 表
5、1 S B S改性沥青性能指标 项 目 实测值技术要求 试验方法 1 2配合比设计 本 次研究 选用 S MA一1 6 、 S M A一1 3 和S MA 收稿 13 期 :2 0 1 4 0 62 4 。 作者简介:陈飞 ( 1 9 8 5 一),硕士,从事路面结构与材料 研究工作。邮箱:3 0 3 9 8 5 5 7 0 q q - c o rn 基金项目:广东省交通科技项 目 复合式路面结构及界面 处理技术研究 ,项目编号 2 0 1 2 1 4 1 。 5 2 石 油 沥 青 2 0 1 4年第 2 8卷 密度 集料规格 m m 1 9 0 1 6 0 1 3 2 9 5 4 75 2
6、 3 6 1 1 8 0 6 0 3 0 1 5 0 0 7 5 表 3 矿粉性 能指标 表 4 配合 比设计结果 表 5三种混台料马歇 尔试验结 果 注 :1 S MA 1 6的 V MA要求为 1 6 5 。 2 S MA1 6 、S MA 1 3和 S MA 9 5三者的 V C AD R c 分别为 :4 0 。 1 2、4 1 1 1 和 3 9 8 5 。 2性能试验及分析 双层 S MA组合铺装的桥 面的抗永久变形能 力除了与组合形式相关外 ,还与每层 S MA混合 料本身的性能有关 ,所 以,为了保证对结构组合 研究的准确性,之前有必要对 S M A 昆 合料进行 必要的性能检
7、测 。 按照 S MA沥青马蹄脂混合料 的特点 ,并结 合所要考察的抗永久变形性能 ,对三种 S M A混 合料进行析漏试验、飞散试验 以及车辙试验,试 验结果见下表 6 8 。 表 6 析漏试验结果 表 7 飞散试验结果 第6期 陈飞双层 S MA混凝土桥面铺装高温性能研究 5 3 从表 6和 表 7试 验 数 据 看 到:S MA 9 5 、 S MA 1 3以及 S MA 1 6三种混合料析漏试验和飞散 试验结果都满足要求, 并且比较接近,说明三种 混合料的沥青用量设计较为合理,不会出现因为 沥青用量稍微偏多而影响双层组合结构的试验结 果 ;表 8表明 ,三种混合料的动稳定度满足使用 要
8、求 ,但相互存在差异 ,尤其 S MA 9 5的差异较 大,这是因为,混合料的动稳定度受骨料形成的 骨架密实结构影响,粗集料尺寸越大, 在 昆 合料 内部形成的骨架效果越好,抗高温变形能力就越 强,当然这仅仅是对单层结构而言,对于双层组 合结构的整体抗变形能力,需要通过组合结构的 试验来分析。 3 双层 S MA铺装复合梁试验及分析 3 1 试验 方法 研究成型 S MA混合料双层复合梁,分别采 用 A P A试验和车辙试验评价双层结构 S M A的抗 高温变形能力。A P A为 “ 沥青路面分析仪” ,工 作电压为 2 0 82 4 0 V,气泵要求压力为 0 6 9 0 7 6 M P a
9、 ,由加载系统 、温度控制系统、操纵面 板等部分组成 ,试验通过直接测量作用一定次数 后 ( 一般为8 0 0 0次) 的竖向变形来衡量混合料 的抗变形能力 ,A P A试验参数如表 9 。 表 9 A P A试验参数 复合梁车辙试验所用设备与常规 的车辙仪相 同,只是对车辙板成型模具进行了改装, 改装后 的成型模由上下两层组成 ,每层厚度可以控制。 复合板尺寸控制为 3 0 c m 3 0 c m1 0 c m。 3 2 试验结果及分析 A P A试验中复合梁试件总厚度为7 5 in In ,根 据可能的结构组合,研究拟定5种结构组合,如 图 1 所示 ,试验结果见图2 。 4 0 m m厚
10、 S M AI 3 3 5 m m 厚 S M A 9 5 a :结构组合 1 4 0 m m厚 S MA 9 5 3 5 m m 厚 S MA 1 3 b :结构组合 2 4 0 m m 厚 S M A1 3 3 5 mm厚 S M A1 3 c :结构组合 3 4 0 m m 厚 S M A1 6 3 5 m m 厚 S M A1 3 d :结构组合 4 4 0 m m厚 S MA 1 6 3 5 mm厚 S M A 9 5 e :结构组合 5 图 1 A P A试验不同 S MA结构组合 图2 不同组合 A P A试验结果 分析图 2五种 组合 结构 的试 验数据走 向发 石 油 沥 青
11、 2 0 1 4年第 2 8卷 现 : ( 1 )五种组合结构的 A P A轮辙深度有差异 , 其中组合 1( 4 0 m m S M A 1 3+ 3 5 m m S M A 9 5 )与 组合 2 ( 4 0 m m S M A 9 5+3 5 m mS MA 1 3 )轮辙深 度较小 ,不超过 2 5 mm,表明这两种组合有较 强的抗高温变形能力 ;组合 3 ( 4 0 m m S M A1 3+ 3 5 m mS MA I 3 ) ,组 合 4 ( 4 0 mm S MA 1 6 +3 5 m m S M A 1 3 ) 以及组 合 5 ( 4 0 m m S M A 1 6+3 5
12、m mS MA 9 5 )轮辙深 度较大 ,均超过 了 3 m m, 与组合 1与组合 2相比,其抗变形能力稍差。 ( 2 )分析组合 1 与组合 2 ,发现两种相同的 混合料 S MA 9 5与 S M A1 3 ,组合形式不同,A P A 轮辙 深 度 也 有 差 异 ,下 面 层 公 称 粒 径 大 ( S M A1 3 ) 的组合 2轮辙深度大于下面层公称粒 径小 ( S MA 9 5 )的组合 1 。这种试验结果 与我 们 目前的理解有差异 ,目前的路面设计中,通常 下面层公称粒径要稍微大于上面层 ,但是从本次 试验看来 ,在 桥面铺装 中,不尽然是 如此 ,因 此,在桥面铺装中 ,
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