基于MIST的热再生沥青混合料水稳定性及动态模量研究.pdf

第 卷第期 年月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)J o u r n a l o fWu h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y(T r a n s p o r t a t i o nS c i e n c e&E n g i n e e r i n g)V o l N o A u g 基于M I S T的热再生沥青混合料水稳定性及动态模量研究刘科强)林梦淼)李超)王海峰)李浩)邱应联)(佛山市建盈发展有限公司)佛山 )(佛山市公路桥梁工程监测站有限公司)佛山 )(佛山市交通科技有限公司)佛山 )摘要:文中采用水损坏敏感性测试仪(m o i s t u r e i n d u c e ds t r e s st e s t e r,M I S T)模拟动水损害,研究热再生沥青混合料的水稳定性和黏弹性,R A P掺量为、与 基于标准飞散、浸水飞散和M I S T处理后的标准飞散试验,研究R A P掺量对混合料静水及动水损害后水稳定性的影响基于动态模量测试,研究R A P掺量对混合料黏弹性的影响结果表明:M I S T处理后,混合料外观无变化,但毛体积相对密度降低、空隙率升高;对于同种沥青混合料,浸水飞散的飞散损失最大,其次是M I S T后标准飞散,最后是标准飞散;和 R A P混合料的水稳定性相当,R A P混合料的水稳定性下降明显;M I S T处理后标准飞散试验可以作为混合料水稳定性的评价方法热再生混合料的动态模量高于全新料,R A P掺量越大,动态模量越大关键词:道路工程;水稳定性;粘弹性;动水损害;热再生混合料中图法分类号:U d o i:/j i s s n 收稿日期:第一作者:刘科强(),男,高级工程师,主要研究领域为路桥工程引言沥青 路 面 回 收 料(r e c l a i m e da s p h a l tp a v e m e n t,R A P)中的沥青老化后变硬变脆,对热再生混合料的水稳定性产生一定影响研究表明:超过 的沥青路面早期破坏都与水损害有关,水损害已成为影响沥青路面使用寿命、缩减沥青路面服役性能的主要原因之一,因而对再生混合料水稳定性的评价也显得尤为重要 目前,热再生混合料水稳定性的评价方法主要是冻融劈裂和浸水马歇尔试验 袁耀波制备了含有五种R A P比例的热再生混合料,采用冻融劈裂及浸水马歇尔试验研究了混合料水稳定性随掺 量 的 变 化 情 况,结 果 表 明:水 稳 定 性 随R A P含量的增加而降低,掺加 R A P时,热再生混合料的水稳定性已不满足规范要求陈龙等针对单次冻融劈裂试验无法评价热再生混合料长期水稳定性的缺陷,采用多次冻融劈裂试验,研究旧料加入比例对热再生混合料水稳定性的影响,结果表明:R A P掺量的增加,对混合料短期水稳定性的影响有限,但长期水稳定性影响较大方杨等 基于冻融劈裂、浸水飞散,以及浸水马歇尔三种试验方法,评价了普通及改性热再生沥青混合料的水稳定性,结果表明:旧料掺量的热再生混合料水稳定性最佳,浸水飞散试验可以作为热再生混合料水稳定性的评价方法除了上述室内热再生混合料水稳定性的研究,卜胤等 对福银高速热再生沥青路面进行钻芯取样,采用冻融劈裂试验检测热再生混合料芯样的水稳定性,结果表明:热再生混合料的水稳定性劣于普通混合料综上所述,冻融劈裂试验、浸水飞散试验和浸水马歇尔试验,简单有效、应用广泛,但均是基于静水条件下沥青路面水损害研究,没有考虑路面实际服役过程中,轮胎带动路表水产生的动水压力对混合料间隙及表面冲刷带来的水损害,对动水压力条件下沥青混合料使用性能的模拟分析还有待提升针对这些问题,美国某公司开发了用于评价沥青混合料动水损害的水损坏敏感性测试仪(m o i s t u r e i n d u c e ds t r e s st e s t e r,M I S T),美国材料与 试 验 协 会 也 发 布 了 基 于M I S T应 用 的A S TM D 规范 因此,文中制备了不同R A P掺量的A C 再生沥青混合料,在M I S T中处理后进行标准飞散试验,并与未经M I S T处理直接进行标准飞散试验和浸水飞散试验的试件对比,研究热再生混合料动水损害后的水稳定性变化情况,分析与静水损害水稳定性变化的差异对未处理及经过M I S T处理的混合料进行动态模量测试,分析R A P掺量及动水损害对热再生混合料粘弹性的影响原材料 新沥青与新矿料采用的新沥青为 号基质沥青,检测结果见表表 号基质沥青检测结果检测项目技术要求试验结果 针入度/mm 软化点/延度/c m 粗集料采用石灰岩碎石,规格为、和 mm,细集料为mm的石屑,填料为石灰石研磨得到的矿粉,集料与填料的性能均满足规范要求 R A P采用的R A P为佛山某高速维修改造产生的铣刨废料,性能检测结果见表表R A P性能检测结果旧料规格/mm沥青含量/R A P矿料相对密度表观相对密度表干相对密度毛体积相对密度吸水率/试验方法 配合比设计采用A C 沥青混合料级配,R A P掺量为、与,四种混合料油石比均为,四 种 热 拌 混 合 料 分 别 命 名 为HAM 、HAM 、HAM 、HAM ,见表 水稳定性试验方案基于肯塔堡飞散试验,研究动水损害对热再生 混合料水稳定性的影响 ,混合料马歇尔试表A C 再生沥青混合料合成矿料级配组成混合料类型通过下列筛孔(mm)集料的质量分数/HAM HAM HAM HAM 级配范围 件并分为三组,第一组进行标准飞散试验,第二组进行浸水飞散试验,第三组先在M I S T(见图)中经过、p s i、次循环条件处理后,再进行标准飞散试验图内部结构与样品受力示意图 动水损害对动态模量的影响试验采用旋转压实方法成型直径 mm、高度 mm的圆柱试件,并钻取直径 mm、高度 mm的测试试件将混合料的试件分为两组,第一组不做处理,第二组在M I S T中进行 、p s i、次循环条件处理采用澳大利亚I P C公司生产的UTM 多功能试验机对试件进行动态模量测试,测试温度为 ,测试加载频率为、及 H z 结果与讨论 M I S T试验对体积指标的影响马歇尔试件经过M I S T处理后,压力室底部无碎粒掉落,外观无变化对M I S T处理前后的马歇尔试件进行体积指标检测,结果见表由 表可知:沥青混合料经M I S T处理空隙第期刘科强,等:基于M I S T的热再生沥青混合料水稳定性及动态模量研究表M I S T处理前后体积指标试验结果单位:检测指标混合料中R A P掺量 M I S T处理前空隙率 M I S T处理后空隙率 率逐渐升高 M I S T的压力室内不断重复进行注水和抽水,以气压方式激发动水压力并生成孔隙水压力,对试件持续冲刷,导致混合料自身开口和闭口空隙的增大 M I S T试验对飞散损失的影响将不同混合料进行标准飞散、浸水飞散及M I S T后标准飞散试验,结果见图图飞散试验结果由图可知:)对于同种沥青混合料,标准飞散的飞散损失最小,其次是M I S T后标准飞散,最后是浸水飞散;当R A P掺量低于 时,三种处理方式飞散损失间的差距均在以内;当R A P掺量为 时,三种处理方式间的飞散损失差距最高达)随着R A P掺量的提高,三种处理方式的飞散损失均逐渐增大,浸水飞散的飞散损失增幅最快,和 R A P掺量的浸水飞散损失相当,R A P掺 量 为 时 的 浸 水 飞 散 损 失 超 过,水稳定性明显下降)M I S T处理后标准飞散的飞散损失变化趋势与浸水飞散一致,有很好的关联度 M I S T处理后标准飞散的全过程需 h左右(M I S T处理h标准飞散 h),仅为浸水飞散试验时间(养生 h静置 h)的/,因此可以将M I S T处理后标准飞散作为混合料水稳定性的评价方法该方法可以模拟动水压力作用,对混合料水稳定性的评价更为真实 动水损害对动态模量的影响研究四种沥青混合料中,沥青的性质、骨架结构的差别随着R A P掺量增加而增加,在相同的测试条件下,会在粘性和弹性之间表现出不同的取向M I S T处理前的动态模量测试结果见图图M I S T处理前的动态模量测试结果由图可知:四种沥青混合料均表现出典型的粘弹性能随着加载频率的提高,沥青混合料积累的能量无法在短时间内释放,导致动态模量随加载频率的增加逐渐变大加载开始时,动态模量增长迅速,而随后增长逐渐变缓,这是因为加载初期,频率较低,沥青对整个混合料体系的影响更大,加载后混合料呈现黏性变形;随着频率的增长,集料对整个混合料体系影响逐渐变大,加载后混合料呈现弹性变形在相同频率下,HAM 的动态模量最低,热再生混合料的动态模量随R A P掺量的增加而逐渐增大,但增大趋势随频率提高而逐渐变缓当加载频率为 H z时,HAM 的动态模量已经达到A C 全新料的两倍以上,是因为热再生混合料沥青差异较大对不同沥青混合料进行抽提试验,并进行三大指标检测,检测结果见表表沥青三大指标检测结果检测项目沥青类型H AM H AM HAM H AM 旧沥青 针 入 度/mm 软化点/延度/c m 由表可知:随着R A P掺量的增加,针入度逐渐降低,软化点逐渐提高,延度迅速下降,混合料中沥青的老化程度逐渐增大老化越严重,沥青的粘度越大,高温性能越好,表现为动态模量逐渐增大对混合料经过M I S T处理后,再进行动态模量测试的结果见图由图可知:经过M I S T处理后,所有混合料的动态模量均呈现降低趋势对于同种混合料,随着频率的增加,动态模量依旧呈现增长趋势,频率较低时增长幅度较大,频率提高后增长幅度降低与M I S T处理前相比,对于同种混合料,低频时的武汉理工大学学报(交通科学与工程版)年第 卷图M I S T处理后的动态模量测试结果动态模量损失大于高频时的动态模量损失,因此在实际路面情况中,低速重载交通对混合料动水损害后的破坏损伤更大随着R A P掺量的增加,M I S T处理后动态模量的下降幅度逐渐增大,因为随着混合料中旧料比例的增加,混合料中沥青的老化程度增大,而新旧沥青结合性能弱于新沥青间的黏结,导致动水损害后,力学性能损失更大结论)M I S T处理后,混合料外观无变化,但有毛体积相对密度降低、空隙率升高的趋势,试件内部结构已经受动水压力影响出现损害,导致材料自身开口和闭口空隙的增大)对于同种沥青混合料,浸水飞散的飞散损失最大,其次是M I S T后标准飞散,最后是标准飞散;三种处理方式的飞散损失均随着R A P掺量增加而变大,和 R A P掺量的浸水飞散损失相当;R A P掺量为 时的浸水飞散损失较大水稳定性明显下降)M I S T处理后标准飞散试验与水稳定性有很好的关联度,可以将M I S T处理后标准飞散作为水稳定性的评价方法该方法不仅可以节约试验时间,还可以模拟动水压力对混合料间隙及表面冲刷带来的水损害,对混合料水稳定性的评价更为客观)四种沥青混合料均表现出典型的黏弹性能,同频率下A C 全新料的动态模量最低;随着R A P掺量的增加,热再生混合料的动态模量逐渐增大,但增大趋势随频率提高而逐渐变缓;混合料M I S T处理后在低频处损失的动态模量大于高频处的损失,M I S T处理后动态模量的下降幅度随R A P掺量增加而逐渐增大参 考 文 献李茜常温再生R A P中老化沥青及再生混合料性能研究D广州:华南理工大学,齐小飞,邹晓翎,阮鹿鸣,等高R A P掺量下热再生混合料水稳定性影响因素研究J中外公路,():魏伟热拌再生沥青混合料在柔性基层中的应用研究D苏州:苏州科技大学,谷雨热再 生 沥 青 混 合 料 配 合 比 设 计 与 性 能 研 究D重庆:重庆交通大学,杨瑞华,许志鸿,李宇峙沥青混合料水稳定性评价方法研 究 J同 济 大 学 学 报(自 然 科 学 版),():梅朝就地热再生沥青混合料水稳定性评价方法研究D重庆:重庆交通大学,肖金军,方杨,曾国东,等沥青混合料浸水马歇尔试验方法改进研究J广东公路交通,():袁耀波不同R A P掺配比例厂拌热再生沥青混合料路用性能研究J公路与汽运,():陈龙,朱建勇,何兆益,等厂拌热再生沥青混合料低温抗裂与水稳定性研究J重庆交通大学学报(自然科学版),():方杨,李善强,刘宇厂拌热再生沥青混合料水稳定性能研究J重 庆交 通 大学 学报(自然 科学 版),():卜胤,祝谭雍,王斯倩基于钻芯取样的厂拌热再生沥青路面性能试验研究J公路与汽运,():T A R E F D E RRA,WE L D E G I O R G I S M T,AH MA D MA s s e s s m e n to f t h ee f f e c to fp o r ep r e s s u r ec y c l e so nm o i s t u r es e n s i t i v i t yo fh o tm i xa s p h a l tu s i n g M I S Tc o n d i t i o n i n ga n dd y n a m i cm o d u l u sJJ o u r n a l o fT e s t i n g&E v a l u a t i o n,():交通运输部公路科学研究院公路沥青路面施工技术规范:J T GF S北京:人民 交通 出版社,刁锡刚,陈智勇,朱云升,等冻融循环对热再生沥青混合料耐久性能的影响J武汉理工大学学报(交通科学与工程版),():张金喜,禚永昌,韩丁丁,等原材料对沥青混合料抗疲劳性能影响的试验研究J武汉理工大学学报(交通科学与工程版),():(下转第 页)第期刘科强,等:基于M I S T的热再生沥青混合料水稳定性及动态模量研究S t u d yo nM e c h a n i c a lR e s p o n s eo fS t e e pL o n g i t u d i n a lS l o p e sB a s e do nV i s c o e l a s t i cM o d e lO U Y A N GX u n Z H A N GS h a o q i a n g T A N G W e i y u J I A N GC h e n c h e n(P o w e rC h i n aR o a d b r i d g eG r o u pC oL t d,B e i j i n g ,C h i n a)A b s t r a c t:B a s e do nt h ed y n a m i cm o d u l u s t e s t,t h e r e l a x a t i o nm o d u l u s a n d t h em a i nc u r v eo f r e l a x a t i o nm o d u l u so fA C ,A C a n dA C a s p h a l tm i x t u r e sw e r ed e t e r m i n e d,a n d t h ev i s c o e l a s t i cp a r a m e t e r sw e r ed e t e r m i n e da c c o r d i n g t o t h e r e l a x a t i o nm o d u l u s,a n da f i n i t e e l e m e n tm o d e lw h i c hc a ns i m u l a t e t h em o v e m e n to fh o r i z o n t a l l o a da n dv e r t i c a l l o a dw a se s t a b l i s h e d T h er e s u l t ss h o wt h a tc o m p a r e dw i t ht r a n s v e r s es h e a rs t r e s sa n d l o n g i t u d i n a l s h e a r s t r e s s,t h em a x i m u ms h e a r s t r e s s c a nb e t t e rc h a r a c t e r i z et h es t r e s so fp a v e m e n t T h ep e a ko f t h em a x i m u ms h e a r s t r e s su s u a l l ya p p e a r s i nt h eu p p e rm i d d l e l a y e r o f t h ep a v e m e n t T h e i n f l u e n c ed e g r e e s o f d r i v i n gs p e e d,h o r i z o n t a l f o r c e a n d t e m p e r a t u r eo nt h em a x i m u ms h e a rs t r e s s i np a v e m e n ta r e:h o r i z o n t a l f o r c e,t e m p e r a t u r ea n dd r i v i n gs p e e dr e s p e c t i v e l y I t i ss u g g e s t e dt h a to v e r l o a dc o n t r o l a n ds p e c i a ld e s i g no f t h eu p p e ra n dm i d d l es u r f a c em a t e r i a l so nd o w n h i l l s e c t i o n sc a nb ea d o p t e dt or e d u c e t h es h e a r s t r e s s i n s i d e t h ep a v e m e n t,s oa s t oa c h i e v e t h ep u r p o s eo fp r e v e n t i n gr u t t i n g K e yw o r d s:s t e e pl o n g i t u d i n a l s l o p e s;v i s c o e l a s t i cm o d e l;f i n i t ee l e m e n t;m a x i m u ms h e a r s t r e s s;h o r i z o n t a l f o r c e(上接第 页)R e s e a r c ho nM o i s t u r eS t a b i l i t ya n dV i s c o e l a s t i c i t yo fH o t m i x e 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e s t a n d a r dd i s p e r s i o n t e s t a f t e rM I S Tt r e a t m e n t c a nb eu s e da s a ne v a l u a t i o nm e t h o do fw a t e rs t a b i l i t yo fm i x t u r e T h ed y n a m i cm o d u l u so fh o tr e c y c l e dm i x t u r e i sh i g h e rt h a nt h a to fb r a n d n e wm a t e r i a l,a n d t h eg r e a t e r t h e c o n t e n t o fR A P,t h eg r e a t e r t h ed y n a m i cm o d u l u s K e yw o r d s:r o a de n g i n e e r i n g;m o i s t u r e s t a b i l i t y;h y d r o s t a t i cp o r ep r e s s u r ed a m a g e;h o t m i x e d r e c y c l e da s p h a l tm i x t u r e;r e c l a i m e da s p h a l tp a v e m e n t第期欧阳汛,等:基于黏弹性模型的长大纵坡路段力学响应分析