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        Superpave20瀝青混凝土在巴基斯坦干線公路中的應(yīng)用研究

        2018-11-09 07:06:08張可強(qiáng)縱瑾瑜汪立誠(chéng)
        城市道橋與防洪 2018年10期
        關(guān)鍵詞:車(chē)轍集料高溫

        張可強(qiáng),縱瑾瑜,汪立誠(chéng)

        (1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司,江蘇 南京 211112;2.新型道路材料國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 211112)

        0 引言

        我國(guó)援巴基斯坦國(guó)道主干線N5公路是巴基斯坦國(guó)家的重要經(jīng)濟(jì)走廊,是巴基斯坦快速發(fā)展中運(yùn)輸物資的交通要道。隨著車(chē)輛運(yùn)輸業(yè)的快速增長(zhǎng),重載及超載車(chē)輛較多。據(jù)當(dāng)?shù)毓肪仲Y料顯示:貨車(chē)所占比重顯著增加,且重載車(chē)輛行駛速度緩慢;該地區(qū)屬于熱帶干燥氣候,夏季溫度特高,極端日平均氣溫高達(dá)48.8℃,路面表面溫度則超過(guò)70℃,晝夜溫差小,且高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),雨水極少,年平均降雨量不足100~200 mm。這些因素導(dǎo)致道路車(chē)轍嚴(yán)重(見(jiàn)圖1)。

        圖1 舊路車(chē)轍嚴(yán)重

        結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,項(xiàng)目組對(duì)N5公路工程項(xiàng)目開(kāi)展了Superpave高性能瀝青混凝土的試驗(yàn)研究,以改善和提高路面抗車(chē)轍性能、使用安全性和耐久性能。

        1 原材料選擇

        1.1 瀝青

        瀝青屬于熱敏感性材料,高溫易變形。由于該項(xiàng)目所在區(qū)域特殊的氣候條件和交通條件,經(jīng)研究首次在巴基斯坦國(guó)道主干線上采用50號(hào)硬質(zhì)瀝青摻加5.0%的SBS瀝青進(jìn)行SBS改性。改性瀝青為現(xiàn)場(chǎng)加工,同時(shí)強(qiáng)化瀝青進(jìn)場(chǎng)及改性加工管理,避免離析現(xiàn)象。表1為瀝青的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。技術(shù)指標(biāo)參考國(guó)內(nèi)規(guī)范[1,3]。

        表1 SBS改性瀝青檢測(cè)結(jié)果

        1.2 集料

        項(xiàng)目原材料遠(yuǎn)距離運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性投入較高,為此,只能就地取材。集料母材取自當(dāng)?shù)馗瓯跒┑牡[石,經(jīng)加工生產(chǎn)成成品粗細(xì)集料。提出的粗、細(xì)集料技術(shù)要求及材料性能試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

        表2 粗集料技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)結(jié)果

        表3 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)及檢測(cè)結(jié)果

        1.3 填料

        該項(xiàng)目所在區(qū)域無(wú)礦粉,以水泥作為主要填料,其技術(shù)要求和試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果均滿足國(guó)內(nèi)規(guī)范中礦粉的技術(shù)要求。

        2 瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)

        2.1 目標(biāo)配合比驗(yàn)證

        依據(jù)Superpave設(shè)計(jì)的一般方法,通過(guò)計(jì)算機(jī)按照級(jí)配設(shè)計(jì)程序計(jì)算,在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),該項(xiàng)目的集料比較特殊,只有合成級(jí)配接近或超出相關(guān)要求的下限控制點(diǎn)時(shí),其混合料才能形成理想的骨架嵌擠結(jié)構(gòu)。因此,該項(xiàng)目配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中減少細(xì)集料用量,即0~2.36 mm集料占礦料總量均在20%以內(nèi)。通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整,最后驗(yàn)證確定瀝青混合料的礦料配比為:19~26.5mm∶9.5~19mm∶4.75~9.5 mm∶2.36~4.75 mm∶0~2.36 mm∶礦粉(水泥)=7∶36∶25∶10∶19∶3。考慮到項(xiàng)目地常年持續(xù)高溫少雨、重載交通嚴(yán)重的車(chē)轍現(xiàn)象,依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范說(shuō)明,在設(shè)計(jì)最佳瀝青用量的基礎(chǔ)上減小0.1%~0.5%作為設(shè)計(jì)瀝青用量,最終確定的最佳油石比為4.2%,礦料合成級(jí)配曲線見(jiàn)圖2。同時(shí)結(jié)合該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)高溫和交通狀況,配合比研究的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)次數(shù)與中國(guó)和美國(guó)的常規(guī)壓實(shí)次數(shù)不同,分別選用初壓9次,設(shè)計(jì)125次,最大壓實(shí)205次。Superpave20瀝青混合料性能指標(biāo)要求見(jiàn)表4。

        圖2 Superpave20合成級(jí)配曲線

        表4 Superpave20瀝青混合料設(shè)計(jì)指標(biāo)

        2.2 生產(chǎn)配合比的確定

        根據(jù)目標(biāo)配合比對(duì)各種集料所確定的設(shè)計(jì)比例進(jìn)行生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì),通過(guò)拌和樓冷料流量標(biāo)定效核、熱料倉(cāng)篩分、密度試驗(yàn),進(jìn)行了生產(chǎn)配合比調(diào)試和級(jí)配組合設(shè)計(jì)。取目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的最佳油石比及±0.3%三個(gè)油石比進(jìn)行瀝青混合料性能驗(yàn)證,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定生產(chǎn)配合比的最佳油石比,確定的生產(chǎn)配比見(jiàn)表5。生產(chǎn)配比中瀝青混合料性能指標(biāo)見(jiàn)表6。

        表5 Superpave20生產(chǎn)配合比

        表6 Superpave20生產(chǎn)配合比實(shí)測(cè)體積指標(biāo)結(jié)果

        3 Superpave20瀝青混凝土路用性能

        3.1 高溫穩(wěn)定性

        研究表明,瀝青混合料是溫度敏感性材料,當(dāng)溫度高于45℃時(shí),溫度每升高5℃車(chē)轍深度增加大約1.8倍[4]。該項(xiàng)目所在區(qū)域夏季高溫達(dá)48.8℃,路面溫度均在70℃以上,為此,在標(biāo)準(zhǔn)輪壓下,選擇了三個(gè)溫度條件,分別以60℃(標(biāo)準(zhǔn)溫度)、非標(biāo)準(zhǔn)70℃和80℃條件進(jìn)行試驗(yàn)研究,進(jìn)一步檢驗(yàn)瀝青混合料在苛刻溫度條件下的抗車(chē)轍能力。瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。同時(shí),為了模擬重載交通,通過(guò)增加輪壓,分別在胎壓達(dá)到0.85 MPa和1.0 MPa、80℃條件下進(jìn)行瀝青混合料車(chē)轍試驗(yàn)。研究結(jié)果表明,所選擇的Superpave20瀝青混合料高溫抗車(chē)轍性能表現(xiàn)得十分優(yōu)越。

        表7 高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)研究結(jié)果

        3.2 抗水損害性

        采用AASHTO T283試驗(yàn)方法對(duì)瀝青混合料的抗水損害性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。與馬歇爾試驗(yàn)相比,AASHTO T283試驗(yàn)條件更嚴(yán)格,混合料要求達(dá)到7%±1%的空隙率,與現(xiàn)場(chǎng)性能具有較好的相關(guān)性[2]。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。從試驗(yàn)結(jié)果看,選定的瀝青混合料的抗水損害性能滿足設(shè)計(jì)及現(xiàn)行規(guī)范的要求。

        表8 AASHTO T283試驗(yàn)結(jié)果

        3.3 低溫抗開(kāi)裂性能

        為評(píng)價(jià)瀝青混合料低溫抗開(kāi)裂性能,對(duì)Superpave20瀝青混合料進(jìn)行低溫彎曲試驗(yàn)。試驗(yàn)條件:在試驗(yàn)溫度-10℃,速率50 mm/min,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。從試驗(yàn)結(jié)果看,Superpave20瀝青混合料在低溫狀態(tài)下破壞應(yīng)變大于2 500 με,說(shuō)明其具有良好的低溫抗開(kāi)裂性能。

        表9 Superpave20瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果

        3.4 后期觀測(cè)

        針對(duì)地域的特殊條件,項(xiàng)目組對(duì)Superpave20試驗(yàn)段進(jìn)行跟蹤觀測(cè),對(duì)行車(chē)道輪跡帶進(jìn)行測(cè)試,檢驗(yàn)其車(chē)轍變形情況。試驗(yàn)段落運(yùn)行3年后車(chē)轍檢測(cè)數(shù)據(jù)為:平均車(chē)轍深度為8 mm,最大車(chē)轍深度為15 mm。車(chē)轍跟蹤觀測(cè)數(shù)據(jù)充分說(shuō)明Superpave20瀝青混凝土具有良好的抗車(chē)轍性能。

        4 結(jié)論

        通過(guò)對(duì)巴基斯坦國(guó)道N5公路施工過(guò)程中的原材料、配合比、路用性能的試驗(yàn)研究,可以看出:

        (1)Superpave20瀝青混合料旋轉(zhuǎn)壓實(shí)分別采用初壓9次,設(shè)計(jì)125次,最大壓實(shí)205次,瀝青混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

        (2)Superpave20的粗集料顆粒之間具有良好的嵌擠作用,因此具有非常好的抵抗荷載變形能力,即使在極端高溫條件下,仍有較強(qiáng)的高溫抗車(chē)轍能力,滿足高溫重載特殊地區(qū)的技術(shù)要求。

        (3)由于SBS改性瀝青、礦料和礦粉形成的高黏性瀝青膠結(jié)料,使得瀝青混合料具有良好的低溫性能和抗水損害性能,能夠滿足巴基斯坦高等級(jí)公路工程的技術(shù)要求。

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