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        不同黏結(jié)層瀝青路面層間抗剪性能研究

        2019-09-26 06:27:58蘇連虎
        山西交通科技 2019年4期
        關(guān)鍵詞:瀝青路面

        蘇連虎

        (呂梁市交通運輸局,山西 呂梁 033000)

        0 引言

        隨著我國交通運輸和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,道路交通量日益增加,重載和交通渠化更加突出,由于層間結(jié)合差引起的路面推移、擁包病害較多,許多公路在通車不久之后就發(fā)生了較為嚴(yán)重的車轍破壞[1-4]。路面車轍不僅縮短了道路的使用壽命,而且對行車安全提出了更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[5-6]。瀝青路面車轍不僅與交通荷載和環(huán)境因素有關(guān),而且取決于路面的材料和結(jié)構(gòu)特性,其中瀝青混合料層中的剪切力和抗剪強(qiáng)度的比值會嚴(yán)重影響路面的抗車轍性能。如何提高瀝青混合料層間的抗剪切性能,是提高路面耐久性,防止路面過早發(fā)生車轍破壞的主要手段?;诖?,為提高路面層間結(jié)合黏結(jié)效果,本文通過試驗,研究了油石比、加載速率、溫度、層間結(jié)合料種類和用量對瀝青路面層間抗剪性能的影響,為防止路面發(fā)生車轍破壞提供理論基礎(chǔ)。

        1 原材料與試驗方法

        1.1 原材料

        本文基質(zhì)瀝青采用A級70號瀝青,其主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示,SBR改性瀝青和SBR改性乳化瀝青均采用A級70號瀝青自制;粗細(xì)集料均選用玄武巖,礦粉選用磨細(xì)的石灰石粉,集料和礦粉都有良好的物理力學(xué)性能,混合料級配選用SMA-13,其合成級配如表2所示。

        表1 基質(zhì)瀝青的基本技術(shù)指標(biāo)

        表2 瀝青混合料合成級配 %

        1.2 試件制備及測試

        首先采用擊實法成型一層32±0.5 mm的試件,待試件冷卻之后在其表面均勻涂抹一層層間結(jié)合料,然后再取與前一層相同質(zhì)量的瀝青混合料,以相同的擊實次數(shù)成型。將成型好的試件采用直接剪切試驗,測試不同加載速率和不同溫度條件下的層間抗剪強(qiáng)度,評價瀝青路面的層間抗剪性能。

        2 試驗結(jié)果及分析

        2.1 油石比對抗剪性能的影響

        以基質(zhì)瀝青為層間黏結(jié)層,保持其用量為0.6 kg/m2不變,分別測定在一定溫度和加載速率下,不同油石比(3.5%、4.0%、4.5%、5.0%和 5.5%)時瀝青路面的層間抗剪強(qiáng)度,研究油石比對抗剪性能的影響,具體試驗結(jié)果如圖1所示。

        圖1 油石比對抗剪強(qiáng)度的影響

        從圖1可以看出,隨著油石比的增大,瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律,當(dāng)油石比為4.0%時,瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大值,此時層間抗剪強(qiáng)度為0.472 MPa。造成這一現(xiàn)象的主要原因為,當(dāng)瀝青用量較小時,瀝青不足以形成結(jié)構(gòu)瀝青對礦料顆粒起到黏結(jié)作用,隨著油石比的增大,結(jié)構(gòu)瀝青充分地裹覆在礦料表面,起到了較大的黏結(jié)作用,因此外力作用下的抗剪切性能逐漸增強(qiáng)。當(dāng)油石比大于4.0%時,隨著瀝青用量的增多,礦料顆粒之間的內(nèi)摩擦角逐漸減小,外力作用下瀝青混合料更容易發(fā)生剪切破壞,另一方面過多的瀝青在混合料顆粒之間起到潤滑作用,因此瀝青混合料的抗剪切性能反而降低。

        2.2 加載速率對抗剪性能的影響

        以基質(zhì)瀝青為層間黏結(jié)層,保持其用量為0.6 kg/m2不變,分別測定在一定溫度和油石比下,不同加載速率(5 mm/min、10 mm/min、20 mm/min 和50 mm/min)時瀝青路面的層間抗剪強(qiáng)度,研究加載速率對抗剪性能的影響,具體試驗結(jié)果如圖2所示。

        圖2 加載速率對抗剪強(qiáng)度的影響

        從圖2可以看出,隨著加載速率的增大,瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度逐漸增大,當(dāng)加載速率大于20 mm/min后,抗剪強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。這主要是因為,瀝青混合料為典型的黏彈性材料,在荷載作用下會出現(xiàn)應(yīng)變滯后于應(yīng)力的現(xiàn)象,當(dāng)加載速率較小時,應(yīng)力逐漸在瀝青路面內(nèi)部傳遞,傳遞至層間時瀝青層之間會發(fā)生明顯的剪切變形,而隨著加載速率的增大,瀝青路面剪切變形的響應(yīng)時間變短,甚至來不及響應(yīng),應(yīng)力已經(jīng)由面層傳遞下去,因此抗剪性能隨之增強(qiáng)。

        2.3 溫度對抗剪性能的影響

        以基質(zhì)瀝青為層間黏結(jié)層,保持其用量為0.6 kg/m2不變,分別測定在一定油石比和加載速率下,不同溫度(15℃、25℃、45℃和60℃)時瀝青路面的層間抗剪強(qiáng)度,研究溫度對抗剪性能的影響,具體試驗結(jié)果如圖3所示。

        圖3 溫度對抗剪強(qiáng)度的影響

        從圖3可以看出,隨著溫度的升高,瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度逐漸降低,尤其是當(dāng)溫度高于45℃后,抗剪強(qiáng)度隨溫度的升高急劇降低。解釋其原因主要為,瀝青混合料是典型的感溫性材料(溫度敏感型材料),溫度降低時變硬,溫度升高時變軟,隨著溫度的升高,瀝青黏度逐漸減小,在瀝青混合料內(nèi)部形成的黏聚力隨之降低,因此荷載作用下瀝青混合料抗剪切破壞的能力逐漸下降,當(dāng)溫度超過45℃后,瀝青軟化較明顯,在荷載作用下瀝青混合料抗剪切破壞的能力急劇下降,因此層間抗剪強(qiáng)度大幅降低。

        2.4 層間結(jié)合料類型和用量對抗剪強(qiáng)度的影響

        為了對比使用不同層間結(jié)合料時,瀝青路面的層間抗剪性能的差異,在保持測試條件不變時,分別測定以基質(zhì)瀝青、SBR改性瀝青和SBR改性乳化瀝青為層間結(jié)合料時,層間抗剪強(qiáng)度隨結(jié)合料用量的變化曲線,試驗結(jié)果如圖4所示。

        圖4 層間結(jié)合料類型和用量對抗剪強(qiáng)度的影響

        從圖4可以看出,當(dāng)以基質(zhì)瀝青和SBR改性乳化瀝青作為黏結(jié)料時,隨著層間結(jié)合料用量的增多,抗剪強(qiáng)度出現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢,當(dāng)層間結(jié)合料用量為0.6 kg/m2時,抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大值。而當(dāng)以SBR改性瀝青作為黏結(jié)料時,隨著層間結(jié)合料用量的增多,抗剪強(qiáng)度逐漸增大,當(dāng)SBR改性瀝青用量大于1.2 kg/m2時,抗剪強(qiáng)度保持穩(wěn)定。另外當(dāng)層間結(jié)合料用量低于1.0 kg/m2時,SBR改性瀝青對應(yīng)的層間抗剪強(qiáng)度小于基質(zhì)瀝青和SBR改性乳化瀝青,而當(dāng)層間結(jié)合料用量大于1.0 kg/m2時,SBR改性瀝青對應(yīng)的層間抗剪強(qiáng)度遠(yuǎn)大于基質(zhì)瀝青和SBR改性乳化瀝青,這主要與3種瀝青的黏結(jié)能力大小有關(guān),相比于基質(zhì)瀝青和SBR改性乳化瀝青,SBR改性瀝青具有較大的黏聚力,在大用量時瀝青不易析出也不宜流動形成潤滑作用,因此對應(yīng)的抗剪強(qiáng)度較高。

        3 結(jié)論

        a)隨著油石比的增大,瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢,當(dāng)油石比為4.0%時,抗剪強(qiáng)度有最大值,此時瀝青路面層間抗剪性能最佳。隨著加載速率的增大,層間抗剪強(qiáng)度逐漸增大,當(dāng)加載速率大于20 mm/min后,抗剪強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。隨著溫度的升高,抗剪強(qiáng)度逐漸減小,當(dāng)溫度超過45℃時,瀝青路面層間抗剪性能急劇下降。

        b)當(dāng)以基質(zhì)瀝青和SBR改性乳化瀝青作為黏結(jié)料時,隨著層間結(jié)合料用量的增多,抗剪強(qiáng)度出現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律,而當(dāng)以SBR改性瀝青作為黏結(jié)料時,隨著層間結(jié)合料用量的增多,抗剪強(qiáng)度逐漸增大,最后趨于穩(wěn)定。

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