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        級(jí)配離析對(duì)AC-25瀝青混合料性能的影響研究

        2020-03-01 15:06:03鐘智
        西部交通科技 2020年4期
        關(guān)鍵詞:瀝青混合料離析

        鐘智

        摘要:AC-25瀝青混合料作為路面結(jié)構(gòu)中常用的下面層,由于其級(jí)配較粗,在施工過程中是最容易發(fā)生離析的層位。文章通過對(duì)不同離析程度的混合料進(jìn)行高溫、低溫、水穩(wěn)定性、劈裂強(qiáng)度等方面的試驗(yàn),研究離析對(duì)AC-25瀝青混合料性能的影響。結(jié)果表明:離析混合料的性能均低于原樣混合料,粗集料離析的混合料其低溫性能、水穩(wěn)定性、劈裂強(qiáng)度等性能顯著降低,細(xì)集料離析的混合料其高溫性能顯著降低。

        關(guān)鍵詞:瀝青混合料;離析;級(jí)配組成;性能試驗(yàn)

        中國分類號(hào):U414文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

        0 引言

        三層式柔性瀝青路面作為當(dāng)前我國高速公路標(biāo)準(zhǔn)路面結(jié)構(gòu),其應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)非常廣泛成熟。AC-25瀝青混合料作為下面層結(jié)構(gòu),普遍應(yīng)用在高速公路中。研究表明,對(duì)三層瀝青路面結(jié)構(gòu)而言,其中下面層作為主要的受力層,不僅承受上部傳遞下來的車輛荷載,而且受到下部水穩(wěn)層反射應(yīng)力,當(dāng)中下面層發(fā)生病害時(shí),表現(xiàn)在路面的就是裂縫、坑槽、車轍失穩(wěn)等病害[1]。在進(jìn)行下面層AC-25瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí),考慮到下面層的承力性,在滿足規(guī)范要求的前提下,其級(jí)配往往設(shè)計(jì)得偏粗、粒徑偏大,對(duì)于提高結(jié)構(gòu)承載力有益。但是在施工過程中,偏粗的混合料更容易離析,從而導(dǎo)致實(shí)際鋪筑的路面達(dá)不到理想的強(qiáng)度,在離析嚴(yán)重的地方甚至?xí)霈F(xiàn)早期病害,導(dǎo)致路面整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變差[2]。調(diào)查研究表明,多數(shù)出現(xiàn)早期病害的瀝青路面,其下面層都有不同程度的離析,離析部位作為一個(gè)薄弱點(diǎn),在荷載、水浸的作用下易發(fā)生損壞,進(jìn)而引起路面病害[3]。

        因此,本文通過室內(nèi)試驗(yàn),研究了級(jí)配離析對(duì)AC-25瀝青混合料的性能影響,分析不同離析情況對(duì)混合料路用性能的影響,進(jìn)而對(duì)瀝青路面施工過程中預(yù)防混合料離析與早期病害的產(chǎn)生提供借鑒。

        1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

        對(duì)于瀝青混合料而言,在施工過程中主要發(fā)生的離析為:粗集料在攤鋪機(jī)螺旋布料器的轉(zhuǎn)動(dòng)下分布在靠近邊緣部分,而細(xì)集料集中在中部位置,因此可以將混合料的離析分為粗離析和細(xì)離析兩個(gè)部分[4]。分別制備原級(jí)配、粗離析、細(xì)離析三種不同級(jí)配的混合料進(jìn)行試驗(yàn),通過試驗(yàn)結(jié)果,即可分析級(jí)配離析對(duì)瀝青混合料性能的影響程度[5]。

        1.1 離析級(jí)配設(shè)計(jì)

        本研究以某高速公路實(shí)體工程為依托,采用粗、細(xì)集料均為石灰?guī)r,瀝青采用埃索70#A級(jí)道路石油瀝青。在借鑒國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上[6],本研究以4.75 mm篩孔為分界點(diǎn),將混合料分為粗細(xì)兩部分,以高速公路工程AC-25下面層生產(chǎn)配合比為原始級(jí)配。對(duì)實(shí)體攤鋪過程中離析處取料燃燒篩分,以此為依據(jù),采用級(jí)配偏差原理[7],以原始級(jí)配的各篩孔通過率為基準(zhǔn),配置粗離析、細(xì)離析級(jí)配,三種級(jí)配組成如表1所示。

        由于粗離析、細(xì)離析的混合料級(jí)配是一種實(shí)驗(yàn)室復(fù)配的級(jí)配,因此在計(jì)算其最佳瀝青用量時(shí),以現(xiàn)場取離析料燃燒篩分基準(zhǔn),結(jié)合瀝青油膜厚度計(jì)算方法確定[8]。原始級(jí)配、粗離析、細(xì)離析三種級(jí)配油石比分別確定為3.8%、3%、4.5%。

        1.2 試驗(yàn)項(xiàng)目選擇

        由研究可知,瀝青下面層主要為受力層,并且是與水穩(wěn)層直接接觸的層位,因此要求其在具有一定強(qiáng)度的基礎(chǔ)上,能夠達(dá)到高溫不變形、抗反射裂縫、抗水損的要求?;诖?,本文通過四種試驗(yàn)途徑,分別評(píng)價(jià)三種混合料的高溫穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能、抗水損性能、強(qiáng)度性能。

        (1)以車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)高溫穩(wěn)定性。用以評(píng)價(jià)瀝青混合料在高溫狀態(tài)下抵抗變形能力的試驗(yàn)方法較多,由于車轍試驗(yàn)的試件成型方式與實(shí)際施工接近,同時(shí)其試驗(yàn)條件是在恒溫箱中,采用輪載反復(fù)碾壓,能夠較好地模擬車輛荷載情況,因此選用車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)。按照設(shè)計(jì)級(jí)配和油石比,根據(jù)規(guī)范要求成型300 mm×300 mm×50 mm規(guī)格的試件,每個(gè)級(jí)配各成型2塊試件,在60 ℃條件下分別測試其動(dòng)穩(wěn)定度,取2塊試件結(jié)果的平均值評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

        (2)以小梁彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)低溫抗裂性。小梁彎曲試驗(yàn)是一種常用的瀝青混合料低溫抗裂性能評(píng)價(jià)方法。試驗(yàn)用車轍成型儀器成型300 mm×300 mm×100 mm試件,脫模后切割制作成250 mm×30 mm×35 mm標(biāo)準(zhǔn)小梁試件,每個(gè)級(jí)配分別切割8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)小梁試件。試驗(yàn)時(shí),采用的跨徑為200 mm,在-10 ℃的試驗(yàn)條件下,以50 mm/min的加載速度從中點(diǎn)加載試驗(yàn),通過抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變以及彎曲勁度模量來評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫性能。

        (3)以浸水馬歇爾試驗(yàn)評(píng)價(jià)水穩(wěn)定性。浸水馬歇爾試驗(yàn)是通過分別測定試件在60 ℃恒溫水中浸泡40 min和48 h的穩(wěn)定度,然后計(jì)算二者的比值,即可知道試件在浸水后受損的程度。每個(gè)級(jí)配分別制備8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件,通過計(jì)算48 h殘留穩(wěn)定度來評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。

        (4)以馬歇爾試件劈裂強(qiáng)度評(píng)價(jià)強(qiáng)度。劈裂試驗(yàn)是通過測試瀝青混合料試件在規(guī)定溫度和加載速度的條件下,劈裂破壞時(shí)的力學(xué)性質(zhì)。試驗(yàn)時(shí),每個(gè)級(jí)配分別成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件4個(gè),放入15 ℃恒溫水槽中保溫不少于1.5 h,然后采用50 mm/min的加載速率進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。以劈裂強(qiáng)度評(píng)價(jià)瀝青混合料的強(qiáng)度。

        2 試驗(yàn)結(jié)果分析

        (1)車轍試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如表2所示。通過試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),與原始級(jí)配相比,兩種離析級(jí)配的動(dòng)穩(wěn)定度均大幅度減小,其中細(xì)離析級(jí)配動(dòng)穩(wěn)定度最小;離析級(jí)配的車轍深度也相應(yīng)增大,其中粗離析級(jí)配車轍深度最大。這是由于當(dāng)混合料發(fā)生粗離析時(shí),粗料集中雖然具有骨架結(jié)構(gòu),能夠保持一定的抗車轍能力,但是由于缺少細(xì)料填充,骨架之間無膠聯(lián),當(dāng)反復(fù)荷載作用時(shí),骨架難以支撐,進(jìn)而形成較深的車轍。當(dāng)混合料發(fā)生細(xì)離析時(shí),細(xì)料集中,缺少骨架結(jié)構(gòu),混合料無法承受荷載,但是由于其結(jié)構(gòu)較致密,雖然抗車轍能力差,但是相對(duì)變形較小。

        因此從高溫穩(wěn)定角度,對(duì)于AC-25瀝青混合料施工而言,在施工過程中應(yīng)注意控制細(xì)集料的離析,才能保證結(jié)構(gòu)具有較好的高溫穩(wěn)定性。

        (2)小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果如下頁表3所示。其結(jié)果為8根試件的平均值。測試結(jié)果中最大彎拉應(yīng)變是直接反映瀝青混合料低溫性能的力學(xué)指標(biāo)。將試驗(yàn)結(jié)果繪入下頁圖1。

        由圖1及表3試驗(yàn)結(jié)果可知,與原始級(jí)配混合料相比,離析級(jí)配的抗彎拉強(qiáng)度和彎曲勁度模量均降低,粗離析混合料的最大彎拉應(yīng)變降低了30%,而細(xì)離析混合料提高了20%。分析認(rèn)為,細(xì)離析混合料中瀝青膠漿較多,結(jié)構(gòu)致密,因此其在抵抗荷載時(shí)能夠具有較大的形變而不被破壞,但是由于其沒有良好的骨架結(jié)構(gòu),其彎拉強(qiáng)度和勁度模量反而降低。而對(duì)粗離析混合料而言,其結(jié)構(gòu)空隙大,在抵抗荷載時(shí)形變小,強(qiáng)度和模量也相應(yīng)較低。因此從低溫抗裂角度,在AC-25瀝青混合料施工過程中,要嚴(yán)格控制粗離析的發(fā)生,防止結(jié)構(gòu)由粗離析導(dǎo)致的低溫開裂。

        (3)浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表4和圖2所示。通過試驗(yàn)結(jié)果可知,與原始級(jí)配混合料相比,離析混合料的穩(wěn)定度和浸水48 h穩(wěn)定度均有所降低,其中粗離析混合料的穩(wěn)定度最小;浸水48 h后,粗離析級(jí)配混合料穩(wěn)定度降低幅度最大,細(xì)離析級(jí)配混合料穩(wěn)定度降低幅度最小。分析認(rèn)為,粗離析級(jí)配的混合料中缺少細(xì)料填充,孔隙較多,與水的接觸面積更大,導(dǎo)致穩(wěn)定度降低最快,其抗水損能力最差;而細(xì)離析級(jí)配的混合料由于具有致密的結(jié)構(gòu),與水接觸面積小,其穩(wěn)定度降低小,抗水損能力較好。因此從水穩(wěn)定性角度,在AC-25瀝青混合料施工過程中,對(duì)于粗集料離析處要預(yù)防水損壞發(fā)生。

        (4)馬歇爾試件劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。通過試驗(yàn)結(jié)果可知,與原始級(jí)配混合料相比,粗離析級(jí)配混合料強(qiáng)度降低了45%,細(xì)離析級(jí)配混合料強(qiáng)度降低了27%。分析認(rèn)為,不論是何種離析形式的混合料,都不具備良好的骨架結(jié)構(gòu),粗離析結(jié)構(gòu)空隙大、細(xì)離析結(jié)構(gòu)無骨架,這導(dǎo)致結(jié)構(gòu)因空隙大壓縮變形、因無骨架支撐失穩(wěn),都不具有穩(wěn)定的強(qiáng)度。只有合適的骨架級(jí)配結(jié)構(gòu),才能具有較好的強(qiáng)度。

        3 結(jié)語

        本文在室內(nèi)試驗(yàn)環(huán)境下,結(jié)合實(shí)體工程,通過設(shè)計(jì)的三種不同級(jí)配類型AC-25瀝青混合料,進(jìn)行了高溫、低溫、水穩(wěn)定性、劈裂強(qiáng)度等性能試驗(yàn),分析了級(jí)配離析對(duì)瀝青混合料性能的影響。當(dāng)瀝青混合料發(fā)生離析時(shí),其整體性能都會(huì)降低。對(duì)于粗離析而言,易形成缺少填充的多空隙骨架結(jié)構(gòu),雖然具有一定的高溫穩(wěn)定性,但是其低溫抗裂性、抗水損性以及強(qiáng)度都會(huì)大幅降低;對(duì)于細(xì)離析而言,易形成缺少骨架的懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu),雖然具有一定的抗水損性能,但是其高溫性穩(wěn)定性、強(qiáng)度均會(huì)大幅降低。因此在施工過程中,嚴(yán)格控制混合料的離析,保持級(jí)配均勻性,對(duì)于提升下面層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度具有重要意義。

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