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        橡膠改性瀝青SMA超薄磨耗層路用性能分析

        2021-07-02 09:23:08李瑞娜
        山東交通科技 2021年2期
        關(guān)鍵詞:穩(wěn)定度規(guī)程公路工程

        李瑞娜

        (山西交通控股集團(tuán)有限公司運(yùn)城南高速公路分公司,山西 運(yùn)城 044000)

        引言

        目前,國內(nèi)外對(duì)瀝青路面超薄磨耗層的研究技術(shù)還不夠成熟,在實(shí)踐應(yīng)用中存在超薄磨耗層與原路面黏結(jié)不良,水穩(wěn)定性差,耐久性差等問題[1]。超薄磨耗層施作后,在車輛荷載的重復(fù)作用下,容易脫落,雨水從磨耗層孔隙滲入,造成磨耗層和路面結(jié)構(gòu)破壞。超薄磨耗層使用一段時(shí)間后,路用性能會(huì)有很大幅度的下降,這些都影響超薄磨耗層的推廣應(yīng)用[2-3]。對(duì)橡膠改性瀝青SMA超薄磨耗層結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,并開展試驗(yàn)檢驗(yàn)超薄磨耗層的路用性能,整理數(shù)據(jù)作為主要分析依據(jù)。

        1 原材料選用

        1.1 集料

        粗集料選用質(zhì)地堅(jiān)硬、強(qiáng)度高、形狀規(guī)則、多棱角的玄武巖,細(xì)集料選用玄武巖機(jī)制砂,主要技術(shù)性能檢測結(jié)果見表1。

        表1 集料主要技術(shù)性能指標(biāo)檢測結(jié)果

        1.2 瀝青

        基質(zhì)瀝青選用70#石油瀝青,主要技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果見表2。

        表2 70#基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)

        1.3 橡膠粉

        橡膠粉選用40目廢舊輪胎加工的橡膠粉,摻量為18%,主要技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果見表3。

        表3 橡膠粉技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果

        1.4 礦粉級(jí)纖維穩(wěn)定劑

        礦粉選用干燥、潔凈的石灰石礦粉,纖維穩(wěn)定劑選用木質(zhì)素纖維。

        2 級(jí)配和配合比設(shè)計(jì)

        2.1 礦料級(jí)配

        選用SMA-10瀝青混合料作為研究對(duì)象,最大公稱直徑為9.5 mm,超薄磨耗層厚度為25 mm。SMA-10瀝青混合料礦料級(jí)配見表4。

        表4 SMA-10瀝青混合料礦料級(jí)配

        2.2 確定最佳瀝青用量

        SMA-10瀝青混合料孔隙率為3.4%,分別選取為5.5%、6%、6.5%三種瀝青含量制作馬歇爾試件,結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果確定孔隙率3.4%所對(duì)應(yīng)的瀝青含量為6.3%,確定最佳瀝青含量為6.3%。

        3 SMA超薄磨耗層路用性能分析

        3.1 水穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果分析

        水穩(wěn)定性不足會(huì)加速瀝青路面破壞,對(duì)SMA-10瀝青混合料開展試驗(yàn),檢測馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比,對(duì)超薄磨耗層混合料水穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)定。馬歇爾殘留穩(wěn)定度檢測結(jié)果見表5。

        表5 馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)檢測結(jié)果

        分析表5中SMA-10超薄磨耗層混合料馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)檢測結(jié)果,各檢測值均高于《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中SMA改性瀝青混合料不小于80%的要求,說明混合料水穩(wěn)定性良好。

        分別制作兩組馬歇爾試件,每組4個(gè),試件直徑101.6 mm,高度63.5 mm,第一組試件在常溫條件下保存,第二組試件開展真空飽水試驗(yàn),凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比試驗(yàn)檢測結(jié)果見表6。

        表6 凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比試驗(yàn)檢測結(jié)果

        分析兩類馬歇爾試件凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比試驗(yàn)檢測結(jié)果,檢測值均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中不低于80%的要求,說明SMA-10超薄磨耗層混合料水穩(wěn)定性良好。

        3.2 抗滑性能試驗(yàn)結(jié)果分析

        為了確定橡膠改性瀝青SMA超薄磨耗層的抗滑性能,對(duì)鋪筑后瀝青路面的構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)進(jìn)行檢測。構(gòu)造深度采用手工鋪沙法進(jìn)行檢測[4],檢測結(jié)果見表7。

        表7 構(gòu)造深度試驗(yàn)檢測結(jié)果

        分析試驗(yàn)檢測結(jié)果,SMA-10超薄磨耗層混合料的構(gòu)造深度檢測結(jié)果平均值為1.241 mm,滿足均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中對(duì)年降雨量超過1 000 mm的要求,說明混合料抗滑性能良好。

        摩擦系數(shù)采用BM-III型擺式摩擦系數(shù)測定儀測定,檢測結(jié)果見表8。

        表8 抗滑值試驗(yàn)檢測結(jié)果

        分析數(shù)據(jù),各試件抗滑值檢測結(jié)果平均值為81.8,摩擦系數(shù)為0.821,摩擦系數(shù)較高,說明磨耗層混合料抗滑性能滿足設(shè)計(jì)要求。

        3.3 高溫穩(wěn)定性與抗?jié)B性能試驗(yàn)結(jié)果分析

        為了驗(yàn)證SMA超薄磨耗層的高溫穩(wěn)定性,制作試件開展車轍試驗(yàn),車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)檢測結(jié)果為4 396次/mm,滿足設(shè)計(jì)要求的不小于3 000次/mm的要求。另外,車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度檢測結(jié)果越大,混合料脆性越高,當(dāng)動(dòng)穩(wěn)定度超過6 000次/mm時(shí),脆性更高。因此,本項(xiàng)目所選SMA混合料高溫穩(wěn)定性均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中的相關(guān)要求,且脆性較低。

        SMA混合料結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙有纖維穩(wěn)定劑和瀝青膠漿等材料填充,大大降低了空隙率,具有良好的抗?jié)B性能。為了確定SMA超薄磨耗層的抗?jié)B性能,制備試件開展?jié)B水試驗(yàn),得到SMA-10超薄磨耗層混合料的滲水系數(shù)69 mL/min,滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中不超過80 mL/min的相關(guān)要求,說明混合料抗?jié)B性能良好。

        3.4 低溫抗裂性試驗(yàn)結(jié)果分析

        低溫季節(jié)瀝青路面混合料體積收縮產(chǎn)生溫度應(yīng)力,如路面材料抗拉強(qiáng)度不足,很容易產(chǎn)生開裂。雨季水分自裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)后,會(huì)加速路面結(jié)構(gòu)破壞。采用彎曲蠕變?cè)囼?yàn)對(duì)橡膠改性瀝青SMA混合料進(jìn)行測定,分析試驗(yàn)結(jié)果確定混合料的低溫抗裂性,試驗(yàn)結(jié)果見表9。

        表9 小梁彎曲試驗(yàn)檢測結(jié)果

        分析試驗(yàn)結(jié)果,各試件最大彎拉應(yīng)變均高于規(guī)范要求的2 500 με,《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中的相關(guān)要求。由于在高溫條件下橡膠粉顆粒和瀝青發(fā)生了溶脹反應(yīng),形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),將集料緊密包裹并牢固的黏結(jié)在一起,有效提高了SMA-10超薄磨耗層混合料的抗拉強(qiáng)度,進(jìn)而提高了路面材料的低溫抗裂性。

        4 結(jié)語

        (1)馬歇爾殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂試驗(yàn)強(qiáng)度比均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中不小于80%的要求,說明混合料水穩(wěn)定性良好。(2)構(gòu)造深度檢測結(jié)果平均值為1.241 mm,抗滑值檢測結(jié)果平均值為81.8,摩擦系數(shù)為0.821,均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中的相關(guān)要求,說明磨耗層混合料抗滑性能良好。(3)車轍動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)檢測結(jié)果為4 396次/mm,滲水系數(shù)69 mL/min,均滿足《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中的相關(guān)要求,說明混合料高溫抗車轍性能和抗?jié)B性能良好。(4)各小梁試件最大彎拉應(yīng)變均高于《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中要求的2 500 με,說明混合料低溫抗裂性能良好。(5)橡膠改性瀝青SMA-5超薄磨耗層混合料的抗?jié)B性能大幅優(yōu)于橡膠改性瀝青SMA-10超薄磨耗層混合料。綜上,橡膠改性瀝青SMA-10超薄磨耗層混合料的各項(xiàng)路用性能均滿足規(guī)范要求,具有良好的實(shí)用性。

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