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        高速公路車轍處理中高模量瀝青混凝土的應(yīng)用

        2022-06-07 09:09:06李志偉
        黑龍江交通科技 2022年4期
        關(guān)鍵詞:環(huán)境

        李志偉

        (中交一公局集團(tuán)海外分公司,北京 100000)

        1 工程概況

        吉布提塔朱拉港口連接線項(xiàng)目處于塔朱拉市,主要承擔(dān)塔朱拉港口貨物運(yùn)輸和人員流通的功能,是塔朱拉11號國道通向塔朱拉港口的關(guān)鍵道路。該連接線設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)的總厚度為44 cm,細(xì)分組成有:4 cm瀝青混凝土磨耗層+6 cm高模量瀝青混凝土中間層+14 cm高模量瀝青穩(wěn)定碎石基層+20 cm粒料底基層。

        2 高模量瀝青膠結(jié)料的概述及性能優(yōu)化途徑

        2.1 概況

        高模量瀝青膠結(jié)料對溫度較為敏感,高溫環(huán)境中具有較明顯的流體特性,低溫環(huán)境中有顯著的彈性體特性,因此需要提高材料對溫度的適應(yīng)能力,避免高溫車轍以及低溫開裂問題。實(shí)踐表明,高模量瀝青膠結(jié)料具有可行性,其在解決車轍問題方面的應(yīng)用效果較佳,將其應(yīng)用于瀝青混合料中,可以顯著改善混合料的綜合性能,為瀝青路面質(zhì)量的提升提供更多的可能。

        2.2 高模量瀝青膠結(jié)料的性能優(yōu)化途徑

        (1)采用低標(biāo)號的瀝青,針入度需在25以內(nèi)。

        (2)摻入適量的外加劑,較為可行的有膠粉以及聚乙烯等,其在提高混合料綜合性能方面具有突出的優(yōu)勢。

        (3)摻入適量的天然瀝青巖或湖瀝青,其應(yīng)用特點(diǎn)在于可以提高混合料對高溫的適應(yīng)性水平,即具有較突出的高溫性能,有效規(guī)避高溫對瀝青路面所造成的不良影響。

        3 高模量瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)

        3.1 礦料級配

        調(diào)查結(jié)果顯示,車轍病害的高發(fā)區(qū)域?yàn)槁访娴闹虚g層,選取的是AC-20的礦料級配,通過此方法提高路面的高溫抗車轍能力,使其適應(yīng)高溫環(huán)境。

        3.2 馬歇爾參數(shù)

        高模量瀝青混合料對拌和工藝提出較高的要求,需要具有較高的拌和溫度,按照常規(guī)的方法拌和,時(shí)間不足而影響材料混合的均勻性。對此,需要兼顧拌和溫度和時(shí)間兩方面要求,適當(dāng)提高拌和溫度并延長拌和時(shí)間。經(jīng)馬歇爾試驗(yàn)后,確定關(guān)鍵的控制指標(biāo),例如穩(wěn)定度、流值等,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步得到合適的油石比以及級配組合,為高模量瀝青混合料的制備提供參考依據(jù)。

        4 高模量瀝青混合料的性能分析

        4.1 高溫穩(wěn)定性

        高溫環(huán)境中,若瀝青混合料的適應(yīng)能力不足,則容易由于高溫環(huán)境而產(chǎn)生病害,此類病害的類型較多,其中以車轍病害較為典型。在針對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性分析中,可行的方法有車轍試驗(yàn)、加速加載試驗(yàn)等,相比之下以60 ℃環(huán)境下的車轍試驗(yàn)應(yīng)用更為廣泛。

        (1)車轍試驗(yàn)分析

        動穩(wěn)定度是車轍試驗(yàn)中的重點(diǎn)考慮指標(biāo),其反映的是車轍病害達(dá)到相對穩(wěn)定狀態(tài)的斜率,能夠有效地用于呈現(xiàn)車轍的發(fā)展情況。為更加準(zhǔn)確地分析,業(yè)內(nèi)人士提出綜合穩(wěn)定指數(shù),其涵蓋了初期的壓密和固結(jié)蠕變兩個關(guān)鍵的方面,能夠提供更具價(jià)值的參考內(nèi)容,以提高車轍試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

        (2)車轍試驗(yàn)方法

        車轍試驗(yàn)得以順利開展的必要前提在于制作車轍試件,將其轉(zhuǎn)至60 ℃的環(huán)境中予以養(yǎng)護(hù);待時(shí)間滿足要求后,利用0.7 mp(輪壓)的實(shí)心輪運(yùn)行;經(jīng)1 h的操作后,系統(tǒng)根據(jù)期間測定的數(shù)據(jù)展開計(jì)算,以自動化的方式得到動穩(wěn)定度(ds,次/mm),關(guān)于具體的計(jì)算方法,如下

        ds=(t1-t2)×n/(d2-d1)

        式中:d1-t1時(shí)的變形量(mm);d2-t2時(shí)的變形量(mm);碾壓速度,取42次/min。

        經(jīng)試驗(yàn)后,匯總結(jié)果,具體內(nèi)容如表1所示。

        表1 動穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

        結(jié)合表1內(nèi)容展開分析,可以發(fā)現(xiàn)高模量瀝青混合料在高溫抗車轍性能方面具有較好的表現(xiàn),在溫度相對較高的環(huán)境具有適用性,有利于降低高溫環(huán)境中車轍病害的發(fā)生概率。

        4.2 低溫抗裂性

        低溫環(huán)境主要發(fā)生在冬季,此時(shí)瀝青路面易形成低溫應(yīng)力,若材料的低溫抗裂性能不足,則容易出現(xiàn)低溫開裂的情況,由此產(chǎn)生滲漏水通道,遇降雨天氣時(shí),雨水經(jīng)由開裂部位向下滲透,逐步進(jìn)入路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)中,隨時(shí)間的延長而造成更為嚴(yán)重的水損壞,此時(shí)路面的整體強(qiáng)度有下降的變化趨勢,難以滿足車輛通行要求。因此,除了前述所提的高溫性能外,低溫環(huán)境中的抗裂性能也是重點(diǎn)考慮因素。換言之,高模量瀝青混合料需同時(shí)滿足高溫和低溫兩種極端條件下的穩(wěn)定性要求,否則均容易影響路面結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。

        (1)小梁低溫試驗(yàn)方法

        按規(guī)范制作車轍試件,啟用切割機(jī),對該部分予以切割處理,由此形成尺寸為250 mm×30 mm×200 mm的小梁試件,將該部分轉(zhuǎn)移至-10 ℃的低溫環(huán)境中養(yǎng)護(hù)。經(jīng)試驗(yàn)后,測定抗彎拉強(qiáng)度和破壞彎拉應(yīng)變,同時(shí)需考慮到彎曲勁度模量(破壞狀態(tài)下)和彎曲應(yīng)變能(臨界狀態(tài)下),通過對多項(xiàng)指標(biāo)的綜合考慮,對混合料的低溫抗裂性能做出客觀的評價(jià)。關(guān)于具體的試驗(yàn)內(nèi)容,如表2所示。

        表2 低溫試驗(yàn)結(jié)果

        結(jié)合表2內(nèi)容展開分析,可以發(fā)現(xiàn)高模量瀝青混合料在低溫性能方面具有較好的表現(xiàn),在溫度相對較低的環(huán)境具有適用性,有利于降低低溫環(huán)境中開裂病害的發(fā)生概率。

        4.3 水穩(wěn)定性

        高速公路瀝青路面使用過程中,若遇到持續(xù)性的降雨或降雪天氣,聚集在路表的水體將逐步增多,并有部分水分停留在路面內(nèi)部,加之行車荷載的持續(xù)作用,水的運(yùn)動更為劇烈(在內(nèi)部空隙中發(fā)生往復(fù)的運(yùn)動)。在此條件下,若瀝青與集料間缺乏足夠的粘附性,容易破壞瀝青膜的穩(wěn)定性,使其從集料表面沖刷下來,逐步發(fā)展為坑槽,而坑槽的出現(xiàn)還將加劇水損害,帶來一系列的不良影響。因此,在高模量瀝青混合料的設(shè)計(jì)工作中,需要充分考慮到水穩(wěn)定性的要求。現(xiàn)階段,應(yīng)用較為廣泛的當(dāng)屬凍融劈裂試驗(yàn),所得結(jié)果在判斷瀝青混合料的水穩(wěn)定性方面具有突出的應(yīng)用優(yōu)勢。

        凍融劈裂試驗(yàn)方法。劈裂強(qiáng)度比tsr是關(guān)鍵的評定指標(biāo),其在反映混合料水穩(wěn)定性方面具有重要的參考價(jià)值。隨著tsr值的增加,水穩(wěn)定性隨之增強(qiáng)。試驗(yàn)中依然需制備馬歇爾試件,將其分為兩組,按如下流程依次操作。

        ①制得試件后擊實(shí),要求擊實(shí)次數(shù)為雙面50次。

        ②將試件分為兩類,其中二組做凍融循環(huán)試驗(yàn),另外一組用于對比分析。

        ③試件分組后,均對其做真空飽水處理。

        ④選取試件,將其置入塑料袋內(nèi)(向其中加入10 ml的水),再快速將其轉(zhuǎn)至低溫箱,箱內(nèi)溫度維持在-18 ℃。

        ⑤予以16 h的冷凍處理,將試件取出,再轉(zhuǎn)至恒溫水槽內(nèi)(全程溫度穩(wěn)定在60 ℃),持續(xù)24 h。

        ⑥此后,將試件轉(zhuǎn)至25 ℃的水中,時(shí)間需達(dá)到2 h或適當(dāng)延長,此后再取出經(jīng)過前述一系列處理后的試件,由此組織劈裂試驗(yàn)。

        關(guān)于具體的試驗(yàn)結(jié)果,如表3所示。

        表3 tsr試驗(yàn)結(jié)果

        根據(jù)表3內(nèi)容展開分析,可以發(fā)現(xiàn)高模量瀝青混合料的水穩(wěn)定性良好。

        4.4 疲勞性能

        高速公路瀝青路面使用階段需承受大量車輛荷載的作用,路面受力條件出現(xiàn)變化,加之外部降雨、日曬等多重因素的影響,易導(dǎo)致道路的強(qiáng)度有所降低。久而久之,瀝青路面難以有效承擔(dān)車輛荷載,路面的疲勞破壞程度加劇,相繼出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋,嚴(yán)重破壞路面的完整性,其承受能力也將大打折扣。若要有效緩解該問題,則需要充分關(guān)注瀝青混合料的疲勞性能,以合理的方式提高其性能?,F(xiàn)階段,疲勞試驗(yàn)的方法較多,主要可歸為如下四類:

        (1)標(biāo)準(zhǔn)軸重的汽車,安排其在指定的試驗(yàn)路段上運(yùn)行,此過程中持續(xù)采集路面的數(shù)據(jù),根據(jù)數(shù)據(jù)展開分析與判斷,明確瀝青混合料的疲勞性能。(2)加速加載試驗(yàn)。(3)試板試驗(yàn)法。(4)小型疲勞試驗(yàn)。

        相比之下,小型疲勞試驗(yàn)方法的應(yīng)用更為廣泛,其中又以四點(diǎn)或三點(diǎn)梁疲勞試驗(yàn)較為主流。在此類試驗(yàn)方法的應(yīng)用過程中,配套了相應(yīng)的高精度儀器,能夠以較快的速度完成試驗(yàn)工作,且結(jié)果具有準(zhǔn)確性,是一種可行性較高的試驗(yàn)方法。

        5 結(jié) 語

        綜上所述,高模量瀝青混合料在現(xiàn)階段的高速公路路面施工中取得廣泛的應(yīng)用,是較為典型的材料,其在高溫、低溫環(huán)境中均可以維持相對穩(wěn)定的使用狀態(tài),也具備良好的水穩(wěn)定性,因此綜合應(yīng)用效果較佳。在工程實(shí)踐中,有必要組織有關(guān)于高模量瀝青混凝土的試驗(yàn)工作,用于判斷材料的實(shí)際性能特點(diǎn),以合理的方式應(yīng)用,充分發(fā)揮出此類材料的應(yīng)用優(yōu)勢。

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