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        穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層路用性能研究

        2023-08-13 16:26:59曹帥黃雅寧
        智能建筑與工程機械 2023年6期
        關(guān)鍵詞:路用性能

        曹帥 黃雅寧

        摘 要:隨著交通基礎(chǔ)工程建設(shè)規(guī)模的持續(xù)擴大,瀝青路面因其優(yōu)異的性能在公路施工中得到了廣泛應(yīng)用。在瀝青材料中摻加適量橡膠粉,制作成穩(wěn)定型橡膠改性瀝青,在提高材料性能的同時,還能達到節(jié)能減排、保護環(huán)境的目的。為此,從高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及水穩(wěn)定性等方面,研究穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層混合料的路用性能。

        關(guān)鍵詞:穩(wěn)定型橡膠改性瀝青;超薄磨耗層;路用性能;高溫穩(wěn)定性

        中圖分類號:TU535? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號:2096-6903(2023)06-0018-03

        0 引言

        為推進綠色交通高質(zhì)量發(fā)展,助力交通強國建設(shè),需研發(fā)新型瀝青材料,重視路面原材料的科學應(yīng)用。穩(wěn)定型橡膠改性瀝青是一種新型橡膠瀝青產(chǎn)品,其具有良好的穩(wěn)定性、不離析、不分層,在多種混合料中得到了廣泛的應(yīng)用。為此,開展穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層路用性能研究,具有十分重要的意義[1]。

        1 高溫穩(wěn)定性能分析

        作為一種粘彈性材料,瀝青混合料受高溫因素影響,將會產(chǎn)生不可逆的塑性變形。為了保證路面施工質(zhì)量,需提前檢驗混合料的穩(wěn)定性,其中多采用車轍試驗檢測瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

        利用道路試驗車隨機進行數(shù)據(jù)采集,以此準確評估路面的高溫穩(wěn)定性。在試驗中,需要對道路的整體抗變形能力有所了解,適當增加道路的負荷能力。試驗時,要先制作完成穩(wěn)定型瀝青橡膠混合料試件,并在室溫條件下,將試件、模具放置24 h以上,待混合試件經(jīng)低溫冷卻凝固之后,便可開展試壓實驗,合理控制靜置時間。完成實驗后,需及時測量試樣的馬歇爾穩(wěn)定度、組合車轍試驗動穩(wěn)定度,所得結(jié)果如表1所示。

        由表1可知,穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層混合料的高溫性能符合要求。馬歇爾穩(wěn)定度方面,技術(shù)要求>8 kN,試驗組1與組2均在8 kN以上,可滿足要求。重交通環(huán)境下,表面層橡膠瀝青混合料的標準>2 500次/mm,試驗組1與組2均可滿足規(guī)定。試驗結(jié)果表明,在抗車轍能力方面,穩(wěn)定型橡膠改性超薄磨耗層具有良好的應(yīng)用效果[2]。

        2 低溫抗裂性能分析

        小梁彎曲試驗時,檢測瀝青混合料低溫抗裂性能多采用低溫破壞應(yīng)變、極限強度等,這些指標均可反映低溫條件下,瀝青混合料在外部應(yīng)力荷載變化下的適應(yīng)情況。隨著低溫破壞應(yīng)變的增大,在低溫環(huán)境下瀝青混合料的抗裂能力則會增強。試驗中,溫度控制在-10℃,加載速率為5 cm/min。試驗結(jié)果如表2所示。

        根據(jù)表2可見,穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層混合料的極限破壞應(yīng)變,滿足技術(shù)要求(>2 800 με),試驗組獲取的結(jié)果均>3 000 με。此類混合料具有非常好的抗低溫開裂性能。

        3 穩(wěn)定性能分析

        在雨水、冬季凍融循環(huán)等因素影響下,瀝青混合料內(nèi)瀝青、石料之間的粘結(jié)性能將會大大下降,甚至會出現(xiàn)不同程度的路面病害,比如路面松散等。在此背景下所形成的路面病害,均可看作是瀝青路面水損害。此外,瀝青路面水損害產(chǎn)生的很大原因還包括混合料水穩(wěn)定性較差。

        3.1 浸水馬歇爾試驗

        在浸水馬歇爾試驗中,需在60℃恒溫水槽內(nèi),放置穩(wěn)定型橡膠改性瀝青混合料試件,保溫時間控制在48 h。隨后進行試件穩(wěn)定度檢驗,以此獲取浸水殘留穩(wěn)定度。試驗結(jié)果如表3所示。由表3可知,相比技術(shù)要求,浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度均可滿足規(guī)定,且在85%以上,說明穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層混合料的水穩(wěn)定性良好。

        3.2 凍融劈裂試驗

        在凍融劈裂試驗中,需分兩組設(shè)置標準馬歇爾試件。組1在25℃水溫條件下,靜置2 h,試驗過程中詳細記錄試件的劈裂強度。組2在25℃環(huán)境下,試件浸水20 min,并真空(0.09 MPa)浸水15 min,隨后進入常壓狀態(tài)。試件放置-18℃冰箱內(nèi),時間控制在16 h。25℃水溫環(huán)境下,進行2 h浸泡,最后進行劈裂強度檢測。劈裂強度計算如公式(1)所示。

        R=0.006287FT/h? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(1)

        式中:劈裂強度為R,單位是MPa。劈裂壓力為FT,單位是N;馬歇爾試件高度為h,單位是mm。

        殘留強度計算如公式(2)所示。

        R0=R2/R1×100%? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(2)

        式中:1級強度為R1;2級強度為R2;殘留強度為R0。

        根據(jù)公式分析,當殘留強度較大的情況下,則表明瀝青混合料具有較好的抗水害能力。具體試驗結(jié)果如表4所示。由表4所示,相比現(xiàn)行規(guī)范要求,混合料凍融劈裂強度比大于80%,表明其水穩(wěn)定性良好。

        4 層間粘結(jié)性能分析

        我國瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論基礎(chǔ),是以彈性層狀體系為基礎(chǔ)的力學經(jīng)驗法。在彈性層狀理論當中,層間屬于連續(xù)狀態(tài)。但大量實踐發(fā)現(xiàn),瀝青路面基本上屬于半滑動、全滑動的狀態(tài),很難實現(xiàn)完全的連續(xù)狀態(tài),若層間聯(lián)結(jié)不到位,相比完全連續(xù)狀態(tài)下的路面應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài),路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)存在極大差距。

        層間粘結(jié)效果不佳,還會產(chǎn)生車轍之類的路面病害,從而影響瀝青路面的路用性能和使用年限[3-5]。為此,在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,需重視層間粘結(jié)性能,比如合理使用粘層油,能夠很好地提升瀝青路面層間粘結(jié)效果,并提升其抗剪能力。

        一般情況下,層間粘結(jié)性能檢測評價多采用直接剪切試驗法。這種試驗法的模擬效果良好,能夠很好地反映瀝青路面各層間的粘結(jié)能力。在本文層間粘結(jié)性能評價采用拉拔試驗,獲取粘結(jié)強度。

        試驗時,在25℃環(huán)境下,先進行AC-16(70#瀝青)鋪設(shè),厚度為5 cm。隨后在其上進行橡膠改性瀝青磨耗層鋪設(shè),厚度為2.5 cm。將研究重點放在各類粘結(jié)層是否會影響層間粘結(jié)強度。在層與層之間無需撒鋪任何改性乳化瀝青,以便生成無粘結(jié)層、普通乳化、改性乳化3種不同層間粘結(jié)狀態(tài),待制成試件后,即可進行拉拔試驗。所得試驗結(jié)果如表5所示。

        由表5可見,25℃環(huán)境下,于層間穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層粘結(jié)強度而言,粘結(jié)措施不同,則影響效果也存有一定差異。相比普通乳化瀝青粘層,改性乳化瀝青粘層的強度較高,3種不同粘結(jié)層類型中,粘結(jié)強度由高到低依次為改性乳化>普通乳化>無粘結(jié)層。按照現(xiàn)行規(guī)定,粘結(jié)強度應(yīng)控制在0.3 MPa以上,其中改性乳化瀝青粘層層間粘結(jié)強度滿足規(guī)定要求。

        5 抗壓回彈模量分析

        我國瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要參數(shù)包括抗壓回彈模量,相比其他試驗,瀝青混合料抗壓回彈模量試驗具有設(shè)備簡單、操作方便、費用低等優(yōu)勢,因此應(yīng)用較為廣泛。

        為了解磨耗層是否會影響路面的受力狀態(tài),本文進行了抗壓回彈模量試驗,試驗中采取逐步加載卸載的方法。本試驗采用了兩種不同混合料進行對比分析,在20℃條件下分3組完成,最終取平均值。此外,為確定橡膠粉摻量是否影響混合料的回彈模量,分別檢驗了10%、20%兩種不同摻量的橡膠改性瀝青,具體結(jié)果如表6所示。

        由表6可得,相比橡膠瀝青混合料,普通瀝青混合料的回彈模量較小。隨著橡膠粉摻量的增加,橡膠瀝青混合料的回彈模量并沒有增加,卻有所下降。

        在瀝青混合料中,橡膠粉能起到增粘、填充的效果。當摻量較小的情況下,橡膠粉的主要作用為增加粘結(jié)性。但是隨著摻量的不斷增加,大于最佳范圍時,那么橡膠粉的作用就會轉(zhuǎn)變?yōu)樘畛?。這種情況大幅增加瀝青混合料內(nèi)粗集料顆粒的間距,影響混合料的密實結(jié)構(gòu)。橡膠粉的彈性較好,會降低瀝青混合料的抗壓回彈模量。簡單來講,隨著橡膠粉摻量越來越高,混合料的回彈模量則會越來越小[6-7]。因此,在使用過程中,需要合理控制橡膠粉的摻量。

        6 結(jié)束語

        作為一種預防性養(yǎng)護技術(shù),穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層路面性能對其施工效果影響較大。本文通過不同試驗對該橡膠改性瀝青混合料的高溫、低溫、水穩(wěn)定性等性能進行評價與分析,表明穩(wěn)定型橡膠改性瀝青混合料性能良好,將其用于路面超薄磨耗層施工,施工效果顯著。

        參考文獻

        [1]張兵.穩(wěn)定型橡膠改性瀝青超薄磨耗層的應(yīng)用研究[D].西安:長安大學,2019.

        [2]謝世平,吉鑫.穩(wěn)定型橡膠改性瀝青路用性能研究[J].石油瀝青,2018(4):1-5.

        [3]馮志強.超薄磨耗層溫拌橡膠瀝青混合料性能研究[J].公路,2021,66(11):14-20.

        [4]任興榮.超薄磨耗層技術(shù)在公路養(yǎng)護中的應(yīng)用[J].中國公路,2022(2):99-100.

        [5]唐俊.超薄磨耗層技術(shù)在道路養(yǎng)護中的應(yīng)用研究[J].工程技術(shù)研究,2022,7(2):59-61.

        [6]吳宇浩,肖鵬,吳幫偉,等.超薄磨耗層加鋪路面層間抗剪性能試驗[J].中國科技論文,2022,17(7):739-745+758.

        [7]曹志飛.瀝青與級配對超薄磨耗層路用性能及抗滑噪聲特性影響[D].西安:長安大學,2020.

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