OGFC沥青混合料
OGFC沥青混合料（精选12篇）
OGFC沥青混合料 第1篇
关键词：OGFC,设计方法,施工工艺
大量的路面损害状况调查和使用经验表明,水是导致沥青路面早期损害的重要原因,渗入沥青面层中的水在车辆荷载及温度作用下引起沥青膜从集料上剥离,使沥青与集料失去粘结作用,导致沥青路面松散,进而出现坑槽等破坏形式。结合江苏省的气候交通特点,进行开级配抗滑表层在我省高速公路应用研究对我省高速公路建设有着巨大推动作用。
1 OGFC混合料设计
1.1 OGFC混合料设计方法
由于江苏省是一个潮湿多雨的省份,在江苏的高速公路上铺筑OGFC沥青路面,对其功能的要求应主要定位于抗滑、排水功能上。因此,在确定OGFC13型沥青混合料设计方法时,我们并不是单纯的采用某一种设计方法,而是将两者的优点相结合,一方面借鉴了日本排水混合料较为成熟的设计程序,另一方面也参考了美国正处于不断发展中的设计方法,考虑按照骨架嵌挤状态必须满足压实混合料的粗集料间隙率VCA小于粗集料干捣VCA的原则进行级配设计。在确定试验路层厚时,参考了美国OGFC沥青磨耗层的使用经验,使得江苏省的OGFC沥青路面成为既能起到排水功效,又能实现抗滑功能的磨耗层。由于目前的OGFC混合料中采用改性沥青和纤维稳定剂以及高粘沥青等胶结料类型,采用美国传统的表面常数法来计算沥青最佳用量将不再合适,因此借鉴了日本排水混合料设计方法中通过析漏和飞散试验结果来综合确定沥青胶结料的最佳用量。增加混合料低温性能试验和水稳定性试验,设计流程见图1。设计空隙率控制在17%～22%,室内成型采用马歇尔正反击实各50次。
在关于OGFC13的级配研究中,在日本公路学会的级配范围的基础上,经过多次室内试验与工程实践,我们确定的OGFC13级配范围如表1所示。
1.2 OGFC混合料设计技术标准
通过对文献资料的归纳总结,并结合江苏省的气候交通条件,提出适合江苏地区的OGFC沥青混合料设计和检验技术要求,见表2,表3。
2 施工工艺与质量控制
在室内目标配合比和生产配合比设计试验的基础上,课题组于江苏某高速公路上进行了试验路铺筑,试验段长1 km。OGFC路面作为上面层的加铺层,厚度3 cm,与其他地段衔接处采用调坡的方式调整路面标高。该试验路路面结构形式为:6 cm改性沥青改进型AC-20Ⅰ+4 cm SBS改性沥青SMA13+3 cm SK高粘沥青OGFC13。
2.1 沥青混合料拌和
本试验路采用韩国SK高粘度改性沥青,均为桶装沥青,进场后采用沥青脱桶设备(每次脱桶2 t,每小时脱桶约0.6 t)储入沥青罐以备用,其沥青粘度较大,生产拌和与SMA相类似,每盘生产周期约为60 s,拌和楼出料温度为(180±5)℃,生产过程中根据集料干湿程度调节燃油器燃烧率大小,确保混合料出料温度。
2.2 沥青混合料运输
为了保证摊铺温度,混合料应采用大吨位自卸车运输,运料时所有车辆采取加盖双层棉被等切实可行的保温措施。开始摊铺时,现场待卸料车辆不得少于5辆,以保证连续摊铺。
2.3 混合料摊铺
摊铺机就位后,调整好熨平板预拱度及工作仰角,预热40 min左右,使熨平板温度达到100 ℃以上,按试铺段确定的松铺厚度(试铺段松铺厚度为3.5 cm,即松铺系数为1.17)调整熨平板高度,用木板支垫使熨平板牢固放在上面,同时用两套丹麦产Mini-Line非接触式平衡梁控制厚度、横坡和平整度。
在连续摊铺过程中,运输车在摊铺机前10 cm～30 cm处停住,卸料过程中运输车挂空挡,靠摊铺机推动前进,运输车无撞击摊铺机现象,从而保证了路面的平整度。在摊铺时根据铺筑厚度,熨平板采用中强夯等级,振动频率4.5级,振捣频率4.5级,以保证路面初始压实度不小于85%,其振级比SMA要小,有效地确保了混合料的铺面空隙率,避免了石料振碎现象,保证了铺面石料的嵌挤效果。
2.4 沥青混合料碾压
本试验路按照试验段拟订的方案进行,在全宽范围内摊铺机后紧跟两台压路机同时进行碾压。具体碾压方式组合如下:初压采用1台DD110双钢轮压路机静压1遍,速度基本控制在2.1 km/h,钢轮重叠宽度约1/3轮宽。复压紧跟初压进行,无明显分段,碾压采用13 t DYNAPAC-CC622双钢轮压路机静压1遍,终压采用1台13 t宝马AHD202静压2遍,速度控制在3.0 km/h,碾压终了温度在100 ℃以上。
OGFC混合料粗料用量多,采用钢轮碾压缺少搓揉作用,为了使铺面石料碾压平整修正表面纹理,防止混合料出现飞散,采用1台洛阳产25 t YL25胶轮进行了碾压,碾压遍数为1遍。施工中发现胶轮出现粘轮现象,且碾压后的轮迹不易消除。从渗水试验结果看,增加胶轮碾压后空隙率偏小,渗水时间有所延长。因此,建议不使用胶轮进行碾压。
2.5 沥青混合料温度控制
OGFC混合料温度过高易产生沥青析漏,而温度降低时又会给施工造成很大的困难。因此,施工温度的控制十分重要。通过试验路的施工技术总结,我们建议施工各环节的温度值按表4控制。
℃
3 结语
1)为了能提供足够的内部空间,以便于排水和减小噪声,OGFC的设计及现场空隙率应在17%～22%范围内。OGFC混合料的设计方法,一方面借鉴了日本排水混合料沥青用量确定方法,另一方面也参考了美国的设计方法,考虑按照骨架嵌挤状态必须满足压实混合料的粗集料间隙率VCA小于粗集料干捣VCA的原则进行级配设计。2)通过室内试验与试验路铺筑的总结,根据混合料的特点及其性能确定了OGFC混合料技术指标的建议要求。3)现场碾压时,胶轮易出现粘轮现象,且碾压后的轮迹不易消除。因此,混合料摊铺后,宜采用钢轮压路机静压4遍～5遍达到稳压效果即可,钢轮碾压不宜开振。4)OGFC混合料温度过高易产生沥青析漏,而温度降低时又会给施工造成很大的困难。因此,施工温度的控制十分重要。5)下承层施工质量的好坏直接影响OGFC使用寿命,为确保OGFC路面雨水渗入表层后,从表层内部的连通孔隙向路面边缘排出,下承层不透水显得尤为重要。因此,必须在施工前喷洒粘层油以增强两层间的粘结强度和防水效果。
参考文献
[1]江苏省高速公路建设指挥部,江苏省交通科学研究院.开级配抗滑磨耗层(OGFC)沥青路面的试验研究[R].2006.
[2]江苏省高速公路建设指挥部,江苏省交通科学研究院.江苏省沥青路面施工指导意见[R].2005.
[3]江苏省高速公路建设指挥部,江苏省交通科学研究院.延长沥青路面使用寿命综合技术的研究分课题4——提高沥青路面抗水损害性能的研究[R].2003.
OGFC沥青混合料 第2篇
沥青砼下面层采用走移动基准梁厚度控制方式连续作业，
摊铺机熨平板进行预热，预热温度达到100℃以上。将摊铺机两侧传感器置于移动基准梁上调整到适宜位置，并将振动夯板与振动熨平板调整至最佳位置，摊铺机准备受料，
沥青混合料接缝施工技术探析 第3篇
【关键词】沥青；接缝；施工
1、概述
随着人们经济水平的不断发展，道路车流量也飞速增涨，同时车辆要求路面的平整度等也越来越严格，但是路面施工遗留的各种接缝问题直接影响到人们的要求。路面遗留的施工接缝一般有横向和纵向两种，如果这种接缝处理的不好就会使路面的这个部分产生凹凸不平或者由于这个部位的压实不好而导致裂纹的产生，甚至压垮和压松。以上现象是施工过程中长见到的情况。即使用比较先进的宽幅摊铺机摊铺的情况下也会产生接缝，但是会相对的减少纵向接缝，或者每天都会产生一条横向工作缝。
2、接缝施工技术
2.1沥青路面横缝处理技术
道路横向施工接缝应在每天施工完成后进行处理。即在最后一辆运料车的混合料导入斗中并逐步使用完结的时候，摊铺机操作人员应随时注意输送器中的混合料的剩余量，注意把握摊铺机宽度范围内保持摊铺均匀，尽量使接缝垂直道路的中心线，一定不要出现斜线。
如果接缝位置预留的恰当(即在接缝位置的摊铺厚度与其他区域的厚度一致)，接口的截面与地面垂直，在下一天施工时调整摊铺机的参数与原来保持一致(即向新铺层错轮20~25cm与接缝平行碾压)等，这么处理可以使横缝变成平整度理想的接缝。
为了保证接缝的位置预留恰当，应当在已经完成摊铺的地方，沿路线纵向方向放多个三米尺，用来查找出已摊铺的表面或已铺层厚度开始发生变化的断面(已铺层表面与3m直尺底面开始脱离接触外)，利用锯缝机器将这个对面切割成垂直于地面的断面，并将切缝一侧不符合要求的尾部铲除。以上措施一般在在建摊铺层碾压完成后的当时完成。为方便去除不合格的混合料，已预先在预计摊铺结束的撒上一层薄砂层，或者用旧报纸摊铺，当摊铺机完成施工移走后，组织施工人员确定切割位置，并人工将摊铺末端的不合格混合料铲除并把断面处理成垂直面。下次开始施工前，将断面清扫干净，并刷上一层乳化沥青。再指挥摊铺机械倒驶至断面前，保证熨平板前缘位于断面约5cm的位置。这时候将2~3块垫木垫入，垫木厚度的计算方法为：垫木厚度=铺层压实厚度×松铺系数-压实厚度，完成这些准备工作后加热熨平板。
当摊铺机驶离接缝处时，堆积在出料口的剩余混合料将推动熨平板，这种结果将使熨平板被抬高并且在这个地方留下凸起。所以在摊铺开始的阶段应该控制攤铺机料斗中的混合料料不要过多，保持少量就行。如果料斗中的堆料高度不均匀可以人工加料，不要继续进行摊铺，防止摊铺机出料口中间部位堆料，产生隆起带。当摊铺机驶离断面时会在原来的铺层上留下混合料，必须有施工人员进行清理，并用粒径较细的混合料把接缝处的缝隙填补上。
横向接缝的碾压在整个压实工序中是非常关键的步骤，碾压时应首先是压路机垂直路中心线进行压实，这时为方便压路机行驶可以在路面两侧铺垫木板，操作时使压路机的轮子绝大部分在已压实的路面上，20cm左右的轮面压住新铺层，然后以20cm为单位逐步向新铺层方向压实行进。直至完成整个横行碾压过程。
2.2沥青路面纵缝处理技术
部分高等级公路对路面的质量要求较高，为了减少路面的纵向接缝，一般采用两台摊铺机相配合的摊铺方法，即一台在前，一台在后，同时进行摊铺，对于表面层宜采用宽幅摊铺机全幅摊铺沥青混合料(针对中央分隔带一侧仅两个行车道的双幅双车道高等级公路)。用两台摊铺机或梯队同步摊铺沥青混合料时应注意以下几点：
(1)两台摊铺机的前后距离宜为5~10m，使沥青混合料在高温状态下相接。
(2)两台摊铺机的结构参数和运行参数应调整成相等。
(3)接缝两侧摊铺层的横坡和厚度均应一致，搭接重叠应在6~10cm之间。
(4)后一台摊铺机在靠接缝—侧施加一热熨平板，后者跨接缝行走、熨平接缝。
由于路面的宽度太大不得不设置纵向接缝时，可以在先进行摊铺的铺层靠近另一条摊铺带的一侧设置一个挡板，并使其高度与摊铺层的厚度一样，这样摊铺后的纵向断面就会是一个垂直于地面的垂直面，如果不用挡板的话，摊铺并碾压后断面就会形成斜面，这样就会给相邻路面的摊铺施工带来不必要的困难，还得进行切割等工序，给施工带不便。摊铺时新混合料应叠在已铺带上5~10cm，以此加热接缝边邻的冷沥青混合料。开始碾压的，人工铲除重叠的混合料。
2.3宽幅沥青路面施工技术
为了大幅度提高路面的质量和车辆行驶的速度，当前规划并建设了大量超宽的路幅。但是，我国目前工程中使用的摊铺机的宽度一般都不超过12m，远远小于规划的16m的宽幅路面，这种情况导致了一些接缝必须存在的后果，我们下面将结合当前部分工程的施工着重探讨超宽路面的接缝处理工艺。
对于宽幅沥青路面施工，一般采用多机联合施工，纵向拼缝的处理成为一大难题。鉴于纵向拼缝处理的因素较多，只能通过层层分析逐一解决。
2.3.1从纵缝的摊铺基准着手，以往前机摊铺后第二台摊铺机的找平仪横杆自然就搁置于已摊路面上。为了防止操作工人和辅助人员工作时在已摊铺路面上留下的轻微脚印被摊铺机的找平设备探测到，反应到后摊铺的路面上，产生纵缝不平整，采取在找平探测杆上加装1m长的滑杆，通过加大接触面来减少和消除找平的误差，效果很好。
2.3.2摊铺机送料方法是：自卸卡车中的材料，通过铰轮输送到通过的熨平板前，机械振动和夯实是在全机宽进行，这样就造成机器中间的材料受到了正常的夯实，而前行的摊铺机在拼缝处受到的是无侧限夯实，两者之间的细微差异造成了拼缝处路面不够密实。
3、结语
沥青混合料接缝施工适当的处理了路面施工产生的各种接缝问题，提高了路面的施工质量，使道路交通的安全性、舒适性、快捷性、稳定性不断提高，保证了通车的畅通快捷。
OGFC沥青混合料 第4篇
OGFC起源于欧洲,为骨架空隙结构,由于其独特的大空隙(空隙率为18%～25%)特点,适用于多雨地区,不但抗滑性能良好,同时还可以通过层内连通的空隙快速排除雨水,使轮胎与路面之间的摩擦系数增加。美国公路研究认为,OGFC能够大大提高路面的抗滑性能[1],较好地消除行车漂滑和减轻溅水,提高雨天行车安全。日本公路研究调查资料表明,铺筑排水性路面后在雨天发生的交通事故减少了80%。同时由于其特殊的结构特征,OGFC能够显著减少噪音。
福建地处多雨地区,雨量充沛,绝大部分地区年降雨量都在1000mm以上,加之交通量的日益增长,重车、超重车行驶率的不断增加,路面早期破坏问题也日益突出,同时沥青路面雨天的行车安全问题也成为交通隐患。因此,推广OGFC路面对高温多雨的福建地区沥青道路有重要意义。
本文根据福建省气候区域特性,在对福建地区各原材及OGFC混合料的各路用性能分析的试验研究中发现,OGFC混合料的多项路用性能受空隙率的影响,在一系列试验研究的基础上确定福建地区OGFC-13混合料的最佳空隙率范围。
2 OGFC混合料性能试验方案
本文试验中,在16%～25%中选取目标空隙率为16%、18%、20%、22%和25%进行OGFC-13的矿料级配设计,并成型标准马歇尔试件和车辙板进行相关性能试验。课题组拟定目标空隙率下的矿料级配组成见表1。
3 原材料
本文选用辉绿岩做为集料原材,沥青选SBS(I-D)改性沥青以及高粘度改性沥青,其性能试验结果分别见表2、表3。纤维稳定剂采用木质素纤维,该纤维的用量为沥青混合料质量的0.4%。
4 OGFC沥青混合料主要性能指标试验结果与分析
4.1 高温稳定性试验结果与分析
高温稳定性是沥青混合料重要的路用性能指标。试验室通过车辙试验计算动稳定度评价沥青混合料的高温稳定性。试验温度为60℃,轮碾压力0.7MPa,未浸水。5种级配的试验结果见表4。
从试验结果可以看出,高粘度改性沥青OGFC混合料动稳定度大于SBS(I-D)改性沥青OGFC混合料,且远远大于3000次/mm,甚至高达6212次/mm。
4.2 马歇尔稳定度与水稳定性试验结果与分析
课题组采用马歇尔稳定度仪进行马歇尔稳定度试验,数据结果见表5。
现行规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中关于OGFC沥青混合料马歇尔稳定度技术要求为不小于3.5 kN,五个级配的试验结果均符合规范要求。
利用浸水马歇尔残留稳定度试验可以看出混合料对于空隙水分影响的敏感度,对其抗剥落性和耐久性进行评价,试件在60℃水中饱水48h试验,残留稳定度试验结果见表6。
鉴于福建高温多雨的特点,试验只考虑了48h浸水马歇尔试验。从试验结果看,不论是高粘度改性沥青混合料还是改性沥青混合料,48h残留稳定度均为不小于80%。
4.3 构造深度与摆值(BPN)试验结果与分析
高等级道路,特别是高速公路、城市主干路、城市快速路要求沥青面层具有良好的抗滑性,在福建地区尤其如此。面层应具有良好的构造深度,以消除雨大高速行驶时车后的水雾和轮下的水漂现象,保证行车的安全性。抗滑性能一般通过构造深度评价。试验通过测定车辙板构造深度来表征抗滑性能,试验结果列于7。
室内试验结果表明,高粘度改性沥青OGFC混合料的构造深度基本上在1.6mm以上,改性沥青OGFC混合料基本上都大于1.3mm,足以保证抗滑安全性能了。
摆值试验结果见表8。
从试验结果来看,不管是改性沥青OGFC混合料还是高粘度改性沥青OGFC混合料均表现出较好的抗滑性能,因为OGFC混合料中具有相当多的粗集料,但其值远远满足《公路沥青路面设计规范》,说明OGFC混合料具有良好的抗滑能力。
4.4 渗水系数试验结果与分析
OGFC路面的主要性能是排除路表降水,其透水性能主要与空隙率、沥青用量有关。透水性能常用渗水系数表示,本试验采用沥青路面渗水仪进行试验,试验结果见表9。
从室内试验结果看,渗水系数大于1500ml/min,能够满足排水性能要求的。
5 福建省OGFC沥青混合料的合理空隙率
5.1 不同降雨量对空隙率的要求
OGFC混合料的出发点就是为了排走路表水,因此降雨量成为选择目标空隙率的重要指标。若降雨量大而空隙率取得过小,则达不到排水要求,无法实现OGFC路面的功能。若降雨量小而空隙率取得过大,则造成构造功能的浪费,也使强度、耐久性等有一定程度的降低。降雨量与所需空隙率的关系见表10[2]。
福建地区地处亚热带海洋季风气候,温和湿润,年平均降雨量可达到1500mm左右,台风频繁,疾风暴雨多,台风往往带来强降水,尤其是沿海地区。此外,平常的时候暴雨也很频繁。依据表10,本文建议从降雨因素考虑,OGFC排水沥青混合料所需空隙率应大等于20.0%。
5.2 空隙率与抗滑性能的关系
行车水滑现象是由于路表面水来不及排走的高压水膜将轮胎托起而产生。水滑现象的严重程度取决于车速、路面积水情况、轮胎以及路面构造深度。OGFC混合料的抗滑性能主要通过人工铺砂法测量其构造深度进行评价。
由表7、表8可见,OGFC-13混合料的构造深度、摆值都比较大,构造深度基本在1.3mm以上、摆值基本都在50以上,说明OGFC混合料具有优良的抗滑性能。OGFC混合料的构造深度主要受实际集料最大粒径和空隙率的影响。在OGFC-13混合料中,构造深度与空隙率基本呈线性变化。随着空隙率的增大,构造深度不断提高,OGFC混合料的防滑效果也不断增强。为使OGFC混合料有良好的防滑效果,建议构造深度控制在1.3mm以上,摆值控制在50以上,相应的空隙率在16%以上。
5.3 空隙率与稳定度的关系
课题组采用马歇尔稳定度仪进行马歇尔稳定度试验,数据结果见表5。从表中可知,随着空隙率的增大,稳定度逐渐减小。OGFC沥青混合料由于其空隙率在20%左右,大空隙率对混合料稳定度存在着重要的影响。本文中五种级配的OGFC混合料对应的不同空隙率下的马歇尔稳定度均符合规范要求。
5.4 空隙率与水稳定性的关系
OGFC沥青混合料由于其空隙率在20%左右,较大的空隙率对OGFC混合料水稳定性存在着重要的影响。利用浸水马歇尔残留稳定度试验可以看出混合料对于空隙水分影响的敏感度,对其抗剥落性和耐久性进行评价,试件在60℃水中饱水48h试验,残留稳定度试验结果见表6。从试验结果看,不论是高粘度改性沥青混合料还是改性沥青混合料,48h残留稳定度均为不小于80%。
5.5 空隙率与高温稳定性的关系
OGFC沥青混合料由于其空隙率在20%左右,空隙率对混合料动稳定度存在着重要的影响。从表4中可以看出动稳定随空隙率的增加而降低,车辙动稳定度能较好地评价混合料的抗车辙能力。
一般来说,动稳定度越大,其抗变形能力就越强。车辙动稳定度能较好地评价混合料的抗车辙能力。现行规范《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)车辙动稳定度的指标要求是大于3000次/mm,显然,试验结果符合规范要求。并且高粘度改性沥青OGFC混合料远远大于3000次/mm,甚至高达6212次/mm。
5.6 空隙率与渗水系数的关系
OGFC路面的主要性能是排除路表降水,其透水性能主要与空隙率、沥青用量有关。透水性能常用渗水系数表示,本试验采用沥青路面渗水仪进行试验,试验结果如表9所示。很明显,OGFC混合料空隙率越大,渗水系数越大,透水性能越好。从室内试验结果看,渗水系数大于1500ml/min,能够满足排水性能要求的。
5.7 福建省OGFC合理空隙率的确定
各个级配的空隙率试验结果均与目标空隙率相符,但由于空隙率过大,5号级配的稳定度不能令人满意,混合料的透水系数将随空隙率的增加迅速增大,OGFC混合料配合比设计,以路面的排水功能和一定的路用性能作为主要目的。从排水性能考虑,如果空隙率太小,不但达不到排水的作用,反而由于空隙连通性差使一些下渗的水不能及时排出而导致路面出现早期水损害;但如果空隙率太大,虽然对排水有利,却容易引起混合料松散,强度降低,耐久性下降,因此,综合透水和路用性能,并考虑气候及交通条件等因素,本文建议福建地区OGFC混合料的空隙率宜为20%～24%。
6 结论
(1)随着空隙率的变化,OGFC-13混合料各项路用性能呈规律性变化。孔隙率增大,透水性和防滑性能增强,高温稳定性和水稳定性降低。经试验及理论分析,本文提出了福建省OGFC混合料主要性能技术指标推荐值。且综合考虑,OGFC-13混合料的孔隙率宜控制在20%～24%。
(2)未进行沥青改性和纤维掺杂的OGFC-13混合料的各项路用性能普遍偏低,实际推广应用时必须进行必要高粘度改性和纤维掺杂处理才能满足铺设要求。
(3)本文的3号矿料级配及相应油石比下的OGFC-13混合料具有综合较优的性能指标,可以在今后的工程作为参考。
摘要：本文通过系统的试验,并结合福建区域特性,分析表明:OGFC-13混合料的路用性能与其空隙率的变化有着密切的联系,并提出了OGFC-13混合料的合理空隙率范围为20%～24%,对OGFC路面在福建地区的推广应用具有一定的参考价值。
关键词：福建省,OGFC混合料,空隙率,技术指标
参考文献
[1]侯全岐.陕南多雨地区高速公路上OGFC的应用研究.[D].长安大学.2005.05.
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[4]杨春.高粘度改性沥青OGFC的性能及应用研究.[D].重庆交通大学.2008.04.
[5]交通部公路科学研究所.JTJ052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2000.
沥青混合料纤维加强作用的研究 第5篇
通过对沥青混合料掺加纤维的研究,系统分析了纤维加强沥青混合料的.马歇尔稳定度、水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性及耐疲劳性能,探讨了纤维增强沥青混合料的强度形成机理,并与普通密集配沥青混凝土进行了对比、分析,结果表明:纤维沥青混合料是一种具有优良品质的沥青路面材料.
作 者：李文龙 韩君良 李文琦 LI Wen-long HAN Jun-liang LI Wen-qi 作者单位：李文龙,李文琦,LI Wen-long,LI Wen-qi(新疆伊犁公路总段,新疆,伊宁,835000)
韩君良,HAN Jun-liang(西安公路研究院,陕西,西安,710054)
沥青混合料拌和站常见故障分析 第6篇
【摘 要】我国高等级公路越来越多地采用沥青混凝土路面，是因为其自身具有明显的优点。有着更加良好的力学性质，更加优良的高温稳定性与低温柔韧性，铺筑的路面平整无接缝，减震吸声让行车更舒适；且无强烈反光，有利于路面行车的安全；施工方便无需养护，能及时开放交通。当然这一切均需拌和站高效工作，为路面施工提供高质量的沥青混合料，才能路面施工质量提供有力支撑。本文对沥青混合料拌和站生产中可能出现的故障进行了深入探讨。
【关键词】沥青混合料拌和站；常见故障分析
在生产实践中，沥青拌和站由于工作强度大出现故障在所难免。只要认真分析沥青拌和站的常见故障，总结出常见故障的原因及相应处理方法，才能够有效提升拌和站工作效率。拌和站设备故障的形成原因有很多，这里重点阐述的是可以通过现场简单的维修调整即可解决的常见故障。
1.设备运行参数设置不当
这主要体现在：拌和时间设置不当，及料门开启、关闭时间调整不当。通常情况下每一个搅拌生产循环为45s～60s（其中包括拌缸进料时间，拌缸拌和时间，拌缸门开关时间）。在实际生产过程中，只要勤观察多调整几次，一般均能达到设计要求。需要注意的是，在保证沥青混合料拌和均匀无花白料的前提下，应当尽量缩短搅拌的时间。
2.燃烧器燃烧效率偏低
现在大多数沥青拌和站的燃烧器均使用燃油燃烧器。当燃烧器风油比不对，或是燃料油的热值过低等原因，都可能造成燃烧器效率的低下，导致石料温度不稳定，烘干筒加热能力不足，最终将严重影响出料速度和沥青站的整体生产效率。风油比的调整应以设备厂家提供的技术资料为依据，适当结合实践经验，在反复细致调整基础上来确定的。风油比在生产过程中并非是一成不变的，设备的磨损，燃油指标的变化等，都可能对风油比造成一定影响，所以应做到勤检查、早发现，及时进行相应调整，以保证设备的正常运转。
3.冷料进给装置故障
在沥青混凝土拌和站内，引发冷料进给装置故障的原因一般就是可变速皮带机的停机，这类故障的出现最大的可能就是变速皮带机自身故障导致的，当然冷料皮带底下若被碎石或是异物卡死也可能引起此类故障。在对这类故障进行处理的时候，首先需要弄清楚引发故障的真正原因。若是电路方面出现问题，则在进行处理时就应首先对检查其电机控制变频器，查看变频器是否有故障存在，也可以先从线路进行检查，查看线路是处于导通状态还是断路状态。除此之外，皮带打滑也可能引起以上故障现象，这一点在实际工作环境中同样不能够被忽略，打滑就会引起跑偏，跑偏就会导致整个皮带正常运行困难，在这种情况下就需要适当地调整皮带的松紧度，如果被卡死则还需要专门的工作人员来对设备进行障碍清理后，才能保证皮带处于正常良好的运行状态。
4.搅拌机故障
搅拌机出现故障的表现也是多样化的。如果仅是其声音出现不正常的变化，有可能是搅拌机在较短时间内发生了超负荷运转所引起的，致使驱动电机固定支座发生了一定程度的错位，也有可能是固定轴承本身发生不良损坏引起的，若是这种情况的话，就需进行轴承的更换或是修复了。如果是搅拌机的叶片、机臂或者是内部的护板发生损坏或者是严重脱落，则必须要对其进行备件更换，否则就会在进行搅拌的过程当中出现不均匀搅拌的状况。如果是在搅拌的过程当中出现出料温度显示上的异常，更多的可能原因是温度传感器出现故障了，对于此类情况，应要对温度传感器进行必要的清洁处理，并对其清洁装置进行检查看其是否依然处在正常工作的状态中。
5.滚筒系统故障
滚筒通过两滚圈之间的驱动齿圈使干燥滚筒旋转，理想状态下滚圈与四个拖轮是完全面与面间的接触，正是这种接触产生连续摩擦的驱动，滚筒在运动中才会处于动态平衡状态，一旦外来因素将这种平衡打破，那么滚筒在运动中就会产生沿筒体纵轴线方向的上下位移，进而可能摩擦排烟箱、加料箱，或是引起滚筒冷却罩等部件的磨损。这种外来因素主要有以下几方面：
一是干燥滚筒内腔因素引起的。在生产过程中由于筒体内的骨料与叶片间的碰撞和摩擦，长时间使筒内的叶片掉落或损坏，这样骨料在旋转的筒体内对干燥筒就会产生不均匀的冲击。这种不均匀的冲击会破坏滚筒滚圈与拖轮间面与面的完全接触，形成瞬间的点面摩擦。这种不持续的摩擦驱动会使滚筒沿筒体纵轴线方向产生位移，也就使滚筒动态平衡状态发生改变。所以应定期对干燥筒内叶片进行仔细检查，发现磨损严重的应立刻予以更换，出现开焊的也要进行焊接处理，以保持筒内叶片处于良好状态。
二是因温度不同引起的变形。主要分为以下情况，一种是操作不当造成的。一般情况当干燥滚筒温度达到100℃时方可投料进行生产，温度达到100℃而未投料生产引起干燥滚筒变形。其二是停止生产后，滚筒温度未降到40°～50°时关机导致干燥筒变形。其三是生产过程中突然停电。以上这些因素都能导致干燥滚筒局部变形，这种局部变形也会对滚圈与拖轮间的连续面面接触产生破坏。不连续面面摩擦驱动会打破干燥滚筒的动态平衡，因此设备的正确操作也是至关重要的。
三是保养期没有检查干燥滚筒的磨损情况。螺栓松动，导致滚圈的移动，这样滚圈和拖轮间产生不连续的摩擦驱动，进而打破了干燥滚筒的动态平衡状态。另一种情况是，干燥滚筒长时间没有发生沿筒体纵轴线方向的位移，也就是说既没有听见异常的摩擦声音也没有发现干燥滚筒的止推定位滚轮与滚圈有明显的摩擦，这种情况我们也要加以防备，有可能是滚圈与拖轮暂时维持着面面间的摩擦驱动，这种暂时的维持一旦破坏，也会出现干燥滚筒的动态不平衡。由此可见，设备的定期检查也是至关重要的。
6.计量系统的故障
6.1执行机构动作不顺畅
控制骨料、粉料、沥青进秤的执行机构动作不顺畅，每次动作的时间就不尽相同，这时即使计算机控制系统不断调整飞料补偿也无法获得稳定而精确的计量结果。而导致执行机构动作不顺畅的主要原因是气路系统使用和维护不当引起的：对因气路中的压缩空气含水或粉尘过多，引起控制气缸动作电磁阀阀芯变慢甚至卡死。这种原因引发的故障，可通过将电磁阀拆下来清洗一下阀芯或者更换一个新的即可解决。
如果发现粉料称量结束后，重量却还在增加，就应检查一下粉翻板开关处密封胶圈是否磨损，以及翻板是否被杂物缠住。发现密封胶圈磨损及时更换，有杂物也应及时清除。
6.2沥青称量
油石比是指沥青混凝土中沥青质量和砂等填加料质量之比，是控制沥青混凝土质量最重要的指标。油石比过大，摊铺碾压后路面起“油饼”，油石比过小，混凝土料发散，碾压不成形，都属严重质量事故。
沥青秤是由两个拉力传感器即时采集信号的，利用沥青喷射泵将称得的沥青喷入搅拌锅，沥青的喷入量取决于实际称得的骨料重量，即所谓的二次称量。以严格保证恒定的油石比。沥青喷射泵通常采用的是带电磁抱闸刹车电机来驱动的，在生产过程中应定期检查刹车系统是否需要调整。另外沥青喷射泵在沥青秤箱体内的管道下端有一单向阀，是为了防止喷射泵停止运转后沥青回流至箱体中。如果单向阀损坏，称量结束后沥青秤的读数也会慢慢变大，这时就应通过及时的调整或更换来予以解决了。
【参考文献】
[1]李夏.沥青混凝土拌和站生产质量控制及常见故障分析探讨[J].科技信息，2011（9）.
OGFC沥青混合料 第7篇
1 原材料性质及方法
本次研究采用90#重交通道路基质沥青, 根据JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料实验规程》的方法对沥青原材料的性能进行测试, 技术指标满足规范标准。橡胶沥青制备方法为机械简单搅拌60 min, 搅拌温度60℃[3,4]。
试验集料采用阿城地区所产的玄武岩, 分别为石屑 (0~3 mm) 、碎石 (3~5 mm) 、碎石 (5~10mm) 。集料采用水筛法进行筛分, 最终合成级配见表1。
为确定SMA-10级配是否形成骨架嵌挤结构, 需测出粗集料捣实状态下的松装间隙率VCRDRC, 测得结果见表2。
注:γsb为合成矿料毛体积相对密度;γsa为合成矿料表观相对密度;γse为合成矿料有效相对密度;VCRDRC为粗集料捣实状态下的间隙率。
根据长安大学吴奇峰, 等人的研究结果, 将橡胶沥青混合料拌合温度确定为190℃, 击实温度为170℃。马歇尔试件击实次数包括50次与75次, 马歇尔试件在50次击实条件下已达到密实, 但随着交通事业的发展, 重载、超载问题严峻, 50次击实方式可能达不到预期的紧密程度, 因此采用75次击实方式[5—8]。
参考美国沥青协会研究成果[9], 沥青混合料的空隙率在4%时混合料的路用性能综合最优, 空隙率偏小混合料易出现车辙变形, 偏大导致水分空气进入混合料内部, 影响路面水稳定性及耐久性。故采用以空隙率为4%时的沥青用量作为最佳沥青用量。
2 实验结果与分析
2.1 不同级配条件下的马歇尔体积指标结果
根据公路沥青混合料试验规程制作马歇尔试件, 测得个油石比条件下的体积指标结果如表3所示。
注:VV为混合料空隙率;VMA为混合料矿料间隙率;VFA为混合料的沥青饱和度;VCAmix为混合料马歇尔试件的粗集料间隙率。
由表3得出各级配的空隙率随沥青用量的变化趋势, 并估算出各级配下的最佳沥青用量见表4。
为更直观地表示出各级配指标与关键筛孔通过率的关系, 将表4绘制成图1。
由关键筛孔2.36 mm通过率可知级配1至级配5粗集料逐渐减少, 细集料逐渐增加。从图1可以看出各马歇尔指标与关键筛孔通过率具有较好的相关性, 相关系数都在0.97以上。随着细集料的增加, 粗集料间隙率逐渐被细集料填充, 矿料间隙率逐渐减小, 矿料比表面积增大, 矿料间隙率逐渐减小, 沥青用量逐渐减少, 一方面是因为粗集料含量一定的情况下, 粗集料所留下的间隙也是固定的, 细集料的增加导致容纳橡胶沥青的空隙减少, 另一方面, 橡胶沥青中的胶粉颗粒不仅起到改性作用, 胶粉的填充作用也不可忽视。
但随着细集料的进一步增加, 粗集料间隙逐渐增大, 骨架嵌挤结构被破坏, 如图中级配4与级配5粗集料间隙率达到43.3%、45.4%, 已超出粗集料捣实状态下的间隙率, 已构不成骨架嵌挤结构, 建议关键筛孔通过率不宜大于27%。由此可知, 细集料偏少时, 矿料间隙率较大, 容纳的橡胶沥青较多, 细集料使用量较大时, 骨架结构易破坏, 所以存在一个最佳级配, 使混合料的生产费用低而且满足工程要求。
2.2 不同胶粉类型马歇尔体积指标结果
由以上结果级配3所用沥青用量最少, 而且满足所有技术标准, 因此以下实验采用的配合比为级配3。测得各指标如表5。
由表5得出各混合料空隙率随油石比的变化规律, 根据其中的变化规律估算出空隙率为4%时的油石比, 对各胶粉类型的最佳油石比进行汇总见表6所示。
由表6可以看出, 最佳沥青用量、矿料间隙率、沥青饱和度及粗集料间隙率随胶粉粒径的变化规律相同, 随胶粉粒径的减小呈增大趋势, 最佳油石比差值达到0.4。但胶粉粒径减小到60目时, 沥青用量变化不再显著。究其原因, 可能是胶粉粒径小的胶粉比表面积大, 更能与基质沥青充分反应, 制得的橡胶沥青黏度偏大, 导致在击实时需要的击实功也大, 由于采用相同的马歇尔试件制作方法, 其压实功的值是一定的, 所以60、80目的混合料若要达到相同的空隙率4%等体积指标, 则需要更多的自由沥青裹附在集料表面来提高集料间的润滑作用。当胶粉粒径减小到一定程度时, 沥青胶结料的黏度增加幅度减小, 甚至不再增加, 此时所需的击实功也不再增加, 沥青用量就不再随胶粉粒径的减小而增加。此外, 掺加大粒径胶粉的混合料不宜控制密集配的矿料间隙率, 对橡胶沥青的用量也有影响。
2.3 不同胶粉掺量马歇尔体积指标结果
表7为不同胶粉掺量条件下的混合料体积指标。
注:防止混合料析漏, 不掺胶粉的情况下添加0.3%的木质纤维, 木纤维密度为1.36 g/cm3。
由表7估算出各胶粉掺量下的最佳油石比, 对结果汇总见表8。
为更直观地表示马歇尔各体积指标与胶粉掺量的关系, 将表8绘制成图2。
由图2可以看出混合料的油石比、矿料间隙率、沥青饱和度及粗集料间隙率与胶粉掺量具有非常好的相关性, 相关系数均在0.99以上。油石比、矿料间隙率、沥青饱和度、粗集料间隙率均随着胶粉掺量的增加而增加。经过计算, 与基质沥青混合料 (即胶粉掺量为0) 相比, 橡胶沥青混合料中的基质沥青用量更高, 比如胶粉掺量为20%的橡胶沥青混合料中基质沥青为8.9/ (1+20%) =7.42%>7.3%。究其原因, 橡胶沥青混合料中的基质沥青一部分被胶粉吸收溶胀, 矿料间隙率与粗集料间隙率也随着胶粉掺量的增加而增加, 由此可以看出, 橡胶沥青混合料需要增加一定的矿料间隙率来容纳所增加的基质沥青与胶粉颗粒, 橡胶沥青混合料中胶粉颗粒的填充作用不容忽视, 这也是SMA橡胶沥青混合料矿料间隙率高于其他SMA改性沥青混合料的原因。
此外, 在进行马歇尔击实实验时, 胶粉掺量超过24%的橡胶沥青混合料开始变得干涩, 给混合料拌合和试件的击实带来困难, 因此建议胶粉掺量不宜超过24% (外掺) 。
3 结论
通过对不同类型混合料进行的马歇尔配合比实验, 得出了各SMA-10橡胶沥青混合料类型的最佳油石比, 并分析了产生油石比差异的原因, 结论如下:
(1) 不同级配的最佳沥青用量与级配关键筛孔通过率有较高的相关性, 橡胶沥青中的胶粉颗粒有着填料的作用, 细集料的增加势必造成矿料间隙率的减少与粗集料间隙率的增加, 增加到一定程度时, 就会撑破粗集料骨架结构, 影响级配骨架嵌挤的效果, 建议选取的级配不宜偏细, 并严格控制粗集料间隙率, 关键筛孔通过率不宜大于27%。
(2) 与级配的粗细类型相比, 胶粉粒径的变化对沥青用量的影响较小。最佳油石比随胶粉粒径的减小呈增大趋势, 最佳油石比差值达到0.4。当胶粉粒径减小到一定程度时, 最佳油石比变化不再显著, 最佳胶粉类型为60目。
(3) 橡胶沥青混合料的沥青用量随胶粉掺量的增加而增加。混合料的油石比、矿料间隙率、沥青饱和度及粗集料间隙率与胶粉掺量具有非常好的相关性, 相关系数均在0.99以上, 考虑到混合料的施工性能, 胶粉掺量不宜超过24% (外掺) , 油石比宜控制在8.5~9.5范围内。
参考文献
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沥青路面沥青混合料针对性设计 第8篇
近年来,随着交通量不断增长以及车辆行驶的渠化,高温车辙病害已成为我国高等级公路和城市道路早期损坏的主要形式。究其原因,主要是沥青路面在高温季节行车荷载反复作用下永久变形的累积,轮迹处沥青层厚度减薄,削弱了面层及路面结构的整体强度。另外,因雨天车辙内积水而导致车辆飘滑和车辆更换车道时方向失控,影响了行车的安全。
目前大部分治理工作都集中在沥青路面养护维修阶段,而在沥青混合料设计时考虑得相对较少,导致了在道路使用阶段养护费用的增加,造成了不必要的浪费。下面根据车辙产生的主要原因提出针对性设计措施。
1 沥青路面车辙产生原因
我国高等级公路和城市道路主要是灰土路基和半刚性基层沥青路面组成的路基路面结构,路基的强度较高,在交通荷载作用下形成的结构型车辙较少,而面层沥青混合料的高温稳定性不足导致的失稳型车辙则是主要的。该类车辙主要由沥青混合料原材料性能、配合比和中面层混合料设计方面的原因引起。
1.1 集料表面纹理和颗粒形状的影响
实践证明,悬浮密实型沥青混合料抗车辙能力较差,主要原因是集料颗粒和颗粒之间未形成嵌挤骨架。若集料颗粒表面粗糙,形状接近立方体,集料易形成嵌挤结构,则有利于沥青混合料抗车辙性能的提高。
1.2 矿料化学性质的影响
矿质材料的性质对沥青混合料高温稳定性的影响,主要从它与沥青的相互作用表现出来,能够与沥青起化学吸附作用的矿质材料,可提高沥青混合料的抗变形能力。
在矿质混合料中,对沥青混合料高温稳定性影响最大的是矿粉。因为矿粉具有最广大的表面,特别是活化矿粉,活化矿粉对提高沥青混合料的抗剪切能力起特殊作用。由于活化的结果改变了矿粉与沥青相互作用条件,改善了吸附层中沥青的性能,从本质上改善了沥青混合料的结构力学性质。
1.3 沥青性质的影响
对于组份确定的混合料,其车辙性能将取决于沥青的高温粘度、劲度。另外,沥青中含蜡量偏高,蜡在高温时融化使沥青粘度降低,影响高温稳定性,增大沥青的温度敏感性;蜡使沥青与集料的亲和力变小,影响沥青的粘结力。
1.4 矿料级配的影响
沥青混合料的矿料级配,对路面抗剪强度的影响很大。沥青混合料中,起骨架作用的粗集料必须有足够数量,才显示出较大的内摩擦力和抵抗变形能力。足够数量中间的颗粒使沥青混合料有良好的和易性和要求的密实性。细集料用量过多会使沥青混合料在车辆荷载作用下的一部分弹性变形不能及时恢复。
关于级配类型传统想法认为,间断级配混合料的抗车辙能力优于连续级配混合料,但试验表明,合理连续级配混合料的高温稳定性优于间断级配的沥青混合料,但SMA除外。
沥青混合料中矿粉与沥青的比值即粉胶比,对沥青混合料抗剪强度影响很大。在一定范围内,其比值越大,则抗剪强度和抵抗变形的能力愈高。然而,当矿粉与沥青比例一定时,较多数量的矿粉将引起沥青混合料抗变形能力的降低。
1.5 沥青混合料空隙率VV、矿料间隙率VMA的影响
沥青混凝土的抗剪强度取决于粘聚力和内摩阻力,它们的高温稳定性不仅与材料本身的性质有关,而且与混合料的空隙率有密切关系。VV较大的沥青混合料,路面抗剪强度主要取决于内摩阻力,而内摩阻力基本上不随温度和加荷速度而变化。因此,具有较高的高温稳定性;VV较小的沥青混合料路面,则相对来说沥青含量较大,温度升高沥青粘度降低,粘聚力和内摩阻力也降低,使沥青混合料抗变形能力下降。
VMA过大或过小都会对沥青混合料的路用性能产生不利影响。VMA过大主要是由于沥青用量过大、细集料用量偏多等原因造成,这会对沥青混合料高温稳定性产生负面影响,容易出现车辙病害。VMA过小主要是由于沥青混合料的VV和沥青用量过小造成的,同样会对沥青混合料的高温抗变形性能产生不利影响。
1.6 路面中面层沥青混合料性能的影响
我国沥青路面面层结构一般为上、中、下三层,大量试验研究结果显示,沥青面层的最大剪应力位于中面层。其次是上面层,最后是下面层。我国不少设计部门往往只重视上面层的沥青混合料设计,忽视中面层的车辙控制,造成整个面层的总车辙量增大。
2 沥青混合料的针对性设计措施
2.1 原材料的选择
2.1.1 集料
考虑集料外形对混合料抗车辙能力的影响,应优先挑选碎石含量多的矿料,并控制碎石中的扁平、针状颗粒的含量不超规定,同时粗、细集料都必须有较好的表面纹理和粗糙度。考虑沥青与集料的粘附性对沥青混合料高温稳定性的影响,混合料最好采用碱性集料,如石灰岩、玄武岩等。
2.1.2 矿粉
碱性矿粉表面具有活性,这种活化矿粉与沥青相互作用,形成了较强的结构沥青膜,大大提高了沥青的粘聚力,降低了沥青混合料的部分空隙率,因而降低了自由沥青的含量,这对沥青混合料抗剪切能力有很大提高。因此,应选用石灰岩轧磨的矿粉配制的沥青混合料。
2.1.3 沥青
(1)根据不同温度的车辙试验研究结果,沥青混合料温度在软化点附近时,产生车辙的速率最快,因此我国南方等温度较高和交通量较大的地区应优先选用针入度较小、软化点高的沥青,考虑与其它改性剂相比,SBS改性剂提高混合料软化点的效果最好。
(2)应采用含蜡量低的沥青。
(3)选用粘度高的沥青。
2.2 矿料配合比
(1)上面层和中面层沥青混合料宜采用嵌挤型级配,如S型嵌挤密实型级配和SMA间断级配。嵌挤型沥青混合料的强度是以矿料间的嵌挤力和内摩阻力为主、沥青粘结力为辅而构成,其受温度影响较小。
(2)改变采用粗级配抗车辙能力较强的传统观念,上面层和中面层沥青混合料宜采用中级配。
(3)选择合理的VMA。
2.3 沥青用量
(1)确定上、中面层沥青混合料的沥青用量时,采用略小于马歇尔试验确定的最佳沥青用量OAC的值。
(2)适当增大粉胶比,保持粉胶比为1～1.2。保证集料颗粒表面具有充足的沥青膜厚度,以确保沥青与集料之间具有足够的粘结力。
2.4 空隙率
研究表明,剩余空隙率达6%～8%的沥青路面和剩余空隙率大于10%的沥青碎石(表面需加密实防水层)路面,在陡坡路段和停车站处经10年的使用,均平整稳定,未出现波浪、推挤等病害。即使是使用稠度较低、粘结力较小的渣油作为胶结材料也能保证必要的高温稳定性;而剩余空隙率为1%～3%的沥青混凝土路面却出现了严重的车辙病害。
3 结论
(1)沥青路面车辙的产生与集料表面纹理和颗粒形状、矿料化学性质、沥青性质、矿料级配、沥青混合料空隙率、矿料间隙率、路面中面层沥青混合料的性能有关。
(2)沥青混合料原材料选择时,粗细集料宜优先挑选碎石含量多的矿料,并控制碎石中的针片状颗粒的含量不超规定,上、中面层混合料尽量选用玄武岩。
(3)沥青混合料原材料选择时,矿粉宜选用石灰岩轧磨的矿粉。
(4)上、中面层沥青混合料均可使用SBS改性沥青,基质选用含蜡量低、粘度高的沥青。
(5)矿料级配宜采用S型嵌挤密实型级配和SMA间断级配;不要盲目选用粗级配,中级配往往效果更加;用合理的VMA控制矿料配合比设计。
(6)上、中面层沥青混合料采用略小于马歇尔试验确定的OAC的值;适当增大粉胶比,保持粉胶比为1～1.2。
(7)沥青混合料配合比设计时,要控制沥青混合料的设计空隙率为3%～4%。
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沥青混合料性能分析 第9篇
高温稳定性是指沥青混合料在高温条件下, 能够抵抗荷载的反复作用, 不发生显著永久变形 (不可恢复变形如车辙、波浪及推移拥包等) , 保持路面平整的特性。
沥青混合料的高温稳定性的形成主要来源于矿料的嵌挤作用和沥青的高温粘度, 有研究认为, 沥青混合料的高温抗车辙性能, 集料的因素约占70%, 而沥青约占30%。矿料颗粒的嵌挤作用主要与集料级配、颗粒特性有关, 多级嵌挤混合料组成结构显然比密实悬浮结构高温稳定性优越, 破碎的碎石具有丰富的棱角和发达的纹理构造, 经压实后颗粒之间能形成紧密的嵌锁作用, 有利于增强混合料的稳定性。沥青高温粘度大, 与集料的粘附性好, 在高温下仍能保持足够的粘滞性, 使混合料具有一定的强度和劲度, 而不致出现过大的变形;含蜡量高的沥青, 当温度接近软化点温度时, 蜡的熔融会引起沥青粘度的明显降低而失稳;沥青中沥青质的含量对其热稳性也有一定影响, 一般沥青质含量高的沥青其热稳性也好;在沥青中添加聚合物, 能有效地提高高温稳定性。
混合料剩余空隙率为3%～5%的密实型沥青混合料具有较高的力学强度。随着空隙率的增大, 混合料强度降低, 因此, 尽可能减低混合料的空隙率有利于提高沥青路面的强度和耐久性, 但是混合料空隙率过低, 如低于3%, 则当温度升高时, 混合料中的沥青发生体积膨胀, 软化的沥青无空隙可容, 则会从路面中挤出来而形成泛油或产生推移变形。
道路的环境条件对沥青路面的高温稳定性有直接的影响。夏天的持续高温常使沥青路面过于软化, 而导致路面的变形加剧。交通量的猛增, 尤其是集装箱车辆的增加也会加速路面的损坏, 如果在高温季节这种现象将更为严重。
2 低温抗裂性
当冬季气温降低时, 沥青面层将产生温度收缩应力。但是在一般情况下, 由于沥青混合料具有应力松驰的能力, 所产生的温度应力会随时间的延长而逐渐松驰减小, 不会对沥青路面产生较大的危害。然而, 如果气温急剧降低, 沥青路面的温度在短时间降低过快, 沥青路面层内产生较大的收缩应力, 而且随着温度的下降, 沥青路面的刚度增大 (沥青老化同样引起混合料刚度增大) , 松驰能力降低, 使层内的温度收缩应力来不及松驰释放, 当收缩拉应力超过混合料的容许拉应力或容许拉应变时, 沥青面层会发生断裂, 使路面产生自上向下发展的横向裂缝, 简称低温裂缝。
目前, 用于研究和评价沥青混合料低温抗裂性能的方法可以分为三类:预估混合料的开裂温度;评价沥青混合料的低温变形能力或应力松弛能力;评价沥青混合料断裂能力。相关的试验主要包括:等应变加载的破坏试验, 如间接拉伸试验、直接拉伸试验;低温收缩试验;低温蠕变弯曲试验;受约束试件温度应力试验;应力松弛试验等。
沥青混合料低温下的抗拉强度、松驰能力以及收缩性质等, 与沥青混合料的断裂特性有着直接的影响, 而影响上述三方面特性的因素, 既有沥青混合料本身也有外界环境的各种因素。
影响沥青混合料低温性能的最主要因素是沥青的低温劲度, 而沥青粘度和温度敏感性是决定沥青劲度的主要指标。对于相同油源的沥青, 针入度较大、温度敏感性较低的沥青低温劲度较小, 抗裂能力较强, 所以, 在寒冷地区可采用稠度较低、劲度较低的沥青, 或采用稠度更低、劲度更低的基质沥青。使用橡胶类或热塑性橡胶类改性从而获得松弛能力、变形能力更强的改性沥青。
3 沥青混合料的耐久性
耐久性有两层意思:一是沥青路面在反复荷载的作用下, 有良好的耐疲劳性能, 能够经受车辆千万次的作用而不过早地出现疲劳裂缝;二是沥青路面在阳光和大气自然因素的作用下, 有良好的抗老化能力。
沥青混合料在拌制过程中将发生明显的老化, 其中, 包括沥青热态运输、储存、配油釜中调配、加热升温以及在拌缸内与热集料混和过程中引起的老化。沥青路面在长期使用过程中, 受到各中自然因素侵蚀, 如空气中的氧、水、紫外线, 会使沥青混合料产生许多复杂的物理、化学变化, 沥青逐渐老化而硬化, 最终路面出现开裂而损坏。沥青路面的老化, 主要是所含沥青的老化, 这表现为回收沥青针入度减小、软化点提高、延度大幅度降低。
研究表明, 沥青路面中不同部位的沥青老化程度有明显的差别, 在承受重交通荷载作用的路中车道上, 沥青老化速度反而比不承受交通荷载作用的路边慢;沥青路面的老化速率与外界条件和沥青混合料的组成结构有关。在日照时间长而又气温高的地区, 沥青路面老化速度较快, 而在气温较低、日照又短的地区, 沥青路面的老化速度则较慢。沥青混合料的空隙率对其老化的速率有很大影响, 空隙率越大, 老化越快;沥青混合料集料表面沥青膜的厚度对混合料的老化也有影响, 增加混合料的沥青用量, 提高沥青膜的厚度将有效增强混合料的耐久性。
4 沥青混合料疲劳性能
沥青路面材料的耐疲劳性能与许多因素有关。沥青的粘性、沥青的用量、混合料集料的级配、集料的性状、混合料的密实度、沥青路面结构层承受的拉应力水平或拉应变水平等都会影响沥青路面的使用寿命。
沥青用量对混合料的疲劳寿命有显著影响, 沥青用量越多, 混合料的柔韧性越好, 对于薄层路面来说其应变能力越大, 因此, 疲劳寿命也就越长。在最佳沥青用量的情况下, 混合料集料表面越粗糙, 则其疲劳寿命也越长。沥青混合料的空隙率对其疲劳寿命有显著影响, 空隙率大, 沥青混合料疲劳寿命降低;沥青混合料的空隙率与集料的级配和沥青用量有关, 不难理解, 密级配比开级配的沥青混合料疲劳寿命长, 集料表面纹理粗糙, 棱角丰富, 且沥青含量较大的沥青混合料要比粒料表面光滑、无棱角, 且沥青含量低的沥青混合料疲劳寿命长;劲度模量集中表现沥青混合料各种参数的特性, 温度越高, 沥青的劲度模量越低;粘度大的沥青, 其劲度模量也大, 因此, 沥青混合料的劲度模量对其疲劳寿命有显著影响。
5 沥青混合料水稳定性、抗滑性及和易性
5.1 水稳定性
沥青路面在雨水冰雪的作用下, 尤其是在雨季过后, 沥青路面往往会出现脱粒、松散, 进而形成坑洞。出现这种现象的原因是沥青混合料在水的侵蚀作用下, 沥青从集料表面发生剥落, 使集料颗粒失去粘结作用, 这就是沥青路面的水损害。在南方潮湿多雨地区和北方的冰雪地区, 沥青路面的水损害是很普遍的, 一些高等级公路在通车不久路面就出现破损, 很多是水损害造成的。以浸水前后的技术指标的比值如马歇尔稳定度比值的大小评价沥青混合料的水稳定性如表1所示。
影响沥青混合料水稳定性的主要因素是水, 水损害的根源在于水的存在-层间滞水、自由水、水蒸气凝固水, 因此, 水的阻隔与排除对于结构防水、排水设计至关重要, 营运过程中出现的裂缝应及时封堵, 初期病害的及时养护也很关键。
沥青与集料的粘附性与粘结力很大程度取决于集料性质:酸碱性, 洁净程度, 表面粗糙度, 吸水率等。沥青与矿料之间的粘附作用主要是化学吸附的结果, 取决于沥青中阴离子表面活性物质和骨料中重金属与碱土金属阳离子的含量。不同类型酸性石料的矿物成份与组成比例不同, 骨料中重金属与碱土金属盐酸度值会有差异, 而不同沥青其各组分的比例也不同, 因此, 在可能情况下筛选与拟用酸性石料有较好粘结力或粘附性的沥青品种。在沥青中添加抗剥落剂或用消石灰粉、水泥取代部分矿粉拌制沥青混合料是改善集料与沥青粘附性的有效方法。清洁的石料表面有利于与沥青的浸润, 形成良好的粘结;集料表面粗糙、具有微观空隙有利于集料与沥青的结合, 增加结构沥青膜厚。
不同空隙率的沥青混凝土路面具有不同的渗透性, 根据相关研究, 路面渗水的临界空隙率为7%～8%, 为减少水损害, 须将沥青混合料压实后剩余空隙率控制在8%以内, 当然对水损害而言, 路面现场空隙率越小越有利, 但由于路面沥青层需考虑多种路用性能的平衡, 对南方地区, 另一重要路用性能是高温稳定性, 高温稳定性要求沥青层空隙率不能太小, 现场空隙率宜控制在4%以上, 综合各种路用性能要求, 路面沥青层现场空隙率应为4%～8%。施工过程中应加强压实、控制好路面压实度, 更为重要的是路面的损坏是由薄弱环节开始的, 剩余空隙率较大地方也容易出现水损害, 因此, 提高沥青混合料剩余空隙率的均匀性是关键。
5.2 表面层沥青混合料的抗滑性
雨天沥青路面的滑溜是道路交通事故的主要原因, 在高等级公路行车速度高的情况下, 保证路面有足够的粗糙度, 增强抗滑性是非常重要的。沥青路面表面的纹理构造分为微观构造和宏观构造。微观构造是指路面集料表面水平方向0～0.5 mm、垂直方向0～0.2 mm的微小构造。微观构造的尖峰值对于在潮湿条件下穿透表面的水膜是必要的, 以便使轮胎与路面保持紧密的接触。集料颗粒之间的凹凸则为宏观构造。
沥青路面的抗滑性与所用矿料的表面构造深度, 颗粒性状与尺寸, 抗磨光性有着密切关系。矿料的表面构造深度取决于矿料的矿物组成、化学成分及风化程度;颗粒形状与尺寸跟矿务组成和加工方法相关;抗磨光性则受到上述所有因素加上矿粉成分硬度的影响。因此, 用于沥青路面表层的粗集料应选用表面粗糙、坚硬、耐磨、抗冲击性好的碎石或破碎砾石集料。
微观构造用集料的磨光值表征, 宏观构造用压实后的路表构造深度试验评价。构造深度试验是将25 ml的0.15～0.3 mm标准干砂摊铺在路面上, 然后用底面贴有橡胶片的推平板, 仔细地将砂摊平成圆形, 量取其平均直径。砂的体积与砂摊铺的平均面积的比值 (TD) 即为路面宏观构造深度, 也有称路面纹理深度。
5.3 施工和易性
沥青混合料应具备良好的施工和易性, 能够在拌和、摊铺与碾压过程中, 使集料颗粒保持分布均匀, 表面被沥青膜完整均匀的覆盖, 并能被压实到适宜的密实度。
此外, 拌和设备、摊铺机械和压实设备的配置对沥青混合料的施工和易性有一定影响, 应结合施工环境、施工方式和施工水平总体考虑。
6 结束语
沥青混合料是一种被广泛应用的铺筑材料, 但因其材料、温度和施工工艺等都对其性能有影响, 因此, 对其性能的研究至关重要, 本文主要从施工、设计和试验等几方面探讨沥青混合料的路用性能。
参考文献
[1]JTG D50-2006公路沥青路面设计规范[S].北京:人民交通出版社, 2006.
[2]JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2004.
[3]中华人民共和国行业标准.JTJ 073.2-2001公路沥青路面养护技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2001.
[4]邓学钧.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社, 2005.
沥青混合料中矿料级配的研究 第10篇
1级配设计
由于试验量的限制不可能考虑到所有级配情形, 本文粗集料的结果组成采用堆积密度试验进行逐级堆积, 得到间隙率较小的矿料级配作为优化后的粗集料合理结构组成, 通过选取典型的矿料级配进行重点研究。
1.1原材料
试验所用粗集料为漳州地区的灰绿岩碎石;细集料采用灰绿岩机制砂;将原材料筛分为单粒径进行试验研究。沥青采用厦门华特沥青实业有限公司70#A级道路石油沥青。
1.2堆积密度试验方案及结果
将原材筛分为单粒径, 然后将粗集料按照表2的试验方案进行不同比列混合, 按照T 0309-2005的试验方法进行堆积密度试验。通过逐级堆积密度试验, 从而得到不同粒径的堆积密度性质。
在阶段 (一) 验结果表明:粒径16∶13.2比例为1∶2时, 自然堆积间隙率和捣实堆积间隙率均为最小值;在阶段 (二) 中表明:粒径 (16~13.2) :9.5比例为1∶1时, 自然堆积间隙率和捣实堆积间隙率均为最小值;在阶段 (三) 中表明:粒径 (16~9.5) :4.75比例为1.5∶1时, 自然堆积间隙率和捣实堆积间隙率均为最小值;在阶段 (四) 中表明:粒径 (16~4.75) :2.36比例为4∶1时, 自然堆积间隙率和捣实堆积间隙率均为最小值;随着较细的粗集料加入, 矿料间的自然堆积间隙率和捣实堆积间隙率越小。
由表2可以得到该粗集料的最佳级配比例为:16mm∶13.2mm∶9.5mm∶4.75mm∶2.36mm=2∶4∶6∶8∶5。
1.3典型级配的选取
本文选取了条典型的级配进行研究 (如表3) , 级配1~级配5代表5种关键筛孔通过率, 即为5种不同粗细比例的矿料级配;级配6~级配7、级配3代表粗集料相同, 细集料不同的级配。
2试验结果及分析
2.1沥青混合料的级配分形
所谓分形是一种散乱的延伸, 单结构却十分精细的图案, 如把它放大, 就会显示反复出现的细节, 相似的结构在所有尺度上都存在, 分形现象是一个重要特征就是自相似性, 应用中多是统计意义上自相似和局部一定尺度上的分型结构, 分形几何最重要的概念是分形位数, 简称分维。沥青混合料骨料级配具有突出的自相似性, 完全可以利用分形几何学进行研究, 而且骨料中存在几个层次的分形, 骨料表面就是一种分形, 不同集料混合后, 代表骨料尺寸的粒径就形成了一个分布, 这个分布函数就是一种数学分形。
对于骨料级配质量分维数的计算目前主要有两种方法: (1) 根据骨料通过各级筛孔的通过率用计算机迭代求出; (2) 利用ln (Mx/M) 与lnx的关系求出。现本文用第 (2) 种方法, 只要在双对数坐标ln (Mx/M) 与lnx函数图存在直线段, 就表明混合料骨料颗粒分布具有分形结构, ln (Mx/M) 与lnx关系用回归一次方程, 根据斜率有ln (Mx/M) = (3-D) lnx+a, 可求出D。由表3的级配可以得到级配对数表4;由表4可以得到各级配的一元线性回归方程表5
由上表4、表5可以看出, 级配2~级配4可以看出细集料增加, 混合料分形维数是在乘增加趋势, 级配1和级配5存在不符合AC-16的级配要求, 则级配的相关系数就小。级配6的颗粒偏粗, 细集料偏少, 分形维数明显较小。即为级配越细, 分维数越大;级配越粗, 分维数越小。
2.2最佳沥青用量及结果分析
根据上面的颗粒级配, 选取油石比为3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%, 分别进行马歇尔试验, 得到7种不同级配的马歇尔试验结果 (如表6) 。
从表6可以看出, 不同的颗粒级配对混合料的毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、最佳油石比、稳定度、流值均有一定的影响。所选的7种级配的最佳油石比在4.5%~4.9%范围内, 在级配1~级配5中表明:随着级配关键筛孔通过率的降低, 沥青混合料的最佳油石比逐渐减小。级配6~级配7、级配3的马歇尔试验结果表明:粗集料相同, 细集料的不同会影响沥青混合料的空隙率和最佳沥青用量;细集料偏细, 最佳油石比增加, 沥青混合料空隙率减小;细集料偏粗, 最佳油石比减小, 沥青混合料空隙率增大。
3结论
(1) 通过逐级堆积密度试验方法, 找出该粗集料的最佳级配比例为:16mm∶13.2mm∶9.5mm∶4.75mm∶2.36mm=2∶4∶6∶8∶5。
(2) 通过分形理论可以得到级配越细, 分维数越大;级配越粗, 分维数越小。
(3) 通过马歇尔试验可以得到不同的颗粒级配对混合料的毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、最佳油石比、稳定度、流值均有一定的影响;在级配1~级配5中表明:随着级配关键筛孔通过率的降低, 沥青混合料的最佳油石比逐渐减小;级配3、级配6~级配7表明:在粗集料相同时, 细集料偏细, 沥青混合料最佳油石比越大。
参考文献
[1]JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2004.
[2]高远, 杨建明.分形几何在沥青混合料骨料级配中的应用[J].河南建材, 2007, 7 (5) :13-14.
[3]李国强, 邓学钧.集料的分形级配研究[J].重庆交通学院学报, 1995, 4 (2) :38-43.
[4]陈忠达, 袁万达, 高春海.多级嵌挤密实级配设计方法研究[J].中国公路学报, 2010, 19 (1) :32-37.
[5]JTG E42-2005公路工程集料试验规程[S].北京:人民交通出版社, 2005.
SMA沥青混合料耐久性研究 第11篇
【关键词】SMA沥青混合料，耐久性能，沥青玛蹄脂
本文简单介绍了相关试验方案以及试验方法，在此基础上对SMA沥青混合料耐久性的众多影响因素进行了一系列的试验与分析。
1试验方案及方法
1.1原材料试验
通过对沥青混合料、矿料、纤维、水泥、消石灰以及抗剥落剂进行相关的技术性质试验，使之均满足相关的技术要求。
1.2 SMA耐久性的试验
1.2.1 SMA沥青混合料的耐久性与混合材料的水稳性相关，同时还与混合材料的抗疲劳能力相关。因此，应该对其进行相关的疲劳性试验以及水稳定性试验，并在此基础上，在各项性能保持最佳时确定出沥青的最佳用量和沥青的级配。
1.2.2 通过对填料类型、粉胶比的分析研究，分析其对玛蹄脂耐老化前后的三大指标（延度、软化点以及针入度）的影响。试验方案如下。
图1耐老化试验
1.2.3水稳定性试验 对SMA沥青混合料水稳定性的试验应该通过冻融劈裂试验来进行，另外SMA沥青混合料水稳定性还应该通过相关的浸水马歇尔试验来测试。通过SMA沥青混合料的填料类型、填料与填料之间不同的空隙率、4.75mm筛孔通过率、SMA沥青混合料中的矿粉含量以及不同的沥青用量以及采取基质沥青还是改性沥青等不同的沥青类型的一系列的试验，全面综合地分析和探讨SMA沥青混合料水稳定性因素。
1.3 试验方法
对SMA沥青混合料的耐久性进行研究的相关试验除了上述的冻融劈裂试验等，还包括车辙试验、浸水马歇尔试验、肯塔堡飞散试验、疲劳性能试验、谢伦堡沥青析漏试验、渗水试验等等。
2原材料配合比
SMA沥青混合料同传统的沥青相比，其沥青的含量更高，矿粉的含量也较高，且混合料中的粗集料较多。应该严格控制SMA沥青混合料中粗骨集料与细骨集料的数量配合比，如果粗骨集料过少，则SMA沥青混合料的结构骨架不能有效形成，如果细骨集料过少，将会影响SMA沥青混合料的密实程度，从而最终影响SMA沥青混合料的耐久性。
沥青混合料的技术性应该符合一定的要求，如能与集料较好地粘附在一起，粘度较高，与沥青玛蹄脂的性能要求相互适应等等。
本次试验SMA沥青混合料中采用SBS改性沥青SK90#，在混合料中共掺入0.3%含量的垦特莱松散木质素纤维，混合料的粗集料和细集料分别选用角闪片麻岩和石灰岩机制砂。通过计算沥青用量，确定SMA沥青混合料的级配以及该级配条件下混合料的最佳油石比。
3 SMA沥青混合料的耐久性研究
3.1玛蹄脂耐老化性研究
3.1.1沥青材料的老化分主要体现在路面投入使用后的长期使用过程中的老化和SMA沥青路面的施工过程中的老化两个阶段。预测和评价SMA沥青混合料耐久性具有多项指标，其中较为重要的一项指标就是沥青的抗老化性能。玛蹄脂是SMA沥青混合料数量较多的填料，它的抗老化性能在很大程度上决定着沥青路面的耐久性，对SMA沥青混合料的耐久性影响比较显著。沥青玛蹄脂在混合料中起着胶结和填充密实粗集料和填充骨架空隙的重要作用，它主要由沥青、矿粉、细骨集料、各种纤维组成。沥青玛蹄脂同时还是一种粗胶泥，成分包括细胶泥和少量细集料。其中沥青、矿粉和稳定剂组成了沥青玛蹄脂中的细胶泥。因为粗胶泥的能够通过细胶泥的特征进行推测判断，因此可以将细胶泥作为代表。通过对玛蹄脂老化前后的三大指标（即软化点、延度以及针入度）的相关试验数据结果进行综合全面的对比分析可知，粉胶比与玛蹄脂老化前后针入度呈现线性关系，与玛蹄脂老化前后的延度也呈现线性关系，沥青玛蹄脂针入度和沥青玛蹄脂的延度均随着粉胶比的增大而显著减小，沥青玛蹄脂的软化点则随着粉胶比的增大而呈显著增大。
3.1.2通过对玛蹄脂老化前后的软化点、延度以及针入度的一系列相关试验可知，SMA沥青混合料的不同填料类型虽能在一定程度上影响沥青玛蹄脂的软硬特征，但是不能明显影响沥青玛蹄脂的针入度。沥青玛蹄脂耐老化性能最好的填料类型是消石灰十矿粉。通过有关的试验可知混合料的变形能力受到填料类型的影响，消石灰十矿粉的填料类型的混合料具有最差的变形能力，而普通矿粉比水泥十矿粉类填料类型的混合料的具有较强的的变形能力。
3.2水稳定性研究
3.2.1 4.75mm通过率影响。通过试验可知，4.75mm筛孔通过率的越大，则混合料的冻融劈裂强度越小，混合物的残留稳定度也逐渐减小。3.2.2 沥青用量和类型。通过试验对比几种不同类型的沥青可知，SMA混合料的水稳定性最好的是SBS改性SKA-90沥青，最差的是用SKA-90#沥青。在实际施工中，应该根据具体的工程情况以及经济条件选择使用改性沥青或者混合沥青等。
3.2.3 SMA混合料的水稳定性受矿粉用量的影响也比较明显。其中SMA混合料的水稳定性能最好的矿粉用量的粉膠比为1.8～2.0。超出 这个范围，矿粉用量过大或者过小都会使混合料水稳定性能降低。
3.2.4 填料类型影响 通过相关的试验数据可知，SMA沥青混合料中矿料与沥青之间的粘附作用可以通过掺加适量的高质消石灰进行改善，另外也可以加入一定比例的水泥，进而使SMA沥青混合料的水稳定性及其耐久性均得到有效的改善和提高。
3.2.5 孔隙率影响 孔隙率也与SMA沥青混合料的水稳定性有一定的关系，试验表明，两者之间呈线性关系。在孔隙率和混合料的水稳定性的线性方程中，两者的相关系数非常之高，达0.98以上，说明孔隙率对SMA混合料的水稳定性具有十分明显的影响。
3.3耐疲劳性研究
通过试验数据可知，当SMA沥青混合料混合材料中的4.75mm筛孔通过量越大时，SMA混合料的耐疲劳性越差。在保持外界条件不变时，改性沥青类型的SMA混合料的疲劳寿命比基质沥青的大。沥青用量与SMA混合料存在一个最佳油石比，此时SMA混合料具有最好的抗疲劳性。孔隙率越小，则SMA混合料疲劳寿命越长，耐疲劳性得到提高。
结语：本文主要对影响SMA沥青混合料的耐久性进行了一系列的试验研究和分析，对4.75mm筛孔通过率、沥青用量和类型、粉胶比、填料类型、孔隙率对SMA沥青混合料的耐久性的影响等做了简单介绍。在实际施工中，应该进行更加深入的研究和分析，力求全面有效地提高SMA沥青混合料的耐久性。
参考文献：
[1]张宏超，孙立军.沥青混合料水稳定性全程评价方法研究[J].同济大学学报，2002（4）
[2]葛折圣，黄朝晖，黄晓明.沥青混合料疲劳性能的影响因素分析[J1.公路交通科技，2002，19（6）
橡胶沥青混合料疲劳试验 第12篇
关键词：橡胶沥青混合料,疲劳试验,试验分析
橡胶沥青是以沥青为基质,使用废旧轮胎磨细而成的橡胶粉进行改性的一种改性沥青。橡胶沥青混合料可以有效降低路面噪声,延缓反射裂缝,减薄路面厚度,对抵抗低温开裂有明显的优势。橡胶沥青使用废旧的橡胶粉,可有效利用废旧轮胎,减少污染和处理费用,符合循环经济原则。同时,橡胶沥青相较其他改性沥青,成本较低,具有良好的经济性。
对橡胶沥青混合料的疲劳试验及分析进行了研究。
1 试验材料
使用埃索70号沥青作为基质沥青,外掺22%的山东邹平产40目橡胶粉进行改性。橡胶沥青指标见表1。
石料使用江苏沭阳的玄武岩和浙江湖州的石灰岩,使用各分档集料配料。混合料不用矿粉,使用2%的普通硅酸盐水泥。混合料级配见表2。
橡胶沥青混合料在180 ℃条件下拌合,沥青用量为9%,使用小型振动压路机压实。
2 疲劳试验方案
2.1 试验设备
采用四点梁弯曲疲劳试验(Four Point Bending Fatigue Test,AA-SHTOTP8-94)评价橡胶沥青混合料的疲劳性能。仪器使用澳大利亚IPC公司生产的四点弯曲疲劳试验机。
使用疲劳程序模块,可以显示试验过程中的最大/最小弯拉应力,最大/最小弯拉应变,劲度模量,荷载,挠度,相位角,耗散能等试验结果。
2.2 试验过程
1)成型试件。
根据设计的级配和油石比,采用振动压实成型试件,切割成尺寸为400 mm×63 mm×50 mm的小梁,压实方向做好标记,试验时加载方向和压实方向一致;
2)试件保温。
将试件放入(20±0.5)℃的保温箱中至少保温2 h,以使试件温度达到试验要求的温度;
3)打开控制程序和试验设备。
开通气源,冷干机,打开控制程序;
4)试验。
设定好试验参数,将试件放入夹固内,夹紧试件,开始试验。
2.3 试验方案
橡胶沥青混合料用作旧路面白改黑夹层,高沥青用量和低孔隙率,级配偏细,以提高其疲劳性能。对于疲劳试验,有应力控制和应变控制两种模式。应力控制模式为实验过程中对试件施加恒定应力荷载,也称之为常应力疲劳试验;应变控制模式为实验过程中对试件施加恒定应变荷载,也称之为常应变疲劳试验。美国SHARP研究成果显示,对于较厚路面,采用应力控制模式更符合路面实际情况;对于较薄路面,采用应变控制模式更符合路面实际情况[1]。
对路面弹性层状体系的分析表明,面层厚度大于12.6 cm时,由于基层刚度相对比较小,荷载重复作用使面层应变增长较快,以致最后迅速增大而出现路面破裂,这一过程比较符合应力控制模式[2]。白改黑路面一般加铺层厚较薄,小于12.6 cm,适宜应变控制模式。对于橡胶沥青混合料,采用大应变疲劳试验,选取1 500 με进行试验。加载波形为半正弦,频率为10 Hz,试验在劲度模量降到初始劲度模量的15%～25%结束。
3 结果分析
疲劳程序采集数据,在设定的劲度模量减少处停止,试验采用15%～25%的初始劲度模量作为判断标准。程序默认方法为AASHTO T321方法(94),疲劳寿命定义为材料的劲度模量下降为初始劲度模量的50%时所经历的加载次数;另一种方法为考虑材料疲劳破坏不同发展阶段的耗散能(dissipated energy)变化情况,以及根据能量比(Energy Ratio)的方法[3]。Rowe和Bouldin根据Hopman的应变控制中能量比(Energy Ratio,ER)概念,提出简化能量比R
在同一应变水平下,使用50%劲度模量对应的作用次数作为疲劳寿命,各试样的劲度模量相差不大,均为2 100 MPa左右。劲度模量不同,但是疲劳寿命变化不大,说明其对劲度模量不敏感。而采用简化能量比的疲劳次数,则为50%劲度模量对应疲劳寿命的10倍左右,其累计耗散能为50%劲度模量对应疲劳的4.4倍～6.2倍,取平均值则约为5倍,说明随着荷载作用次数的增加,耗散能没有对应的成比例增加,疲劳试验后期,耗散能对作用次数的敏感性减弱,则疲劳试验对材料疲劳的区分减弱。
在图1中,劲度模量随着荷载作用次数有三个变化区段:首先,随次数增加剧烈减少,中间段随次数增加而减少趋于平缓,末段劲度模量减少速率又增加了,末段大致对应着简化能量比的峰值。在末段,试件内部微裂缝发生并发展,新增加界面需要耗费更多能量。而50%劲度模量对应的区段尚在中间段,即没有明显的变化段,不能很好的反映材料的疲劳性能。
Rowe和Bouldin提出,在疲劳试验中沥青混合料表现出四个不同阶段:内部加热阶段,微裂缝形成阶段,裂缝形成以及发展阶段。在50%劲度模量情况下,材料内部可能没有达到裂缝形成和发展阶段就已经停止了试验。累计耗散能相差5倍,说明使用简化能量比方式更能够反映裂缝形成和发展阶段。
4 结语
橡胶沥青混合料应变控制模式下的疲劳试验,使用传统的50%劲度模量对应的疲劳使命时,材料可能没有达到其疲劳寿命,而使用简化能量比则能较好的反映材料疲劳情况。疲劳试验不应该在劲度模量降低到初始的50%就停止,而应继续到劲度模量的20%左右结束。
参考文献
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[3]Rowe G.M.,Bouldin M.G..IMPROVED TECHNIQUES TOEVALUATE THE FATIGUE RESISTANCE OF ASPHALTICMIXTURES[P].2nd Eurasphalt&Eurobitume Congress,Bar-celona,2000.
OGFC沥青混合料
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