基质沥青混合料（精选12篇）

基质沥青混合料 第1篇

沥青用量在很大程度上影响着沥青混合料的使用性能, 沥青过少, 则不能很好的粘结各个集料;沥青过多, 则会导致路面泛油等问题, 严重的影响沥青路面的高温稳定性。因此, 确定沥青最佳油石比是研究沥青混合料的基础。众所周知, SBS改性沥青是由基质沥青改性得来, 但基质沥青与SBS改性沥青的各项性能均有较大差异, 所以基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料的各项性能也存在很大不同, 如此就导致了基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料在压实功和矿料级配相同的前提下所确定的最佳油石比也会有较大的差别。但就目前而言, 基质沥青和SBS改性沥青的最佳油石比之间的联系及差异并没有得到相对较为直观的体现。

鉴于此, 本文基于AC-20, 对基质沥青混合料和5%SBS改性沥青混合料进行一系列的马歇尔试验, 分别得出两种混合料的最佳油石比, 并对各项试验结果进行分析, 通过分析试验结果, 找出基质沥青和SBS改性沥青混合料的最佳油石比之间的联系, 并通过对国内相关研究成果进行借鉴, 找出两种混合料马歇尔试验结果发生不同的原因, 提出两者最佳油石比的差异范围, 为今后沥青混合料的研究提供些参考依据。

1原材料及级配

沥青混合料AC-20所选用的原材料如下:粗细集料均采用普通石灰岩, 矿粉采用普通石灰岩矿粉, 沥青分别采用70号基质沥青和5%SBS改性沥青。按照《公路工程集料试验规程》 (JTJ E42-2005) 和《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTJ E20-2011) 进行试验得知原材料质量均符合规范技术要求。

根据试验需要, 我们设计了AC-20的三种不同级配作为试验用级配, 见表1。

2试验

2.1试验方案

本文采用丁烈梅[1]的方法分别用基质沥青和5%SBS改性沥青就上述三种级配确定最佳油石比, 用以对比出基质沥青和SBS改性沥青最佳油石比的差异。具体步骤如下:

2.1.1基质沥青

AC-20I以油石比4.2%为中心, 以0.5%为间距上下分别浮动两个油石比;AC-20II以油石比4.3%为中心, 以0.5%为间距上下分别浮动两个油石比;AC-20III以油石比4.2%为中心, 以0.5%为间距上下分别浮动两个油石比。

2.1.2 5%SBS改性沥青

AC-20I以油石比4.2%为中心, 以0.5%为间距上下分别浮动两个油石比;AC-20II以油石比4.3%为中心, 以0.5%为间距上下分别浮动两个油石比;AC-20III以油石比4.2%为中心, 以0.5%为间距上下分别浮动两个油石比。

试验均采用击实法成型标准马歇尔试件, 每组油石比分别成型4个试件, 并按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 (JTJ E20-2011) 进行马歇尔试验用以确定最佳油石比。

2.2试验结果

2.2.1采用级配AC-20I

严格按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》 (JTJ E20-2011) 进行一系列马歇尔试验, 分别采用基质沥青和SBS改性沥青确定最佳油石比, 得出试验结果如表2所示。

根据《公路沥青路面施工技术规范》 (JTJ F40-2004) 要求的方法进行最佳油石比确定, 得出级配AC-20I基质沥青混合料最佳油石比为4.1%, SBS改性沥青混合料最佳油石比为4.3%。

2.2.2采用级配AC-20II

严格按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》 (JTJ E20-2011) 进行一系列马歇尔试验, 得出试验结果如表3所示。

根据《公路沥青路面施工技术规范》 (JTJF40-2004) 要求的方法进行最佳油石比确定, 得出级配AC-20II基质沥青混合料最佳油石比为4.2%, SBS改性沥青混合料最佳油石比为4.4%。

2.2.3采用AC-20III

严格按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》 (JTJ E20-2011) 进行一系列马歇尔试验, 得出试验结果如表4。

根据《公路沥青路面施工技术规范》 (JTJ F40-2004) 要求的方法进行最佳油石比确定, 得出级配AC-20III基质沥青混合料最佳油石比为4.0%, SBS改性沥青混合料最佳油石比为4.6%。

3结果分析

1) 本文通过三组级配试验, 得出三组级配最佳油石比分别相差0.2、0.2、0.6。所以经过综合分析得出, 基质沥青AC-20型混合料和5%SBS改性沥青AC-20型混合料最佳油石比相差范围大致为0.2~0.6个百分点。

2) 根据试验结果, 我们亦可以发现随着沥青用量的增加, 空隙率在逐渐减小, 沥青饱和度在逐渐增大, 这是由于随着沥青含量增加, 沥青可以充分包裹颗粒填充矿料间隙所致[2]。

3) 对比基质沥青混合料和5%改性沥青混合料马歇尔试验数据可以看出:SBS改性沥青混合料的密度和稳定度普遍比基质沥青混合料密度大, 而空隙率普遍比基质沥青混合料小, 这是因为SBS改性沥青相较于基质沥青稠度大、粘度强, 能更好的粘结集料颗粒并填充集料间隙。

4结语

通过一系列的试验我们可以看出:SBS改性沥青混合料的密度和稳定度普遍比基质沥青混合料密度大, 而空隙率普遍比基质沥青混合料小;基于AC-20, SBS改性沥青和基质沥青对混合料最佳油石比影响差异较大, 一般来说SBS改性沥青混合料的最佳油石比要比基质沥青混合料最佳油石比大0.2到0.6个百分点。

摘要：基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料在相同级配下的最佳油石比是有一定差异的, 但这种差异程度并没有直观的体现出来。本文通过几组不同的级配对基质沥青混合料和SBS改性沥青混合料的最佳油石比差异进行直观呈现, 并对其相差程度提出大概的范围, 为以后对沥青混合料的研究提供参考。

关键词：基质沥青,SBS改性沥青,沥青混合料,油石比

参考文献

[1]丁烈梅.SBS改性沥青混合料在道路施工中的应用研究[D].2007, 同济大学.

基质沥青混合料 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。

基质沥青混合料 第4篇

1 温拌沥青混合料的目的

《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004规定:沥青路面不得在气温低于10℃ (高速公路和一级公路) 或5℃ (其它等级公路) , 以及雨天、路面潮湿的情况下施工, 但是某些时候由于施工期较短, 为了工程进度在低温下铺筑沥青混合料的客观情况还是存在, 在低温下铺筑沥青路面容易出现以下问题:沥青混合料与环境温差大、降温快;摊铺困难, 平整度难以保证;压实困难, 难以获得理想的压实度和密水性。通过温拌沥青混合料能够很好地解决上述问题, 同时又能防止沥青混合料拌合过程中温度过高导致沥青老化, 还能起到节能减排的效果。

2 现有可实现温拌的技术

根据实现温拌方式的不同可分为四大类[3]。

2.1 泡沫沥青法

典型技术是WMA-Foam, 它是在拌和的不同阶段将软质沥青和硬质泡沫沥青加入到混合料中, 第Ⅰ阶段将温度为100~120℃的软质沥青加入到集料中进行拌和, 以达到良好裹覆;第Ⅱ阶段将极硬的沥青泡沫化后加入到预拌的混合料中再进行拌和。

2.2 沥青-矿物法

典型技术是Aspha-Min, 采用的矿物是一种合成沸石。在沥青混合料拌和过程中将这种粉末状材料 (大约0.3%) 加入进去, 从而使沥青连续地发泡反应。泡沫起到润滑剂的作用, 使混合料在较低温度 (120~130℃) 下具有可拌和性。

沸石 (水合硅酸铝结晶粉末) 由德国的Eurovia公司生产。沸石中含有约20%的结晶水, 在85℃以上时水分散失出来, 从而使沥青发泡。

2.3 表面活性剂法

目前国内用的比较多且较成熟的水溶液温拌添加剂主要是基于乳化平台技术的水溶液添加剂。该技术主要是通过将皂液浓缩液直接加入搅拌锅进行沥青混合料拌和从而降低混合料的拌和温度达到降温的作用效果, 其拌和温度通常为100~130℃, 施工所需设备和施工工艺与热拌沥青混合料基本相同。主要代表产品为:Evotherm DAT。

2.4 有机添加剂法

该类温拌添加剂目前以Sasobit合成蜡为主。

3 温拌与热拌沥青混合料的性能比较

本次试验以AC-13和SMA-13两种类型的沥青混合料通过温拌和热拌方式, 对它们的各项路用技术指标进行比较, 使我们对温拌沥青混合料的路用性能有了进一步的认识。

3.1 原材料性能

(1) 沥青。沥青采用韩国SK-70道路石油沥青, 抽检结果见表1, 显示沥青各项技术指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004规定。改性沥青采用SBS改性剂, 改性剂用量采用5%, 具体性能指标见表1。

(2) 粗集料。粗集料应洁净、干燥, 表面形状为立方体, 且无风化、无杂质, 并有足够的强度、耐磨耗性。本试验采用的是玄武岩, 主要技术指标参数见表2。

(3) 细集料。细集料采用机制砂。机制砂应洁净、干燥、无风化、无杂物, 且有适当的颗粒级配, 同时要求与沥青有良好的粘附能力, 相关指标试验结果见表3。

(4) 填料。矿粉不得含有泥土等杂质, 应干燥、洁净、无团粒结块。其技术指标经检测结果见表4。

3.2 合成级配设计

本试验采用AC-13型沥青混凝土和SMA-13两种级配类型材料, 级配组成见表5。拌和沥青分别采用基质沥青和改性沥青, 拌和方式分别采用热拌和温拌, 本次温拌沥青主要是通过表面活性剂法 (DAT浓缩液) 来实现的, 温拌浓缩液与沥青质量比5∶95, 基于表面活性剂法的温拌沥青混合料在基本不改变沥青混合料材料配合比的前提下, 沥青混合料拌和温度大致降低30~40℃。

3.3 热拌沥青混合料和温拌沥青混合料路用性能评价

(1) AC-13温拌与热拌沥青混合料的性能对比见表6。

(2) SMA-13温拌与热拌沥青混合料的路用性能对比见表7。

从表7的数据对比, 可以看到温拌沥青混合料的路用性能符合热拌沥青混合料的技术要求, 由于温拌沥青混合料拌和温度降低30~40℃, 沥青老化降低, 所以温拌能够提高沥青混合料抗水损坏、抗车辙等性能。

3.4 温拌沥青混合料的压实性能

(1) 针对采用温拌和热拌不同方式下, AC-13改性沥青混合料在不同出料温度下试件的空隙率进行对比, 见表8。

从表8可以看到热拌AC-13混合料的空隙率随着温度的降低逐渐增大, 温拌改性沥青混合料在95~125℃温度区间内, 空隙率基本不变, 说明温拌沥青混合料的可压实性能基本变化不大。

(2) SMA-13温拌改性沥青混合料不同出料温度下试件的空隙率, 见表9。

从表9也可以看到温拌SMA-13与温拌AC-13混合料相类似, 温度处在110~130℃之间, 空隙率基本不变, 说明可压实性能基本变化不大。

4 结论

(1) 温拌沥青混合料降温效果显著, 通常比热拌沥青混合料温度低30~40℃, 缓解了热拌工艺环境下污染严重、能耗大、沥青老化等问题[4];

(2) 温拌沥青混合料的各项路用性能指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》相关要求, 水稳定性、抗车辙能力甚至优于热拌沥青混合料;

(3) 在某一温度范围内, 温拌沥青混合料的可压实性能随着温度变化不大, 保证了施工时有较长的压实时间, 有效地提高了路面压实度。

摘要：介绍了目前实现温拌的四种技术途径, 以表面活性剂法为例, 通过对温拌AC-13、热拌AC-13、温拌SMA-13、热拌SMA-13等几种混合料进行试验比较, 分析了温拌沥青混合料路用性能及其优势。

关键词：温拌沥青混合料,热拌沥青混合料,路用性能,比较

参考文献

[1]JTJ052-2000, 公路工程沥青及沥青混合料试验规程

[2]JTG F40-2004, 公路沥青路面施工技术规范

[3]王庆胜, 辛星, 杨数人.水溶液类温拌添加剂对沥青及混合料性能的影响[J].公路交通科技, 2011 (12) :94-97

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）.

沥青路面沥青混合料针对性设计 第7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%。

参考文献

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[2]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京:人民交通出版社,2001

[3]JTG F40—2004,公路沥青路面施工技术规范[S]

[4]沈金安.沥青与沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社,2001

再生沥青混合料的混合效率研究 第8篇

随着再生沥青混合料 (RAP) 越来越多地应用于沥青路面施工, 新旧沥青混合效率问题一直被道路研究者所关注。一般来说, 经历过服役期的沥青路面在车辆荷载和外界环境的反复作用下, 结合料不同程度地被氧化, 稠度变大。然而, 当将旧结合料应用于新路面结构时, 人们一般假定新旧沥青是完全混合的, 这个假定对沥青路面的长期服务性能起着至关重要的作用。如果稠度很大的旧沥青没有与新沥青均匀地混合在一起, 再生沥青路面结构性能将得不到保证。

很多道路研究者针对再生沥青混合料的研究做了大量工作, 自2000年以来, 国内开始对沥青路面结合料的老化行为和再生机理进行系统深入的研究, 并结合地区情况加以应用。但与发达国家相比, 我国的沥青路面再生技术还处于起步阶段, 缺乏必要的理论指导, 混合料的性能评价也有待深入研究。交通部于2008年发布了《沥青路面再生应用技术规范》 (JTG F41-2008) , 对指导我国沥青路面再生技术的应用和推广具有积极的推动作用[1]。为了有效回收利用翻修产生的沥青废料, 需开展废旧沥青材料与新沥青的混合效率研究, 该研究具有显著的经济、社会和环境效益。一般来讲, 沥青路面在车辆荷载和外界环境的反复作用下, RAP材料中沥青经过长期老化而变硬变脆[2]。然而, 当旧结合料应用于新路面结构时, 人们一般假定新旧沥青是完全混合的, 这个假定对沥青路面的长期服务性能有较大影响[3]。如果稠度很大的旧沥青没有与新沥青均匀地混合在一起, 再生沥青路面结构性能将得不到保证。研究新旧沥青混合效率而恰当地设计路面结构, 服务整个道路使用寿命是一项很重要的工作。黄宝山和Bowers等人为了评价新旧沥青混合效率采用了DSR和有限元分析等方法[4], 中国对RAP材料的研究开展较晚, 目前还没有一个成熟的应用指导意见。

笔者主要对新旧沥青的混合效率进行细致的研究, 并对不同的研究结果对比分析, 包括施工拌合工艺、研究方法对新旧沥青混合效率的影响, 得出目前研究新旧沥青混合效率的方法对于恰当设计路面结构而服务整个道路使用寿命是很重要的。另外, 从保护环境、节约能源和经济的角度考虑, 旧沥青与温拌剂结合使用是非常有必要的。

2 材料选择与试验方法

2.1 材料选择

PG 64-22新沥青、新集料、回收沥青混合料。回收料应在筒形辊机中处理2min后对其标准筛分, 收集仅落在2.38mm孔径上的细料, 保证集料没有灰尘、团聚现象;新集料为石灰岩, 也对其进行标准筛分, 收集落在12.7mm孔径上的粗集料;经处理后的回收料对其抽提, 测得沥青含量为3.26%。拌合试验要求混合料的沥青含量为3%, 65%的回收料, 35%新集料, 加入新沥青的量是集料重量的0.91%, 新沥青掺量由室内试验得到。温拌剂分为表面活性类和蜡类2种, 其掺量分别为沥青总量的0.42%和1.5%, 根据不同的拌合工况将相应温拌剂加入热沥青中搅拌均匀。

2.2 拌合试验

新沥青和新集料加热拌合, 为了确保新沥青很好地裹覆到新集料上, 待拌合1min后, 再加入回收料一起拌合至试验设定时间, 试验工况见表1。拌合完成后把粗料与细料分离, 按照AASHTOA T164的标准方法用正溴丙烷作溶剂分别对粗、细料做溶液抽提, 回收沥青。

2.3 DSR试验

回收的沥青做DSR和频率扫描试验, 温度为10℃, 25℃和40℃, 频率为0.01、0.1、1、10、20和25HZ, 历时8s, 最终生成25℃下的DSR主曲线。

2.4 GPC方法

凝胶渗透色谱法 (简称GPC法) , 是用来测定高聚合物相对分子质量及其分布的快速而可靠的方法, 可以评价沥青结合料特性。依据以往研究, 混合效率定义为粗集料里大分子含量与细集料里大分子含量的比值, 其表达式为:

3 结果分析

3.1 拌合时间影响分析

复数模量随拌合时间变化的主曲线如图1所示, 粗集料里回收的沥青流变特性较好且拌合时间在30s、60s、105s时没有明显差别, 细集里回收的沥青流变性较差, 这种情况下可以判断从粗集料中回收的沥青没有混合旧沥青。但是当拌合时间增加到150s时, 在较低的拌合频率下复数模量明显增大, 这表明从粗集料中提取出了旧沥青。

由图2中的数据得出:拌合温度为60℃, 拌合时间从30s增加到150s的工况下, 混合效率大约从55%增加到将近80%。将拌合时间 (分别30s、60s、105s、150s) 与混合效率线性回归, 得出拟合方程:混合效率%=0.1591x拌合时间+49.73。

假定整个拌合时间内, 混合效率与拌合时间呈直线变化, 由回归方程知, 混合效率达到100%所需要的拌合时间约为5min, 在实际工程中是不现实的。但是在室内尝试着做了拌合时间为5nim的情况, 得出了一个重要结论:拌合时间从150s增加到300s, 混合效率仅仅从77%增加到78%, 通过增加拌合时间来提高混合效率是几乎没有意义的。而且拌合时间超过150s后, 拌合时间与混合效率不成线性关系, 出现这种结果很可能是拌合时间过长, 混合料温度下降所致, 也可能是持续提高拌合温度混合效率不会继续提高。当然, 300s的拌合时间应用于施工现场是不实际的。

3.2 拌合温度影响分析

混合效率随拌合温度的变化如图3所示, 细集料的旧沥青大分子量百分率没有明显增加, 可能是由于粗集料上的沥青正在接收RAP中旧沥青分子;也可能是由于新的热集料与新热沥青可以促进旧沥青溶解, 并且新旧沥青进一步相互扩散;还有可能是温度增高, 新沥青被氧化而变硬, 同时旧沥青的稳定性也有利于一部分新沥青被氧化。但是必须考虑到温度升高对混合效率的潜在影响, 这一部分的研究仍在继续。

3.3 温拌剂影响分析

分别对2种温拌剂的使用效果进行了评价, 对比分析得出两者都有利于新旧沥青混合, 但是具体表现有差异, 添加表面活性类与其它2种方法相比更有利于提高混合效率。这表明:表面活性类温拌剂确实有助于新旧沥青混合, 蜡类温拌剂似乎可以改善混合料的工作性, 粗集料与新沥青拌均匀后更容易裹覆RAP材料。在拌合时间更长、温度更高的条件下, 进一步研究蜡类与表面面活性类温拌剂的作用时发现:蜡类温拌剂也提高了RAP的掺合能力。

4 结论

为了评价拌合时间、拌合温度与温拌剂对新旧沥青混合效率的影响, 用大量新集料, PG 64-22新沥青、回收料中的细料作为拌合原材料。对9种工况下的混合料进行拌合试验, 拌合后将裹覆有沥青的粗细集料分开并分别抽提, 回收沥青, 采用DSR和GPC试验方法, 研究沥青的流变特性和分子量分布, 得出以下结论:

4.1 在一定的拌合条件下, 新旧沥青混合效率能达到80%以上。

4.2 拌合时间增加, 新旧沥青混合裹覆到新集料上。

4.3 拌合时间超过2.5min, 即使拌合时间与混合效率呈线性关系, 对提高混合效率的作用也很有限。

4.4 拌合温度对混合效率有显著影响, 拌合温度从130℃上升到180℃, 混合效率从59%增加到70%。

4.5 拌合温度超过180℃时, 回收料里的大分子含量没有明显增加。

4.6表面活性类温拌剂对提升新旧沥青混合效率有显著影响, 掺加温拌剂拌合条件在130℃、105s混合料达到76%, 等同于不掺温拌剂拌合条件在160℃、150s的情况。

参考文献

[1]郑南翔, 侯月琴, 纪小平.老化沥青再生性能的预估分析[J].长安大学学报 (自然科学版) , 2009, 29 (3) :6-10.

[2]谭忆秋, 王佳妮, 冯中良, 等.沥青结合料紫外老化机理[J].中国公路学报, 2008, 21 (1) :19-24.

[3]Zhao, S., Huang, B., Shu, X., et al..Compara-tive evaluation of warm mix asphalt containing high percentages ofreclaimed asphalt pavement[J].Constr.Build.Mater., 2013, 44, 92-100.

沥青混合料中矿料级配的研究 第9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

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[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.

沥青混合料模量预测模型 第10篇

在新的美国半经验半力学沥青路面设计指南 (MEPDG) 中, 三轴压缩试验条件下测试得到的复合模量 (|E*|, 其能用于反映沥青混合料在准静态柔性路面结构分析中的弹性模量) 被引入用于分析及预测柔性路面运营期间的车辙及裂缝损坏。根据设计输入参数要求的精确度, 分析中需要首先测得混合料的模量或根据Witczak预测模型获得[1]。由于混合料的复合模量难以获得, 且试验费用较高, 因此很多研究尝试通过回归公式, 根据沥青及混合料的特性等预测混合料的复合模量。

沥青混合料的模量取决于混合料的体积参数以及组成材料的相关参数等, 体积参数包括了集料以及沥青的体积比、空隙率等参数。集料在混合料中所起的骨架作用以及空隙体积等取决于成型的方法以及所选取的温度。此外, 沥青本身劲度的增加以及沥青不断被集料所吸收也将改变混合料的模量, 使其随着时间的变化由柔性转为脆性。沥青混合料拌合过程中, 拌合的温度及时间、集料的水分含量及洁净度, 以及沥青的粘度等都能对沥青的裹缚厚度、细集料的填充作用以及混合料的均匀性等产生影响, 从而影响混合料整体的黏稠度。在特定的环境条件下, 欲精确预测沥青混合料的模量并不是一件容易的事情, 回归模型的精确度常常受到各种因素的制约。当知道了各类模型所存在的自身局限性以及明确了实际预测应用中所需要的精度等, 将有可能减少路面性能的预测错误以及决策中的错误。

基于经验的预测模型可能使用于当地也可能适应于世界各地, 其主要取决于模型如何建议以及所采用的标准。建立模型所采用的数据库决定了模型的适应范围, 任何外部引入的数据库都将可能降低模型预测的精确性。另一个影响因素需要考虑的是模型中所采用的回归数学公式, 其精度取决于回归模型数学公式时能概括的物理现象的程度。切合实际物理力学反应所推荐建立起来的能预测得到更为准确或更为接近的预测值, 而纯粹基于数学手段、曲线回归可能导致回归模型的不收敛及错误。此外, 经验的模型可以根据当地可用的试验数据条件进行进一步的验算及校正, 以及引入一些校正因素以消除模型可能的误差。

本研究的主要目的是根据沥青的粘弹性材料属性, 采用当前主要的几个模型预测沥青混合料的模量, 尤其是对比了最近获得的Di Benedetto模型[2,3]与已经存在并被新的美国路面结构设计指南中所规定采用的Witczak模型[4], 以及Hirsch模型[5], 研究中根据采用联邦公路管理局加速荷载设备 (FHWA-ALF) 测试设备所获得的有关沥青混合料动态模量以及沥青剪切模量的试验测试数据库系统, 该数据库系统分别由Pellinen[6]、 Bonaquist等人[7]以及明尼苏达州公路项目 (MnROAD) 研究中所获得。诸多学者对Witczak模型以及Hirsch模型等进行了大量研究, 如Schwartz [9], Bonaquist 等 [10], Dongré 等 [11] 以及 Birgisson 等[12], FHWA-ALF数据库在参考文献[9,10]中被使用。本文作者认为FHWA-ALF数据库引入本研究的模型对比分析中能更好地对模型的精确性作出评价。FHWA-ALF数据库更多地反应了实验室条件下的混合料状态,

MnROAD数据库更多地反应了沥青现场拌合的状态。研究中首先对现有预测模型进行对比分析, 并将各个模型应用到两套数据库系统中。

1 预测模型的评价

1.1 现有预测模型

早在1964年, Heukelom和 Klomp等人[13]根据粘合剂的硬度通过回归分析提出了混合料的预测模型, 这是最早的预测模型之一。到1977年Bonnaure 等人[14]进行了进一步的研究, 1969年Shook和Kallas开发了第一个沥青混合料模量计算模型, 并由美国沥青协会公开发表[15]。其他的预测模型如表1所示, 其中包含了各模型建立过程中试验测试的试件制配方法以及试验温度等, 各研究模型的计算公式如附录A所示。壳牌及沥青协会的模型可以在黄仰贤的著作《路面结构设计方法》[16]中查阅获得。

注:表中Sm=|E*|mix;Sb=|E*|binder;Vol.体积参数;η沥青粘度;Grad.集料级配;τ特征时间。

1977年, Bonnaure等人[14]根据Van der Poel的计算图表以及沥青模量 (Sb) 获得预测混合料复合模量的计算公式。这些计算公式主要基于根据壳牌公司提出的两点支承弯曲梁设备测得的试验数据, 其公式中模量主要根据对不规则矩形试件的加载测试结果计算获得, 该测试方法中对试件的独步进行固定约束, 在其另一自由端施加正弦式荷载。通过验证该模型可用于预测在低温或中等温度状态下 (-1530°C) 混合料的模量。

当前常用的Witczak模型实际上是由Shook 和 Kallas等 [15]在美国沥青协会的研究成果模型所发展而来, 其研究中采用由揉搓压实仪在实验室制备的高为200mm的试件, 在其上施加轴上正弦式荷载, 并采用应变仪测试轴向的应变。随着更多测试数据的取得, Witczak在美国马里兰大学时, 与其同事一起先后又多次对模型进行了改进和发展。1979年, 关于复合动态模量的试验测试方法来源于美国试验及材料协会 (ASTM) 制定的标准方法:关于沥青混凝土动态模量的测试方法 (ASTM D 3497-79) 。该测试方法加载条件控制温度为5、25、40℃以及加载频率分别为1、4、16Hz。其他的温度及频率在接下来的研究中被不断加入, 以构建起完整的混合料模量理论主曲线。在最初的ASTM草案中, 测试中施加的压力保持恒定不变, 荷载频率不断变化, 在接下来的试验测试中也采用同样的加载方法。在1996年, Fonseca 和Witczak[18]拓展了该模型, 以便能考虑场地拌合以及运营服务期间能导致的沥青老化问题。1999年, 模型又一次被修正以便能考虑改性沥青的影响[4], 如此同时试件的制作方法由揉搓压实法向旋转压实方法转变, 此时的数据库系统包含了2750个数据点, 其中有205中混合料, 39种集料以及9种普通沥青和14中改性沥青。2006年, Bari 和Witczak[19]在亚利桑那州立大学对模型进行了进一步的改进, 以便结合现有美国超级路面设计方法 (Superpave) 中有关沥青的测试参数规定, 该模型中引入沥青剪切模量 (|G*|) , 该数据库包含了7500个数据点, 其中有141个新混合料, 2070个数据点取之短期烘箱老化沥青, 2370个取之场拌混合料, 以及210个取之现有路面取芯。

1969年, Hirsch模型最早应用于预测水泥混凝土的力学行为[20], 其充分考虑了不同类型的弹性复合材料。Christensen, Pellinen, 和Bonaquist [4]通过考虑混合料是有集料、沥青以及空隙所构成的三相体系, 并按并联的方式组合在一起, 从而给出了较为满意的预测精度。该模型能用于预测单轴压缩状态下沥青混合料的动态弹性模量以及剪切模量 (常通过纯剪切试验SST获得) , 数据库包括了FHWA-ALF、MnROAD以及WesTrack数据库 (该数据库通过试验获得, 采用短期烘箱老化沥青以及旋转压实法制备试件) 。总共采用了206个数据点, 包括18种混合料、5种集料以及8种沥青 (其中2种为改性沥青) 。

Di Benedetto等[2,3]提出的“2S2P1D”模型是唯一的基于流变学理论模型预测沥青及混合料的线性粘弹性特性, 与其他预测模型不同之处在于它能在同一流变模型中一起考虑沥青及混合料。Di Benedetto等还开发了适用与全球范围内沥青与混合料复合模型的相关关系模型 (Global-DB) , 其不同于“2S2P1D”模型, 所采用的数据库中包括了5种混合料和5种沥青 (其中有3种为改性沥青) 。

Witczak模型和Hirsch模型能认为是真正适用于全球范围的模型, 而壳牌和美国沥青协会的模型仅仅适用于低温及中等温度的区域。2S2P1D模型仅仅是当地的一个模型, 它并没有考虑各种混合料的通用一致性因素, 模型对于每类混合料都必须进行分别考虑, 但它提出了一个比较完整的混合料理论主曲线。Global-DB模型同样也没有考虑混合料自身的特性, 但是转移常量 (论文后面详述) 能联系起混合料的一致性特性及老化问题。

1.2 模型预测相关参数

模型预测相关参数及常量如表2所列, 根据需要的问题确定沥青的粘度, 以及根据温度及荷载作用时间确定沥青的硬度或模量。模型中采用的体积参数包括:Vb沥青的体积, Vg集料的体积, Va空隙率, Vbeff有效沥青体积, VMA矿物集料中所占的空隙体积以及VFA表示空隙中填充沥青的体积。有效沥青体积不包括被吸收的沥青部分, 而Vb指的是混合料中沥青的总体积。所有的模型均采用了空隙率作为输入参数, 因为得知集料及沥青的体积以及空隙率后, VMA和VFA均能通过计算获得, 反之亦然。

对于沥青的参数, 部分模型采用牛顿粘度 (η, λ) , 有些模型采用沥青剪切模量, 其可从动态剪切流变试验 (DSR) 获得。而壳牌模型中采用的是Van der Poel计算图表, 其可采用预估的沥青模量来代替实际的沥青模量或蠕变强度。

对于稳定剪切与动态流变结果的关系可以近似地采用经验Cox-Merz准则, Cox-Merz准则能支持剪切率的相互叠加, 其依赖于稳定剪切粘度和频率, 以及符合粘度及剪切率, 如式 (1) 所示。

|η* (ω) |=η (γ) ω=γ (1)

该准则可适用于未填充、结构简单性 (线性) 材料, 对于剪切率相互独立的牛顿流体 (δ=90°) , 零剪切粘度和剪切复合模量之间的关系可以近似地基于Cox-Merz准则:

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基于Cox-Merz准则, Bonaquist, Pellinen 及 Witczak[21]等提出一个经验模型, 其可用于将沥青剪切模量转换成稳定剪切粘度 (当相位角偏离90度时接近牛顿粘度) 。

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式中:η=表面牛顿粘度, 单位:Pas;

G*=沥青复合剪切模量, 单位:Pa;

ω=角频率, 单位:弧度/s;

δ=相位角, 单位:弧度;

a0, a1, a2=拟合参数。

尽管当前模型还属于经验公式, 然而其理论基于Maxwell流变模型进行模量及粘度的预测, 其能在线弹性材料中考虑弹簧效应以及在粘弹性行为中考虑阻尼的作用等。假设Maxwell模型中荷载为正弦式荷载, 其应变反应也复合正弦规律, 根据力与应变可以获得复合模量, 其取决于角速度、粘度以及相位角的大小, 如公式 (4) 、 (5) 所列。

undefined (4)

undefined (5)

如在Maxwell模型中稳定剪切粘度为牛顿流体的零剪切粘度 (η0) , 经验的拟合系数需要考虑沥青呈现非牛顿力学行为表现 (当相位角小于90度) 。Bonaquist等[21]提出了部分拟合系数的值可用于普通沥青及改性沥青。

可以注意到Bonaquist等的模型采用的形式与Superpave中有关沥青分类参数 (|G*|/sinδ) 非常相似。如前所述, Cox-Merz准则可以用于分析非填充、单一结构形式的材料。因此可以得出结论:由于改性沥青不能满足这个准备, 所以采用Cox-Merz准则预测得到的改性沥青的力学行为结果相对普通沥青存在更大的误差。此外, 实际沥青的行为远远比单一的Maxwell单元模型要复杂得多, 因此以上两个原因都能帮助解释采用Superpave |G*|/sinδ评价改性沥青会存在较大的误差和适应性较差的原因。

Di Benedetto模型可用于当地及全世界各地适应的模型, 其输入参数只有三个。对于2S2PID模型, 特征时间仅仅取决于温度。对于Global-DB模型, α是一个由沥青到混合料的转变因子, 而E0-binder和Einf-binder分别表示衍生静态模量以及实际静态模量。

2 模型流变理论的等效性

进行模量预测模型对比的时候需要重点考虑的两个方面: (1) 各个模型理论基础的等效性; (2) 复合模量试验室测试中如何获得材料的各类参数。

2.1 复合模量

在准静态柔性路面结构分析中, 复合动态模量作为弹性模量|E*|使用。尽管复合动态模量|E*|与温度及加载速率相关, 而弹性模量E理论上仅仅和温度相关。弹性静力学响应是与时间无关的, 应变的产生也是瞬间的, 然而弹性动力学响应是有时间滞后性的弹性行为, 可以在层状弹性分析中考虑荷载速度, 能避免更为复杂的粘弹性应力应变的力学分析。基于时间-温度重复叠加的原则, 考虑温度以及加载速率对力学响应的影响, 可以由此原则建立模量与荷载频率的相关关系理论曲线。

复数数学运算方法可以方便地用于解决在强制振动荷载作用下沥青混合料及沥青的粘弹性力学响应, 对于正弦式拉压荷载可以采用复数的表达形式:σ*=σ0eiωt, 应变的复数表达式:ε*=ε0ei (ωt-φ) , 如图1所示。复合模量E* (iω) 同样可以表示成为复数的形式:

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式中:σ0应力幅值;

ε0应变幅值;

ω角速度, ω=2πf;

应力与应变比的幅值为σ0/ε0定义为复合模量的常数部分定义为动态模量|E* (iω) |, 如式 (7) ～ (9) 所示。

undefined (7)

undefined (8a)

undefined (8b)

undefined (9)

2.2 试验方法的不同处

如图2所示, 振动荷载可以通过多种方式施加, 剪切试验采用应变控制, 轴向压缩试验采用应力控制。静态剪切试验采用单一剪切加载, 沥青动态流变试验采用扭转加载方式, 动态模量测试试验采用半正弦拉应力荷载或半正弦压应力荷载, 或者拉、压组合荷载。在动态流变试验、静态剪切试验和轴向拉、压缩试验中, 采用测试平均值的方法或者施加零剪切应力, 然而在施加的半正弦应力或应变加载是有渐变的常量荷载与正弦荷载叠加而成, 其平均值接近0, 应力或应变的类型是实验测试中重要的一个参数。

在应变控制剪切试验中, 其幅值包括了可恢复及永久剪切应变两类。如果材料是纯粹的粘弹性材料, 永久应变主要是由于粘性流变所导致的, 正弦荷载加载过程中的应变相位滞后值反应了能量的消散及可回收的数量, 如果相位滞后值为0度则所有的应变均可恢复, 如果相位滞后值为90度则所有的应变都是永久不可恢复的。然而, 在高温状态下, 沥青混合料的永久应变可能包括了一部分塑性应变。

与剪切应变幅值类似, 拉应变幅值也包括了可恢复及永久应变两部分, 而其永久应变又包含了粘性及塑性应变等。然而, 如果在控制应力或者控制应变的试验中应变幅值根据加载部分的信号获得, 其包含了由非零荷载产生的蠕变;但是如果根据非加载部分信号获得其仅仅包括振动应变, 蠕变的累积是由于循环加载所产生的, 如图2所示, 它由可恢复及永久应变两部分组成。

如壳牌及美国沥青协会的模型中, 试验测试在低温及中等温度条件下进行, 蠕变将会很小而可以被忽略不计, 此点在1979年美国国家公路与运输协会 (AASHTO) 草案中建立, 该草案中规定应变的测试应在初始蠕变状态完成后的稳定状态下进行。然而对于高温及低荷载频率状态下, 在半正弦加载时间中很难几乎不可能去获得稳定的应变状态, 因此, 在高温作用下测试动态模量更加容易变动, 其相对试验室内测试应变以及分析等方面也更加不同。

由于动态模量试验被应用到线粘弹性材料领域, 在拉、压应力或应变控制加载过程中试件不能产生膨胀或硬化。然而, 由于试件内部可能产生微小的裂缝, 并且随着应变幅值的增大而增大, 这将可能导致试件的过早损坏而使得模量降低。当荷载加载采用半正弦的方式, 随着材料内部蠕变的不断发生可能导致应变硬化, 并导致内部集料被过度挤密而使得模量增大。这种趋势对于简易剪切试验有所不同, 任何由于集料移动而可能导致的颗粒松散膨胀都将受到轴向加载力的约束, 如图3所示。理论上, 剪切应变不会导致体积的变化, 而仅仅发生形状的改变, 但是, 简易剪切状态下仍然存在颗粒材料的膨胀问题。

振动加载中许多方法可以用于计算模量和相位角, 如SST软件使用快速傅里叶变换, 其他常被常用的方法还有:UMD方法[22]、IPC方法[23]以及SPT方法[24]等。Pellinen和Crockford [25]根据试验温度分别为-10、4、21、38以及54°C时的动态模量测试结果, 对比了这些方法, 得出结论为:各类分析方法对于计算模量的影响比对相位角的影响要小。采用提取最大值的方法评价材料属性时会导致最糟糕的结果。采用IPC方法与采用SPT方法所获得回归预测结果比较相近。在0.1Hz加载频率、任意温度条件下, 采用SPT方法比其他方法所获得的预测值要低11%左右, 对比黑色区域的试验结果, 采用UMD方法获得的相位角要比采用IPC和SPT方法获得的值要高, 在此区域内IPC方法和SPT方法获得的结果比较接近, 而FFT方法和SPT方法获得的模量和相位角的结果几乎一致, 剔除部分波动超过5%以上的数据能明显地改善数据的质量。

各类模型采用的试验方法如表3所示, 总而言之, 如果在层状弹性分析中将动态模量作为弹性模量使用, 应变幅值及相位滞后值中都必须剔除蠕变的影响, 最终的应变结果值将借助于经验εp/εr模型预测沥青混合料的车辙, 其中εp为半正弦循环加载产生的永久应变, εr为弹性可恢复应变。

图4为两类典型的线粘弹性材料标准的线性固体材料以及粘弹性液体材料 (基于Burger模型) , 其各自关于频率的主曲线图, 在固体模型中, 独立弹簧及Maxwell单元呈串联组合排列, 而在Burger模型中, Maxwell单元与Voigt-Kelvin单元串联组合排列。

对于粘弹性固体模型所有的应变均能恢复, 而粘弹性液体模型只能恢复一部分应变, 其中有一部分是永久不可恢复应变。2S2P1D模型和Witczak模型均代表的是粘弹性固体模型, 当卸载时其应变均能恢复, 而Hirsch模型是粘弹性液体模型, 其在卸载时呈现出固相和液相, 部分的应变是可恢复的, 其他部分是不能恢复的永久应变。接触系数Pc能将模型从液态转换成固态, 随着温度的增加或者荷载频率的减小。如果将独立弹簧系数设定为0, 则2S2P1D模型可以转变为粘弹性液体模型。一般地, 在高温状态下沥青可以采用粘弹性液态模型进行建模。然而, Di Benedetto 等人[2,3]发现对于一些聚合物改性沥青, 其初始模量E0-binder稍微偏离0, 而在高温状态下表现为弹性材料。

图4中所示的固体和液体模型均为粘弹性蠕变模型, 在两类单元承受相同蠕变应力作用下, 各单元的应变均能用于进一步计算整体的蠕变。在等效流变松弛模型中独立弹簧单元与Maxwell单元平行排列或者两个Maxwell单元独立平行排列。由于各个模型中应变延后时间以及应力松弛时间存在偏差, 所以当将蠕变模型转换为松弛模型时模型的参数必须进行必要的调整。增加更多串联的Voigt-Kelvin单元或者并联的Maxwell单元可以获得连续的滞后及松弛频谱。2S2P1D模型可以获得连续频谱, 如其能以无穷数量串联的Voigt-Kelvin单元或者并联的Maxwell单元表示, 但其不能用于简单的蠕变 (如标准线性固体) , Global-DB模型如此相同。

2.3 模型形式对比

2.3.1 Witczak等式

Witczak等式表现为S形曲线关系, 其模型一般表达式如附录A所示, S形曲线关系的最大、最小值如图5所示, 分别为δ和δ+α, 其分别对应Di Benedetto模型中的E0-mix和Einf-mix。转变区的水平值以及主曲线的斜率分别用β和γ表示。参数δ和α由集料级配和混合料体积参数决定, 如式 (10) 、 (11) 所示参数β和γ取决于沥青的特性。

不同温度及老化状态下沥青的粘度由经验公式 (12) 所确定, 该等式给出了图4中粘性渐变线的斜率。

loglogη=A+VTSlog (TR) (12)

式中:η=牛顿粘度, 单位:cP;

TR=温度, 单位:度 (朗肯温度计法) ;

A=回归截距;

VTS=粘度的温度敏感性回归斜率。

2.3.2 Di Benedetto模型

2S2P1D模型由2个弹簧单元、2个抛物线蠕变单元以及一个线性牛顿阻尼所组合而成, 名字的由来是其英文首字母的组合, 该模型是Huet-Sayegh相似模型的普遍化, 像Huet-Sayegh模型一样, 2S2P1D模型可以获得连续频谱 (例如能以无穷数量串联的Voigt-Kelvin单元或者并联的Maxwell单元表示) 。与其他模型不同, 它能在同一个流变模型中同时考虑沥青和混合料。2S2P1D模型的形式如图6所示, 模型的数学表达式如式 (13) 所示。

undefined (13)

式中:i=复数, i2=-1;

ω=2πf (f荷载频率) ;

E0静态模量 (ω0) ;E∞实际模量 (ω∞)

η= (E∞-E0) ;

k, h系数;δ常量;τ时间特征参数。

由于模型以复数形式表达, 其仅能反映在复平面的状态, E0Einf和表示复合模量在最低及最高频率下对应的最小和最大近似值, 如图6所示。如果将E0设定为0, 复合模量转变为与频率减小值的指数函数形式, 在较低频率下该模型等同于线性牛顿阻尼模型, 如图4所示意。

Di Benedetto等人[2] 也提出了适合全球范围内的沥青和混合料复合模量的关系式, 此处成为Global DB 模型, 它与2S2P1D模型是相互独立的, 如式 (14) 。

undefined

2.3.3 Hirsch 等式

20世纪60年代, Hirsch模型主要用于预测水泥混凝土或泥结碎石的模量, 其可用于预测复合材料的参数以及混合料的参数等。其中有两个模型并联及串联模型, 分别如式 (15a) 和 (15b) 所示。Ec代表弹性复合模量, ν表示泊松比。Hirsch模型对应于Burger模型的平行和串联布置相位的类型, 如式 (16) 。

沥青混合料在高温状态下呈现为连续复合材料性质 (液体) , 但在低温状态下更多表现为平行复合型材料 (固体) 。集料相位在平行部分内, 称作集料接触体积PC, 其表示集料彼此紧密接触的部分。随着集料接触体积增加, 混合料的模量增加。为了提高模型用于预测粘弹性材料力学行为的有效性, 串联及并行相位部分必须依赖于时间和温度的变化。Christensen等[5]根据此推论建立了起接触体积Pc与VMA、VFA以及沥青剪切模量 (|G*|) 的相关关系, 如式 (17) 所示。

集料接触体积Pc将原有沥青的液态行为转变为集料级配的固态行为, 完整的Hirsch模型回归公式见附录A。如上所述, Hirsch模型等同于Maxwell单元和Voigt-Kelvin单元连续的Burger模型, 在Burger模型中的牛顿粘度η与|G*|/ω相等。

Hirsch模型形式表现为S形对数曲线关系, 动态模量和动态剪切模量的静态模量值可以根据以下公式获得, 其中模量Einf-mix为28959MPa;剪切模量Ginf-mix为4143MPa。

究竟采用粘弹性固态模型还是采用粘弹性液态模型对沥青混合料建立模型主要取决于其应用以及混合料的模量参数。如果集料以粘弹性固体建模, 其在自重作用下会发生蠕变, 但会随着时间而消失而材料本身不会发生破坏。对于液体材料, 粘性应变会随着时间增大导致蠕变不断增加直至破坏。

对于弹性层状理论分析建立的是交通荷载的短时间瞬时作用模型, 因此蠕变在此处并不是太重要。沥青混合料在长期重复交通荷载作用下会发生永久不可恢复变形, 所以在高速公路路面上才会产生车辙病害。另外, 如果欲获得长期的蠕变效应, 沥青混合料的蠕变行为不能会忽略。

3 预测模型的精确性和适用性

在公路建设中, 预测模型可以由两种应用的途径, 其中最明显的应用是用于预测或估计模量的大小用于结构的设计及对比等;另外一个作用是计算和对比各类混合料的特性, 如对比根据现场取芯测得的以空隙率标准化的模量数据, 对于具体预测值的大小并不重要。

3.1 各类模型的精确性

基于采用NCHRP 1-37A半力学半经验方法, 对面结构设计中的沥青混合料性能预测, Schwarz[9]研究发现动态模量|E*|偏差±50%会导致车辙预测深度和路面疲劳开裂面积的近似相等比例的变化。尽管对于26种沥青混合料模量的预测结果存在差异, 尤其在高温状态下可能过高地预测|E*|, 然而整体的研究结论证明Witczak模型能给出应用到半经验半力学路面性能预测及设计方法中足够精确的预测结果, Schwartz[9]还发现Witczak预测模型主要影响因素以温度为主, 而降低了其他混合料参数的影响, 该发现与Pellinen[6]的研究结论一致。Pellinen还发现壳牌模型[14]在预测体积参数方面要优于Witczak模型, 但其用于预测混合料的模量值时存在明显的不足。

Birgisson等人[12]采用佛罗里达州典型应用的沥青混合料对Witczak模型进行了研究, 采用旋转薄膜烘箱老化沥青测得的剪切模量, 并利用公式 (3) 计算沥青的粘度, 测试旋转薄膜烘箱老化沥青的粘度采用Brookfield试验设备。在10到40度温度下测试混合料的参数。其研究发现测试得到的沥青粘度能获得更为精确的模量预测结果, 而采用理论转换公式计算得到的沥青模量值要低40%左右。尽管如此, 他们仍然推荐采用剪切模量用于获得沥青的粘度, 对于模量的预测中用考虑偏差的校正, 其研究结果与Cyne等人的研究结论相吻合。

关于Witczak和Hirsch模型的综合研究方面, Dongré等人[11]对横跨美国的5类典型路面结构中的沥青混合料的动态弹性模量进行了预测。预测的结果与在美国联邦公路局 (FHWA) 沥青试验中心测试得到的值进行对比, 研究结果表明采用Witczak和Hirsch模型理论上能获得比较理想的有关混合料动态弹性模量的预测结果, 然而其与测试结果的预测精度有限, Witczak模型的预测结果是689MPa, 而Hirsch模型预测结果为340MPa, 其研究中还发现模型预测并不能反映出混合料生产过程中的差异, 通过对比MALT的混合料模量测试结果与模型预测结果发现:当沥青含量增加或者空隙率减小, 模量的预测结果过小;当沥青含量减少或者空隙率增加, 模量的预测结果过大。

Pellinen和Xiao[28]在研究中发现木质纤维以及填充矿粉等可以明显使沥青混合料硬化。Pellinen和Xiao在该研究中还采用Hirsch模型建立基于空隙率的模量预测标准化程序, 对于在沥青拌合厂拌合生产过程可能取得的部分低剪切模量及动态模量值的沥青材料, 采用Hirsch模量可能得到部分不合理的模量值。这些模型本身的局限性是与用于推导Hirsch模型的最初采用的数据库有关, 在这些数据库中动态弹性模量的值差别从183到20900MPa, 而对于简易剪切模量试验获得的动态剪切模量其差别从20到3880MPa。

3.2 模量调整系数

如上所述, 采用预测模型获得的现场拌合配置的沥青混合料模量精度上可能不如一般的在实验室拌合配置的混合料。Pellinen和Xiao[28]的研究中给出了必要的调整因素的值, 他们的研究中对SST剪切模量以及沥青混合料的动态模量根据建设的四阶段 (混合料配合比设计阶段、场地拌合阶段、现场施工阶段以及运营服务阶段) 进行, 对四类混合料分别进行试件制备和测试: (1) 实验室制备和压实的混合料; (2) 现场拌合并在实验室压实的混合料; (3) 一星期内的路面取芯试件; (4) 建造后一年的路面取芯试件。采用同样的材料以及目标空隙率对比各类混合料, 可以对实验条件、混合料老化时间、压实方法以及服务时间对混合料模量的影响。实验室采用的是4小时短期老化沥青。由于建造过程中实际的空隙率会偏离目标值, 因此, 为了对比混合料的模量, 测试得到的力学参数需要标准化为同样的空隙率以保持对比因素的一致性。

研究中发现在实验室制备和老化的沥青混合料的模量要比采用场地拌合并在实验室压实成型的沥青混合料模量值平均高30%, 比现场路面取芯测得的值高65%。而不同混合料类型之间的差距很大。如表4所示为对于不同类型混合料的平均调整系数。图7所示为研究中的混合料的变化比率。

表4中是调整后的平均值, 其与图7中所示值并不直接相等, 如SR-56混合料偏差比较大而被剔除, 这样做是为了剔除过大误差提高结果的精确度。其中I65、SR64、I74和US31等都是SMA混合料, 他们之间的差异并不明显。

3.3 混合料动态模量与剪切模量的关系

线粘弹性理论公式:|G*|=|E*|/2 (1+v*) , 如果泊松比v*=0.5, 则动态模量是剪切模量3倍。然而实际测试获得的动态模量与剪切模量的关系并不完全符合理论的关系, 实际中模量会随着温度的增加而减小, 从而产生误差的增大。测试获得的剪切模量要比通过动态模量理论换算值要低, 需要用到8个泊松比方能使得两模量值成立等式关系, 此外, 测试获得的相位角也存在明显的差别, 采用简单剪切试验获得的相位角明显要偏大[5,6,29]。

有许多的理论可用于解释这个问题:其中一些理论将产生误差的原因归结于设备本身的机械缺陷;有些理论将误差原因归结为试验方法本身的问题和缺点[5,6,29,30,31]。Saahed等人[29]修正理论方法解释混合料在动力荷载作用下的力学行为, 其研究认为SST实验测试中包含了永久应变而动态模量测试试验在分析的过程中并未考虑蠕变的影响, 并认为实际上由于塑性和粘性变形导致的能量消散应该成为粘性反应, 虽然这是一个强制性的说法, 永久应变在SST试验中并不能累积, 因此关于永久应变的假定性说法应在单一循环荷载下进行。

尽管剪切模量和动态模量模型的理论不尽一致, 在SST剪切模量试验可获得的前提下通过转化的方式获得动态模量预测结果也是可行的方法。可以通过两种方法实现:根据经验的回归公式获得或者利用Hirsch预测模型转换。Christensen等人[5]基于非线性回归关系|G*|=a|E*|b建立预测模型, 其中a=0.0603, b=1.0887。Pellinen和Xiao[24]也研究了在不同建设时期下的剪切模量与动态模量关系模型, 研究结果表明关系式中参数的取值依赖与混合料的类型。此外, 时间的制备方法等均影响所获得的两者之间的关系。采用场拌法获得的混合料比实验室拌合混合料具有更好的相关性, 这是由于场地拌合能使得混合料更加均匀, 相反地, 采用压路机现场压实以及厂拌混合料的整体差异性会导致现场取芯试件模量的相关性不好, 尽管对空隙率进行了标准化控制平均7.5%, 表5中列出了研究中获得的相关系数。

由于动态模量和剪切模量都与沥青的刚度相关联, 因此可以通过混合料的动态模量预测剪切, 反之亦然。Pellinen和Xiao建议基于Hirsch模型利用剪切模量能通过建模预测获得混合料的动态模量, 同样可以基于Hirsch模型通过根据沥青模量估算混合料的剪切模量。这整个过程都可以借助微软Excel软件中的求解函数很方便地实现。分析表明测试及预测的沥青混合料剪切模量之间具有很好的相关性, 因此通过反算能获得适用于实际工程足够精度的沥青剪切模量, 在根据剪切模量的试验数据预测沥青混合料的动态模量, 反之亦然。

4 沥青混合料模量预测及分析

4.1 分析方法及预测值

取用9类沥青混合料及其对应的沥青材料, 用于评价三种预测模型根据沥青模量预测沥青混合料模量等方法的精确性。FHWA-ALF试验用沥青混合料是采用了4小时短期老化方法并采用旋转压实方法, 控制混合料的空隙率与现场基本一致。MnROAD试验用沥青混合料采用1999年MnROAD建设过程中现场拌合的沥青混合料, 并在实验室采用旋转压实的方法成型试件, 试件预热至130度后进行压实成型, 分析中沥青混合料采用旋转薄膜烘箱老化沥青数据[6,7], 沥青参数测试温度分别为15到80度、34到64度。混合料动态模量的测试温度:ALF数据测试温度为-9、4、21、38、54度[6];MnROAD数据测试温度为-20、-10、4、20、40和54度[8]。由于沥青和混合料的测试数据均是在不同温度和荷载频率作用下, 主曲线是用于获得需要的混合料及沥青的模量组成, 所有的主曲线均以温度34度作为参考, 沥青的主曲线是根据CAM模型获得, 混合料的主曲线采用S形回归函数关系式获得, 其允许不同的回归系数[33]。MnROAD所用的沥青主要是设计用于增加混合料在低温状态下的柔性, 然而ALF所用沥青多为弹性低密度聚乙烯, 主要起到填充混合料的作用。表6中给出了沥青的PG分级以及对应的沥青粘度的回归系数A以及VTS值。在主曲线构建中, 沥青的模量取Gg=1259MPa。

表7分别列出了在Arrhenius和WLF公式中的沥青混合料的相关回归系数, 主曲线根据S形回归曲线函数以及不断调整回归系数所获得, 平均的表观活化能Ea=195kJ, WLF公式中的C1和C2分别为20.5以及210, 表7中还给出了通过回归分析获得的沥青混合料的模量值。

表8中给出了Hirsch模型和Witczak模型中需要的混合料的体积参数, 以及Witczak模型中需要的级配。Global DB模型只需要4个常量:混合料静态模量、混合料玻璃态模量、沥青玻璃态模量以及转换因子。基于5类混合料的模型常数校正, Di Benedetto等人[2]提出α=2.82, 建议采用Einf-binder=2100MPa, Einf-binder=36000MPa以及E0-mix=65MPa。

为了分析实际混合料参数对预测结果的影响, 在分析中采用了混合料主曲线静态模量及玻璃态模量, 此外, 采用Di Benedetto等人研究中给出的参数[2]。为了建立混合料属性与参数的关系, 采用最小二乘法拟合测试及预测结果。

表9中归纳了研究的变量, 如统计分析中用到的混合料和模型的组成参数, Global DB模型由四项组成:def 是一个默认值;def_fit由拟合推荐静态模量值与值;mix由静态模量值拟合获得 (如表7所示) ;mix_fit由表8中的值与α值。

4.2 模量预测及平均误差

图8、9归纳了对所有混合料及模量的预测结果, 图10中给出了各模型的误差值。对比发现, 整体上Hirsch模型能获得最为精确的预测结果, 采用ALF混合料建立数据库是合理的。然而, Hirsch在预测高温状态下的模量值过高, 而且在Pellinen和Xiao等的相对较软的厂拌混合料测试结果中研究中同样发现该问题。Global DB模型采用不断调整混合料模量的预测平均值、最大值和最小值界限的方法, 但图8和9中发现拟合系数并不能明显改善整体的预测结果。

如图10、11所示, 误差的产生与温度、混合料类型以及老化的条件有关, 此处的误差为均方差, 由图10可知, 对于ALF混合料, 在中等温度状态下预测结果最为精确, 随着温度的降低或升高误差也随着增大。整体上预测的平均误差达到42%, 此值比较大, DB模型给出了对比的预测结果, 并取用默认常量代替实际混合料的参数。由图11可知, 采用MnROAD混合料以及RTFO老化沥青数据, 整体的误差增大到了80%, 采用Witczak模型在高温状态下的预测结果误差最大, 然而DB模型获得最小的平均误差。如图12所示为MnROAD混合料的预测结果误差, 平均误差值达到122%, 采用Hirsch模型和Witczak模型获得的模量预测结果都不理想, 而DB模型能给出最佳的预测结果, 尽管误差也达到了50%。

图13、14和15分别对比了不同温度下, 采用不同预测模型所获得的结果与试验测试结果的对比, 对于ALF混合料, 所有的预测模型获得的结果基本在同一数量级上, 但是在高温状态下, DB模型与Hirsch模型、Witczak模型差异较小, 对于MnROAD混合料数据系统有同样的发现。一般地, DB模型的预测结果要低, 而Hirsch模型和Witczak模型的预测结果要高, DB模型在高温状态下的预测结果偏低, 预测结果有时要低于Witczak模型和Hirsch模型。

表10中给出了各预测模型的总体平均误差, 表中过大误差取正, 过小误差取负。由表可知, 对于ALF混合料的模量预测结果要优于MnROAD混合料, 其总体的偏差要小, 精度更高。对于MnROAD混合料, RTFO法老化沥青模量预测结果优于PAV法老化沥青预测结果。在Di Benedetto模型中, 沥青模量的对混合料模量的预测结果影响较大。由上可知各个模型并不是能准确地用于各类混合料的力学行为预测。

Hirsch模型和Witczak模型是回归公式模型, 然而DB模型是根据流变理论以及时间、温度的叠加效应进行推导获得, 因此模量预测结果是与温度相关的系统变量, 回归模型呈现出能极大地减小误差而其关于变量的敏感性欠缺。

5 讨论

与Dongré等人[11]类似的研究发现:Hirsch模型和Witczak模型能用于预测实验室制备的混合料而不能预测其他情况下生产的拌合混合料。然而, 与Birgisson等人[12]的研究有着不同的研究发现:通过剪切模量的沥青混合料模量表证沥青的粘度并不会导致比试验测试结果过高的预测结果。

系数的值波动范围较大, 其主要与混合料的属性有关, 体积的相关参数数据用于回归得到系数, 研究中发现填充沥青的空隙率与系数有着最好的相关性, 如图16所示。此外, Hirsch模型中的参数接触体积与系数有着很好的相关性。

Dongré 等人[11]研究中的混合料其预测结果与测试结果对比效果较差, 认为仍有很多比较重要的作用混合料模量的因素并没有充分地考虑到预测模型之中, 预测中温度的敏感性较强, 因此沥青模量的差异性加上其他拌合过程中的不确定因素是主要影响预测模型的方面, 这些其他的因素包括:集料水分含量、吸收能力的变化、拌合条件以及其他。表11列出了可能影响混合料力学响应的因素, 表中部分在预测模型中直接采用的变量用黑体标示了出来, 对于混合料模量的预测模型可能的应用是用于其质量的控制, 但其尚不能取代实验室的测试。

图17中总结了模量预测模型的可能应用及其应用途径, 如图17所示, 最为精确的预测模型可用于实验室制备的短期老化以及旋转压实的沥青混合料。

对于储存时间少于一个月以及老化的厂拌混合料, 最为合理的选择是采用RTFOT法老化沥青的模量。此外, 集料水分的含量也需要考虑, 现场刚铺筑路面的取芯试件的预测结果会相对较大, 这是由于现场压路机压实的混合料比实验室旋转压实法制备的沥青混合料要柔软一些。因此, 如果必须通过现有的预测模型获得厂拌及现场沥青混合料的模量, 需要在预测模型中考虑调整系数以减小误差。

实际应用中, 动态模型预测模型并不能很好地区分在特定环境和其他条件下, 不同混合料的不同力学响应。关于动态模量的实验室测试在实际应用中仍然十分必要。

6 结论

本研究通过对比Di Benedetto模型、Witczak模型以及Hirsch模型等三个沥青混合料模量预测模型, 研究结果体现:采用这些预测模型均能获得某一特定条件下混合料的模量;由于高温状态下模量的预测存在较大的差异, 因此如果想获得更为精确的模量值推荐采用试验测试的方法, 通常预测的误差在40%左右, 而测试的误差常低于20%;类似地, 由于低温状态下预测模量的差异也较大, 推荐采用固定的玻璃态模量值以及Bonaquist等人[34]提出的混合料模量理论主曲线方法;沥青模量根据混合料要求的条件确定, 为减小预测结果的误差同样需要考虑调整系数;从理论上分析, Hirsch模型采用粘弹性液态模型, 其更便于做进一步的调整, 如考虑混合料的蠕变特性等;如果结构设计中需要考虑沥青混合料的小应变状态下的模量预测, Hirsch模型和Witczak模型均可以采用。

Hirsch模型和Witczak模型的预测结果相似, 且两个模型对与实验室混合料的预测误差比较相近, 然而, 对于厂拌混合料, 两个模型获得的RTFO法老化沥青混合料的预测模量偏大, 采用PAV法老化沥青混合料的预测结果偏低。结果体现回归模型更为精确仍然没有Di Benedetto模型预测结果精确, 这是由于Di Benedetto模型考虑了时间、温度的叠加效应, 如果系数取值正确, 将能获得非常精确的预测结果。对于MnROAD混合料的模量预测, 低温状态下沥青的各参数值需要重点考虑, 其会影响沥青主曲线, 最终影响到动态模量的预测结果。

致 谢

本论文研究中部分试验数据来之美国明尼苏达州交通部门的研究经费资助, 在此表示感谢。

摘要：本文研究基于沥青混合料粘弹性特性, 根据实验结果对现有沥青混合料的预测模型的有效性。尤其采用了Di Benedetto等人的模型与现在美国新路面设计指南中采用的Witczak模型以及Hirsch模型等进行了对比分析。Di Benedetto模型与其他模型的不同之处是对沥青及混合料同样考虑了流变模型。本研究采用的沥青混合料动态模量以及沥青混合料的试验测试数据均来源于联邦公路管理局加速荷载设备 (FHWA-ALF) 测试结果以及明尼苏达州公路研究项目。预测中采用旋转薄膜烘箱法 (RTFO) 及压力老化容器法 (PAV) 的老化沥青测试数据, 并根据现有的经验转化公式将沥青模量转化为粘度。研究结果表明在满足一定条件下采用三种模型均能用于预测沥青混合料的模量。预测模型中应老化沥青的条件应符合沥青混合料的设计要求, 为减少预测模型的误差应根据实际情况对各参数进行调整。理论上, 采用基于粘弹性液态模型Hirsch模型能更便于进一步的调整, 如引入混合料的蠕变行为等。对比结果表明, 采用Di Benedetto模型能获得更为精确的预测结果, 但是在低温及高温条件下如不引入混合料的相关参数将导致更大的误差。

关键词：热拌沥青混合料,动态模量,预测模型,沥青及混合料主曲线

参考文献

[1]National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) . 1-37A-2002 Design Guide (Draft) . Washington, DC, 2004.

[2]Olard, F., Di Benedetto, H., “General“2S2P1D”modeland relationbetween the linear viscoelastic behaviors of bitu-minous binders and mixes”, Road Materials and PavementDesign, Volume 4, Issue 2, 2003.To be published.

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）

冷补沥青混合料研究 第12篇

伴随着经济基础在我国的迅猛的发展,使得我国上层建筑得到了急剧的增长,尤其是在交通运输方面,大型机动车辆的增加,车辆超载严重现象,使得我国所建设的公路面临着极其严峻的考验,大型机动车辆的持续碾压,混凝土强度低的地方在承受了如此强大的力后造成了路面的开裂、损坏,使得沥青混凝土路面出现了坑槽,这不仅破坏了沥青混凝土公路的美观,也对道路的使用寿命以及车辆的行车安全造成了极其严重的影响。因此,使用合理的材料选择合理的施工手段对公路的坑槽、坑洼进行修补,定期对道路进行有效的养护,是利国利民的大事,不仅能节省国家资源还可以使得道路寿命增加。以往对道路坑槽的修补,一般使用的都是热拌沥青混合料,但是这种混合料有着很多的缺点,使用这种混合料不仅会造成资源的严重浪费,还对周围的环境造成了很大的影响,并且这种材料受环境的影响比较大,因此使得其施工工序极为复杂。因此选择受温度限制小,应用范围广泛的冷补沥青混合材料是大势所趋。

2 道路冷补阐述

我们一直提道路的冷补,何谓冷补道路施工,道路冷补是在道路养护中相对于传统的热温修补而言的,在道路的坑槽坑洼的修补中,采用低温或者是常温的状态下对于道路进行修补,就是我们常说的也是现在经常使用的冷补技术。我们这样的状态下所使用的材料就是冷补材料,一般而言,沥青冷补混合料就是把沥青稀释后与没有通过加热的矿料混合搅拌而成的一种混合材料。

相比与以前经常使用的热补材料,冷补沥青混合料可以在任何时段任何地点使用,是一种高科技产品。这种材料不仅可以在环境以及天气状况及其恶劣的条件下使用,还可以修补各种不同类型的道路路面。

3 冷补沥青混合料的成型机理

就沥青的强度形成过程而言,沥青冷补材料与热沥青材料有着很大的区别,后者使用的是热塑性较强的沥青,而前者使用的材料的热塑性已经完全消失是经过改性后的材料。冷补沥青的强度形成机理极其的复杂,这一过程需要缓慢的进行。在修补的施工中,由于冷补沥青混合料具有可塑性以及流动性强的优点,因此通过摊铺、碾压,混合料能被挤压至坑洼、坑槽的各个角落。通过行车的压实和在空气中不断的晾晒,混合料中的一些溶剂不断的挥发,使得沥青材料越来越粘稠,冷补混合料之间的间隙越来越小,颗粒的分布更加的紧凑均匀,矿料之间的粘性力更加的牢固。

这一过程使得单位面积上的混合料的含量逐渐的增大,填补的坑洼处沥青的路面的软绵绵的感觉也逐渐的消失,以上过程所经历的的时间一般是8d左右。以此往后大约是3个月的时间,混合材料的强度会随着时间的推移逐渐的增大,填补的坑洼处路面的形状以及强度也趋于稳定,其性能达到了前所未有的高度,甚至会超过热沥青混合料的强度。

冷补沥青混合料强度的成型一般要分为两部分:(1)由于混合材料的自身的作用,通过沥青的粘附性,使得矿料之间的粘附力以及内聚作用增大,矿料之间形成有机的整体结构,颗粒变得不再容易分离。(2)来自外界因素的作用,通过不断的碾压以及通行车辆不断给其力的作用,使得颗粒之间的间隙逐渐的减小,混合材料的摩擦力变得越来越大,冷补材料的强度逐渐的增大。通过这两种因素的共同作用,沥青混合料的初期强度形成,这一强度足以能够承受车辆的荷载[1]。

4 配置改性沥青混凝土

4.1 确保有合理的加工设备以及沥青池

冷补沥青混合料主要生产的原材料是液性改性沥青,液性改性主要是通过柴油、道路沥青、沥青添加剂等合理的进行配置,混合灌在配置改性沥青时需要有导热系统、油泵循环搅拌以及机械搅拌等系统进行配置,确保能够将保温、循环搅拌等需求全面实现。图1为冷补沥青混凝料配置流程图。

4.2 配置改性沥青的配合比

沥青以及冷补添加剂在配合设计时,应该确保沥青、添加剂以及柴油等有着合理的比例,对掺配添加剂的比例进行计算时,应该通过混合料的使用期限、使用环境、使用温度以及使用用途等方面进行全面调整。

4.3 掺配施工工艺

首先将混合灌内的沥青材料加热到一定的温度内,通过脱水处理进行使温度降低到合理的范围内,另外,通过对油池内沥青材料的重量进行分析,将添加剂通过合理的比例进行调配,并且一边搅拌一边添加,还应该将柴油掺入,有着1~1.5h的搅拌,当搅拌施工到混凝土材料有着相同的颜色时。倘若添加剂在掺配施工过程中有着混淀的情况,则应该摇匀处理,在掺配过程中避免出现明火,确保能够准确的进行计量工作以及均匀的搅拌。

5 冷补沥青混合料相关施工措施

5.1 冷补沥青混合料的使用范围

冷补沥青混合料能够在不同种类的道路面层施工中适用,例如庭院场地、公园道路、人行道、机场跑道、停车车道、桥面铺装、水泥混凝土道路、沥青混凝土道路等结构中。道路面层在施工过程中,应该通过对坑槽深度进行分析,确保冷补沥青混合料的粒径符合相关要求。

5.2 冷补沥青混合料的施工要点

(1)通常情况下,首先要全面清理道路面层周围的石渣以及坑穴,确保道路面层的坑穴内冰块、泥浆等杂物能够清理干净,并且应该整齐的切割四周坑穴,施工时应该能够清楚的看到固体面。

(2)倘若道路面层坑穴的深度<5cm,那么在坑穴四周填进的冷补沥青混合料应该有1.2~1.5cm高出的高度,均匀的进行铺设施工,使坑穴四周呈现圆弧的形状,然后通过压实处理,倘若坑穴有着较深的深度,那么则应通过逐层压实、封层填补等措施进行处理。图2为道路面层的压实施工。

(3)完成修补施工后,应该将细砂或者石粉均匀的撒在道路面层的表面,同时通过工具进行全面清扫,确保表面空隙能够被细料填满。应该保持坑穴表面处于无轮迹、平整以及光洁等状态,通过压实工艺对坑穴边角以及四周进行处理,确保没有松散的情况出现。

6 冷补沥青混合料的特点

通过上面的叙述我们可以知道冷补沥青混合料的应用范围极其广泛的,并且冷补材料的优点也是极其的众多,下面介绍了几种重要的优点:

(1)冷补沥青混合料的受外界环境的限制较小,这种材料不仅可以在天气状况和好的条件下使用,对于潮湿的雨雪天,以及干燥天气下也可以适用,并且坑槽修补后的性能不会受到影响。

(2)冷补材料可以适用在多种路面,不仅可以应用于普通的公路,桥梁路面还可以对那些机械装置很难施工的路面进行修补。

(3)公路护养修补施工操作简单,使用的设备不会限制其施工工艺,也不需要使用特定的施工技术,使用的材料也不必提前配好,可以随用随补。我们所要做的只需将要修补的地方清理好,将材料放进去,用汽车碾压几遍即可。

(4)道路养护所用的成本较小,冷补沥青混合材料在对道路进行护养时,不会因为天气的变化影响施工进度,也不需要对其进行加热和搅拌,可以随用随取,即节省了投资,又不会造成浪费。

(5)提高了修补质量,冷不沥青混合料的抗性能力极强,他不仅能抵抗大型车辆的荷载,还能抵抗住水的侵害以及腐蚀的作用,使得其抗老化的能力增强,大大的增强了使用寿命,修补的坑洼坑槽一般10年以上也不会出现裂缝的现象。

(6)绿色环保经济实用,冷不材料的使用不会对周围环境造成影响,其生产过程中也不会产生废料,即经济实用又可以保护环境[2]。

7 冷补沥青混合料性能评价

7.1 粘附性的评价

冷补沥青混合材料中最薄弱的环节就是沥青的抗水能力,这主要是由于这种材料中参入了一定的稀释剂,在水的作用下使得混合材料的粘性降低,造成了与矿料的粘附性作用下降,使得沥青混合料不易向矿料四周扩散,最终会影响到沥青的强度,从而影响了道路的使用寿命。

7.2 成型强度评价

摊铺之后的冷补沥青混合料,通过日久的作用以及车辆的不断的碾压,使得沥青中的稀释剂不断地挥发,混合材料的粘性能力不断的增强,也使得沥青的强度随之增大。冷补沥青的强度的形成需要很长的时间,一般是需要几个月的时间才能使其强度和形变能力达到稳定的状态。冷补沥青混合料强度的形成过程中会有很多因素影响其成型的速度,比如说是环境的温度,天气条件以及该路段的车流量等。对于其试验的方法主要有表1中几种[3]。

8 展望

就目前来说对于冷补沥青混合料的研究还不成熟。本文对其讨论也是常识性的,因此会存在很多的不足以及缺陷,我们以后的研究可以就下面几个方面展开:

在上文中的提到的烘烤下马歇尔试验只是模拟摊铺后的压实作业,无法反应溶剂的渗透作用,相反常温下的马歇尔试验只能对后一种方法进行模拟,对于前一种方法却无法模拟。因此找到一种能够同时模拟两种情况的试验模式是我们研究的重点,需要我们花大量的时间去钻研。

冷补沥青混合料的评价指标的影响因素有很多,但是最为主要的就是试验数据的不足,因此增加研究的次数,增加样本的使用量,从而拓展试验的数据。对冷补沥青混合料的评价性能以及指标做深入的研究[4]。

9 结语

冷补沥青混合料近年来在公路修补中的应用越来越广泛,但是依然存在很多的问题,主要是性能评价指标的存在很多的缺陷,使得其在环境以及车辆的作用下很容易遭受到破坏。实际上冷补混合料在国外的应用很成功,但是在我们国家对于其应用还没有形成十分完备的技术规范。因此,在我国对于冷补沥青混合料还要继续进行深入的研究。

摘要：在我们国内,冷补沥青混合料的研究一直受到众多研究人员的青睐,作为一种新兴材料,冷补沥青混合料在道路路面坑洼、坑槽的修补中应用十分广泛。冷补沥青混合料的应用之所以如此广泛,因为其优点众多,首先来说,冷补沥青混合料在任何天气下都可以使用,并且还可以随用随补。但是由于对冷补沥青混合料性能评价指标的欠缺,造成了其质量一直达不到理想的要求,不能使得其优势得到完全的发挥。本文对冷补沥青混合料的成型机理以及特点做出了介绍,并且针对这些现象的不足,对冷补沥青混合料的性能评价指标进行了研究,并在此基础上提出了对于开发沥青混合料的展望。

关键词：冷补沥青混合材料,道路养护,评价标准

参考文献

[1]李峰,黄松昌,徐剑,秦永春.冷补沥青混合料组成设计研究[J].武汉理工大学学报,2010,32(14):79～82.

[2]李峰,黄松昌,徐剑,秦永春.冷补沥青混合料性能评价指标体系[J].公路,2010(11):156～61.

[3]崔磊.冷不沥青混合料研究[C].长安大学硕士学位论文,2006:44～59.