排水性混合料范文（精选5篇）
排水性混合料 第1篇
沥青稳定碎石排水基层(简称ATPB)是一种空隙率较大的沥青混合料,设计空隙率>18%,具有良好的透水能力及一定的稳定性和耐久性,是国外应用较多的一种排水基层类型。本文结合江苏省公路建设实际情况对沥青稳定碎石排水基层(ATPB)的设计方法进行了研究探讨。
1 ATPB原材料技术要求
1.1 沥青
对美国ATPB应用的文献资料调研发现,美国同时存在3个沥青等级标准,即针入度级标准PEN,原样沥青60℃粘度级标准AC和RTFOT老化后的粘度级标准AR。对于这3种沥青标准,AC20和AR8000大致相当于PEN70,即我国的AH70。根据这种情况和美国各州的使用经验,并考虑到ATPB用于基层,对于沥青的要求相对面层较低,我国的70#道路石油沥青可满足ATPB的使用要求。
1.2 集料
对于集料,美国各州最初并没有要求使用碎石。后来出于稳定性的考虑,目前几乎所有州规定使用碎石,并限制使用有害集料。绝大部分州对石料的抗磨耗性有要求。其中一个州为了保证集料的质量,甚至限制ATPB只能使用某种特定集料。对于集料压碎的要求是有效减小最初的不稳定问题的方法。
根据目前江苏省的路面石料的质量状况,实际使用过程中,可参考江苏省高速公路沥青路面中下面层对集料的技术要求进行ATPB集料质量控制。
但需注意的是,ATPB基层在水的作用下易发生沥青剥离的问题。路易斯安娜、田纳西、南卡罗里那等几个州均利用水煮法(ASTM D3625)检验集料与沥青的粘附性。为了提高沥青混合料的水稳定性,建议在选择ATPB基层的集料时,要求粘附性需达到5级。
1.3 填料
ATPB中采用矿粉作为填料,要求采用石灰岩碱性石料经磨细得到的矿粉。矿粉必须干燥、清洁,矿粉质量技术要求应满足江苏省高速公路沥青路面面层用矿粉的技术要求,拌和机回收的粉料不得用于拌制ATPB混合料。
2 ATPB成型方法选择
目前,沥青混合料的成型方法包括马歇尔击实成型法和旋转压实成型法(SGC、GTM)2种,对于任何一种沥青混合料,试件的成型方法应该尽可能模拟施工现场的成型方式。
2.1 不同成型方法的研究
本文在室内分别采用马歇尔击实法和旋转压实法进行对比研究。根据《公路沥青路面设计规范》(JTG D502006)中6.4.7的要求,对于半开级配大粒径沥青碎石采用大马歇尔的方法,双面击实112次进行成型,旋转压实成型则采用50次压实。
结果显示,上述2方法所得试件空隙率分别为21%、20%,空隙率基本相当,说明压实功基本相当。但从成型后的试件切开进行比对发现,可以较明显看出马氏112次的成型方法对集料的破坏较为严重,见图1和图2。
因此,建议采用旋转压实50次的方法作为ATPB混合料配合比设计时采用的成型方法。
2.2 不同旋转压实次数研究
本文首先采用100次进行旋转压实,试验结果发现,100次旋转压实的试件不论表面还是内部,破碎现象比较严重,这说明了这种骨架型结构的ATPB混合料压实功不宜过大,100次的旋转压实次数不合适。
本文之后选取一组级配(按照美国加州的级配范围),见表1,按设计沥青用量2.4%采用75次和50次分别成型试件(成型温度控制在140~145℃之间),检测空隙率。
试验结果显示,75次旋转压实的试件破碎相对明显,且高度与50次比较接近,分别为135.6 mm和137.7 mm,空隙率分别为24%和24.3%,基本相当。说明这种级配的50次旋转压实后,试件已基本压实,50次以后压实效果不明显,此时再增加压实功且易造成石料破碎。
另外,根据文献[4]中对于排水式开级配基层(ATPB)的配合比设计技术标准规定,采用大马歇尔成型试件,并双面击实75次。但从2.1节试验结果来看,双面击实112次的马歇尔击实成型方法与50次旋转压实成型的击实功相当,此时,如果希望通过减少马歇尔击实次数来减少集料的破碎则会降低室内击实功,如双面击实75次,混合料可能达不到应有的压实程度。
结合上述试验结果,建议ATPB的试件成型时,若采用旋转压实仪(SGC),其旋转压实次数为50次。
3 ATPB级配选择
美国各州的ATPB级配差别很大,最大公称粒径绝大多数为26.5 mm和19 mm。考虑使用过程中的耐久性能、满足排水的要求兼顾施工的均匀性,本文选择对最大公称粒径为19 mm的ATPB20进行试验研究。考察美国各州的ATPB,4.75 mm通过率有的为0~10%,有的为10%~25%,有的达到45%。新泽西州的级配4.75~9.5 mm档的集料特别多,而4.75的通过率为15%~25%。具有代表性的级配范围为加州和新泽西州,见表2。
注:加2%矿粉。
这2个州级配的区别主要在4.75 mm和9.5 mm的通过率有较大的差别。
对于ATPB的要求,是保证在长期使用过程中具有良好的透水能力,并具有一定的稳定性和耐久性。在进行级配选择时主要考虑的要点就是在保证空隙率的前提下,选择稳定性较高的级配。ATPB设计过程中应充分考虑结构承载能力,并且这个指标也是设计的一个关键指标。本文主要通过无侧限抗压强度以及回弹模量为控制指标对级配进行选择。
在进行ATPB的级配选择方法确定的过程中,以4.75 mm不同的通过率在满足空隙率要求的前提下,参照国外常用的ATPB级配范围,确定了7组级配进行了室内试验,所选级配曲线图见图3,成型方法采用旋转压实50次,试验结果见表3。
课题组着重从不同级配4.75 mm以上各档筛孔的不同通过率对抗压强度的影响进行了分析,见图4。
从图4中可以看出,各筛孔通过率对ATPB的抗压强度都有较明显的影响,抗压强度与各筛网通过率的关系呈开口向下的抛物线关系。级配设计过程中,通过增加4.75 mm及以上筛网的通过率可以提高ATPB的抗压强度,其中以4.75 mm筛网最为明显,但通过率过大会降低混合料的抗压强度。
当然,各筛孔之间都有互相的影响,ATPB的抗压强度与混合料的整体级配有很大关系,要达到最佳性能必须使各种粒径的集料处于最佳的互相嵌挤状态,上述对于各筛孔通过率对ATPB抗压强度影响的分析可以作为级配选择时的参考。
文献[4]中的ATPB采用了较大的粒径,即ATPB-25、ATPB-30、ATPB-40。本文在ATPB-25基础上,适当提高了4.75 mm和2.36 mm筛孔的通过率,允许ATPB级配中含有一定的细集料,并在满足其排水能力的情况下,对其结构承载能力提出了一定的要求。同时适当提高4.75 mm和2.36 mm的通过率,增加19 mm、26.5 mm通过率,可以在空隙率相同的前提下,使沥青混合料中的空隙分布更加均匀,对ATPB的使用耐久性、防止空隙堵塞有一定的帮助,在此基础上提出了推荐的ATPB-20级配范围,本文推荐的ATPB-20与我国现行规范ATPB-25的级配范围比较见图5。
另外,由于ATPB起到排除路面结构中水分的作用,必须考虑其抗剥落能力。而沥青混合料中,沥青和矿粉才是真正的胶结料,适当提高矿粉用量可以增加沥青膜厚度,提高沥青的劲度,从而提高沥青混合料的抗剥落能力。因此,本文认为应适当考虑添加矿粉,并提高了0.075 mm筛孔的通过率。
4 ATPB性能验证
沥青稳定排水基层(ATPB)是一定级配的集料与沥青胶结在一起,形成具有稳定结构的多孔沥青混合料。参考美国ATPB的应用,对于ATPB的要求,首先是保证在长期使用过程中具有良好的透水能力,并具有一定的稳定性和耐久性。在文献[4]中ATPB的设计技术标准只对体积性质做了规定(空隙率和VMA),但考虑到我国的实际情况,ATPB应同时满足其他的性能要求。因此,在ATPB混合料设计时,应结合其层位和功能要求,对这几方面进行考虑。
(1)透水能力。沥青稳定碎石排水层材料的组成设计,应首先满足排水的要求。依据美国的研究经验,排水层透水材料的设计渗透系数k一般采用0.18~0.36 cm/s;考虑到试验和施工因素,室内试验的k值通常在0.4~2.0 cm/s范围内取用,常用的是0.8~1.2 cm/s(690~1 037 m/d)。文献[3]建议透水材料的渗透系数不得小于0.35 cm/s。
透水能力主要靠大空隙率来保证,根据本文研究,控制空隙率在18%~25%时,可满足其透水能力要求。
(2)结构功能。对于ATPB的结构功能,通常有2种考虑方法,一种是在结构设计时考虑ATPB的结构承载能力,另一种是不考虑其结构承载能力。从江苏省公路交通状况来看,在ATPB设计过程中考虑ATPB的结构承载能力是有必要的,这个指标也是设计的一个关键指标,可通过抗压强度、静态抗压模量进行评价,将抗压强度和抗压回弹模量作为ATPB的强度指标。
本文研究过程中对21个ATPB级配(空隙率为20%~25%)进行了抗压强度试验,从试验结果来看,ATPB抗压强度在0.65~1.93 MPa之间,76%的点超过1MPa,大多数抗压强度值为1.0~1.3 MPa之间。
课题组选择3种ATPB级配进行了抗压强度和抗压回弹模量试验,结果见表4。根据试验结果,当抗压强度在1.09~1.31 MPa时,对应的20℃抗压回弹模量为476~503 MPa。
因此,根据研究结果,确定ATPB的无侧限抗压强度应大于1.0 MPa,设计抗压回弹模量可采用300 MPa。
(3)耐久性。ATPB的耐久性主要指其抗水剥落的性能,对此,美国各州的考虑不同,有的州不予考虑,没有相应的水稳定性试验指标。对于考虑水稳定性的各个州,有的检验集料的粘附性,有的检验沥青混合料的水稳定性。路易斯安娜、田纳西、南卡罗里那等几个州利用水煮法(ASTM D3625)检验集料与沥青的粘附性;新泽西、俄勒冈2个州则采用浸水抗压强度试验(AASHTO T165),华盛顿州采用改进的Lottmen试验方法,相当于我国的冻融劈裂试验,加州采用不同加载条件下,20℃水浴浸水3 d和10 d的动态回弹模量损失。
但近年来也有研究指出,常规的性能试验以及马歇尔稳定度等都是针对密级配沥青混合料的,对于ATPB这样的大空隙率沥青混合料未必适用。因此,ATPB的性能试验方法仍需进一步确定,在没有合适的试验方法之前,可以采用常规的性能试验作为配合比设计的参考指标,但不应该作为控制指标。其试验结果的技术指标也应进一步确定,不宜按照密级配沥青混合料的标准作为要求。本文采用抗压强度和抗压回弹模量作为ATPB的强度指标,因此,主要参考“浸水抗压强度试验”(AASHTO T165)来作为评价ATPB水稳定性的性能指标。根据本文研究,浸水残留抗压强度比应大于70%。
5 结论
参考国外常用ATPB的级配范围,结合室内试验,提出了ATPB的级配范围。ATPB混合料试件成型宜采用旋转压实成型方法,设计旋转压实次数取50次较合适;建议ATPB的空隙率控制在18%~25%,抗压强度要求大于1 MPa,设计抗压回弹模量可采用300 MPa。ATPB混合料配合比设计时,对于沥青用量的确定可参考OGFC沥青用量确定方法,建议沥青用量为2%~3%,沥青析漏值范围为0.15%~0.25%;ATPB混合料配合比设计过程中应注重是对混合料透水性能、结构功能、耐久性进行验证,可分别采用体积指标、力学参数指标、浸水残留抗压强度比进行评价,其中浸水残留抗压强度比应大于70%。
摘要：对沥青稳定碎石排水基层混合料设计进行了探讨,提出了相应的成型方法、级配范围、沥青用量确定方法、性能验证指标等,可供同类项目ATPB混合料设计时参考。
关键词：沥青路面,沥青稳定碎石排水基层,成型方法,级配范围
参考文献
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沥青混合料水稳性试验研究 第2篇
沥青混合料水稳性试验研究
采用马歇尔法与Superpave法设计了SMA-13、SAC-13和AC-13这3种沥青混合料,按照4%、7%、10%和13%的孔隙率成型3种混合料试件,分别对其进行冻融劈裂性能试验,并对SAC-13试件进行短期老化和长期老化后的冻融劈裂试验.试验结果表明,沥青混合料的类型、孔隙率与老化时间对其水稳定性均有较大影响,建议规范取7%孔隙率作为水稳定性能评价孔隙率.
作 者：阎希 YAN Xi 作者单位：湖南路桥建设集团公司,湖南,长沙,410004刊 名：湖南交通科技英文刊名：HUNAN COMMUNICATION SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：200935(3)分类号：U414.7+5关键词：沥青混合料 水稳定性 孔隙率 老化
排水性混合料 第3篇
1集料的破碎情况及级配变化
施工中压路机碾压和行车荷载碾压是导致集料压碎的重要原因,而压碎值试验能反映集料抵抗压碎的能力。通过对不同岩石类型的石料进行了大量的压碎值试验测试, 最后确定采用玄武岩、破碎砾石和石灰岩碎石3种不同类型的石料抗压破碎性能进行详细分析,各项性能指标均能满足规范的要求。
为分析排水性沥青混合料压实后的级配情况,室内试验对击实后未加沥青的混合料和马歇尔试件抽提试验后的混合料进行筛分。
1.1采用马歇尔击实仪的干料击实试验
为衡量粗集料在击实作用下的破碎情况,根据排水性沥青混合料级配范围中值(见表1)配置粗集料(4.75mm以上部分),并采用小马歇尔击实仪进行击实,单面击实100次后进行筛分试验,三种不同集料击实后的级配变化情况见表2。
由表2的试验结果可知,玄武岩、破碎砾石和石灰岩集料在击实后均出现不同程度的再破碎情况,而且9.5mm通过率的变化最为显著,表明该档集料为排水性沥青混合料骨架的重要承重结构。此外,对比三种集料的级配变化情况,石灰岩的破损情况最为严重,破碎砾石次之,而玄武岩最优,这与三种材料的压碎值结果相吻合。
1.2沥青混合料成型后级配变化
排水性沥青混合料除粗集料外,还有少量的细集料和一定比例的高粘度改性沥青,有必要对沥青混合料击实后的级配变化进行测试。室内试验采用相同级配配置三种不同类型石料的排水性沥青混合料,按照配合比设计的结果成型马歇尔试件,并采用燃烧法去除混合料中的沥青后进行筛分,三种不同类型石料的沥青混合料成型后的级配变化情况见表3。
注:P16表示16mm筛孔的通过率,其余类同。
由表3可知,沥青混合料成型后的级配变化与干料击实的试验结果相类似,但数值上略小于干料击实的情况, 可能是由于沥青和细集料的加入对粗集料之间撞击起到缓和作用。
2压碎值对排水沥青混合料性能的影响
2.1沥青混合料体积指标与排水性能
排水性能是排水性沥青混合料的重要性能特征,而排水性能的发挥主要依靠其大空隙结构。为此,根据排水性沥青混合料的配合比设计结果成型不同类型石料的马歇尔试件,并测定其体积指标,测试结果见表4。
由表4的测试结果可知,不同类型石料的排水性沥青混合料体积指标差异显著,石灰岩集料的排水性沥青混合料具有较大的毛体积相对密度、矿料间隙率和粗集料间隙率,而且具有良好的空隙率和连通空隙率,而石灰岩集料的排水性沥青混合料毛体积相对密度较大,但空隙率、矿料间隙率、粗集料间隙率和连通空隙率等指标却较小,这可能是由于石灰岩集料被击碎导致混合料空隙率和连通空隙率下降,这会严重影响排水性沥青路面的排水功能和其他路用性能。
2.2马歇尔试验与冻融劈裂试验
排水性沥青混合料的力学性能和抗水损害性能可以通过标准马歇尔试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验进行测试[4]。室内试验成型了三种不同类型石料的马歇尔试件进行试验分析,试验测试结果见表5。
由表5的测试结果可知,石灰岩石料排水性沥青混合料的马歇尔稳定度、残留稳定度均最小,而玄武岩石料的排水性沥青混合料相关指标均较大,这表明集料的压碎值与混合料的力学性能密切相关。冻融劈裂试验的测试结果与集料压碎值的相关性较差,但残留强度比指标与集料压碎值的变化规律一致。
2.3抗飞散性能和抗车辙性能
抗飞散损失能力和抗车辙能力是排水沥青路面的重要性能,按规范标准的试验方法进行飞散试验、车辙试验和浸水2天的浸水飞散试验[5],试验结果见表6。
由表6的测试结果可知,玄武岩碎石排水性沥青混合料的飞散损失最小,石灰岩碎石排水性沥青混合料次之, 破碎砾石排水性沥青混合料最大,这可能是由于破碎砾石存在嵌挤能力较差的薄弱面,导致沥青与集料的粘附力下降。车辙试验的测试结果与集料的压碎值相吻合,表明集料的嵌挤抗压能力与排水性沥青混合料的抗车辙性能密切相关。
3集料颗粒形状对排水沥青混合料性能的影响
与其他沥青混合料相比,排水性沥青混合料性能受集料颗粒形状的影响更为明显,应采用近似立方体的集料颗粒。采用了粗集料骨架间隙率试验、集料破碎检验和沥青混合料性能的对比试验等方法对两种不同产地的玄武岩碎石进行测试,重点分析针片状颗粒含量对排水性沥青混合料性能的影响[6]。
3.1捣实状态的粗集料间隙率VCADRC
按目标级配配备排水性沥青混合料,采用T0309- 2000的标准方法测定干捣状态下粗集料的间隙率,并与5-10mm单粒径的粗集料进行对比,试验测试结果见表7。
由表7的测试结果可知,不同粒径大小的粗集料按一定比例搭配形成的粗集料骨架间隙率要小于与单粒径碎石的VCADRC,但试验数据的规律与单粒径碎石是一致的。 针片状颗粒较少的粗集料骨架间隙率较小,骨架间相互紧密接触程度较高,承载能力必然增强,铺筑路面后其使用性能理论上也应较好。
3.2针片状颗粒含量与成型时集料的破碎情况
按排水性沥青混合料目标级配配制4.75mm以上的粗集料(不添加细集料),采用小马歇尔击实仪和大马歇尔击实仪进行干料击实试验,击实后进行筛分试验。试验结果表明,两种碎石在击实试验中都有一定的破碎情况,但针片状颗粒含量高的碎石破碎情况更为严重。此外,对按目标级配制备的排水性沥青混合料成型马歇尔试件后,进行离心抽提法和燃烧法的级配检验,测试结果表明:成型后两种粗集料碎石拌制的排水性沥青混合料都有一定的破碎情况,但与干料击实的试验结果相类似,针片状颗粒含量高的碎石,其破碎程度要较大,级配变化也较大;而在相同级配条件下,针片状颗粒含量低的碎石,其破碎程度要明显减小,级配变化也小。
3.3 针片状颗粒含量对排水性沥青混合料性能的影响
3.3.1体积指标和渗水系数
集料的破碎和级配变化必然导致体积指标和混合料性能的变化。通过测定两种集料的排水性沥青混合料马歇尔试件的体积指标可知,在初始级配相同的条件下,粗集料针片状含量对沥青混合料的空隙率和连通空隙率的影响较大,针片状颗粒含量较高的材料会在碾压成型中发生更多的破碎,导致级配的退化,空隙率和连通空隙率减小,空隙特征必然变差。此外,渗水系数试验也表明空隙率的减小,尤其是连通空隙率的减小会导致排水性能的严重衰减。
3.3.2马歇尔试验与冻融劈裂试验
对两种石料成型马歇尔试件进行标准马歇尔试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验的测试,试验结果见表8。
由表8的测试结果可知,针片状颗粒含量的增加似乎会导致马歇尔稳定度上升,其原因与试件空隙率的变化有关。针片状颗粒含量的增加导致试件成型时产生更多的破碎,试件的空隙率会减小,而排水性沥青混合料的马歇尔稳定度对空隙率变化很敏感。冻融劈裂试验结果表明:受空隙率变化的影响,针片状颗粒含量高的石料,其劈裂强度会高于针片状颗粒含量低的石料。
3.3.3抗飞散性能和抗车辙性能
为评定排水性沥青混合料的高温稳定性和抗水损坏性能,按规范标准的试验方法进行了飞散试验、车辙试验和浸水48h的浸水飞散试验,试验结果见表9。
由表9的试验结果可知,针片状颗粒含量高的碎石, 成型过程中粗集料破碎的颗粒也较多,导致抗飞散损失性能下降;尤其是浸水飞散试验中考虑了水损坏作用,使得抗飞散损失程度更大,排水型沥青混合料中粗集料的破碎会带来很多不利的影响。车辙试验的测试结果表明,两种石料的动稳定度相当,可认为针片状颗粒含量对排水性沥青混合料的高温性能影响不大。
4结语
通过对粗集料的强度特性和颗粒形状特性的试验分析,得出如下结论:
1)压碎值高的集料会在排水性沥青混合料成型中出现较严重的破碎,导致空隙率和连通空隙率减小,排水功能、抗飞散损失性能和抗水损坏性能等均有一定程度的下降。
2)针片状颗粒含量多的粗集料,在压实成型过程中易出现破碎和级配变化,会对排水性沥青混合料的排水功能、抗飞散性能、抗水损坏性能带来不利影响。
3)排水性沥青路面必须使用坚硬、压碎值较小、针片状颗粒含量少的粗集料,从而保证排水性沥青路面的路用性能与耐久性,尤其在不利的气候和交通荷载的使用要求。
摘要：粗集料的强度和颗粒形状特性对排水性沥青混合料的性能影响较大,而且在高温和重载条件下更为显著。通过大量的室内试验分析了粗集料压碎值和针片状含量对排水性沥青混合料性能的影响。测试结果表明,压碎值高、针片状颗粒含量多的粗集料会造成排水性沥青混合料的排水功能、抗飞散性能、抗水损坏性能的下降。
关键词：排水性沥青混合料,粗集料,压碎值,针片状含量,性能
参考文献
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沥青混合料路面均匀性影响因素研究 第4篇
沥青路面具有平整、富有弹性、噪声小和维修方便等特点,广泛用于各级路面的修建。2004年年底,我国高速公路里程达3.42万km,其中沥青路面约占80%。但与国外沥青路面相比较,我国沥青路面整体质量不高,包括高速公路在内的绝大部分沥青路面在通常几年后就出现车辙、泛油、脱落、松散、透水、唧浆等早期破坏的普遍现象,显然路面局部破坏的根本原因就是路面材料结构组成的不均匀。
研究表明,路面大部分早期损坏类型都是起源于混合料的不均匀,这已经成为决定路面质量的重要因素。因此,提高沥青路面的均匀性,对提高路面的使用质量,减少甚至基本消除沥青路面的多种早期破坏现象以及保证路面的使用寿命具有十分重要的意义。
1 影响沥青混合料路面均匀性的主要因素
1.1 混合料类型
沥青混合料的类型选择主要依据路面结构层的设计厚度来确定。为了减轻不均匀性对沥青路面质量的影响,保证面层的压实厚度就显得非常重要。我国JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范中规定:沥青面层集料的最大粒径应与压实层厚度相匹配。对热拌热铺密集配沥青混合料,沥青层一层的压实厚度不宜小于集料公称最大粒径的2.5倍～3倍,以减少离析,便于压实。澳大利亚沥青混合料手册中要求面层结构层厚度宜为公称最大粒径的2.5倍;德国的沥青路面规范(1994版)中也规定路面结构层厚度为各混合料公称最大粒径的3倍～5倍。
1.2 原材料选择
选用集料时,应根据路面结构的位置选择集料。当集料的磨光值、洛杉矶磨耗值和压碎值符合规范要求时,应尽量选用碱性集料,提高集料与沥青自身的粘附能力,减小沥青混合料中骨料分离的倾向。
1.3 沥青混合料的级配设计
沥青混合料的正确设计对减小沥青路面的不均匀性具有重要作用。在级配曲线中对混合料均匀性影响较大的是中部颗粒数量和粉尘含量。因此,规范要求在目标配合比设计阶段,就对4.75 mm,2.36 mm和0.075 mm的通过率做出特别要求,即应接近级配范围的中值。4.75 mm和2.36 mm这二档集料过少,将影响面层表面的均匀性,过多则难以压实。而通过0.075 mm的主要是矿粉,矿粉过多则使沥青混合料中有效沥青含量减少,易使沥青膜变薄而降低混合料的粘性,增加了骨料在转换点分离的倾向。
1.4 集料的管理
1.4.1 集料的生产
集料生产过程的一个最基本的要求是集料产品特性的一致性。碎石应有稳定的料源,采购多个小石场生产的碎石作为搅拌设备的集料来源,不同来源的集料混杂堆放,将导致成品集料不均匀;破碎机的类型和破碎方式影响成品集料颗粒组成,如果生产出的各个规格集料颗粒组成变异性大,即使通过热料仓的二次筛分,也只能对颗粒组成有所改变,但不能根本改善,生产出的沥青混合料不可能铺筑出均匀的沥青路面。
1.4.2 集料的堆放
1)集料应堆放在坚硬、清洁的场地,特别是要避免雨天场地泥泞,将泥土带入集料中;
2)控制碎石含水量;
3)防止细集料遭雨淋和变潮湿,对保证沥青混合料的颗粒组成符合生产配合比确定的级配曲线十分重要;
4)不同规格的集料应用隔墙或料槽分隔开;
5)为保证集料均匀,需要用合适的堆料技术;
6)防止矿粉在贮存中受潮和结块,矿粉受潮后将难于流动,影响正常供料。
1.5 沥青混合料的拌和
1.5.1 冷料斗的流量应均匀
拌合机冷料斗中集料必须是同一规格的集料。冷料仓供给装置由冷骨料储仓、给料器和冷骨料输送机等组成。冷骨料给料器有往复式、电磁振动式、皮带式、板式等多种结构形式,板式给料器较往复式给料器、电磁振动式给料器工作稳定,不存在因打滑而影响给料的问题,从而能保证热料仓级配的稳定。
1.5.2 防止筛分过程中产生的混仓和离析
筛分系统超载运行、筛网有破损,会使热料仓颗粒组成发生变化。生产中应每天检查热料仓的级配,并检查其混仓率。
1.5.3 严格控制计量—控制系统的误差
计量—控制系统的误差是导致沥青混合料组成偏差的重要来源,也是计量—控制系统的主要性能指标,它们由标定误差、称量误差和控制误差组成。在正常情况下,这三部分误差中控制误差所占比重远比前二者大,它们是由于对批量计量的控制而造成的。现代的热沥青混合料搅拌设备通常都会在硬件和软件方面采取某些措施来减小计量过程中的控制误差,但如不能进行正确的调试,仍有可能导致严重的控制误差。
1.5.4 合理地设定搅拌器的生产能力
沥青混合料的拌合温度和拌合时间是混合料达到均匀的两个基本要素。应根据混合料拌和的难易程度和搅拌设备的设计参数合理地设定搅拌设备的生产能力,使得拌出的混合料外观颜色均匀一致、无花白颗粒,粗细颗粒的分布均匀,无粗细料分离现象。如有分离应及时调整拌合温度和适当延长拌合时间。
1.5.5 贮料仓
高速公路要求沥青混合料拌合设备必须配有一定容积的贮料仓,确保拌合机连续生产,不致发生摊铺机因等料而停机的现象。在往贮料仓中放料时,要确保贮料仓均匀填满。在气温较低时,贮料仓应能很好地保温,至少其锥体部分应该隔温。冷的锥体表面易使混合料粘在锥体内壁,在此情况下,混合料呈活塞式而不是以均匀方式卸下。
1.6 沥青混合料的运输
1.6.1 装料和卸料
贮料仓的卸料速度和高度是造成沥青混合料离析的原因之一。这两者之间是互相关联的,高度越高则速度越快,混合料流入运料卡车厢时其滚动作用就越大,离析程度就越严重。因此卸料口到卸料车厢侧板最高点距离不宜超过0.5 m,且越低越好;并且运料车应在不同位置受料。正确的装料方法为:分3个不同的位置往卡车中装料,第1次装料靠近车厢的前部,第2次装料靠近后部车厢门,第3次装料在中间,这样可以减轻卡车中混合料的离析现象。
当卡车将料卸入摊铺机受料斗时,要尽力使混合料整体卸落,而不是逐渐将混合料卸入受料斗。
1.6.2 防止沥青混合料在运输中发生离析
沥青混凝土温度离析在施工中是普遍存在的现象。混合料一装入运料车,沿运料车周边立即产生热量损失。由于沥青和集料的导热系数较小,热量从混合料中心部分向边部缓慢传导,在运料车的周边混合料与中心混合料之间产生温度差别。混合料经摊铺机摊铺后,形成温度不均匀的摊铺面。摊铺面温度较低的混合料经碾压后可能达不到要求的压实度,出现局部路面的空隙率大。空隙率愈大,其透水性就愈大,其疲劳寿命就愈短,其抗车辙能力也就愈差。
1.7 沥青混合料的摊铺和碾压
1.7.1 摊铺速度
连续、稳定的摊铺速度是保证沥青面层平整均匀的关键,同时也是减少面层离析现象的一个有效措施。摊铺速度要结合拌合机生产能力、运输能力、运输距离和碾压能力进行综合考虑。现场摊铺过程中,应严格控制摊铺速度,不能忽快忽慢。
1.7.2 摊铺工艺
沥青路面摊铺若采用摊铺机全幅摊铺,由于摊铺宽度大,螺旋布料器运送混合料距离过长,将不可避免地会造成粗细集料的离析。沥青混合料在螺旋布料器运送过程中,在空中反复转动,温度下降严重,边上与中间的温度是不一样的,温度不均是导致路面压实度不同的原因。摊铺机摊铺宽度越长,沥青混合料的离析就越严重。
采用双摊铺机并机梯形联合施工法,即前面一台摊铺机先完成一半路幅的摊铺,在相距一定距离(如10 m～20 m)处,用另一台摊铺机完成另一半路幅的摊铺作业,由于纵向接缝正好在路幅中央,故不会影响路面的摊铺质量,而且可以有效地控制沥青混合料在摊铺过程中的施工离析,提高路面的使用性能。
1.7.3 碾压工艺和工序
碾压温度的控制是沥青面层各项技术指标符合配合比设计要求的关键。针对不同的温度,采用不同压实机具,有助于提高沥青面层的压实度和减少表面离析现象。为防止表面温度失温过快和保证混合料温度的均匀性,胶轮压路机洒水装置应要求必须雾化或用拖把擦轮。在温度适当的时候利用胶轮压路机对热沥青混合料的揉搓作用消除摊铺过程中的部分离析,而且对沥青混合料的重分布和均匀性起到一定效果。
2 结语
沥青路面的局部破坏已成为我国沥青路面早期损坏的主要现象,而其主要原因在于沥青混合料在施工过程中产生的离析而形成不均匀的路面。沥青混合料的级配离析和温度离析由多种影响因素造成,从混合料类型选择、混合料配合比设计、原材料质量控制、拌和、运输、摊铺等方面采取有效措施,防止沥青混合料离析的发生,对于提高沥青路面的均匀性,保证沥青路面修筑质量,提高路面使用寿命,具有重要意义。
摘要：对沥青混合料路面均匀性的各影响因素进行了研究,结果表明,选择合适的沥青混合料类型和原材料、加强对原材料的管理、正确进行沥青混合料的设计、采用合适的拌和、运输方式和摊铺、碾压工艺,有利于提高沥青路面的均匀性。
关键词：道路工程,沥青混合料,均匀性,影响因素
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排水性混合料 第5篇
1 实验材料及测定方法
1.1 SMA配料
粗集料、细集料、矿粉、沥青和纤维。粗集料构成空间骨架结构, 沥青、矿粉及纤维等材料组成玛蹄脂, 玛蹄脂填充在SMA混合料骨架空隙中, 形成密实骨架结构, 这是SMA混合料与传统沥青混合料在结构组成上的主要区别。
1.2 运料、摊铺温度测定
红外摄像仪。
2 温控措施及试验
2.1 搅拌设备出料温度控制
搅拌设备的温控系统是一个闭环系统, 但是由于滚筒存在着很大的机械惯性, 传感器存在着很大的热惯性, 导致了出料温度稳定性波动较大, 给后续施工制造了很大的麻烦, 埋下了路面早期损坏的隐患。以沈大高速公路改扩建工程为例, 在混合料生产过程中对搅拌设备出料温度采取了提高温度自控系统精度的控制方法。热料出料温控系统的控温精度是首先需要解决的问题, 包括两方面内容, 一个是硬件, 在硬件部分安装了一个按比例调节的燃烧器, 而且供油调节比尽量大一些 (一般>1∶4) , 比例调节燃烧器可以根据温度变化对供油量进行成比例的调节, 以保证出料温度不会有大的波动;另外一个因素是软件的编制, 由于烘干筒和温度传感器存在很大的机械和温度惯性, 给在线实时控制造成许多困难, 因此在生产过程中采用趋势预测, 多点传感的负反馈控制系统, 使出料温度可控制在±4℃以内。
2.2 原材料含水率的影响
由于烘干加热系统存在很大的热惯性和机械惯性, 因此原材料中的含水率变化和供料量的波动对控温系统影响很大。由于冷料需在滚筒中停留3～4min才能到达出口温度传感器部位, 而且控制系统并未设置冷料含水量测定装置, 不能预知原材料中含水量的变化情况, 冷料含水量的大幅度变化对出料温度影响十分严重。因此试验考察了冷料含水率对设备出料的影响。经测定当冷料含水量变化范围在2%～7%时, 一些设备出料温度波动达±18℃。当然搅拌设备产量的突然变化对出料温度也有很大影响。因此对原材料特别是细集料应采取防雨措施。
2.3 出料温度试验及分析
分别对搅拌设备改进前A和改进后B的出料温度进行了测定, 测定结果见图1和表1。
A点为状态较差的设备出料温度变动情况, 其温度波动统计特征值为:均值
2.4 运料、摊铺温度控制
在混合料卸入料车之后, 由于卡车四周和顶部散热较快, 温降较大, 卡车卸料时可能出现两种情况:一种是沿料车两侧温度低的混合料被挤向摊铺机受料斗两侧, 当卸完料后受料斗中央料位较低时, 两侧冷料进入螺旋分料室;第二种情况是卡车刚刚卸料时表层冷料被最先输入螺旋分料室, 从而产生在摊铺层上温度的离析。为了解决这个问题, 对于运距15～25km时, 气温>20℃, 风速小于3级的情况, 采取了在卡车的上部与四周都用较厚的保温材料覆盖且在螺旋分料室中建立适合的料位, 经过螺旋分料器的分料混合后再铺设, 分别对螺旋分料室中的温度、运料车中的温度、摊铺到路面的温度进行了测定, 实验结果如图2、图3、图4所示。结果表明温度离析有所减轻, 温度变化均小于10℃。
对于远距离运输除了很好的覆盖之外, 最好采用混合料二次拌和转运设备, 如转运车, 沈大高速公路的铺设采用的是ROADTEC转运车, 采用变节距螺旋搅拌技术, 如图5所示。
转运车的变节距螺旋能有效的改善混合料的温度离析。采用转运车后可以使混合料经过二次搅拌, 连续的、稳定的送入摊铺机。
2.5 未采用和采用转运车对温度离析的影响
用红外摄像仪分别取了卡车内沥青混合料及未采用和采用转运车后的路面温度分布情况, 部分结果见表3、表4。
检测结果表明, 有转运车时摊铺送料带温度均匀、稳定, 基本消除了温度离析现象;没有转运车时摊铺机的摊铺送料带温度差异非常大、不均匀, 随时间温度呈周期性起伏, 波动幅度甚至达到30℃左右。这是因为不使用转运车时, 在沥青混合料的装卸、运输、摊铺过程中, 存在着明显的离析现象, 沿摊铺机两侧的一定宽度范围内, 粗集料相对较多, 表面粗糙, 内部缝隙较大;而靠摊铺机中部的区域, 细集料相对较多, 路表构造深度小, 路面结构内部密实, 渗水性小。分析相关检测结果, 最大级配差为19.88%;构造深度平均值为0.8698mm, 标准差为0.2238mm;渗水系数的标准差为55.81ml/min;采用转运车后, 由于转运车对送料卡车卸下的有一定程度离析的混合料进行了第二次拌和, 明显改善了混合料骨料的离析, 从而使得铺筑的沥青路面的材料离析程度也明显减轻。分析相关检测结果, 这时最大的级配极差为6.85%;构造深度平均值为0.6478mm, 标准差为0.0571mm;渗水系数的标准差为3.21ml/min。采用转运车摊铺的均匀性提高了3.92倍, 渗水系数的均匀性提高了17.39倍。
2.6 两台摊铺机梯形摊铺与一台摊铺机比较
实验中, 沿摊铺方向取样, 间隙为100m, 对压实度和平整度进行检测。结果如表5～表8。
(有转运车, ℃)
(没有转运车, ℃)
(%)
(mm)
由以上检测结果可知, 两台6.5m摊铺机梯形摊铺和一台12m摊铺机宽幅摊铺相比, 由于螺旋分料器的材料离析和温度离析较小, 摊铺后的压实度和平整度及其均匀性都有所提高。
(1) 为了解决搅拌设备温度稳定性波动, 在硬件部分安装了一个比例调节的燃烧器, 在软件的编制方面, 采用趋势预测、多点传感的负反馈控制系统, 使出料温度可控制在±4℃以内。
(2) 原料含水率影响表明, 原材料中的含水率变化和供料量的波动对控温系统影响很大。
(3) 通过对调整和未调整的搅拌设备的出料温度测定表明, 调整后的搅拌设备出料温度变异系数为1.23%, 一般而言, 当变异系数≤1.6%时, 混合料出料温度即可以认为是较为稳定, 因此可以认为沈大高速公路路面铺设所用的搅拌设备经认真调整, 合理使用, 出料温度是稳定的。
(4) 对于运距15～25km, 气温>20℃, 风速小于3级的情况, 采取了在卡车的上部与四周都用较厚的保温材料覆盖且在螺旋分料室中建立适合的料位, 经过螺旋分料器的分料混合后再铺设, 实验结果表明温度离析有所减轻, 温度变化均小于10℃。
(5) 未采用和采用转运车对温度离析的影响实验表明, 有转运车时摊铺送料带温度均匀、稳定, 基本消除了温度离析现象
(6) 两台摊铺机梯形摊铺与一台摊铺机比较试验表明, 两台6.5m摊铺机梯形摊铺和一台12m摊铺机宽幅摊铺相比, 由于螺旋分料器的材料离析和温度离析较小, 摊铺后的压实度和平整度及其均匀性都有所提高。
参考文献
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