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瀝青混合料溫度敏感性研究

來源:期刊VIP網所屬分類:路橋建設時間:瀏覽:

  摘要:為解決河南地區瀝青路面高溫季節的車轍問題,客觀指導和評價瀝青混合料的設計,研究高溫季節下溫度變化對瀝青混合料高溫性能的影響,文章根據前期的路面溫度場調查情況,分別選取40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃五個不同的溫度進行不同瀝青混合料的車轍試驗與單軸貫入試驗,分析溫度對瀝青混合料高溫性能的影響規律。結果表明:動穩定度、車轍深度、貫入強度、抗剪強度都與溫度有很好的相關性,其中改性瀝青混合料動穩定度與溫度的指數關系式DS=105 967e-0.043 5T相關系數R2為0.986 7;在40 ℃~80 ℃溫度變化范圍內,改性瀝青混合料抗高溫性能明顯優于基質瀝青混合料,建議上面層、中面層采用改性瀝青。

  關鍵詞:瀝青混合料;溫度;高溫性能;單軸貫入

瀝青路面論文

  0 引言

  隨著我國高速公路建設的迅猛發展,瀝青路面以其低噪音、行車舒適、施工速度快和開放交通早等優點,成為高速公路路面的主要鋪裝形式。但由于溫度、交通荷載、水等因素的影響,瀝青路面出現早期病害的現象較為普遍,特別是車轍病害較為凸顯,溫度較高的南方地區車轍病害更為嚴重[1]。車轍的形成致使路面服務水平降低,并在車槽處積水引起水漂,影響行車的安全性,也更容易引起其他病害的產生[2]。

  車轍是瀝青路面工作者應該急需解決的問題,而瀝青路面車轍的影響因素眾多,外因主要為溫度、荷載、縱坡坡度、濕度、車輛行駛速度等,內因為瀝青混合料材料性能及路面結構設計,其中溫度是影響車轍的主要因素之一[3]。由于中國南北跨度大,地域差異明顯,致使南北溫差較大,夏季平均溫差達10 ℃,且路面的溫度比實測氣溫還要高,所以路面的車轍有效溫度南北差距更大。同時,由于瀝青材料對溫度較為敏感,對瀝青混合料抗車轍性能影響最大的即為溫度,而我國現有的瀝青路面設計規范只以荷載為基礎,忽略了溫度這一重要影響因素。

  東南大學周嵐[4]研究溫度對瀝青路面高溫性能的影響,發現重載高溫條件下,瀝青路面更易產生車轍;長沙理工大學張起森等人[5-6]提出中溫車轍試驗,通過改變常規車轍試驗溫度,在中溫環境中(30 ℃~60 ℃)研究瀝青混合料抗車轍性能,發現不僅高溫對瀝青混合料抗車轍性能影響較大,中溫條件下也有產生車轍的風險;同濟大學魏密[7]采用單軸靜載蠕變試驗,根據不同蠕變變形曲線,分析不同溫度對瀝青混合料高溫蠕變性能的影響;長安大學祁峰[8]通過使用MTS試驗的方法,對旋轉壓實成型試件進行單軸靜載蠕變試驗和重復加載蠕變試驗,分析溫度對瀝青混合料在高溫穩定性方面的影響。

  綜上所述,國內外對瀝青混合料高溫性能進行了廣泛的研究,并指出高溫是影響路面高溫性能的重要因素。但在瀝青混合料配合比設計時,往往過度強調對不同材料的性能要求,而對實際交通所需的材料性能考慮不足,有一定的經驗性和隨意性,也會導致道路出現高溫破壞。所以本文參考前人研究成果,并結合對道路溫度場的調查分析,研究不同溫度對瀝青混合料高溫性能的影響,以標準抗車轍性能試驗設計指標為基礎,適當修正原有設計指標,為今后瀝青混合料配合比設計提供參考。

  1 原材料及試驗方法

  1.1 原材料

  本研究使用的石料集料由宜陽弘源氧化鈣石料廠提供,瀝青為中石油“昆侖”A級70#瀝青和中石油“昆侖”改性SBS類瀝青,參照《公路瀝青路面施工技術規范》(JTG F40-2004)的標準可知,試驗數據均能達到規范的要求。

  1.2 試驗方法

  (1)瀝青混合料車轍試驗

  本文以同一個級配AC-20改性瀝青、基質瀝青兩種瀝青試樣做車轍試驗。試驗條件:在0.7 MPa輪壓下,根據路面調查實際路面高溫時段常出現的溫度,分別取40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃等五個溫度,依據以上試驗條件方案,每組取3個平行試樣進行車轍試驗,記錄45~60 min內的車轍位移,計算動穩定度,求其平均值。

  (2)瀝青混合料單軸貫入試驗

  采用旋轉壓實儀76-B0252 ICT成型試件,在恒溫箱里養護6 h,取出試件后放在UTM試驗機的臺座上,以1 mm/min的貫入速度進行貫入試驗,直至試件破壞,讀取最大破壞荷載。分別在40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃等五個不同的溫度條件下,利用UTM-100以1 mm/min的貫入速度進行貫入試驗,每10 s記錄一次試驗數據,直至試件破壞為止,記錄試驗過程中的垂直應力P隨時間(貫入深度)的變化曲線,并記錄破壞應力、貫入深度等指標。

  2 結果與討論

  2.1 瀝青混合料車轍試驗

  車轍試驗結果如表1所示。

  2.1.1 瀝青材料對高溫性能的影響

  從表1可以看出,在溫度40 ℃~80 ℃變化范圍內,改性瀝青混合料抗高溫性能明顯優于基質瀝青混合料。改性瀝青混合料60 min總車轍深度較小,高溫70 ℃最大車轍深度為2.406 mm,動穩定度為5 625 次/mm,80 ℃最大車轍深度為3.148 mm,動穩定度為3 150 次/mm;而基質瀝青混合料在40 ℃的車轍總深度為1.029 mm,動穩定度為8 750 次/mm,70 ℃的車轍總深度為5.017 mm,動穩定度為860 次/mm,已經不能滿足規范的要求。當溫度達到80 ℃時,基質瀝青黏性基本喪失,主要靠集料之間的摩擦力提高強度,高溫性能很差。而由于改性瀝青軟化點明顯高于基質瀝青,試驗溫度未達到改性瀝青軟化點85.5 ℃,動穩定度隨溫度的變化趨勢比較穩定。由前期溫度調查結果可知,瀝青路面的上面層、中面層溫度在高溫時期達到70 ℃以上,故建議一般路面設計上面層、中面層采用改性瀝青。

  2.1.2 溫度與動穩定度的關系

  由圖1可以看出,不管是改性瀝青還是基質瀝青,都是隨著溫度的升高而穩定度降低,這是因為瀝青是溫度敏感性材料,在高溫條件下,隨著溫度的升高,瀝青材料逐漸軟化,抗車轍能力不足,表現出動穩定度降低。隨著溫度的升高,瀝青混合料的強度開始降低,受到外力時,有很大的變形,并且一部分變形不可恢復,這時表現出粘彈性,就會出現車轍,當溫度升高到一定程度,瀝青混合料就會表現出黏性狀態,很容易被破壞[9]。

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