交大论文~高模量沥青混凝土材料组成设计及路用性能研究.pdf

墨彦交通戈謦 工程硕士学位论文 D e s i g nA n d R o a dP e r f o r m a n c eR e s e a r c h 学位申请人罗承轶 导师姓名及职称杨庆国副教授 工程领域名称 论文提交日期 阮旭高级工程师 建筑与土木工程 2 011 年1 1 月 jj l UlI 1111II l l lIIIII I I IIllJllI I I l Y 210 4 2 3 2 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独立进行研究 工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 哆承每父 日期 泸7 J 年协月少苦日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到 中国学位论文全文数据库 并进行信 息服务 包括但不限于汇编 复制 发行 信息网络传播等 同时本人保留在其 他媒体发表论文的权利 学位论文作者签名 嗲永软 日期 易7 f 年 1 月I i 日 指导教师躲扔衣J 习 日期 加f 年似月肜日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊 光盘版 电子杂志社C I 系 列数据库中全文发布 并按 2 时 则为凝胶型沥青 针入度指数P I 2 时 沥青的耐久性较差 有明显的凝胶特征 针入度指数P I 2 时 沥青的温度敏 感性较强 所以常常选用针入度指数P I 值介于 1 和1 之间的溶凝胶型沥青来铺筑 路面 目前已经有许多国家对针入度指数做了相关的规定 瑞士 葡萄牙等国家 规定针入度指数在 1 和 1 的范围内选用 前苏联规定变通石油沥青的针入度指数 第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 ll 在 1 5N I 之间 改性石油沥青其针入度指数在 1 和 1 之间 我国地域辽阔 气候条件有着很大的差别 不同地区 不同的气候情况 应 该选择不同的针入度指数P I 值 总的来说 针入度指数能够很好的反应沥青的感 温性能 我国参考国外的研究现状 对我国的气候分区进行研究的基础上 给出 了不同气候条件下对沥青的针入度指数P I 值和A 值的要求 表2 1 不同气候条件下P I 值和A 值规定 T a b l e2 1D i f f e r e n tc l i m a t e sP Iv a l u ea n dAv a l u er e g u l a t i o n s 路用性能等低温条件下抗裂性能要求高温条件下稳定性能要求 级 ABCDABC 2 1 5 到 9 到 2 1 5 设计温度 小于 3 7大于 9大于3 02 0 到3 0 之间小于2 0 3 7 之间之间 最小P I 值的 1 0 1 2 1 4 1 6 1 O 1 2 1 4 要求 最大A 值的 0 0 4 6 70 0 4 8 2O 0 4 8 9O 0 5 1 40 0 4 6 70 0 4 8 20 0 4 8 9 要求 沥青的粘附性 沥青和石料相互作用而产生的化学吸附以及物理吸附能力就称为沥青的粘附 性 而粘结力则是沥青自身结构内部的粘结能力 沥青的粘附性是沥青重要的性 质之一 沥青对周围石料粘附性能的强弱对沥青混凝土路面的水稳定性 强度以 及耐久性都有着非常重要的影响 沥青和周围石料的粘附过程是一个很复杂的化 学和物理过程 沥青粘附力的产生和沥青本身的性质 石料的性质 石料形状 石料的表面结构都有关系 而且和沥青混合料的拌制工艺相关联 评定沥青和石料粘附性能的方法主要有浸水试验 水煮法 马歇尔残留稳定 度试验 浸水车辙试验以及冻融情况下的劈裂试验等等 为了可以全方位的评价 高模量沥青混凝土的路用性能等特性 本研究决定采用以上所述的试验方法对参 加高模量添加剂的沥青混合料以及沥青胶结料的各种性能进行全面的评价 5 沥青的耐久性 沥青在运输 施工以及沥青混凝土路面的使用过程中 沥青要经受交通荷载 温度 雨水以及光照等各种因素的相互作用 造成沥青产生物理变化以及化学变 化 其化学组成发生了相应的改变 导致沥青的老化 沥青混凝土路面产生开裂 等现象 以上所述的沥青的物理 化学性质随着使用时间的推移而产生改变的现 1 2 第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 象就称为沥青的耐久性或者沥青的老化 研究沥青的耐老化性能 室内试验是将沥青加热加速其老化 评定老化后试 样的性质 从而得到沥青的耐老化性能 本论文对沥青耐久性能的研究采用的是 旋转薄膜烘箱的试验进行沥青耐久性能的评定 2 1 2 沥青试验结果分析 本项目所采用的沥青为桶装沥青 沥青各项基本性能检测结果见表2 2 所示 表2 2 试验沥青各性能指标 T a b l e2 2t h ep e r f o r m a n c ei n d e xo ft e s ta s p h a l t 实验项目 试验数值技术要求计量单位试验方法 针入度 1 0 0 9 5 s 2 5 C 7 16 0 到8 00 1 m mT 0 6 0 4 2 0 0 0 延度 5 c m m i n 1 0 C大于2 0不小于2 0 c mT 0 6 0 5 1 9 9 3 C m 延度 5 c m m i n 1 5 C 1 5 9 不小于1 0 0 T 0 6 0 5 1 9 9 3 针入度指数 0 0 6 1 5 到 1 0 软化点 5 m i n 5 5 2 1不小于4 3 T 0 6 0 6 2 0 0 0 动力粘度 6 0 1 8 5 8大于等于1 8 0P a S T 0 6 2 5 2 0 0 0 闪点 3 3 0 大于等于2 6 0 T 0 6 l1 1 9 9 3 蜡含量 0 8 小于等于2 2 T 0 6 1 5 2 0 0 0 溶解度 9 9 7 9大于等于9 9 5 T 0 6 0 7 1 9 9 3 密度 1 5 1 0 2 9 根据实测记录管矗 T 0 6 0 3 1 9 9 3 R T F O T 后残留物 残留针入度比 2 5 6 7 3大于等于6 l T 0 6 0 4 2 0 0 0 质量变化 o 2 6 0 8 T 0 6 0 9 1 9 9 3 残留延度 1 0 C 5 c m m i n大于6大于等于6锄 T 0 6 0 5 19 9 3 第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 1 3 对表2 2 得到的沥青各性能指标进行分析 可以看出沥青的高温性能 感温性 能 粘附性能以及耐久性能是由符合要求 1 沥青高温性能分析 沥青在高温的环境中会产生流动变形的现象 沥青的高温流动变形是造成沥 青混凝土路面损坏的主要因素之一 评定沥青高温性能的指标主要是软化点以及 6 0 C 条件下沥青的粘度 从表2 2 中的试验结果可以看到 该试验沥青的6 0 条 件下粘度以及软化点两个指标都可以达到规范规定的要求 2 沥青感温性能分析 沥青的感温性能就是沥青对温度的敏感程度 用沥青的感温性指标来反映沥 青的性质随温度变化而发生变化的幅度 沥青的感温性能用沥青的针入度指数值 P I 来反映 由表2 2 中试验数据可知 沥青的针入度指数符合规定要求 本论文所 依托项目的试验路段位于四川盆地的西南部 海拔4 0 0 m 到5 0 0 m 左右 该地区有 青衣江和岷江两大河流 该地区夏季炎热时间较长 冬季日照时间段 多云多雾 雨量比较充沛 霜冻时间较少 属于亚热带潮湿气候 年平均气温1 7 左右 最 低极端气温 4 3 最高极端气温3 8 1 多年统计的平均降雨量为1 4 0 0 m m 左右 降雨时间主要集中在五月份到十月份 根据沥青混凝土路面相关规范的规定 该 地区沥青混凝土路面使用性能的气候分区为夏炎热冬温区 从表2 2 中的试验结果 可以知道 试验沥青能够满足低温条件下的抗裂性能要求以及高温稳定性的相关 要求 3 沥青粘附性能分析 沥青和石料相互作用而产生的化学吸附以及物理吸附能力就称为沥青的粘附 性 评定沥青和石料粘附性能的方法主要有浸水试验 水煮法 马歇尔残留稳定 度试验 浸水车辙试验以及冻融情况下的劈裂试验等等 应用水煮法对沥青的粘附性能进行评价 该试验沥青的粘附性达到V 级 试 验表明该沥青和石料之间的粘附性能很好 4 沥青耐久性能分析 沥青的物理 化学性质随着使用时间的推移而产生改变的现象就称为沥青的 耐久性或者沥青的老化 本论文对沥青耐久性能的研究采用的是旋转薄膜烘箱的 试验进行沥青耐久性能的评定 从表2 2 中的试验结果可以看到 经过选装薄膜烘箱试验后对沥青残留物的测 量结果显示 其残留物的各项结果都符合相关规定的要求 该试验所用沥青的耐 久性能良好 2 1 3 粗集料 在沥青混凝土路面中粗集料的主要作用是支撑荷载 粗集料的质量 特备是 1 4第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 粗集料中风化石的含量 针片状颗粒的含量对沥青混凝土路面的路用性能有着非 常大的影响 粗集料的颗粒形状将会对沥青混合料的稳定性 和易性产生影响 在粗集料中针片状颗粒的含量岩石本身的品质 机械设备 加工的工艺以及质量 管理水平都有关系 从粗集料的性质出发 应该选用棱角性好 强度高的石料 严格限制针片状颗粒的含量 因此要选择好的岩石和好的机械设备 对粗集料的 质量也进行比较严格的控制 集料本身的表面结构对集料间的摩擦阻力有非常重 要的影响 而摩擦阻力关系到高模量沥青混凝土本身模量的大小 因此为了保证 高模量沥青混合料本身的质量 高模量沥青混合料的集料不得采用碎砾石 提高沥青混合料自身模量的方法有很多种 对于粗集料来说 应该选择强度 高棱角性好的石料 这样可以提高沥青混合料的模量 另外高模量沥青混凝土对 粗集料的抗压碎值有着较高的要求 因此要严格的控制粗集料中扁平颗粒的含量 尽量选择坚韧的优质石料作为粗集料 用作高模量沥青混凝土的粗集料应有较好 的耐磨性能 足够的强度 粗集料本身要干燥 清洁 没有风化现象 不含杂质 为了满足高模量沥青混合料对粗集料的上述要求 本论文所依托的项目 其 室内试验采用的是乐山生产的优质石灰岩作为粗集料 粗集料的各项技术性质指 标见表2 3 所示 表2 3 粗集料各项技术性质 T a b l e2 3C o a r s ea g g r e g a t ea l lt e c h n o l o g yp r o p e r t i e s 技术指标试验结果技术要求 石料的压碎值 不大于 1 4 42 8 视密度 不小于 伽1 3 2 6 9 92 5 洛杉矶磨耗损失 不大于 1 4 43 0 吸水率 不大于 0 92 0 对沥青的粘附性不小于 5 级 4 级 石料的磨光值不小于 B P N 4 64 2 针片状颗粒的含量 不大于 91 5 风化石的含量 不大于 3 55 小于0 0 7 5 m m 的颗粒含量 不大于 0 6l 坚固性 不大于 81 2 冲击值 不大于 1 92 8 第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 1 5 从表2 3 中试验得到的粗集料各项技术性质指标可以看到 该项目所选用的石 料 其各项技术性质指标都符合要求 2 1 4 细集料 常用的细集料主要是石屑 人工机制砂以及天然砂 和粗集料一样 为了增 加高模量沥青混合料的模量 细集料也应该是富有棱角的多方形 许多采石场所 供应的石屑都是石料在轧制时剥落下来的碎屑 大多是片状的 不符合要求 天 然砂经过长时间的自然搬运作用 棱角大多已被磨掉 不能满足高模量沥青混合 料体积稳定性的要求 因此高模量沥青混合料的细集料大多采用的是机制砂 但 是我国的现行规范对细集料的棱角并没有给出相关的要求 因此本论文所依托的 科研项目参照国外对细集料的棱角的相关标准进行棱角的测量 主要是参照美国 S H R P 的相关规定 S H R P 认为细集料的棱角性可以提高混合料的内膜阻力 内膜 阻力的提高可以获得较高模量的沥青混合料 可以确保沥青混凝土路面的抗车辙 能力 S H R P 将通过2 3 6 筛孔的集料未压实空隙率定义为细集料的棱角性 因为 较高的空隙率就意味着更多破碎面的存在 S H R P 中细集料棱角性的试验方法是将 细集料经过一个标准漏斗 倒入一个经过标定的小圆筒里面 小圆筒的体积已知 测定充满小圆筒的细集料重量 由此可以计算出空隙率 由上所述 考虑到细集料棱角性的要求 决定采用机制砂作为高模量沥青混 凝土的细集料 按照我国关于集料试验的相关规定以及S H R P 中关于细集料棱角 性试验方法对机制砂进行相关的试验 从而得出细集料的各项技术性质指标 见 表2 4 所示 表2 4 细集料各项技术性质 T a b l e2 4F i n ea g g r e g a t ea l lt e c h n o l o g yp r o p e r t i e s 泥的 筛余累计 技术表观细度泥块含 细集料 含量筛孔的尺寸 舢n 指标 密度模数 量 哟 棱角性 2 3 61 1 80 60 30 1 5 试验 2 6 6 12 71 1O5 68 3 92 0 5 85 3 7 9 7 7 0 71 0 0 结果 规范 实测实测 3 O 1 0 4 50 1 01 0 5 0 4 0 7 07 0 9 09 0 1 0 0 要求 1 6第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 图2 1 试验机制砂级配 F i g 2 1 T e s tm e c h a n i s ms a n dg r a d a t i o n 从表2 4 中试验得到的细集料各项技术性质指标中可以看到 该项目试验用 机制砂符合我国对细集料的相关规定要求 其棱角性也满足S H R P 中相关的技术 要求 2 1 5 矿粉 在沥青混合料当中矿粉的作用是和沥青形成胶浆 矿粉和沥青形成的胶浆对 沥青混合料的强度有着很大的影响 高模量沥青混合料中通常采用碱性石料作为 矿粉 例如用白云石 石灰石等磨细的粉料作为矿粉 本论文所依托的科研项目 沥青混合料的矿粉是由乐山石灰岩经过加工而成 的 该矿粉的表观密度是2 6 8 3 9 c m 3 2 1 6 高模量添加剂 在高模量沥青混合料中 高模量添加剂可以提高沥青混凝土路面的弹性模量 从而可以提高沥青混凝土路面在外界车辆荷载作用下抵抗塑性变形的能力 沥青 混凝土路面的抗车辙性能 抗疲劳性能以及抵抗水损坏的性能得到了明显的改善 进而提高了沥青混凝土路面行车的舒适性 安全性 耐疲劳性能 延长了沥青混 凝土路面的使用寿命 因此高模量添加剂对于控制高模量沥青混凝土路面的早期 破坏以及延长高模量沥青混凝土路面的维修周期和使用寿命都起着非常重要的作 用 本试验采用的高模量添加剂是法国P R 公司生产的P RF L E XM o d u l e 高模量添 加剂 P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂的各项试验指标见表2 5 所示 第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 1 7 表2 5P R F L E XM o d u l e 各项指标试验结果 m 出l e2 5P R F L E XM o d u l ee a c hi n d e xt e s tr e s u l t s 性质 试验数值单位 密度0 9 3 到0 9 7 之间 管心 直径 5m m 熔点 1 7 5 颜色灰色 级配o f 5m m 2 1 7 小结 本节对试验所需要的原材料沥青 粗集料 细集料 矿粉以及高模量添加剂 进行了简要的介绍分析 并根据实际的工程情况对这些原材料的各项性质指标进 行了试验检测和评定 通过试验分析我们可以得到沥青的高温性能 感温性能 粘附性能以及耐久 性能是都符合相关规范规定的要求 模量沥青混合料对粗集料的要求是棱角性好 强度高 必须严格控制针片状 颗粒的含量 通过试验分析看到室内试验采用的乐山生产的优质石灰岩粗集料各 项技术性质指标均符合相关的要求 考虑到细集料棱角性的要求 本试验决定采用机制砂作为高模量沥青混凝土 的细集料 按照我国关于集料试验的相关规定以及S H R P 中关于细集料棱角性的 试验方法对机制砂进行相关的试验 得出细集料的各项技术性质指标都符合要求 矿粉和沥青形成的胶浆对沥青混合料的强度有着很大的影响 本文的试验所 有的矿粉是由乐山石灰岩经过加工而成的 高模量添加剂可以提高沥青混凝土路面的弹模 进而改善沥青混凝土路面在 外界车辆荷载作用下抵抗塑性变形的能力 使高模量沥青混凝土路面的抗疲劳性 能 抗车辙性能以及抵抗水损坏的性能得到了较大的提高 本试验采用的高模量 添加剂是法国P R 公司生产的P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂 经试验分析可知该 高模量添加剂的各项技术指标符合要求 本文通过对高模量沥青混凝土所需原材料的选择以及对各种原材料各项性质 进行详细叙述的基础之上 给出了高模量沥青混凝土对原材料选择的相关要求 并且给出了对各种原材料各项性质技术指标的要求 1 8第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 2 2 集料级配的确定 本试验根据前期实验研究积累的相关经验 在对集料的级配进行选择时主要 对集料的最大粒径以及集料的级配曲线走向两个主要特征进行了相关的研究工 作 2 2 1 集料的最大粒径 显然集料的最大粒径和所选择的混合料类型有关系 根据相关的试验经验可 知 高模量沥青混合料的最大粒径确定也可以根据我国公路沥青路面的相关技术 规范进行选择 表2 6 我国 公路沥青路面施工技术规范 给出了沥青混合料集料 最大粒径的相关要求 表2 6 混合料的类型和集料最大粒径确定 T a b l e2 6M i x t u r et y p e sa n da g g r e g a t em a x i m u md i a m e t e rd e t e r m i n e 城市道路和其它的高速公路 城市快速路 结构的层次 道路工程一级公路 主干路其他等级公 路 两层式路面三层式路面 上面层A C 1 3S M A 1 3 A C 1 3A C 1 3S M A 1 3A C 1 3 A C 1 6S M A 1 6S M A 1 3A C 1 6S N I A 1 6S M A 1 3 A C 2 0A C 1 6A C 2 0A C 1 6 S M A 1 6S M A 1 6 下面层 A C 2 5A M 一2 5A C 2 0A C 2 5A C 2 5A C 3 0A C 2 5A M 2 5 A C 3 0A M 3 0A C 3 0A C 2 5A M 3 0 A C 一3 0 中面层A C 2 0A C 2 5A C 2 0A C 2 5 本论文所依托的工程项目计划将高模量沥青混凝土铺筑在路面的中面层以及 下面层 考虑到沥青混凝土路面的强度以及高模量混合料稳定性的相关要求 决 定选取沥青混合料的最大粒径为2 6 5 m m 和1 9 r a m 进行相关的室内试验 2 2 2 集料级配分析 所谓高模量沥青混合料的级配就是集料的各级粒径颗粒的分布状况 集料的 级配对高模量沥青混凝土路面的路用性能有着直接的影响 在进行沥青混合料配 合比设计时 可以从相关的沥青路面技术规范推荐的级配中选择合理的级配即可 第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 1 9 1 1 2 l 然后根据实验数据结果对选择的几条级配进行分析对比 选择给出最佳的级 配 国外有些国家对高模量沥青混凝土路面已经进行了产时间的研究 但是在国 内 对于掺入高模量添加剂的高模量沥青混凝土路面的研究才刚刚起步 缺乏相 应的设计规范以及参考资料 众所周知 选择不同的集料级配曲线 将会对高模 量沥青混凝土的路用性能以及混合料的物理性质的影响差别较大 因此必须对混 合料的级配进行慎重的选择 为了研究不同的级配曲线对高模量沥青混凝土的影 响情况以及不同的级配曲线在我国是否使用 本文选择了三种具有典型走向的级 配曲线进行相关的试验研究工作 第一种是我国 公路沥青路面施工技术规范 中所推荐的A C 2 0 A C 2 5 中值级配 第二种是法国 高模量沥青路面技术规范 当中所推荐的E M E l 4 E M E 2 0 中值级配 第三种是符合S u p e r p a v e 级配要求的 S u p 2 0 S u p 2 5 级配 这三种级配曲线各个筛孔的通过百分率见表2 7 表2 8 以及 表2 9 所示 表2 7A C 2 0 A C 2 5 沥青混合料的级配组成 亿出I e2 7T h eA C 2 0 A C 2 5a s p h a l tm i x t u r e Sg r a d a t i o n 童 各个方孔筛通过的百分率 2 6 51 91 61 3 29 54 7 52 3 61 1 80 60 3O 1 50 0 7 5 级配类扒 上限1 0 01 0 09 38 17 15 74 53 22 51 8 1 47 A C下限 1 0 09 27 96 35 l2 61 71 39655 2 0 中值 1 0 09 68 67 26 14 1 53 12 2 51 71 28 56 上限 1 0 09 18 47 76 65 34 33 22 51 81 47 A C下限 9 2 7 6 6 75 84 52 31 71 3 9655 2 5 中值9 6 8 3 5 7 5 56 7 55 5 53 83 02 2 5 1 7 1 28 56 表2 8S u p 2 0 S u p 2 5 沥青混合料的级配组成 T a b l e2 8 S u p 2 0 S u p 2 5a s p h a l tm i x t u r e Sg r a d a t i o n 羔 各个方孔筛通过的百分率 呦 2 6 51 91 61 3 29 54 7 52 3 61 1 80 60 3O 1 50 0 7 5 级配类型 S u p 2 0 上限1 0 09 68 77 66 4 54 63 22 21 4 51 0 67 65 5 S u p 2 5 下限9 67 87 26 55 7 33 82 41 71 2 68 56 55 2 0第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 表2 9E M E l 4 E M E 2 0 沥青混合料的级配组成 T a b l e2 9E M E l 4 E M E 2 0a s p h a l tm i x t u r e sg r a d a t i o n 羔 各个方孔筛通过的百分率 3 1 5 2 01 41 06 342O 2 5 0 0 6 3 级配类型 上限1 0 09 86 64 31 91 0 下限1 0 01 0 04 32 095 E M E l 4 中值1 0 09 95 4 53 1 51 47 5 上限1 0 09 99 69 17 63 61 91 0 下限 1 0 09 17 56 14 32 195 E M E 2 0 中值 1 0 09 58 5 57 25 9 52 8 51 47 5 图2 2 中国A C 2 0 级配曲线 F i g 2 2C h i n aA C 2 0g r a d a t i o nc u r v e 图2 4 法国E M E l 4 级配曲线 F i g 2 4 F r a n c eE M E l 4g r a d a t i o nc u r v e 图2 3 中国A C 2 5 级配筛分 F i g 2 3C h i n a A C 2 5g r a d a t i o nc l L r V e 图2 5 法国E M E 2 0 级配曲线 F i g 2 5 F r a n c eE M E 2 0g r a d a t i o nc u r v e 第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 2 1 图2 6A C 2 0 E M E l 4 S u p 2 0 级配曲线对比图 F i g 2 6A C 2 0 E M E 14 S u p 2 0g r a d a t i o nc o n t r a s tc u r v ef i g u r e 图2 7A C 2 5 E M E 2 0 S u p 2 5 粗粒式级配曲线对比图 F i g 2 7A C 0 2 5 E M E 2 0 S u p 2 5g r a d a t i o nc o n t r a s tc u r ef i g u r e 从表2 7 表2 8 表2 9 以及图2 6 图2 7 中可以看出 本试验选择的试验 级配是我国的A C 2 0 A C 2 5 中值级配 法国的E M E l 4 E M E 2 0 以及S u p 2 0 S u p 2 5 级配 分别选择了三种粗粒式级配和三种中粒式级配进行试验对比分析 通过 A C 2 0 E M E l 4 S u p 2 0 的中粒式级配曲线对比图以及A C 2 5 E M E 2 0 S u p 2 5 的 粗粒式级配曲线对比图可以发现 A C 2 0 E M E l 4 S u p 2 0 的中粒式级配中A C 2 0 中值所含的细料最少 S u p 2 0 中值所含的细料次之 而E M E l 4 中值所含的细料最 第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 多 A C 2 5 E M E 2 0 S u p 2 5 的粗粒式级配中S u p 2 5 所含的细料最少 A C 2 5 所含 的细料次之 E M E 2 0 所含的细料最多 以上所选择的六种级配曲线在我国的沥青 混凝土路面中应用广泛 因此具有一定的代表性 2 3 高模量沥青混凝土配合比设计 沥青混合料配合比设计方法主要有马歇尔方法和S u p e r p a v e 方法两种 而用马 歇尔方法进行沥青混合料的配合比设计在我国使用广泛 并且是我国公路沥青路 面施工技术相关规范推荐使用的方法 因此本试验决定采用和我国现行规范相一 致的马歇尔设计方法进行高模量沥青混凝土配合比设计 马歇尔方法进行高模量 沥青混合料的配合比设计时 考虑了沥青混合料的空隙特想以及密实度的相关要 求 从而获得耐久性能较高的沥青混合料 而且在对高模量沥青混合料配合比进 行设计研究时 由于添加了高模量添加剂 导致高模量沥青混合料的一些物理参 数发生了改变 必须对实验数据进行进一步的分析研究 对试验参数做必要的调 整 因此对高模量沥青混合料的配合比进行设计研究 可以促进高模量沥青混凝 土在我国的进一步推广使用 高模量沥青混凝土在成型时采用双面七十五次的击实次数 这和我国的相关 规范相一致 但是由于高模量添加剂的加入 造成高模量沥青混合料在拌和时 其拌和的温度以及击实温度都会对高模量添加剂产生一定的影响 如会影响高模 量添加剂的可融性以及均匀分散性 因此有必要对拌和温度和击实温度进行进一 步的分析研究 本试验决定考查参入高模量添加剂P RF L E X 的拌和温度以及15 5 1 6 0 1 6 5 1 7 0 这四种击实温度进行试验分析 通过对高模量沥青混合 料的击实成型 各项物理 力学性能指标以及车辙试验的结果进行对比分析 从 而得到合理的高模量沥青混凝土的拌和温度 击实温度 进行运用马歇尔试验方 法确定高模量沥青混合料的最佳沥青用量 2 3 1 高模量添加剂的添加步骤 本试验采用的高模量添加剂是法国P R 公司生产的P RF L E XM o d u l e 高模量添 加剂 P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂的添加步骤如下 1 首先将需要的集料倒入拌和器中加热至1 9 0 2 按照沥青混合料总质量的百分比加入一定量的P RF L E XM o d u l e 高模量添 加剂 用0 s 1 5 s 3 0 s 进行干拌 并且在1 7 0 是加入一定量的沥青并进行 仔细的观察 做相应的抽提试验 从而确定最佳的拌和时间 3 得到最佳的拌和时间以后 对加入P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂的 A C 2 0 A C 2 5 E M E l 4 E M E 2 0 S u p 2 0 S u p 2 5 级配的高模量沥青混合 第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 2 3 料进行试验 并且将实验结果和不添加P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂的 普通沥青混合料的试验结果进行分析对比 从而确定最佳的沥青用量 2 3 2 拌和时间的确定 合理确定沥青混合料的拌和时间非常关键 它直接关系到沥青混合料的运输 摊铺以及碾压环节 影响着施工的速度 从施工的过程来看 拌和时间过短 沥 青混合料不容易搅拌均匀 高模量沥青混合料的质量就不容易保证 但是如果拌 和时间过程 出料就慢 造成生生产率降低 造成沥青针入度的损失加快 加快 了沥青的老化 这样会严重影响高模量沥青混凝土路面的路用性能 使沥青混凝 土路面产生各种病害 因此在进行高模量沥青混凝土配合比设计时 必须确定合 理的沥青混合料的拌和时间 在将加入0 7 的P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂 油石比为4 2 的高模量沥 青混合料分别用0 s 1 5 s 3 0 s 进行干拌观察时 发现除了0 s 意外 其余的1 5 s 3 0 s 的P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂颗粒分布均匀 添加一定量的沥青拌和后外挂没 有较为明显的区别 拌和以后进行相应的抽提试验 抽提试验的矿料级配和沥青 含量见表2 1 0 所示 根据抽提试验结果数据我们可以看到 拌和的时间对矿料级配和沥青没有明 显的影响 加入P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂对抽提油石比也几乎没有影响 但吖 是考虑到拌和时间对于混合料以及试验设备的影响 因此应该尽量选用尽可能短 的拌和时间 本试验决定对5 s 1 0 s 1 5 s 的拌和进行重新试验观察 最终决定采 用1 5 s 的干拌时间进行拌和 另外在进行干拌试验时发现 如果加入P RF L E X M o d u l e 高模量添加剂后没有进行及时的干拌 P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂就 会融化并凝结成团 所以在添加P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂以后要进行及时的 拌和 表2 1 0 抽提试验结果 T a b l e2 10E x t r a c t i o nt e s tr e s u l t s 碗孔 2 6 5 1 9 1 6 1 3 29 54 7 52 3 61 1 8 0 60 3 0 1 5 0 0 7 5 时献 O s1 0 09 8 19 0 67 8 86 0 74 8 33 0 52 1 71 3 91 0 27 76 5 1 5 s 1 0 0 9 7 98 9 67 8 35 8 14 8 03 2 02 1 0 1 4 01 0 9 7 4 6 3 3 0 s 1 0 09 7 18 8 17 6 45 5 64 6 12 9 O2 0 11 2 79 47 36 0 2 4 第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 2 3 3 高模量沥青混合料拌和温度 P R F L E XM o d u l e 高模量添加剂的外形成颗粒状 试验过程中发现 P RF L E X M o d u l e 遇到高温环境容易凝结成团 P RF L E XM o d u l e l 7 5 到1 8 0 的环境下和 集料干拌1 5 秒 可以使P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂迅速软化成为扁平状 这 样P RF L E XM o d u l e 和周围的集料有着良好的相融性能 P RF L E XM o d u l e 分散比 较均匀 不会凝结成团 由于高温拌和对P RF L E XM o d u l e 的迅速软化有利 可以 减少高模量沥青混合料的拌和时间 但是如果拌和温度太高 会造成沥青过早的 老化变脆 会使沥青的粘结力减弱 严重影响高模量沥青混凝土的路用性能 因 此通过试验对比分析 决定高模量沥青混凝土的拌和温度采用1 7 5 2 3 4 高模量沥青混凝土击实温度 现场的压实温度严重影响着高模量沥青混凝土路面质量的好坏 在高温的环 境下 沥青混凝土有着良好的流动性 这样比较容易碾压 使得高模量沥青混凝 土路面的压实度增加 减小沥青混凝土路面的空隙率 使高模量沥青混凝土路面 的路用性能增加 但是如果温度过高 就会造成沥青的早期老化 沥青混凝土在 碾压过程中会出现沥青老化变脆以及粘轮的情况 因此必须选择合理的击实温度 高模量沥青混凝土由于添加了高模量添加剂 高模量沥青混凝土的击实温度和普 通沥青混凝土不同 因此本试验研究分析1 5 5 1 6 0 1 6 5 以及1 7 0 四种不 同的击实温度对沥青混合料的密度 稳定度 空隙率 残留稳定度 剪切力等参 数的影响情况 从而确定最佳的高模量沥青混凝土的击实温度 1 5 5 1 6 0 1 6 5 以及1 7 0 四种不同的击实温度下S u p 2 0 级配高模量沥 青混凝土的各项物理力学性质指标见表2 1 1 所示 表2 1 l 不同击实温度下I I M A C 各项物理力学性质指标 T a b l e2 1 1D i f f e r e n tc o m p a c t i o nt e m p e r a t u r eH M A Ca l lt h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a li n d e x e s 击实温度 1 5 5 1 6 0 1 6 5 1 7 0 密度 g C m 3 2 3 62 4 52 4 32 3 9 稳定度K N 1 4 2 1 6 31 7 31 3 9 空隙率 6 0 75 3 64 8 95 4 9 剪切力K N 1 1 21 2 0 1 3 5 1 1 8 残留稳定度 9 0 09 4 69 6 29 5 4 一 第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 2 5 一 图2 8 击实温度和密度关系图 F i g 2 8C o m p a c t i o nt e m p e r a t u r ea n dd e n s i t y r e l a t i o n s h i pc l 删 图2 1 0 击实温度和残留稳定度关系 F i g 2 1OC o m p a c t i o nt e m p e r a t u r ea n d r e n m a n t ss t a b i l i t yr e l a t i o n s h i p 图2 9 击实温度和稳定度关系图 F i g 2 9 C o m p a c t i o nt e m p e r a t u r ea n d d e g r e eo fs t a b i l i t yr e l a t i o nd i a g r a m 图2 11 击实温度和空隙率关系 寸 F i g 2 11 C o m p a c t i o nt e m p e r a t u r e a n da i rv o i dr e l a t i o n s h i p 图2 1 2 击实温度和剪切力关系图 F i g 2 1 2C o m p a c t i o nt e m p e r a t u r ea n ds h e a rf o r c er e l a t i o n s h i pc h a r t 从以上各图中可以看到 高模量沥青混合料的密度增加 稳定度先增大在减 第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 小 空隙率呈现逐渐下降的趋势 在击实温度从1 6 2 2 上升到1 6 7 的过程中 空 隙率为4 5 到5 5 左右 并且在这个击实温度范围内碾压沥青混凝土 沥青混合 料的空隙率变化不是很大 同时稳定度 剪切力以及残留稳定度在1 6 2 到1 6 7 范围内都达到了峰值 因此对以上击实温度和密度 稳定度 剪切力 残留稳定 度以及空隙率的关系曲线进行综合对比分析 决定改高模量沥青混合料的最佳击 实温度范围是1 6 2 到1 6 7 2 4 最佳沥青用量确定 2 4 1 步骤和确定方法 结合国内外沥青混合料配合比设计的现有方法 根据我国的国情 采用我国 公路沥青路面施工技术的相关规范推荐的马歇尔配合比设计方法 决定沥青的最 佳用量O A C 采用O A C l 和O A C 2 的平均值进行确定 一 成型试件 合理的沥青用量首先根据A C 2 0 以及A C 2 5 选取的三种级配进行估计确定 沥青的用量采取上下变化0 5 的间隔制作五组试件 待五组试件完全冷却以后 分别测定这五组试件的物理 力学相关指标 N 试试件的体积参数 为了得到高模量沥青混合料最佳的沥青用量 以及试件成型后最佳的击实温 度 严格控制试件的空隙率 需要对一下相关参数进行测定 混合料的最大相对密度 高模量沥青混合料的最大相对密度以采用真空法实测 毛体积相对密度 毛体积相对密度厂 的测试方法是试件浸入水中 待第二天秤取该试件饱和面 的干重 计算方法如下 厂厂 瓦蔫 Y w 2 3 式中 是试件在水中的重量 是试件在空气中的重量 是水的相对密 度 空隙率 空隙率w 计算公式如下 V y 1 一等 1 o0 2 4 集料的有效相对密度 集料的有效相对密度 是沥青路面施工技术相关规范中最新提出来的概念 按照下列公式进行计算 有效沥黼用量多6P p6 一儒 p spbe pb 一 嵩 ps D V F A V F A f 兰丝丝二坚1 1 O0 y M 彳 2 7 2 8 2 4 2 马歇尔试验结果 按照P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂的推荐试验数据以及使用说明 当高模量 沥青混合料的级配相同时 每增加0 2 到0 3 的P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂 时 高模量沥青混合料当中沥青的用量增加0 1 本次试验仅对A C 2 0 A C 2 5 E M E l 4 E M E 2 0 S u p 2 0 S u p 2 5 六种级配类型 P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂 的使用量为0 7 情况下最佳油量进行确定 另外0 5 0 3 O 的P RF L E X M o d u l e 高模量添加剂添加量情况下 高模量沥青混合料的最佳油量按照O 1 的规一 律递减 表2 1 2 给出了A C 2 0 A C 2 5 E M E l 4 E M E 2 0 S u p 2 0 S u p 2 5 六种级 配下 0 7 的P RF L E XM o d u l e 高模量添加剂添加量情况下马歇尔试验的结果 表2 1 2 六种级配 O 7 高模量添加剂马歇尔试验结果 m l be2 1 2S i xo f t h eg r a d a t i o n O 7 h i g hm o d u l u sa d d i t i v eM a r s h a l lt e s tr e s u l t s 类型沥青用 毛体积流值稳定度空隙率矿料间沥青饱和 量 密度 n u n K N V M A 隙率度V F A 3 52 3 0 92 0 2 1 5 29 01 7 45 6 4 02 4 5 02 6 7 1 7 36 71 6 56 0 A C 2 0 4 52 4 4 03 2 61 7 15 31 4 67 6 5 02 4 0 93 4 3 1 6 54 41 5 38 3 5 52 4 1 93 8 91 4 73 41 3 88 9 3 52 3 8 l1 9 2 1 5 48 51 7 O5 7 2 8第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 4 02 4 5 92 5 31 7 35 71 4 76 5 A C 2 5 4 52 4 5 72 9 8 1 7 45 31 5 77 5 5 02 4 0 13 2 61 6 74 41 5 68 4 5 52 3 6 83 8 91 5 34 01 5 09 0 3 52 3 2 0 2 2 41 5 28 41 7 45 3 4 02 4 0 22 7 01 7 25 41 4 36 5 S u p 2 0 4 52 3 8 83 2 81 6 44 31 5 57 7 5 02 3 5 92 8 81 4 53 51 6 68 6 5 5 2 3 4 1 4 2 11 3 13 2 1 8 79 0 3 52 3 5 91 8 61 5 97 71 6 65 5 4 O2 4 3 82 3 51 7 35 11 4 26 6 S u p 2 5 4 52 4 0 72 8 01 6 84 51 4 97 5 5 0 2 4 0 73 1 21 6 33 81 5 78 3 5 52 3 8 13 2 51 5 23 31 6 28 9 3 52 3 5 81 8 71 4 71 1 11 6 74 7 4 02 4 1 62 3 5 1 6 37 61 5 84 6 E M E 1 4 4 5 2 4 6 93 0 31 7 65 41 4 66 9 5 02 4 2 13 5 81 7 05 O1 4 38 0 5 52 4 0 14 1 51 5 24 21 3 7 8 6 3 52 3 8 12 2 31 5 9 1 0 61 5 55 l 4 02 4 4 72 6 41 7 07 21 4 46 3 E M 匣2 0 4 52 4 4 23 0 61 7 75 31 4 77 6 5 02 3 8 93 4 51 7 34 41 5 28 2 5 52 3 2 83 8 6 1 6 4 3 81 6 19 0 2 4 3 最佳的沥青用量分析 现在以S u p 2 0 级配的高模量沥青混合料为例 举例说明高模量沥青混合料中 最佳沥青用量的确定方法 S u p 2 0 级配加入O 7 的P RF L E XM o d u l e 高模量添加 剂情况下 沥青混合料的马歇尔试验数据见表2 1 1 所示 现在分了清楚详细的对 比分析 以油石比作为横坐标 试验结果的各项指标作为纵坐标 各个试验指标 结果图如下 根据公路沥青路面施工的相关技术规范确定O A C 的最小值和最大值 之间的范围 第2 章高模量沥青混凝土材料组成设计 2 9 厶U w 舞 自 8 0 移 月 蓥 霭 墼 霭 幺4 蓥 霭 l 0 i2 鹞 叶 爹 霭 螽2 3 6 l N 塞2 3 4 爹 霭 薷2 3 2 缓磊籀自貔貔编蠡镕勃l 锄施自磊施自级缴磁蠡蠡磊缴墩施 貔i 貔酝灞 五j 1 5t 0 t 5 O矗53 5l1 551 5 1 9 魏嬲 谚缪黝燃纫 躲 镯 1 8 篓 霭 8 趴霭 窑1 7 队 凑 7 錾 i 薹1 6 s l1 5 錾二 一一 荔 is 墓 荔 bH爹 霪 4蕤 l 擞 施缓毖l 施畦编鑫垂锄绣蕊蠡施l 勃籀