超薄磨耗层沥青混凝土力学特性与疲劳性能研究

1、第29卷第4期2009年8月文章编号:1671-2579(2009)04-0203-04中外公路203超薄磨耗层沥青混凝土力学特性与疲劳性能研究李浩1,张旭晨2,曾艳3(1.南昌航空大学土木建筑学院,江西南昌330000;2.中交第一公路工程局有限公司;3.湖北高路公路工程监理咨询有限公司)摘要:该文研究了级配类型和集料种类对超薄层沥青混凝土力学特性与疲劳性能的影响。研究结果表明,密实型级配类型或石灰岩作为细集料均能显著改善沥青混合料的力学性能,提高超薄层沥青混合料的抗压强度、劈裂强度和破坏劲度模量;超薄层沥青混合料的动态模量均大于普通沥青混合料,有利于提高沥青混合料抵抗永久变形的能力;普通沥

2、青混合料的疲劳方程适合于描述超薄层沥青混合料的疲劳寿命与应力的关系,SAC-10(完断)级配的沥青混合料的疲劳寿命在相同的应力强度比下始终最大。关键词:超薄磨耗层;级配;集料;力学特性;疲劳性能1前言超薄磨耗层作为一种路面养护材料害的矫正性养护,具有抗滑、抗车辙、,是一种超长耐久的沥青路面表面层。关于超薄磨耗层的研究最早始于法国,到20世纪80年代,其研究开发了一种厚度为2025mm的间,能够达到提高,至20世纪90年代这种磨1520mm的超薄沥青磨耗层。我国关于超薄磨耗层的研究稍滞后于国外,且鉴于超薄磨耗层沥青混凝土的优良性能,2001年交通部公路科学研究所、同济大学等单位共同开展了西部交通

3、建设科技项目超薄层沥青混凝土面层技术研究,并通过在不同气候环境条件下铺筑试验路,对其施工工艺和使用性能进行了评价。(3)在等效压实功的情况下,旋转压实的强度较4结语(1)对于泡沫冷再生沥青混合料用3种方法成型马歇尔击实和重型击实高,主要是由于在旋转压实过程中除了挤压,更有搓揉,集料的挤压更密实。这为实际的压实工艺提供了经验,在同等的压实情况下,带有震动搓揉的压实工艺比普通压实能更加有利于压实度的提高,最终能够提高其强度。参考文献:1李宇峙,陈群,刘朝晖.不同成型方法的对比及压实特的试件,马歇尔击实成型击实67次等效于旋转压实成型旋转28次,等效于重型击实成型击实98次。在试验室条件成型某种方法

4、不具备条件时,可以用等效压实次数下的另一种压实方法成型试件进行强度试验。(2)旋转压实成型100次相对于重型击实98次的修正系数为1.8796175;马歇尔击实成型75次相对于重型击实98次的修正系数为1.0391268。在以规范标准击实次数比较不同击实方法的强度时,可以除以此修正系数,以便同等压实强度下的比较。收稿日期:2008-10-07作者简介:李浩,男,讲师.E-mail:fighting118性研究J.中外公路,2003(1).2拾方治,吕伟民,译.泡沫沥青混合料的特性J.中外公路,2003(3).3维特根公司.维特根冷再生手册(第二版)Z,2001.4JTJ052-2000,公路工

5、程沥青及沥青混合料试验规程S.中外公路第29卷204由于超薄沥青混凝土磨耗层的厚度较薄,级配类型、集料种类的变化会对其力学性能和疲劳性能等产生重要影响。因此,本文主要研究了采用不同级配类型和集料种类的超薄磨耗层沥青混凝土的力学特性和疲劳性能,包括抗压强度、劈裂强度、动态模量和疲劳寿命等。出沥青性能满足规范要求。试验中采用玄武岩和石灰岩两种集料,其中石灰岩仅采用细集料替代玄武岩细集料,并比较两种细集料种类对沥青混合料力学性能的影响。玄武岩集料产自湖北京山,其基本技术性能见表2,石灰岩产自湖北宜昌,密度为2.752g/cm3。表2玄武岩基本技术性能性能指标压碎值/%洛杉矶磨耗/%视密度/gcm-3

6、吸水率/%粘附性/级磨光值/PSV规范要求40602原材料与试验方法2.1试验原材料试验值7.88.52.9520.585规范要求28302.52542本试验采用湖北国创沥青有限公司生产的SBS改性沥青,沥青的各项技术性能见表1,从表中可以看表1SBS改性沥青技术性能性能指标)/0.1mm针入度(25试验值5881360.12.原样沥青软化点/)/cm延度(5602001.-10、SAC-10(完断)和三种级配类型,三种级配类型级配3。按照所选择的级配类型,通过马歇尔击实试验,得到各种超薄层沥青混合料的最佳油石比和体积性能,具体试验结果见表4。RTFOT质量损失/%)/针入度比(25)延度老化

7、后6515表3超薄层沥青混合料级配范围级配13.09.51009095100909510090954.75403036403035251520下列筛孔(mm)的通过率/%2.363223274030352011151.18251721302226169130.6201317231618137100.316101317111411580.1513811138119460.07510681068735级配范围SAC-10100100100100100100通过率SAC-10间断级配范围(完断)OGFC-10通过率级配范围通过率表4超薄层沥青混合料体积性能沥青混合料玄武岩SAC-10SAC-10(完

8、断)2.3试验方法度/%74.074.474.074.8-油石比/%5.24.44.94.34.5空隙率/%4.04.04.04.019.2矿料间隙沥青饱和率/%15.415.217.917.2-根据马歇尔级配设计方法确定的各种超薄层沥青混合料的最佳油石比,成型马歇尔试件,分别在压力机和马歇尔稳定度仪上进行沥青混合料抗压强度试验和间接拉伸强度试验。沥青混合料动态模量试验采用MTS材料测试系统进行,试件尺寸均为<100mm×100mm,其中试验温度为20,动态模量试验荷载频率为10Hz。疲劳性能测试也采用MTS材料测试系统进行,试验温度为20,试件尺寸为250mm×30

9、mm×35mm。石灰岩玄武岩石灰岩OGFC-10玄武岩2009年第4期李浩,等:超薄磨耗层沥青混凝土力学特性与疲劳性能研究205沥青胶浆间的粘结力,使得超薄层沥青混合料的抗压3试验结果分析3.1抗压强度强度和劈裂强度增大。图1为不同级配类型和集料种类超薄层沥青混合料的无侧限抗压强度结果,试验温度为20。从图中可以看出,对于SAC-10级配和SAC-10(完断)级配,集料类型对超薄层沥青混合料抗压强度的影响很大,当细集料采用石灰岩时,沥青混合料的抗压强度比全部采用玄武岩分别增大了36.6%和50.8%,表明沥青混合料的力学性能明显增强。分析认为,采用石灰岩作为细集料时沥青混合料的最佳油

10、石比均明显小于全部采用玄武岩的沥青混合料,因此使得前者的抗压强度显著增大,同时,由于沥青混合料的最佳油石比均由空隙率水平确定,因此采用石灰岩作为细集料时,对提高沥青混合料密实性有显著作用。另外从图中可以看出,由于OGFC-10沥青混合料的空隙率较大,因种级配类型的沥青混合料。图3级配和集料类型对沥青混合料破坏劲度模量的影响图2级配和集料类型对沥青混合料劈裂强度的影响3.3动态模量不同级配类型超薄层沥青混合料的动态模量测试结果见图4,根据以上强度试验结果,沥青混合料中的细集料均采用石灰岩。图1级配和集料类型对沥青混合料抗压强度的影响3.2劈裂强度与劲度模量不同种类超薄层沥青混合料的劈裂强度和破坏

11、劲度模量如图2、3所示。从图2可以看出,级配类型和集料种类对沥青混合料劈裂强度的影响规律相似,采用石灰岩作为细集料时,沥青混合料的劈裂强度均得到较大程度的提高,其中对于采用石灰岩的SAC-10沥青混合料,劈裂强度增大约29%。从图3可以看出,采用石灰岩的超薄层沥青混合料的破坏劲度模量也会增大,但增大幅度小于劈裂强度。OGFC沥青混合料由于级配的特殊性,其劈裂强度和破坏劲度模量均最小。综合分析认为,级配类型和集料种类对超薄层沥青混合料的力学强度具有重要影响,对采用硬质集料作为粗集料的沥青混合料同时掺加碱性石灰岩细集料,能够提高沥青混合料的密实性能,并提高集料与图4动态模量与应力水平关系由图4可知

12、,超薄层沥青混合料的动态模量具有明显的应力依赖性,动态模量随着加载应力的增大而增大,其中SAC-10沥青混合料的应力依赖性比SAC-10(完断)和OGFC-10沥青混合料更加显著,随着应力水平的持续增大,其动态模量增大直至超过SAC-10(完断)型和OGFC-10沥青混合料的动态模量,表明其更适合于重载交通对沥青路面的要求。根据文献8可知,一般取相当于0.5倍破坏强度应力下材料的动态模量作为设计参数,因此SAC-中外公路第29卷20610、SAC-10(完断)和OGFC-10超薄层沥青混合料20时的动态模量分别为约2500、2600和2200MPa,这些数值均高于相同温度下普通沥青混合料的式中

13、:Nf为疲劳寿命;为应力;K、n为疲劳方程常数。采用最小二乘法拟合可以得到各种纤维沥青混合料疲劳方程的各个参数,参数拟合结果如表5所示。表5超薄层沥青混合料疲劳寿命拟合结果混合料类型SAC-10SAC-10(完断)OGFC-10KnR2动态模量。同时,由于我国标准轴载的轮胎接地压力的取值为0.7MPa,而在该应力水平下,SAC-10、SAC-10(完断)和OGFC-10超薄层沥青混合料的动态模量均在2000MPa左右,也明显高于普通沥青混合料相同应力水平和温度下的动态模量,有利于提高沥青混合料抵抗永久变形的能力。另外SAC-10(完断)沥青混合料在较低应力水平下比SAC-10沥青混合料的动态模

14、量小,但在较高应力水平下却变得稍高,表明SAC-10(完断)级配在较高应力水平下能更好地发挥级配的骨架作用,而SAC-10级配则在较低的应力水平下就形成了稳定的骨架结构。3.4疲劳性能沥青路面使用期间需要经受车轮荷载的反复作用,长期处于应力应变交替变化状态,致使沥青路面结构强度逐渐下降后,降后的结构抗力,破坏。35。SAC-10、SAC-10(完断)和OGFC-10沥青混合料的弯拉强度分别为5.4、5.9和2.8MPa。47.42657.23751.9964.7875.1723.9940.9960.9870.9914结论(1)采用密实型级配类型或石灰岩作为细集料均、劈裂强度和破,。()0.5倍

15、破坏强度和7,其中SAC-10(完断)级配在较高应力水平下能更好地发挥级配的骨架作用。(3)SAC-10(完断)级配的沥青混合料的疲劳寿命在相同的应力强度比下始终最大,而OGFC-10沥青混合料的疲劳寿命随着应力强度比的增大降低速率最快;普通沥青混合料的疲劳方程适合于描述超薄层沥青混合料的疲劳寿命与应力的关系。参考文献:1刘朝晖,沙庆林.超薄层沥青混凝土SAC-10矿料级配比较试验研究J.中国公路学报,2005(1).2吕伟民,孙大权.新型路面养护材料超薄沥青磨耗层的特性与应用J.上海公路,2007(3).3资建民,等.超薄沥青混凝土面层配合比设计混合正交分图5超薄层沥青混合料疲劳寿命析J.公路,2007(1).4曹卫东,沈建荣,韩恒春.超薄沥青混凝土面层技术研究从图5可以看出,采用SAC-10(完断)级配的沥青混合料的疲劳寿命在相同的应力强度比下始终最大,其次为SAC-10沥青混合料,OGFC-10沥青混合料的疲劳寿命随着应力强度比的增大降低速率最快。分析认为,超薄层沥青混合料的疲劳性