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第五章砂岩沥青混合料的路用性能第章砂岩沥青混合料的路用性能路

发布时间:2019-07-05 12:13 来源:未知 编辑:admin

  第五章砂岩沥青混合料的路用性能第章砂岩沥青混合料的路用性能沥青路面通常会产生裂缝 龟裂、块裂及各类纵、横向裂缝等 、变形 车辙、沉陷、拥抱、波浪等 、松散 掉粒、松散 剥落、蜕皮等引起的集料散失、坑槽等 和其他破坏 泛油、磨光等 其中高等级公路沥青路面上常见的损坏现象主要有裂缝、车辙、松散剥落、水损

  第五章砂岩沥青混合料的路用性能第章砂岩沥青混合料的路用性能沥青路面通常会产生裂缝 龟裂、块裂及各类纵、横向裂缝等 、变形 车辙、沉陷、拥抱、波浪等 、松散 掉粒、松散 剥落、蜕皮等引起的集料散失、坑槽等 和其他破坏 泛油、磨光等 其中高等级公路沥青路面上常见的损坏现象主要有裂缝、车辙、松散剥落、水损坏和表面磨光 根据对沥青路面破坏原因的分析 沥青混合料的路用性能应满足的基本要求是 足够的高温稳定性、抗滑能力和良好的低温抗裂性、耐久性、水稳定性。 沥青混合料的水稳定性水损害是沥青路面的主要病害之一。所谓水损害是指沥青路面在水或有水存在时的冻融循环作用下 由于汽车车轮动态荷载的作用 进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用 水分逐渐渗入沥青与集料的界面上 使沥青与集料间的粘附性降低并逐渐丧失粘结力 沥青膜从石料表面脱落 沥青混合料掉粒、松散 继而形成沥青路面的坑槽、推挤变形等损坏现象。除了荷载及水分供给等外在因素外 沥青混合料本身的抗水损坏能力是决定路面的水稳定性的根本性因素。它主要取决于矿料的性质、沥青与矿料之间的相互作用的性质 以及沥青混合料的空隙率、沥青膜的厚度等。沥青混合料水稳定性的评价方法通常分两个方面进行 一方面是评价沥青与矿料的粘附性 另一方面是评价沥青混合料的水稳定性。 砂岩与沥青的黏附性集料是构成沥青混合料的主要成分之一 也是荷载的主要支撑 其岩性品质、物理力学特性及集料成分等方面的差异 对混合料的使用性能有很大的影响。岩石的岩性在很大程度上影响着其与沥青黏附性。工程上常根据石料中 含量不同来划分其岩性种类 含量大于 时是酸性石料 如花岗岩等 含量小于 的是碱性石料 如石灰岩等 含量介于 中的属于中性石料。集料的酸碱性不同其与沥青的黏附能力也不一样。从前面的岩石的矿物组成中 的含量来分析 本试验选择的四种岩石中 石灰岩属于碱性岩石 与沥青的粘附性较好 砂岩和玄武岩属于中性岩石 与沥青的粘附性比石灰岩稍差 花岗岩是酸性岩石 其与沥青的粘附性最差 在使用中都必须要加抗剥落剂。粘附是指一种物体与另一种物体粘结时的物理作用 沥青与集料的粘附性机理主要有五种理论来解释 力学理论矿料的表面通常是粗糙且多孔的 从微观角度来看集料表面高低不平。这种粗糙性增加了骨料的表面积 使沥青与第五章砂岩沥青混合料的路用性能矿料的粘合面积增加 提高了两者之间的粘结力 显然 骨料表面越粗糙 沥青与骨料之间的粘结力就越强 这也是规范中规定砾石的破碎面数量的原因之一 化学反应理论 众所周知 碱性石料与沥青的粘附性好 酸性石料与沥青的粘附性不好 遇水极易剥落 这是因为 沥青中的酸性成分与矿料表面碱性活性成分发生反应 反应越充分 反应物越稳定 则沥青与集料问的粘附能力越强 表面能理论 通常应用经典的润湿论来解析沥青膜在石料表面的“铺屁”或为水所置换而“剥落”的过程 分子定向理论 本理论认为 沥青与矿料之间的粘附性是由于沥青中的表面活性物质对矿料表面的定向吸附而成的。 表面构造理论 该理论从矿料表面构造阐述了沥青—矿料之间的粘附的机理。在沥青与集料的粘附过程中还存在着更多的粘附一剥落机理和物理及化学平衡。沥青与集料的粘附性是沥青混合料抵抗水破坏的基础并直接影响沥青路面的使用质量和耐久性。国内外在提高集料与沥青的黏附性方面也做了很多试验研究 可以归纳为以下几种方法 用干燥、磨细的消石灰粉或生石灰粉、水泥作为填料的一部分 其用量一般为矿料总量的 用石灰浆或石灰水涂覆集料将生石灰粉与潮湿的集料拌和 在基质沥青中加入抗剥落剂来提高集料与沥青的粘附性。目前国内外在研究沥青与集料的粘附性方面的试验方法有 水煮法、水浸法、光电比色法、 净吸附法、溶剂洗脱法 每种试验方法都有其优点和缺点 在对比了这些试验方法的优点和缺点及工地实验室的方便性和可行性后 选择了目前我们广泛使用的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的 实验方法水煮法所需设备简单 操作简单 所需时间短 沥青膜的剥落情况也非常明显 十分适合工地现场试验。本次试验选取用 嘣沥青和 改性沥青 并在改性沥青中分别加入 的固体抗剥落剂和液体抗剥落剂 另外用消石灰水来提高沥青的抗剥落性 把洗干净并烘干的集料放入 的消石灰水中浸泡 分钟取出、烘干 然后按照常规方法 将集料从烘箱中取出 放在熔化的沥青中 取出悬挂 分钟 然后用煮沸的水煮 分钟 在煮沸过程中水中不能产生气泡 取出悬挂 分钟后观察试验结果。砂岩与 皑基质沥青、 改性沥青及加抗剥落剂沥青中老化前后的粘附性等级见表 。第五章砂岩沥青混合料的路用性能袭 改性沥青与集料的粘附性沥青老化前 伽基质沥青改性沥青 改性沥青 固体抗剥落剂 改性沥青 液体抗剥落剂 改性沥青 消石灰 可以比较出砂岩与基质沥青在老化前后的粘附性都不太好 在加入改性剂后的沥青在老化前和旋转薄膜老化后与集料的粘附等级都可以达到 符合高速公路沥青路面表层对集料与沥青粘附等级的要求。从马歇尔冻融劈裂后的试件破裂面可以看到集料表面几乎没有沥青剥离产生光面 只有少数的集料颗粒在马歇尔成型时被击碎 见图 马歇尔试件冻融劈裂后破裂面沥青混合料的水稳定性由于重庆属于多雨地区 沥青路面的水损害现象非常严重 因此要十分注意沥青路面的材料选择和路面结构的设计。研究表明 天的长期老化的室内试验条件可以表征年路龄的沥青混合料的老化程度。 冲成果 拟定了 天的长期老化试验条件以评价 年野外沥青路面沥青混合料的老化程度。而现在对高速公路路面设计年限都是 为了能更好的模拟路面年内在野外的长时间抗水损害的性能 试验对加抗剥落剂前后的砂岩的沥青混合料进行短期和长期老化 长期老化包括 天老化和 天老化 在室内对试件进行 天老化可以模拟野外沥青路面沥青混合料 年的老化程度 满足设计年限 年的要求。然后用老化后的马歇尔、残留稳定度和冻融劈裂残留强度来评价沥青混合料的长期水稳定性。短期老化方法 根据混合料设计级配、沥青用量和沥青的粘一温曲线确定混合料的拌和温度为 将沥青与集料在 的拌和锅内拌和 然后第五章砂岩沥青混合料的路用性能 将拌好的混合料均匀摊铺在搪瓷盘中 松铺厚度约 将混合料放入 的烘箱中在强制通风条件下加热 小时 每小时用铲在试样盘中翻拌混合料一次 加热 小时后从烘箱中取出在 的压实温度范围内制备试件。长期老化方法 在进行长期老化前先按照短期老化方法成型试件 然后将经过短期老化的马歇尔试件放置于试样架上送入 烘箱中 强制通风条件下连续加热老化 天和 取出进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验测定马歇尔试件的稳定度和冻融劈裂强度 并计算出残留稳定度和残留冻融劈裂强度。残留稳定度试验方法 按规程规定制备马歇尔试件 测定每个试件的高度和密度 试件分两组 每组 个。一组马歇尔试件在 热水中恒温 后测定其稳定度值 另一组在 水中恒温 后测定稳定度值 用二者的比值来评价混合料的水稳定性 得到浸水残留稳定度 见公式 一试件的残留稳定度一试件浸水 后的稳定度 一试件浸水 后的稳定度 值越大 混合料的水稳定性就越好。残留劈裂强度试验方法 制备马歇尔试件 正反双面击实 测定每个试件的高度和密度 试件分两组 每组不少于 个。一组试件在 水浴中浸泡 后测试劈裂强度 另一组试件在 的真空条件下保持然后取出将试件在水中放置 再放入塑料袋中在 冰箱中置放 。而后放到 水浴中恒温 再放到 水中浸泡不少于 后测试其劈裂强度 。劈裂抗拉强度 计算冻融劈裂抗拉强度比按式 计算 一经受冻融循环的第二组试件的劈裂抗拉强度一第一组试件的试验荷载的最大值 亿一第二组试件的试验荷载的最大值 一第一组试件的试件高度 一第二组试件的试件高度第五章砂岩沥青混合料的路用性能 一冻融劈裂试验强度比 值越大 混合料的水稳定性就越好。通过对不同抗剥落剂的沥青混合料的水稳定性试验得出以下试验数据 、砂岩与踮 改性沥青混合料的马歇尔稳定度、残留稳定度、劈裂强度和残留劈裂强度见表 酷改性沥青混合料稳定度短期老化老化天老化 天浸水马残留稳浸水马残留稳浸水马残留稳稳定度歇尔稳稳定度歇尔稳稳定度歇尔稳试件定度定度定度 改性沥青混合料劈裂强度及残留强度短期老化天老化 天老化试荷载劈裂强残留劈荷载劈裂强残留劈荷载劈裂强残留劈度裂强度度裂强度 度裂强度件 、砂岩与加固体抗剥落剂的改性沥青混合料的马歇尔的稳定度、残留稳定度、劈裂强度和劈裂残留强度见表 加固体抗剥落剂的盼改性沥青混合料稳定度短期老化老化 天老化 天浸水马残留浸水马残留浸水马残留稳稳定度歇尔稳稳定稳定度歇尔稳稳定稳定度歇尔稳试件定度 定度度 定度度 改性沥青混合料劈裂强度及残留强度短期老化天老化 天老化试荷载劈裂强残留劈裂强残留劈裂强残留度劈裂荷载度劈裂荷载度劈裂件 强度 强度 强度 、砂岩与加液体抗剥落剂的改性沥青混合料的马歇尔的稳定度、残留稳定度、劈裂强度和劈裂残留强度见表 液体抗剥落剂的改性沥青混合科稳定度短期老化老化 天老化 天浸水马残留浸水马残留浸水马残留稳稳定度歇尔稳稳定稳定度歇尔稳稳定稳定度歇尔稳试件定度 定度度 定度度 改性沥青混合料劈裂强度及残留强度短期老化天老化 天老化试荷载劈裂强度残留劈荷载劈裂强度残留劈残留劈裂强度裂强度荷载劈裂强度件 、砂岩与加消石灰替代其中一部分矿粉作为抗剥落剂的改性沥青混合料的马歇尔的稳定度、残留稳定度、劈裂强度和劈裂残留强度见表 消石灰作为抗剥落剂的改性沥青混合料稳定度短期老化老化 天老化 天浸水马残留浸水马残留浸水马残留稳稳定度歇尔稳稳定稳定度歇尔稳稳定稳定度歇尔稳试件定度 定度度 定度度 消石灰作为抗剥落剂的改性沥青混合料劈裂强度及残留强度短期老化 天老化 天老化试荷载劈裂强残留劈荷载劈裂强残留劈荷载劈裂强残留劈度裂强度度裂强度度裂强度件 第五章砂岩沥青混合料的路用性能不同抗剥落剂的沥青混合料在 天和天的不同老化时间下的稳定度、浸水马歇尔稳定度均值见表 不同沥青混合料稳定度随老化时间的变化短期试验老化天试验老化 天试验沥青种类稳定度浸水马歇稳定度浸水马歇稳定度浸水马歇尔稳定度尔稳定度尔稳定度 改性沥青 改性沥青十固体抗剥落剂 改性沥青 液体抗剥落剂 改性沥青 消石灰 在公路沥青路面施工规范中 要求高速公路、一级公路路面沥青混合料常规马歇尔稳定度不小于 从表中知道 无论是加抗剥落剂还是没有加抗剥落剂的沥青混合料 即使经过 天的长期老化后的马歇尔稳定度和浸水稳定度都大于 都符合规范要求。根据表 数据绘制种混合料随老化时间的增加的稳定度值的变化趋势见图 马歇尔稳定度与老化时间的关系从上图可以看出几种沥青混合料的马歇尔稳定度都随着老化时间的增加而减小 天老化时间内和加消石灰的沥青混合料的稳定度值减小较快而加液体和固体两种抗剥落剂的沥青混合料稳定度值减少速度较慢 天的老化时间内改性沥青和加固体抗剥落剂的沥青混合料的稳定度值减少较快 抗固体剥落剂和消石灰的沥青混合料的稳定度值减少较慢 从曲线的总体趋势来看 加液体抗剥落剂的沥青混合料的稳定度值高 且随着老化时间的增加 斜率变化较小 长期稳定度好。第五章砂岩沥青混合料的路用性能对于几种加抗剥落剂和没有加抗剥落剂的沥青混合料的浸水马歇尔稳定度值在 天和天的老化后变化趋势见图 看出加固体抗剥落剂、液体抗剥落剂和不加抗剥落剂的沥青混合料老化时间从增加到 天时的浸水马歇尔稳定度减小斜率较快 而加消石灰的沥青混合料的浸水稳定度减少得较少 而经过 天的老化后 从曲线来看 加固体抗剥落剂的沥青混合料的浸水马歇尔稳定度值减小较慢 其余三种混合料的浸水马歇尔稳定度值减小都较快 因此 加固体抗剥落剂的沥青混合料的长期稳定性较好。四种沥青混合料在 小时、 天和 天老化后的马歇尔残留稳定度表 不同沥青混合料在不同老化时间下的残留稳定度改性沥青固体抗改性沥青 液体抗老化时间改性沥青改性沥青 消石灰剥落剂剥落剂 不同沥青混合料在不同老化时间下的残留劈裂强度改性沥青固体抗改性沥青 液体抗老化时间改性沥青改性沥青 消石灰剥落剂剥落剂 第五章砂岩沥青混合料的路用性能图残留稳定度变化趋势图 残留劈裂强度变化趋势《公路沥青路面施工技术规范》中密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准规定 改性沥青混合料浸水马歇尔残留稳定度不小于 冻融劈裂试验的残留强度比不小于 。从试验所得数据可以看出 在经过 天和 天的老化后的残留稳定度和残留冻融劈裂强度看 加固体抗剥落剂和消石灰作为抗剥落剂的混合料的抗水损坏的能力都很好。从图 看出每种混合料在老化 小时 天和 天的试验条件下的残留稳定度和残留劈裂强度都是随着老化时间的增长而减小。没有加抗剥落剂的沥青混合料在老化 天的曲线斜率急剧下降加消石灰和加固体抗剥落剂的沥青混合料在老化过程中 残留冻融劈裂强度曲线变化趋势较小 加液体和不加抗剥落剂的沥青混合料随着老化时间增加 残留冻融劈裂强度曲线变化趋势较大。虽然加液体抗剥落剂的沥青混合料在老化 天时的残留劈裂强度大于加固

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