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抗车撤剂改性沥青混合料的实验
发布:czjumaokj 浏览:99次

沥青路面车辙问题广泛存在于高温地区重交通荷载、交通流量大及长大纵坡路段。车辙病害问题对于路面的行车舒适性、安全性及其他使用功能有较大的影响,已然成为路面建设、养护及维修中亟待解决的问题。

从产生机理方面分析,主要分为结构性车辙及流动性车辙两种,前者可通过控制施工质量控制路面基层强度解决,后者主要是由于沥青面层结构强度不足引起,可通过改善级配方案、采用改性沥青,或在混合料中掺入纤维聚合物、抗车辙剂等外加剂进行改善。由于施工方便且具有良好的经济效益,抗车辙剂是目前广泛采用的方式。

目前,抗车辙剂的种类较多,不同抗车辙剂的用途及性能均不同。在众多学者研究及探讨基础上,选用抗车辙剂掺入普通沥青混合料中,并对其在不同抗车辙剂掺入量下的路用性能进行了室内试验研究,并通过相关工程实例对其实际应用效果进行观测及评价。

1室内试验

(1)抗车辙剂:抗车辙剂是由多种聚合物复合而成,相关物理性能见表1。参照相关研究成其在沥青混合料中的推荐掺入量为0.3%~0.5%。(2)沥青:采用重交AH-70沥青,参照相关规范标准。(3)集料:选用石灰岩碎石作为粗集料及细集料,石灰岩磨细后的石粉作为矿物填料,参照相关规范标准。不同粒径下的矿料表观密度

抗车辙剂物理性能

 

粒径

密度

熔点

填充物

纤维合物

(mm)

(g/cm3)

(℃)

(%)

(%)

3~6

0.97

141

<5

>95

1.2配合比设计

(1)矿料级配

采用AC-13型级配制备沥青混合料,为使沥青混合料试件具备良好的高温稳定性能,目标级配设计曲线应呈良好的S型曲线。

(2)油石比的确定

油石比的确定采用马歇尔试验,不掺加抗车辙剂的情况下,按目标级配组成制备马歇尔试件并进行试验,试验结果见表6。可知,试验所得AC-13普通沥青混合料的最佳油石比为4.9%,掺入抗车辙剂后的沥青混合料,其油石比相应增加2%。因此,最佳油石比确定为5.1%。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

沥青的性能指标

 

指标

测值

技术要求

针入度(25℃)(0.01mm)

72.8

60~80

软化点(℃)

47

≥46

延度(15℃,5cm/min)(cm)

>151

≥100

含蜡量(蒸馏法)(%)

1.73

<2.2

闪点(℃)

272

≥260

溶解度(%)

99.7

≥99.5

密度(15℃)(%)

1.014

实测

 

RTFOT后残留物

质量变化(%)0.000867≤(±0.8)残留针入度比(25℃)(%)67.37≥61

残留延度(10℃)(cm)90≥6

 

 

集料的物理性质指标

 

指标

压碎值(%)

洛杉矶磨耗值(%)

针片状颗粒

含量(%)

含泥量

(%)

测值

18.6

24.7

7.8

0.6

规范要求

≯26

≯28

≯15

≯1

 

 

不同粒径下的矿料表观密度

 

矿料种类

表观密度(g/cm3)

石灰岩(13.2mm)

2.761

石灰岩(9.5mm)

2.764

石灰岩(4.75mm)

2.765

矿粉

2.734

 

 

沥青混合料级配组成(AC13)

 

孔径

(mm)

0.075

0.15

0.3

0.6

1.18

2.36

4.75

9.5

13.2

16

设计级配范围(%)

4~8

5~15

7~20

10~

28

15~

38

24~

50

38~

68

68~

85

90~

100

100

实际级配

(%)

5.5

8.2

11.7

18.1

24.9

36.4

51.4

74.7

93.8

0

 

 

AC13型普通沥青混合料马歇尔试验结果

 

指标

空隙率

饱和度

流值

稳定度

最佳油

(%)

(%)

(mm)

(kN)

石比(%)

规范值

4~6

65~75

2~4

>7.5

-

实测值

4.5

73.6

4.4

9.4

4.9

 

 

 

 

 

 

1.3试验方案

按目标设计级制备配抗车辙剂沥青混合料试件,抗车辙剂的掺入量分别取0%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、5%,最佳油石比为5.1%。根据相关规范标准对抗车辙剂沥青混合料试件分别进行车辙、低温弯曲及浸水马歇尔试验。

2室内试验结果分析

2.1抗车辙剂掺入量对高温稳定性的影响

采用轮碾法制备试件进行车辙试验,设定温度、轮压分别为60℃、0.7MPa。试件的变形量采用车辙试验仪进行检测,并由变形量计算动稳定度。可知,对于普通沥青混合料,抗车辙剂的掺入明显提高了其动稳定度。当抗车辙剂的掺入量分别为0%、0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、5%时,其对应的动稳定次数分别为1358次/毫米、4832次/毫米、6785次/毫米、7853次/毫米、8567次/毫米、8871次/毫米,动稳定度在抗车辙剂掺入量的不断增大情况下,呈增大趋势。其中,掺入量由0%增加到0.35%后,动稳定度达到了普通沥青混合料试件的近5倍,远远满足规范要求,具有良好的高温稳定性能,抗车辙性能优异。此后,随着抗车辙剂掺入量的进一步增加,试件的动稳定度增长幅度逐渐减少,这是因为抗车辙剂在沥青混合料的分布形态与密度逐渐趋于平衡。

2.2抗车辙剂掺入量对低温稳定性的影响

采用MTS试验设备进行小梁弯曲试验,试验温度及加载速率分别设定为15℃、50mm/min。当抗车辙掺入量为0.35%时,其破坏应变为2886uε,相比于普通沥青混合料破坏应变

2465uε,提高了17.1%,且满足规范中对于低温破坏应变(改性沥青混合料)应大于2500uε的规定。但当抗车辙剂的掺入量大于0.35%后,低温稳定度性能增强不再明显,并且当掺入量大于0.4%后,抗车辙剂沥青混合料的破坏应变甚至出现了降低。因此,基于低温稳定性能,抗车辙的最佳掺入量取0.35%。

 

2.3抗车辙剂对水稳定性的影响

采用浸水马歇尔试验进行水稳定性能测定,并以残留稳定度作为评测指标,对于沥青混合料的残留稳定度,其在抗车辙剂掺入量增长情况下呈先增大后减小的趋势,当抗车辙剂掺入量为0.35%时,其残留稳定度为最大值,达到了93.4%,比普通沥青混合料增加了11.2%,水稳定性能有较好的增长。基于抗车辙剂沥青混合料的水稳定性能,取抗车辙的最佳掺入量为0.35%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

沥青混合料的残留稳定度

 

抗车辙剂掺量(%)

0

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

标准马歇尔试验

稳定度(kN)

9.4

12.4

13.7

14.3

14.6

15.1

浸水马歇尔试验

稳定度(kN)

7.9

11.5

12.8

12.7

12.6

13.2

残留稳定度(%)

84

92.7

93.4

88.8

86.3

87.4

2.4抗车辙剂改性机理分析

(1)增大集料的粘结性能:抗车辙剂在与集料的拌和过程中,将会部分粘附在集料上,通过自身较好的粘结作用从而增大了集料粘结性能。(2)对沥青进行改性:拌和过程中,抗车辙剂将会在沥青中部分溶解,通过两者之间的胶结作用从而提高沥青的粘度及软化点温度。(3)加筋及增强韧性的作用:对于复合聚合物型抗车辙剂,其与沥青混合料在加热拌和过程中逐渐发生软化,使得聚合物中的微结晶区形成塑料纤维,在胶结料体系中起到加筋作用,加大了相互作用力,进而增强了沥青混合料的整体性能,使得混合料承载性能增强,韧性得到提高,同时降低了混合料的渗透性能。