抗車(chē)轍性能的多碎石瀝青混凝土骨架狀態(tài)分析

多碎石瀝青混凝土SAC

為探索格柵層位對(duì)加筋瀝青混凝土抗車(chē)轍性能影響的內(nèi)在規(guī)律,采用10cm深車(chē)轍試模對(duì)不同格柵層位的瀝青混凝土進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn),實(shí)測(cè)蠕變參數(shù),建立粘彈性有限元模型,對(duì)不同深度的車(chē)轍模型進(jìn)行最大剪應(yīng)力計(jì)算,最后將二者對(duì)比分析.結(jié)果表明:格柵越靠近加載面,瀝青混凝土的高溫抗車(chē)轍效果越好,原因是格柵鋪設(shè)于瀝青混凝土中最大剪應(yīng)力附近;格柵距離加載面一定位置時(shí),瀝青混凝土的最大剪應(yīng)力增大,但瀝青混凝土的抗車(chē)轍能力依然比未鋪設(shè)格柵時(shí)的好.分析方法與所得結(jié)論對(duì)瀝青層結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)具有一定的應(yīng)用價(jià)值.

通過(guò)分析瀝青混凝土壓實(shí)過(guò)程的影響因素，并考慮多碎石瀝青混凝土(sac)的級(jí)配和特點(diǎn)，提出了多碎石瀝青混凝土(sac)壓實(shí)工藝要求及注意事項(xiàng)，以便在施工中保證多碎石瀝青混凝土(sac)的現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度，實(shí)現(xiàn)其優(yōu)良性能。

該文通過(guò)試驗(yàn)研究,系統(tǒng)分析了多碎石瀝青混凝土(sac)的路用性能,包括馬歇爾穩(wěn)定度、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定度、疲勞耐久性和抗滑性能,研究了添加木質(zhì)素纖維對(duì)多碎石瀝青混凝土性能的影響,最后與密級(jí)配瀝青混凝土進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明,多碎石瀝青混凝土是一種性能優(yōu)良的瀝青混和料。

用貝雷法級(jí)配參數(shù)對(duì)多碎石瀝青混凝土級(jí)配組成進(jìn)行了分析,同時(shí)與sma、美國(guó)texas洲的cmhb以及superpave級(jí)配做比較,最后對(duì)多碎石瀝青混凝土應(yīng)用中注意的問(wèn)題加以討論。結(jié)果表明:早期提出的sac級(jí)配易產(chǎn)生離析現(xiàn)象,且細(xì)料部分級(jí)配不合理,這是多碎石瀝青混合料發(fā)生早期破壞的原因之一。還根據(jù)貝雷法和superpave級(jí)配,對(duì)sac的級(jí)配進(jìn)行了修正,并提出了技術(shù)要求。

多碎石瀝青混凝土sac,是我國(guó)自主研究開(kāi)發(fā)成功的粗集料斷級(jí)配瀝青混凝土。它從1988年誕生到目前,已經(jīng)歷了16年。在這個(gè)艱難漫長(zhǎng)的歲月中,它像一顆充滿生機(jī)和活力的幼苗,沖破重重阻力逐漸成長(zhǎng),現(xiàn)已趨向成熟。經(jīng)過(guò)16年的不懈努力、潛心研究,從最初只用sac16做抗滑表層,發(fā)展到今天,已經(jīng)可以在高速公路上使用sac10～sac16做表面層,使用sac20和sac25做中面層,以及使用sac25和sac30做底面層的系列礦料級(jí)配。

多碎石瀝青混凝土作為一種新型的級(jí)配,自1988年至今已在1000多公里的高速公路上使用。其中95%的路段采用了sac-16,其余的采用了sac-13。多碎石瀝青混凝土是粗集料斷級(jí)配的瀝青混凝土,它既能提供要求的表面構(gòu)造深度,又具有較小的空隙率,同時(shí)又具有較好的抗變形能力,而且不增加工程造價(jià)。

在振動(dòng)成型材料設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)之上,試驗(yàn)研究不同纖維摻入量及不同纖維長(zhǎng)度時(shí)級(jí)配碎石的抗車(chē)轍能力,分析了在路面結(jié)構(gòu)中摻加纖維參數(shù)對(duì)級(jí)配碎石抗車(chē)轍能力的影響規(guī)律,試驗(yàn)結(jié)果表明,摻入一定量的纖維,可以提高級(jí)配碎石抵抗車(chē)轍的能力,這為獲得高性能的級(jí)配碎石柔性基層材料提供理論基礎(chǔ).

瀝青混凝土抗車(chē)轍劑研究及應(yīng)用

從壓密變形和剪切流動(dòng)變形進(jìn)行計(jì)算分析,基于abaqus有限元軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬,得出路面車(chē)轍和瀝青厚度的關(guān)系.

以2.36mm作為粗細(xì)集料的分界篩孔尺寸,將級(jí)配曲線分為粗段與細(xì)段兩部分。采用分段設(shè)計(jì)思想,依據(jù)分界篩孔的通過(guò)率設(shè)計(jì)了3種公稱(chēng)最大粒徑瀝青混凝土混合料的15種級(jí)配。通過(guò)粗集料振實(shí)試驗(yàn)、瀝青混凝土混合料馬歇爾擊實(shí)與車(chē)轍試驗(yàn),研究了礦料級(jí)配對(duì)混合料體積特性與抗車(chē)轍性能的影響。結(jié)果表明:級(jí)配明顯影響混合料的體積參數(shù)與組成結(jié)構(gòu)形態(tài),是抗車(chē)轍性能的顯著影響因素。當(dāng)分界篩孔的通過(guò)率設(shè)計(jì)適當(dāng)時(shí),瀝青混凝土混合料為骨架密實(shí)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)最好的抗車(chē)轍性能。

通過(guò)對(duì)同種級(jí)配不同種類(lèi)瀝青生產(chǎn)的瀝青混合料,不同試驗(yàn)溫度下瀝青混合料的抗車(chē)轍能力,不同配合比設(shè)計(jì)方法生產(chǎn)的瀝青混合料對(duì)路面高溫抗車(chē)轍能力的評(píng)價(jià)分析,科學(xué)的提出改善和提高瀝青混合料抗車(chē)轍性能的注意事項(xiàng)和影響因素。

為了明確輪壓和溫度對(duì)瀝青混合料抗車(chē)轍性能的影響規(guī)律,利用能夠調(diào)控荷載和溫度的車(chē)轍試驗(yàn)儀,對(duì)ac-20進(jìn)行了40～70℃時(shí)不同輪壓情況下的車(chē)轍試驗(yàn),分析了輪壓與試驗(yàn)溫度對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度、車(chē)轍深度指標(biāo)的影響規(guī)律,給出了相關(guān)計(jì)算公式。試驗(yàn)結(jié)果表明,輪壓(軸載)和溫度對(duì)瀝青混合料的抗車(chē)轍性能具有顯著的影響,輪壓每增大0.15mpa,動(dòng)穩(wěn)定度將降低約30%,車(chē)轍深度將增大23%～55%;溫度每升高10℃,動(dòng)穩(wěn)定度將減低約37%,車(chē)轍深度將增大10%～42%,這些成果有助于掌握瀝青混合料抗車(chē)轍性能的影響因素及其規(guī)律。

為了明確輪壓和溫度對(duì)瀝青混合料抗車(chē)轍性能的影響規(guī)律,利用能夠調(diào)控荷載和溫度的車(chē)轍試驗(yàn)儀,對(duì)ac-20進(jìn)行了40～70℃時(shí)不同輪壓情況下的車(chē)轍試驗(yàn),分析了輪壓與試驗(yàn)溫度對(duì)動(dòng)穩(wěn)定度、車(chē)轍深度指標(biāo)的影響規(guī)律,給出了相關(guān)計(jì)算公式.試驗(yàn)結(jié)果表明,輪壓(軸載)和溫度對(duì)瀝青混合料的抗車(chē)轍性能具有顯著的影響,輪壓每增大0.15mpa,動(dòng)穩(wěn)定度將降低約30％,車(chē)轍深度將增大23％～55％；溫度每升高10℃,動(dòng)穩(wěn)定度將減低約37％,車(chē)轍深度將增大10％～42％,這些成果有助于掌握瀝青混合料抗車(chē)轍性能的影響因素及其規(guī)律.

為提高瀝青中面層的抗車(chē)轍能力,開(kāi)展了sbs改性瀝青混凝土ac-20中摻加抗車(chē)轍劑（pr）的復(fù)合改性研究。通過(guò)室內(nèi)車(chē)轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)及凍融劈裂試驗(yàn)研究了3種摻量（分別占瀝青混凝土質(zhì)量數(shù)的0.2%,0.4%,0.6%）抗車(chē)轍劑對(duì)sbs改性ac-20高溫性能、低溫性能及水穩(wěn)定性的影響,并確定了適宜的摻量。結(jié)果顯示：與參照瀝青混凝土（無(wú)抗車(chē)轍劑的sbs改性ac-20）相比,復(fù)合改性ac-20的高溫性能得到顯著改善,水穩(wěn)定性和低溫性能略有下降;綜合復(fù)合改性ac-20的高、低溫性能及工程經(jīng)濟(jì)性,確定抗車(chē)轍劑適宜的摻量為0.3%。

文章結(jié)合寧海公路管理局的工作實(shí)際--為貫徹實(shí)施“科技興交”戰(zhàn)略，大力推進(jìn)“四新”技術(shù)，努力搞好科技創(chuàng)新工作，交通科技項(xiàng)目《多碎石瀝青混凝土（sac）的研究與應(yīng)用》經(jīng)寧波市交通局批準(zhǔn)立項(xiàng)(甬交科[2004]148號(hào)),經(jīng)過(guò)近六個(gè)月的不斷研究、試驗(yàn)和試鋪應(yīng)用，掌握了多碎石瀝青混凝土sac—13型的級(jí)配范圍、技術(shù)指標(biāo)和施工要點(diǎn)，以求交流、推廣應(yīng)用。

試驗(yàn)研究表明,加入duroflex添加劑后,瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度顯著增加,duroflex可明顯改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性,防止車(chē)轍病害的產(chǎn)生。

基于車(chē)轍的產(chǎn)生機(jī)理及影響因素,采用粘彈性方法,建立瀝青混凝土路面的有限元模型,并利用大型商業(yè)化有限元軟件abaqus對(duì)中面層結(jié)構(gòu)對(duì)路面抗車(chē)轍性能的影響進(jìn)行分析。結(jié)果表明:在相同的荷載條件下不同的中面層結(jié)構(gòu)和材料對(duì)瀝青路面抗車(chē)轍能力有較大的影響。因此,為了防治車(chē)轍的產(chǎn)生,應(yīng)該在路面設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)路面結(jié)構(gòu)中中面層的抗車(chē)轍能力進(jìn)行充分考慮。

采用動(dòng)穩(wěn)定度ds、相對(duì)變形δ和綜合穩(wěn)定系數(shù)csi評(píng)價(jià)瀝青穩(wěn)定碎石atb-30的高溫性能,以全面考察礦料級(jí)配和外加劑的影響。對(duì)3種級(jí)配的atb-30進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn),分析了骨架嵌擠指數(shù)ivca與ds、δ和csi的關(guān)系;對(duì)摻不同外加劑和劑量的atb-30進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn),分析不同外加劑和摻量對(duì)高溫性能的影響。研究結(jié)果表明,骨架嵌擠指數(shù)ivca與ds、δ和csi具有良好的相關(guān)性,ivca越小、級(jí)配骨架性越好,則混合料的高溫性能越好;摻入外加劑能大幅提高atb-30的高溫性能,且隨著外加劑劑量的增加,混合料的高溫性能也大幅增大,不同的外加劑的效果存在較大差距;比起調(diào)整礦料級(jí)配,添加抗車(chē)轍劑是提高atb-30高溫性能的更為有效的措施。

通過(guò)大量室內(nèi)的馬歇爾和車(chē)轍試驗(yàn),分析了瀝青瑪蹄脂碎石混合料(sma)的礦料級(jí)配、溫度、碾壓次數(shù)及瀝青用量對(duì)其高溫性能的影響。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,得出礦料級(jí)配、碾壓溫度與次數(shù)、佳瀝青用量等結(jié)果,對(duì)同類(lèi)施工具有參考意義。

　sac是一種級(jí)配類(lèi)型介于ac和sma之間的多碎石瀝青,適用于高等級(jí)公路的瀝青抗滑表層。文章對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇及施工控制與應(yīng)用方面進(jìn)行了探討。

文章詳細(xì)介紹了基于superpave體系的密級(jí)配瀝青碎石設(shè)計(jì)思路,并結(jié)合老集高速公路的應(yīng)用實(shí)踐,討論了大碎石柔性基層的混合料設(shè)計(jì)、施工工藝等問(wèn)題。