瀝青穩(wěn)定碎石混合料關(guān)鍵路用性能分析

為了評(píng)價(jià)瀝青穩(wěn)定碎石混合料的抗永久變形能力,通過對(duì)三軸受力模型進(jìn)行分析、簡(jiǎn)化,利用無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn),對(duì)瀝青穩(wěn)定碎石混合料的力學(xué)性能和抗剪強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行研究。結(jié)果表明:隨公稱最大粒徑、粗集料含量的增大,內(nèi)摩擦角增大,而粘聚力減小;提高結(jié)合料粘度可以明顯提高粘聚力,而對(duì)內(nèi)摩擦角影響不大;采用基于無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)得到的抗剪強(qiáng)度參數(shù),可以用于瀝青穩(wěn)定碎石混合料設(shè)計(jì)。

瀝青穩(wěn)定碎石混合料的介紹 (2)

瀝青穩(wěn)定碎石混合料的介紹

首先對(duì)atb-25混合料的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,提出了主骨架和亞骨架的分界線,提出了關(guān)鍵篩孔通過率,并用貝雷法對(duì)atb-25混合料的級(jí)配進(jìn)行了分析研究,提出了atb-25級(jí)配貝雷法參數(shù)范圍;對(duì)大馬歇爾擊實(shí)法和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法對(duì)atb-25混合料體積指標(biāo)的影響進(jìn)行了研究,最終推薦使用大馬歇爾法進(jìn)行atb-25混合料的設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)atb-25和ac-25混合料的路用性能進(jìn)行了對(duì)比分析。

采用應(yīng)力控制模式疲勞試驗(yàn),探討了泡沫瀝青穩(wěn)定碎石混合料疲勞特性及其影響因素,分析了泡沫瀝青、水泥和級(jí)配組成對(duì)該混合料疲勞特性的作用,比較了泡沫瀝青穩(wěn)定新集料混合料與泡沫瀝青再生混合料、熱拌瀝青穩(wěn)定碎石混合料的疲勞特性.結(jié)果表明:泡沫瀝青和水泥對(duì)泡沫瀝青穩(wěn)定碎石混合料的疲勞壽命有著顯著的影響;細(xì)級(jí)配組成有助于提高該類混合料的疲勞壽命;泡沫瀝青穩(wěn)定新集料混合料的疲勞壽命不低于泡沫瀝青再生混合料,但是略低于同級(jí)配類型熱拌瀝青穩(wěn)定碎石混合料的疲勞壽命.

為了分析和利用瀝青穩(wěn)定碎石混合料集料級(jí)配分形規(guī)律,基于分形幾何的基本理論,推導(dǎo)出瀝青穩(wěn)定碎石混合料集料的分形幾何模型;以atb-30為例,計(jì)算了集料級(jí)配分維值,并通過瀝青混合料體積參數(shù)的測(cè)試,研究了分形維數(shù)與體積參數(shù)的關(guān)系.結(jié)果表明:規(guī)范級(jí)配范圍對(duì)應(yīng)的atb-30分維值d范圍為2.4117～2.5744;分維值d與空隙率、礦料間隙率、瀝青飽和度、穩(wěn)定度等體積參數(shù)有很好的相關(guān)性.利用集料級(jí)配分形規(guī)律,可對(duì)具有不同分維值d的瀝青穩(wěn)定碎石混合料的體積參數(shù)進(jìn)行預(yù)估,使混合料的配合比設(shè)計(jì)更具針對(duì)性.

借助劈裂強(qiáng)度試驗(yàn),探討了泡沫瀝青混合料強(qiáng)度增長規(guī)律及其影響因素、生產(chǎn)工藝條件對(duì)泡沫瀝青混合料強(qiáng)度的影響以及泡沫瀝青混合料的貯存特性.結(jié)果表明,級(jí)配相同的泡沫瀝青混合料其強(qiáng)度主要受養(yǎng)護(hù)時(shí)間、水泥用量和瀝青用量影響,與瀝青的發(fā)泡效果并沒有顯著關(guān)系;適當(dāng)提高集料溫度有助于增加泡沫瀝青混合料的強(qiáng)度;施工延遲時(shí)間將導(dǎo)致泡沫瀝青混合料的空隙率增加、強(qiáng)度降低.

針對(duì)大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石基層,結(jié)合9種級(jí)配、3種瀝青的瀝青穩(wěn)定碎石混合料,通過大馬歇爾法、superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)體積法、gtm法對(duì)大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石混合料材料組成設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了系統(tǒng)的對(duì)比試驗(yàn)研究;建立了3種混合料設(shè)計(jì)方法之間混合料體積及力學(xué)指標(biāo)的關(guān)系;在此基礎(chǔ)上給出了重載交通條件下大粒徑瀝青穩(wěn)定碎石混合料組成設(shè)計(jì)方法的建議。

本論文研究的目的是選定合理的瀝青穩(wěn)定碎石下面層的礦料級(jí)配。首先,結(jié)合我國現(xiàn)行瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范,并與國外級(jí)配相比較,選取4種級(jí)配,通過低溫彎曲試驗(yàn)和低溫蠕變?cè)囼?yàn)級(jí)配來研究混合料的低溫性能。試驗(yàn)表明,級(jí)配良好的瀝青穩(wěn)定碎石具有優(yōu)良的低溫抗裂性,能夠有效抑制和減少瀝青路面反射裂縫的產(chǎn)生。

評(píng)價(jià)泡沫瀝青混合料的結(jié)構(gòu)抗力,抗疲勞是一項(xiàng)重要指標(biāo).泡沫瀝青混合料的力學(xué)性能介于粒狀材料結(jié)構(gòu)和水泥穩(wěn)定結(jié)構(gòu)之間.泡沫瀝青混合料的疲勞特性低于熱拌瀝青混合料.泡沫瀝青混合料抗疲勞性能低于熱拌瀝青混合料或高質(zhì)量乳化瀝青混合料.

結(jié)合某高速公路排水基層試驗(yàn)路,對(duì)瀝青穩(wěn)定碎石排水基層混合料設(shè)計(jì)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。采用謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)、肯塔堡飛散試驗(yàn)確定瀝青碎石最初瀝青用量范圍,并進(jìn)行水穩(wěn)定性、apa車轍和高溫性能試驗(yàn)檢驗(yàn),最終確定瀝青穩(wěn)定碎石排水基層的最佳瀝青用量。

據(jù)統(tǒng)計(jì),我國95%以上的高等級(jí)公路瀝青路面的基層為半剛性材料。由于它具有強(qiáng)度高、剛度大、整體承載力較高、能節(jié)約瀝青等特點(diǎn),成為我國瀝青路面普遍采用的結(jié)構(gòu)形式。但是,半

在國內(nèi)外對(duì)瀝青穩(wěn)定碎石基層的研究基礎(chǔ)上,對(duì)瀝青穩(wěn)定碎石基層的防止反射裂縫的能力、永久變形能力和疲勞作了進(jìn)一步的分析研究。

簡(jiǎn)要介紹了瀝青穩(wěn)定碎石在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,探討了瀝青穩(wěn)定碎石混合料的配合比設(shè)計(jì),著重分析了atb-30的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性與疲勞特性規(guī)律。

由于材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的差異,不同級(jí)配的瀝青穩(wěn)定碎石混合料的水穩(wěn)定性不盡相同。通過浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn),對(duì)不同瀝青和不同級(jí)配的瀝青穩(wěn)定碎石混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù),討論了瀝青和級(jí)配對(duì)瀝青穩(wěn)定碎石混合料水穩(wěn)定性的影響。

結(jié)合某高速公路排水基層試驗(yàn)路,對(duì)瀝青穩(wěn)定碎石排水基層混合料設(shè)計(jì)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。采用謝倫堡瀝青析漏試驗(yàn)、肯塔堡飛散試驗(yàn)確定瀝青碎石最初瀝青用量范圍,并進(jìn)行水穩(wěn)定性試驗(yàn)、apa車轍試驗(yàn)和高溫性能試驗(yàn)的檢驗(yàn),最終確定瀝青穩(wěn)定碎石排水基層的最佳瀝青用量。

作為一種新型的路面基層材料,對(duì)水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石混合料干縮性能進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明:隨著乳化瀝青的增加,混合料最大干縮應(yīng)變減小,隨著水泥劑量的減小,最大干縮應(yīng)變也有此規(guī)律;隨著水泥劑量的增加,平均干縮系數(shù)逐漸變大,而乳化瀝青劑量較小時(shí)平均干縮系數(shù)較大一些。與水泥乳化瀝青穩(wěn)定碎石混合料相比,水泥穩(wěn)定碎石的最大干縮應(yīng)變要大一些。

瀝青混合料組成設(shè)計(jì)的總目標(biāo)是確定瀝青混合料的最佳組成,而瀝青用量對(duì)混合料的組成有非常重要的影響。在通過大馬歇爾試驗(yàn)確定瀝青穩(wěn)定碎石基層混合料最佳瀝青用量時(shí),穩(wěn)定度和流值可作為檢測(cè)檢驗(yàn)數(shù)據(jù),密度、空隙率和飽和度等體積指標(biāo)則是主要的設(shè)計(jì)依據(jù)。

瀝青穩(wěn)定碎石(atb30)屬于大粒徑瀝青混合料,將其作為結(jié)構(gòu)層對(duì)防止路面反射裂縫等病害有著很好的效果,而混合料的路面質(zhì)量與壓實(shí)過程中的溫度有很大的關(guān)系。文章通過現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn),得到次高溫區(qū)(即混合料表面附近區(qū)域)與常溫區(qū)的溫差和厚度對(duì)atb30混合料降溫速度的影響和混合料各個(gè)層面的溫度下降規(guī)律。

采用三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)對(duì)瀝青穩(wěn)定碎石進(jìn)行疲勞性能研究,分析不同設(shè)計(jì)方法下不同公稱最大粒徑對(duì)混合料疲勞性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,采用superpave法設(shè)計(jì)的混合料的抗疲勞性能最好,但對(duì)應(yīng)力的變化較敏感;依據(jù)公路規(guī)范推薦的級(jí)配中值設(shè)計(jì)的混合料的抗疲勞特性與采用貝雷法設(shè)計(jì)的混合料的抗疲勞特性相當(dāng),但采用貝雷法設(shè)計(jì)的混合料對(duì)荷載應(yīng)力的敏感度最小;粒徑較小、細(xì)集料含量較高、均勻密實(shí)的混合料的抗疲勞性能較好;設(shè)計(jì)方法對(duì)n值和k值有顯著影響,而公稱最大粒徑及其與設(shè)計(jì)方法的交互作用對(duì)n值和k值影響較小。

研究采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)對(duì)不同設(shè)計(jì)方法下的不同公稱最大粒徑混合料進(jìn)行動(dòng)態(tài)彎曲疲勞試驗(yàn),分析不同設(shè)計(jì)方法及公稱粒徑對(duì)混合料疲勞特性的影響大小及規(guī)律,對(duì)瀝青穩(wěn)定碎石混合料的疲勞特性進(jìn)行試驗(yàn)研究,以期為設(shè)計(jì)耐久性較強(qiáng)的瀝青碎石提供參考。

本文采用彎曲試驗(yàn)和低溫彎曲蠕變?cè)囼?yàn),針對(duì)3種典型級(jí)配的瀝青穩(wěn)定碎石基層混合料,進(jìn)行了低溫抗裂性能檢驗(yàn)。分析表明:應(yīng)變能密度臨界值指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫抗裂性能更加科學(xué);瀝青穩(wěn)定碎石礦質(zhì)混合料級(jí)配對(duì)低溫抗裂性影響較大,級(jí)配偏上限有較好的低溫抗裂性能。