高模量瀝青混凝土材料組成設(shè)計(jì)方法

1、<p>　　高模量瀝青混凝土材料組成設(shè)計(jì)方法</p><p>　　[摘要]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的不斷加快，城市交通建設(shè)也在不斷的發(fā)展，在車(chē)輛運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中由于天氣、車(chē)輛的載重量、運(yùn)輸頻率等原因的影響，導(dǎo)致瀝青公路出現(xiàn)很多的車(chē)轍，在一定程度上影響了交通的出行，本文就高模量瀝青混凝土材料組成設(shè)計(jì)方法進(jìn)行闡述。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]高模量；瀝青混凝土；材料組成；設(shè)計(jì) <

2、/p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　在當(dāng)前瀝青混凝土公路施工的過(guò)程中主要使用的材料有瀝青、粗集料、細(xì)集料、礦粉、改性劑等材料組成，在施工的過(guò)程中我們要對(duì)各種材料進(jìn)行合理的配比，來(lái)提高瀝青混凝土的施工質(zhì)量。 </p><p>　　二、3

3、種配合比設(shè)計(jì)方法研究現(xiàn)狀 </p><p>　　1、馬歇爾設(shè)計(jì)方法 </p><p>　　馬歇爾設(shè)計(jì)方法是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的設(shè)計(jì)方法。馬歇爾法由密西西比州公路局的布魯斯·馬歇爾提出，由美國(guó)陸軍工程兵部隊(duì)加以改進(jìn)并增加某些性能，已作為ASTMD1559和AASHTOT245的正式方法固定下來(lái)。馬歇爾法需要進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)穩(wěn)定度、流值與密度、孔隙率進(jìn)行分析，提出合適

4、的瀝青混合料。馬歇爾法的優(yōu)點(diǎn)是它注意到瀝青混合料的密實(shí)度和孔隙特性，進(jìn)行這樣的分析以強(qiáng)調(diào)合適的孔隙特性以獲得耐久的混合料。 </p><p>　　2、Superpave設(shè)計(jì)方法 </p><p>　　Superpave(SuperiorPerformingAsphaltPavements)設(shè)計(jì)方法是美國(guó)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃(SHRP)的重要研究成果，目前Super-pave設(shè)計(jì)方法在我國(guó)已經(jīng)得

5、到了一定程度的應(yīng)用推廣，并且有較好的應(yīng)用效果。Superpave體系包括性能基礎(chǔ)上的瀝青材料特性與設(shè)計(jì)環(huán)境條件，通過(guò)控制車(chē)轍、低溫開(kāi)裂和疲勞開(kāi)裂來(lái)改善性能。 </p><p>　　3、高模量設(shè)計(jì)方法 </p><p>　　法國(guó)公路管理局在總結(jié)一系列研究成果的基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)90年代初制定了一套與性能相關(guān)的瀝青混合料設(shè)計(jì)規(guī)范體系。迄今為止，該規(guī)范因其獨(dú)創(chuàng)性和先進(jìn)性一直被歐共體其他國(guó)家所借鑒

6、。法國(guó)高模量瀝青混合料設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明高模量瀝青混合料設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的問(wèn)題是處理好模量、高溫穩(wěn)定性和疲勞三者之間的關(guān)系。在高模量瀝青混合料應(yīng)用的早期，是采用硬度較大的瀝青和較高的膠結(jié)料含量。硬質(zhì)瀝青的針入度一般小于25(0.1mm)，達(dá)到提高混合料的模量和高溫穩(wěn)定性的目的，采用高的膠結(jié)料含量提高混合料的抗疲勞性能。隨著相關(guān)研究的不斷深入，也開(kāi)始采用添加瀝青巖或其他外加劑的方式獲得高溫穩(wěn)定性、模量性能和疲勞性能相互平衡的高模量瀝青混合料。 <

7、;/p><p>　　三、瀝青混凝土使用材料 </p><p><b>　　1、瀝青 </b></p><p>　　在影響瀝青路面使用性能和使用壽命的眾多因素中,瀝青膠結(jié)料不容忽視。規(guī)范中規(guī)定高速公路、一級(jí)公路,夏季溫度高、高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、重載交通、山區(qū)及丘陵區(qū)上坡路段,服務(wù)區(qū)、停車(chē)場(chǎng)等行車(chē)速度慢的路段,尤其是汽車(chē)荷載剪應(yīng)力大的層次,宜采用稠度大、6

8、0e粘度大的瀝青;瀝青等級(jí)中,A級(jí)瀝青適用于各等級(jí)公路、任何場(chǎng)合和層次。故本文選用A級(jí)中海70#瀝青,且要求針入度范圍為60一70。 </p><p>　　表170#瀝青技術(shù)指標(biāo) </p><p><b>　　2、集料 </b></p><p><b>　?。ㄒ唬⒋旨?</b></p><p>

9、　　在瀝青路面材料中,粗集料具有支撐荷載的作用,而HMAC對(duì)粗集料的要求會(huì)更高,必須具有足夠的強(qiáng)度。依據(jù)瀝青混合料強(qiáng)度理論,提高瀝青混合料模量的途徑有多種,僅從粗集料性質(zhì)而言,可采用強(qiáng)度高、棱角性好的石料。咸陽(yáng)彬縣石灰?guī)r石料壓碎值、磨耗值、堅(jiān)固性均較小,表明石料抗破碎能力較強(qiáng)、堅(jiān)硬,且耐磨和耐久性較好;并嚴(yán)格限制針片狀顆粒和軟石含量。為確保HMAC采用粗集料為堅(jiān)韌的優(yōu)質(zhì)石料,將壓碎值、磨耗值和針片狀含量作為粗集料強(qiáng)度的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。 &

10、lt;/p><p>　　表2粗集料技術(shù)性質(zhì) </p><p><b>　?。ǘ┘?xì)集料 </b></p><p>　　細(xì)集料主要是填充粗集料骨架間隙,使集料級(jí)配具有較大的密實(shí)度。同樣要求顆粒形狀近于立方體,且富有棱角性。細(xì)集料的棱角性適用于評(píng)價(jià)細(xì)集料顆粒的表面構(gòu)造和粗糙度,預(yù)測(cè)細(xì)集料對(duì)瀝青混合料的內(nèi)摩擦角和抗流動(dòng)變形性能的影響。SHRp中棱角性定義

11、為通過(guò)2.36篩孔集料的未壓實(shí)(松方)空隙率。我國(guó)規(guī)范對(duì)細(xì)集料棱角性的測(cè)量采用流動(dòng)時(shí)間法,即測(cè)定一定體積的細(xì)集料全部通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)漏斗所需要的流動(dòng)時(shí)間。已有研究表明,細(xì)集料的棱角性對(duì)確保混合料高的內(nèi)摩阻力和抗車(chē)轍能力至關(guān)重要,而提高內(nèi)摩阻力有助于獲得較高的模量,故將細(xì)集料棱角性作為主要的控制技術(shù)指標(biāo)。 </p><p>　　表3細(xì)集料技術(shù)性質(zhì) </p><p><b>　　3、礦粉 &

12、lt;/b></p><p>　　在瀝青混合料中,礦粉與瀝青形成膠漿,對(duì)混合料的強(qiáng)度有很大影響,HMAC的礦粉采用堿性石料,如石灰?guī)r、白云石磨細(xì)的粉料。 </p><p><b>　　表4礦料合成級(jí)配 </b></p><p><b>　　4、改性劑 </b></p><p>　　瀝青改性是一

13、個(gè)物理共混過(guò)程,改性劑與瀝青的充分混溶是改善瀝青性能的基本前提。在此基礎(chǔ)上,改性劑吸附瀝青中的輕質(zhì)組分而發(fā)生溶脹,己溶脹的改性劑又與瀝青其余組分相互作用,從而形成一種新結(jié)構(gòu)體系,加之此種改性劑自身的固有特性而使瀝青性能得到相應(yīng)的改善。在研磨過(guò)程中以及在穩(wěn)定劑或催化劑的作用下,會(huì)發(fā)生斷鏈與交聯(lián)反應(yīng),形成一些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而使改性瀝青粘度與貯存穩(wěn)定性得到提高。與以上改性機(jī)理不同,把改性劑PRA直接加入到瀝青混合料中,不僅與瀝青發(fā)生溶脹,與集料

14、也有物理作用:改性劑在高溫時(shí)軟化,在壓實(shí)過(guò)程中熱成型,填充集料骨架中的空隙,同時(shí)由于熱集料的擠壓,使其發(fā)生嚴(yán)重的變形。冷卻后相互交織起來(lái),在集料骨架中搭橋形成嵌擠、加筋和膠結(jié)作用。 </p><p>　　表5 改性劑技術(shù)性能 </p><p>　　四、高模量浙青混凝土配合比設(shè)計(jì) </p><p>　　浙青混合料配合比設(shè)計(jì)方法主要有馬歇爾方法和Superpave方法兩

15、種,而用馬歇爾方法進(jìn)行筋青混合料的配合比設(shè)計(jì)在我國(guó)使用廣泛,并且是我國(guó)公路浙青路面施工技術(shù)相關(guān)規(guī)范推薦使用的方法,因此本試驗(yàn)決定采用和我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范相一致的馬歇爾設(shè)計(jì)方法進(jìn)行高模量浙青混凝土配合比設(shè)計(jì)。馬歇爾方法進(jìn)行高模量浙青混合料的配合比設(shè)計(jì)時(shí),考慮了浙青混合料的空隙特想以及密實(shí)度的相關(guān)要求,從而獲得耐久性能較高的浙青混合料,而且在對(duì)高模量浙青混合料配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)研究時(shí),由于添加了高模量添加劑,導(dǎo)致高模量浙青混合料的一些物理參數(shù)發(fā)生了改

16、變,必須對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析研究,對(duì)試驗(yàn)參數(shù)做必要的調(diào)整,因此對(duì)高模量浙青混合料的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)研究,可以促進(jìn)高模量浙青混凝土在我國(guó)的進(jìn)一步推廣使用。 </p><p>　　1、高模量添加劑的添加步驟 </p><p>　　本試驗(yàn)采用的高模量添加劑是法國(guó)PR公司生產(chǎn)的PRFLEXModule高模量添加劑,PRFLEXModule高模量添加劑的添加步驟如下: </p>&

17、lt;p>　　(一)首先將需要的集料倒入拌和器中加熱至190°C。 </p><p>　　(二)按照浙青混合料總質(zhì)量的百分比加入一定量的PR FLEXModule高模量添加劑,用0s,15s,30s進(jìn)行干拌,并且在170°C是加入一定量的浙青并進(jìn)行仔細(xì)的觀察,做相應(yīng)的抽提試驗(yàn),從而確定最佳的拌和時(shí)間。 </p><p>　　(三)得到最佳的拌和時(shí)間以后,對(duì)加入PR

18、 FLEXModule高模量添加劑的AC-20、AC-25、EME14、EME20、Sup20、Sup25級(jí)配的高模量浙青混合料進(jìn)行試驗(yàn),并且將實(shí)驗(yàn)結(jié)果和不添加PRFLEXModule高模量添加劑的普通浙青混合料的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比,從而確定最佳的浙青用量。 </p><p>　　2、拌和時(shí)間的確定 </p><p>　　合理確定瀝青混合料的拌和時(shí)間非常關(guān)鍵,它直接關(guān)系到浙青混合料的運(yùn)輸

19、、攤鋪以及碾壓環(huán)節(jié),影響著施工的速度。從施工的過(guò)程來(lái)看,拌和時(shí)間過(guò)短,瀝青混合料不容易攪拌均勻,高模量浙青混合料的質(zhì)量就不容易保證,但是如果拌和時(shí)間過(guò)程,出料就慢,造成生生產(chǎn)率降低,造成浙青針入度的損失加快,加快了浙青的老化,這樣會(huì)嚴(yán)重影響高模量浙青混凝土路面的路用性能,使浙青混凝土路面產(chǎn)生各種病害,因此在進(jìn)行高模量浙青混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí),必須確定合理的浙青混合料的拌和時(shí)間。 </p><p>　　3、高模量瀝青

20、混合料拌和溫度 </p><p>　　PRFLEXModule高模量添加劑的外形成顆粒狀,試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),PRFLEXModule遇到高溫環(huán)境容易凝結(jié)成團(tuán),PRFLEXModulel75°C到ISCTC的環(huán)境下和集料干拌15秒,可以使PRFLEXModule高模量添加劑迅速軟化成為扁平狀,這PRFLEXModule和周?chē)募嫌兄己玫南嗳谛阅?PRFLEXModule分散比較均勾,不會(huì)凝結(jié)成團(tuán)。由于高溫梓

21、和對(duì)PRFLEXModule的迅速軟化有利,可以減少高模量浙青混合料的拌和時(shí)間,但是如果拌和溫度太高,會(huì)造成浙青過(guò)早的老化變脆,會(huì)使瀝青的粘結(jié)力減弱,嚴(yán)重影響高模量浙青混凝土的路用性能,因此通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析,決定高模量浙青混凝土的拌和溫度采用175°C。 </p><p>　　圖1馬歇爾體積指標(biāo)與拌和溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系 </p><p>　　4、高模量浙青混凝土擊實(shí)溫度 <

22、/p><p>　　現(xiàn)場(chǎng)的壓實(shí)溫度嚴(yán)重影響著高模量浙青混凝土路面質(zhì)量的好壞,在高溫的環(huán)境下,瀝青混凝土有著良好的流動(dòng)性,這樣比較容易碾壓,使得高模量沏青混凝土路面的壓實(shí)度增加,減小浙青混凝土路面的空隙率,使高模量浙青混凝土路面的路用性能增加。但是如果溫度過(guò)高,就會(huì)造成瀝青的早期老化,瀝青混凝土在碾壓過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)浙青老化變脆以及粘輪的情況,因此必須選擇合理的擊實(shí)溫度。 </p><p>　　圖2馬

23、歇爾各體積指標(biāo)與擊實(shí)溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系 </p><p><b>　　五、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　在混凝土瀝青公路施工的過(guò)程中我們要根據(jù)材料的特性對(duì)材料進(jìn)行合理的配比，提高材料的綜合性能，提高公路的使用壽命。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]倪立