摘 要:
本文利用法國標準對直投式高模量瀝青混合料進行瀝青混合料配合比設(shè)計以及路用性能試驗。研究表明:添加高模量劑后,瀝青混合料性能大大提高。使直投式高模量瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和抗疲勞性均達到設(shè)計要求瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。直投式高模量瀝青混合料應(yīng)用于高速公路面層的鋪筑是可行的,具有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:直投式高模量;瀝青混合料;全厚式瀝青路面;配合比設(shè)計
全厚式瀝青混凝土路面是一種厚層瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu),一般直接修筑在路基上。全厚式瀝青路面相較于傳統(tǒng)的半剛性基層瀝青混凝土路面,總厚度更為輕薄,不僅能夠有效降低建設(shè)成本,而且顯著減少了疲勞裂縫的出現(xiàn)概率。一旦發(fā)生破壞,其影響主要集中于路面結(jié)構(gòu)的表面層,易于維護和修復(fù) [1]。因此,全厚式瀝青路面因其卓越的耐久性,受到業(yè)界廣泛的認可與推崇,成為了長壽命路面的理想選擇。法國等國家都紛紛開展了全厚式長壽命路面的研究及應(yīng)用,并且都取得了良好的成績 [2]。直投式高模量瀝青混合料(以下簡稱 GAC-20)因其良好的骨架效果,抗疲勞、抗?jié)B、抗車轍性能優(yōu)異,適用于高溫多雨地區(qū)的高速公路中面層鋪裝 [3]。GAC-20 在法國乃至歐洲已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用和驗證。想要將 GAC-20 應(yīng)用于全厚式瀝青混凝土路面,需要對其路用性能進行驗證,而目前在國內(nèi)未見大量的相關(guān)應(yīng)用及研究。因此,為探尋 GAC-20 的性能,本文將利用《法國瀝青混合料設(shè)計指南》試驗方法進行瀝青混合料配合比設(shè)計以及路用性能試驗等。
1 室內(nèi)試驗
本試驗選用 70# 基質(zhì)瀝青,集料為公稱最大粒徑20 mm 石灰?guī)r,高模量劑為法國 PR INDUSTRIE 公司生產(chǎn)的 PR MODULUS 瀝青混合料高模量改性劑(摻量0.4%)。采用法國高模瀝青混合料測試方法進行試驗,具體設(shè)計過程如圖 1 所示:
瀝青的各項技術(shù)指標根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》JTG E20-2011 的試驗要求分別進行了測試。試驗結(jié)果見表 1,該瀝青的各項指標均符合規(guī)范規(guī)定。
2 瀝青混合料配合比設(shè)計
2.1 原材料試驗
集料中,粒徑 3~5 mm 和 0~3 mm 兩檔料的粉料過多,因此集料篩分前進行了反復(fù)水洗,以去除過多的粉料。瀝青混合料合成級配結(jié)果如圖 2 所示。
2.2 級配調(diào)試
2.2.1 旋轉(zhuǎn)壓實原理
旋轉(zhuǎn)壓實原理:在圓柱形模具中放入瀝青混合料,按照一定角度和速率將混合料在模具中進行旋轉(zhuǎn)壓實,測試時需要確保有足夠的壓實溫度。在壓實過程中混合料同時受到旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的剪切力以及靜壓力的影響,如圖 3 所示。
2.2.2 空隙率計算
法國空隙率計算公式如式(1)所示:
2.3 確定瀝青含量
分別采用瀝青含量 4.6%、4.8% 和 5.0% 進行法國旋轉(zhuǎn)壓實成型,測量空隙率,選取最佳瀝青含量。試樣按法國標準空隙率測定,結(jié)果見表 2,我國標準空隙率的測定和結(jié)果如表 3 所示。
在法國的混合料設(shè)計中,通過豐度系數(shù) K 來控制膠結(jié)料的用量。要求豐度系數(shù) K 應(yīng)大于 3.4。同時綜合考慮經(jīng)濟性,K 根據(jù)式(2)和式(3)計算:
3 直投式高模量瀝青混合料路用性能評價
3.1 水穩(wěn)定性
水穩(wěn)定性檢測采用法國瀝青混合料設(shè)計方法,采用多列士測試(EN 12697-12)??箟簭姸仍俑鶕?jù)試驗中試件破壞荷載的最大值進行測算?;旌狭系目顾畵p害性能為浸水后強度 r 和無浸水強度 R 之間的強度比。計算抗壓強度比 ITSR,根據(jù)下面的公式(4):
從圖 4 中可以看到,兩組試件在三萬次變形時變形率 Pi 都小于 7.5%,可以得出瀝青混合料在加入高模量劑后,高溫穩(wěn)定性良好。
3.3 梯形梁疲勞性能
根據(jù)法國梯形梁疲勞試驗方法進行試驗,所得的梯形梁兩點疲勞測試結(jié)果見表 6:
根據(jù)法國標準要求,瀝青混合料的疲勞壽命應(yīng)大于106/ 次,加入高模量劑的 GAC-20 瀝青混合料均符合規(guī)范要求。因此可證明,加入高模量劑的 GAC-20 瀝青混合料抗疲勞性能良好。
4 結(jié)論
本文利用法國標準對一種適用于全厚式直投式高模量瀝青混合料進行了瀝青混合料配合比設(shè)計以及其一系列路用性能試驗研究,結(jié)果表明:
(1)GAC-20 瀝青混合料的水敏感性指標 ITSR 為92.3%,高于典型瀝青混合料的通用水平,滿足設(shè)計使用要求;
(2)GAC-20 瀝青混合料在 60℃條件下車轍試驗的變形率 Pi 小于 7.5%,滿足設(shè)計使用要求;
(3)GAC-20 瀝青混合料疲勞壽命大于 106/ 次,滿足設(shè)計使用要求;
綜上,將 GAC-20 瀝青混合料應(yīng)用于高速公路面層的鋪筑是可行的,具有廣泛的應(yīng)用前景。
參考文獻:
[1] 劉鋒 , 李剛 , 丁小軍 . 法國規(guī)范體系下全厚式瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 [J]. 公路 ,2008,(09):139-142.
[2] 張揚 . 全厚式長壽命路面的龍江“首秀”[J]. 中國公路 ,2023 (20):53-55.
[3] 劉志清 . 直投式高模量改性瀝青混合料的應(yīng)用與適應(yīng)性分析 [J]. 工程技術(shù)研究 ,2021,6(16):137-138.
原創(chuàng)作者:鄧陳記 1,霍斌 1,劉姍 2,張曉萌 2,徐希忠 2,吳文娟 2,1. 安徽省交通控股集團有限公司,安徽 合肥 230041;2. 山東省交通科學(xué)研究院