摘 要：
通過(guò)漢堡車轍儀對(duì)環(huán)境、級(jí)配(粗細(xì))、木質(zhì)素纖維摻量、溫度進(jìn)行均勻正交試驗(yàn)及方差 分析,檢驗(yàn)瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)高溫穩(wěn)定性影響因素。結(jié)果表明,不同因素對(duì)混合料高 溫性能的影響差異明顯,環(huán)境>級(jí)配(粗細(xì))>溫度>木質(zhì)素纖維摻量;在不同環(huán)境中,高溫性能影 響強(qiáng)弱為水浴>空氣浴;不同級(jí)配混合料中,高溫性能優(yōu)劣依次為粗>中>細(xì);在高溫重載條件 下,不論是在空氣中還是水浴中,SMA—13均具備較好的高溫穩(wěn)定性;使用60 ℃ 作為評(píng)價(jià)控制溫 度,在空氣或水浴環(huán)境下均能較好地評(píng)價(jià)SMA—13瀝青混合料的高溫性能。
關(guān)鍵詞：公路;重載交通;瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA);高溫穩(wěn)定性
近年來(lái),隨著交通量及車輛軸載的急劇增加,瀝 青路面出現(xiàn)了較多不良病害瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。尤其是南方地區(qū)受高 溫環(huán)境作用的影響,重載高溫下的瀝青路面承受更 多考驗(yàn)。而中國(guó)應(yīng)用最廣泛的普通密級(jí)配瀝青混合 料受級(jí)配組成理論所限,很難較好地解決這一問(wèn)題。瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)是在德國(guó)澆注式瀝 青砼的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種新型混合料,其主要 依靠間斷級(jí)配理論和纖維瀝青膠漿填充理論,近年 在湖南、江西、廣西、廣東等南方地區(qū)得到推廣應(yīng)用。但由于南方地區(qū)存在的重載交通導(dǎo)致SMA路面高 溫穩(wěn)定性較難控制。該文對(duì)環(huán)境、級(jí)配(粗細(xì))、木質(zhì) 素纖維摻量、溫度等高溫穩(wěn)定性影響因素展開研究, 為提高SMA高溫穩(wěn)定性提供參考。
1 原材料性能
1. 1 瀝青
采用殼牌SBS改性瀝青,其性能指標(biāo)達(dá)到中國(guó)I—D、SHRP PG76—22級(jí)要求(見表1) 。
1. 2 集料填料
考慮到中國(guó)嚴(yán)重的重載和超載情況,根據(jù)國(guó)內(nèi) 大量研究成果,巖石的硬度較高或石質(zhì)較好的粗集 料有利于混合料的抗車轍性能。集料采用廣西貴港 輝綠巖,礦粉由石灰?guī)r磨細(xì)而成,同時(shí)采用32. 5 MPa水泥提高集料與瀝青的黏附性。各集料的技 術(shù)指標(biāo)見表2、表3。
1.3 纖維
采用江蘇理想環(huán)球新材料有限公司生產(chǎn)的絮狀木質(zhì)素纖維,其技術(shù)指標(biāo)見表4。
1. 4 合成級(jí)配
采用SMA—13級(jí)配,通過(guò)搗實(shí)試驗(yàn)確定搗實(shí) 骨架間隙率VCADRC ,然后根據(jù)設(shè)計(jì)級(jí)配選取3組不同的級(jí)配,其差異主要以4. 75 mm 篩孔通過(guò)率來(lái) 反映。合成級(jí)配見表5。
由表5 可知:3組級(jí)配通過(guò)控制4. 75 mm 篩孔 通過(guò)率來(lái)實(shí)現(xiàn),填料為水泥與礦粉的混合物(水泥:礦粉=2: 7) , 控制空隙率3%~4. 5%為最佳油石比 初選依據(jù)。成型馬歇爾試件進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果見表6。
由表6 可知:1# 級(jí)配(粗)、2# 級(jí)配(中)、3# 級(jí) 配(細(xì))的最佳油石比分別為6. 5% 、6. 2% 、5. 9% 。
2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
通過(guò)均勻正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)探討環(huán)境、級(jí)配(粗細(xì))、木質(zhì)素纖維摻量、溫度對(duì)SMA 高溫穩(wěn)定性的影響 程度及對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo),采用德infraTest 輪碾成型 機(jī)成型試件、infraTest漢堡車轍儀進(jìn)行試驗(yàn)。
2. 1 影響因素
油石比與級(jí)配固定對(duì)應(yīng),因此選取油石比與級(jí) 配(粗細(xì))、木質(zhì)素纖維摻量、溫度(空氣、水浴溫度) 作為分析對(duì)象,每個(gè)因素選取3 個(gè)水平進(jìn)行正交試 驗(yàn)(見表7) 。
2. 2 評(píng)價(jià)指標(biāo)
瀝青混合料高溫性能的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為馬歇爾 穩(wěn)定度及車轍動(dòng)穩(wěn)定度?？紤]到歐盟EN 12697—22規(guī)范《熱拌瀝青混合料的輪轍試驗(yàn)方法》、美國(guó) AASHTO T324—04《漢堡車轍儀規(guī)范》及中國(guó)規(guī)范 JTG E20—2011《瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》中瀝 青混合料車轍試驗(yàn)的參數(shù)設(shè)置、條件均有所不同,主要按照歐盟EN 12697—22、美國(guó)AASHTO T324—04的試驗(yàn)參數(shù)及條件設(shè)置,空氣浴下試驗(yàn)輪載使 用橡膠輪,水浴下試驗(yàn)輪載使用鋼輪。為更好地模 擬重載交通下瀝青路面的性能,荷載選為1. 4 Mpa ,高于國(guó)內(nèi)規(guī)范要求0. 7 Mpa , 加載速率均為52 次/min , 次數(shù)上限為20000次,車轍深度上限為20 mm 。以車轍變形率為評(píng)價(jià)指標(biāo),其值越小,混合料 的高溫穩(wěn)定性能越好。表達(dá)式如下:
3 試驗(yàn)結(jié)果分析
4 結(jié)論
(1) SMA—13在高溫重載條件下性能優(yōu)異,同 時(shí)具有較高的行車舒適性、安全性,建議在高溫、重 載及多雨地區(qū)優(yōu)先作為路面級(jí)配類型使用,以達(dá)到 較好的瀝青路面性能,減少養(yǎng)護(hù)成本。
(2) 在同一環(huán)境下,級(jí)配(粗細(xì))是影響SMA —13高溫穩(wěn)定性的主要因素;溫度高低對(duì)SMA — 13 高溫穩(wěn)定性的影響較大;木質(zhì)素纖維摻量增加可改 善SMA—13的高溫抗車轍性能。
(3) 在水浴中,級(jí)配(粗細(xì))、溫度、木質(zhì)素纖維 摻量對(duì)SMA—13馬歇爾穩(wěn)定度與車轍變形率的影 響均不顯著,說(shuō)明在重載地區(qū),高溫與雨水是SMA 路面的主要影響因素。
(4) 在交通量較大的南方濕熱地區(qū),瀝青路面 面層推薦最佳組合為A1B2, 即粗級(jí)配SMA — 13,木質(zhì)素纖維摻量為0. 4% 。