大粒径沥青混凝土路用性能研究

摘要:通过三轴试验对大粒径沥青混合料的强度构成参数,即粘聚力c和内摩阻角进行了试验研究,研究了大粒径沥青混合料得高温稳定性、水稳定性及力学性能。研究表明,大粒径沥青混合料具有很好的高温稳定性和抵抗反射裂缝的性能,具有良好得使用效果,可延长路用使用寿命,因而具有较好得经济和社会效益。

Abstract: Through triaxial test on large stone asphalt mixture strength parameters which is the experience research on the cohesion and internal friction angle,large stone asphalt mixture has high temperature stability, water stability and mechanical properties. The results show that large stone asphalt mixture has good thermal stability and resistance to reflective cracking performance which will achieve good effect, extend the pavement life andhas the better economic and social benefits.

关键词:大粒径沥青混合料(LSAM);高温稳定性;水稳定性

Key words: large stone asphalt mixture(LSAM);high temperature stability;water stability

中图分类号:U414 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)09-0152-02

0引言

大粒径沥青混合料(Large-stone Asphlt Mixes,简称LSAM)起源于20世纪的美国,是指含有矿料的最大粒径在25~53mm之间得热拌热铺沥青混合料。它的铺筑厚度一般为最大粒径的2.5倍,一次性铺筑厚度11~13mm。级配良好得LSAM可以抵抗较大的塑性和剪切变形,承受重载交通的作用,具有较好的抗车辙能力,很好的提高了沥青路面的高温稳定性。

1大粒径沥青混凝土内部受力分析

沥青混合料既是一种弹粘塑性体,又是一种多相分散体系。对这种材料进行内部受力研究,其目的就是要考察沥青和骨料在混合料的形成过程中分别所起的作用。我们采用Mohr-Coulomb理论,当采用三轴试验进行研究时,其表达式为:

σ1=σ3+2c

在一定的力学加载条件下,如果材料一定,那么其强度参数c、值是常数,最大主应力σ1和最小主应力σ3之间便具有如下线性关系:σ1=kσ3+b。

将上述两式对等起来,我们便可以最终通过试验方法获得材料的强度参数c、的值,即有:

sin=c=

在σ1和σ3的平面内,如果直线的斜率k和截距b是确定的,那么材料的强度参数也是确定的。本研究就是依据上述方法计算两种LSAM的c、值,并将其与以往得传统沥青混凝土一些实验研究结果进行比较。

1.1 试验设计

1.1.1 原材料性能。沥青的技术指标试验:本试验选用壳牌重交通石油沥青,技术指标针入度(25℃,5s,100g)(1/10mm)为72.5,延度(15℃,5cm/min)大于100cm,软化点49.8℃,密度1.026g/cm3,含蜡量1.4%。选用沥青符合AH-70#的要求。

1.1.2 石料的技术性质。本试验粗集料为石灰岩,细集料为天然砂,填料为石灰石矿粉,集料各项性能指标均符合规范要求。实测各组集料毛体积密度见表1。

1.2 矿料级配及最佳油石比的确定

本试验选用两种LSAM,其中A为紧排骨架密实结构,B为松排骨架密实结构。配时采用逐级回配的方法以中值为目标级配。

经大马歇尔试验确定的LSAM最佳油石比为:A级配类型最佳油石比为3.7%,密度为2.422g/cm3,试件成型密度为2.374g/cm3;B级配类型最佳油石比为3.6%,密度为2.463g/cm3,试件成型密度为2.415g/cm3。

1.3 试件制备

试件成型的压实度标准采用98%,则两种LSAM级配试件成型密度见表2,试件采用静压法成型,尺寸为150mm×150mm。

1.4 三轴试验结果及分析

LSAM的三轴试验,两种不同级配LSAM的三轴试验结果见表2。

1.5 试验总结

1.5.1 本试验提供的LSAM的值在54°左右,c值在0.11~0.15MPa,与传统沥青混凝土相比,虽然LSAM的最佳沥青用量减少,但c值并没有降低,同时值却有了很大幅度的增加,说明LSAM具有良好的抗剪能力,摩阻力和嵌挤力显著高于传统沥青混凝土的摩阻力和嵌挤力。

1.5.2 就LSAM而言,粗集料骨架接触度的不同也会对其c、值产生影响。与松排骨架结构相比,紧排骨架结构的值较大,c值相对较小,说明紧排骨架结构为形成较高的骨架接触度,而使其粘聚力产生了较大的损失,这会直接影响到LSAM的抗水害、抗低温和耐久性能;松排结构A则不同,虽然其值与B相比较小,但c值却明显增大,说明该种结构在粗集料骨架具有较高接触度的同时,注意增加了粘聚力的作用,使其在不降低抗高温性能的同时兼顾到其他各种路用性能,具有较好的综合路用性能。

1.5.3 从对形成强度的贡献率角度上看,传统沥青混凝土的粘聚力和内膜阻力对强度的贡献率基本相同,而LSAM则不同,LSAM的强度形成更多地取决于集料颗粒间接触表面的内膜阻力和嵌挤力,即集料的骨架结构。

2大粒径沥青混凝土高温稳定性分析

沥青混合料的高温稳定性采用60℃车辙试验评价。采用北京慧思迈仪器开发中心研制生产的ZCZO5型全自动双轮车辙试验机,压轮017MPa,试件为用轮碾仪制成30cm×35cm×10cm板,经实验得出:

①普通密级配的动稳定度明显小于LSAM的,也就是说LSAM的高温稳定性明显优于普通密级配沥青混合料。

②骨架稳定度高的LSAM的高温稳定性要显著高于骨架稳定度低的LSAM,这是由于在高温状态下沥青混合料抵抗抗剪变形的能力主要依靠粗集料的嵌挤作用来承担。故级配良好的LSAM可以抵抗较大的塑性和剪切变形,承受重载交通的作用,具有较好的抗车辙能力,提高了沥青路面的高温稳定性。

3大粒径沥青混凝土水稳定性分析

评价大粒径沥青混凝土的水稳定性的方法不多,现在用残留稳定度MS0。

从试验结果来看,浸水马歇尔试验残留稳定度MS0,均大于80%,得出LSAM的水稳定性比较好。试验过程中,1#级配的残留稳定度 有大于100%的现象,说明大粒径沥青混合料的水稳定性。

实验总结:

①LSAM抗水害能力普遍优于普通沥青混合料的抗水害能力。

②密实结构好的混合料的水稳定性通常优于密实结构差的水稳定性。

4结论

大粒径沥青混合料配合比设计的关键是矿料级配,并采用体积指标确定沥青用量。对于不同级配型式的LSAM,其路用性能表现出较大的差异。对于不同等级的交通量应采用不同的级配,级配的选定应综合考虑各方面的因素。骨架稳定性高的LSAM级配具有较好的高温稳定性,而骨架稳定度低的LSAM级配具有较好的抗疲劳性能和低温抗裂性能,即从沥青混合料组成结构分析,增大粗集料用量,使其形成骨架,这对于沥青混合料的高温稳定性十分有利,但骨架作用太强,势必影响和减弱沥青混合料的其他性能。对于以高温稳定性和抗水害为主的地区,可以采用骨架稳定度稍低一些的级配,针对大多地区要通过试验寻找一个能兼顾水热稳定性的合理级配。大粒径沥青混合料通过增大粒径,既降低油量,又在不增加造价的情况下,增强了沥青路面的抗车辙能力,以及减缓反射裂缝的发生。合理有效使用LSAM,对于减轻沥青路面车辙、剪切破环等病害,提高路面的使用性能,延长路面的使用寿命,具有重要的现实和经济意义。

参考文献:

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