路用性能研究及应用

关键词： 混凝土 路面 沥青 水泥

路用性能研究及应用（精选七篇）

路用性能研究及应用 篇1

1 原材料控制

1.1 沥青

银湖路下面层采用韩国SK普通A级70号沥青、上面层采用路安特SBS改性沥青。

1.2 集料

集料是沥青混合料的关键材料之一,其力学性能是决定混合料强度特性的最重要因素,它的颗粒形状不仅影响混合料的构架,也直接关系到混合料的抗车辙能力与抗疲劳性能等材料特性,此外,集料与沥青的粘附等级对混合料强度的形成也起关键作用,因此选择优质的集料是沥青混合料具有优良路用性能的重要保证。银湖路下面层粗集料采用铜陵产石灰岩、上面层粗集料采用枞阳产玄武岩,采用繁昌石灰岩矿粉与机制砂。

2 下面层沥青混合料配合比设计及路用性能研究

2.1 级配组成

下面层采用粗型AC-20C级配,并引用Superpave中禁区概念,将Superpave-19的禁区绘制AC-20C级配曲线。

2.2 最佳油石比

AC-20C下面层的结合料使用韩国SK普通70号沥青,本项目采用马歇尔试验方法确定沥青混合料的最佳油石比。以估计沥青用量为中值,以0.5%间隔变化沥青用量,配置5种不同的油石比成型试件,分别在规定的试验温度及试验时间内用马歇尔仪测定稳定度和流值,同时计算空隙率、饱和度及矿料间隙率,然后按照JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范规定的方法确定了最佳油石比。马歇尔试验结果见表1。

因此,按最佳初始油石比的值OAC1在表1中求取相应的各项指标值,均符合规范规定的马歇尔设计配合比技术标准,由OAC1和OAC2综合决定最佳油石比OAC,通过多组试件比较,试验取4.4%作为最佳油石比。

2.3 混合料路用性能试验

1)高温稳定性。

为了研究沥青混合料的高温稳定性,一般采用车辙试验进行。车辙试验是评价沥青混合料抗车辙能力的较简单和有效的试验方法。考虑到混合料均为粗粒式沥青混合料,将沥青混合料成型为300 mm×300 mm×60 mm的板式试件,在同一轨道上60 ℃温度下,以轮压为0.7 MPa的实心橡胶轮作一定时间的反复碾压,形成车槽,以辙槽深度(总变形量)RD和动稳定度DS(每产生1 mm辙槽所需的碾压次数)作为沥青混合料的抗车辙能力的评价指标。

沥青混合料采用试验室确定的最佳油石比成型试件,在60 ℃温度下进行车辙试验,其试验结果见表2。

如表2所示,本次设计的沥青混凝土级配类型混合料的高温稳定性满足规范要求,总变形量也在合理范围内。

2)水稳定性。

沥青混合料的水稳定性是指抵抗受水侵蚀后逐渐产生的沥青膜剥落、掉粒和坑槽等破坏的能力。评价水稳定性试验的方法是测定沥青混合料在浸水前后力学性能的变化,以浸水后的力学性质和原性质的对比作为对剥落的间接量度,沥青混合料在饱水的情况下强度降低越小,说明水稳定性越好。本研究中采用冻融劈裂试验评价沥青混合料的水稳定性能。

3 上面层沥青混合料配合比设计及路用性能研究

3.1 级配组成

上面层沥青混合料面层应具有较好的抗滑性能,优良的水稳定性、高温稳定性、低温稳定性和强度性能,另外还要求具有较好的抗疲劳性能,以防止材料出现疲劳破坏,保证较好的耐久性。集料级配直接影响到沥青混合料路面的结构强度和路用性能,根据上面层混合料路用性能的要求,上面层级配采用AC-13C型级配。

3.2 最佳油石比

AC-13C上面层直接与外界接触,芜湖地区降雨量大,温度高,因此上面层的结合料采用SBS改性沥青,采用马歇尔试验方法确定沥青混合料的最佳油石比。以估计沥青用量为中值,以0.5%间隔变化沥青用量,配置5种不同的油石比成型试件,分别在规定的试验温度及试验时间内用马歇尔仪测定稳定度和流值,同时计算空隙率、饱和度及矿料间隙率,然后按照JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范规定的方法确定了最佳油石比。马歇尔试验结果见表3。

由表3及沥青混合料技术标准可知,密度没有出现最大值,则最佳沥青用量的初始值OAC1取目标空隙率4.0对应的油石比,即OAC1=4.93%。

3.3 混合料路用性能试验

1)高温稳定性。

上面层沥青混合料的高温稳定性可以通过60 ℃车辙试验进行评价,鉴于沥青路面表面温度达到60 ℃以上,为评价该混合料在更高温度下的高温稳定性,本项目采用了70 ℃的车辙试验,试验结果见表4。

如表4所示,本次设计的沥青混凝土级配类型混合料的高温稳定性满足规范要求,总变形量也在合理范围内。

2)水稳定性。

芜湖市多年平均降雨量达到1 200 mm以上,对于上面层要求应该在保证高温稳定性的条件下,确保上面层密实不渗水,同时也要求上面层的水稳定性要满足规范要求,本研究中采用冻融劈裂试验评价沥青混合料的水稳定性能,AC-13C上面层水稳定性满足要求。

4 结语

通过对原材料的控制、结构层为受力及功能特点的认识,选择合适的级配与沥青结合料,经过室内马歇尔试验与路用性能试验,确定最佳的配合比。 从而使得银湖路沥青罩面上下面层沥青混合料的高温稳定性、水稳定性均能满足该地区高温多雨以及大交通量的要求。

参考文献

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[2]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能研究[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3]JTJ052-2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[4]丁翠翠.浅谈SBS改性沥青配合比设计及施工技术[J].山西建筑,2007,33(11):183-184.

路用性能研究及应用 篇2

目前世界各国的公路特别是高速公路的设计理念日臻完善, 发达国家经济对公路的依赖已经达到顶峰, 各国也都力图研究出新的更加可靠的评价方法并建立更好的评价指标体系来用于指导设计和施工。由于利用野外长期路面观测的方法来评价现有路面不具有普遍的适用性, 数据采集不仅受时间的限制, 而且受交通量和荷载大小的限制, 操作周期较长, 因此, 加速加载试验作为一种尝试, 受到世界许多国家的青睐并逐渐发挥出了它的效用。

通过利用各种加速加载试验设备, 可以对路面结构的各种参数进行采集, 包括各结构层内不同深度的车辙、形变、弯沉、层内水平应变和垂直压应力以及在荷载和环境因素影响下的各种破坏现象的描述等, 进而对路面的早期破坏机理进行研究, 对材料的路用性能和结构进行对比验证, 对沥青路面车辙及其发展规律进行研究, 最后综合各个参数建立评价指标体系。

2 加速加载试验定义与设备

2.1 加速加载试验的基本概念及分类

加速加载试验的定义是:选用可控制的法定或超过法定的实际轮载, 对实际使用中的、野外试验段或试验室里的路面结构以及按比例缩小的低承载能力的路面结构进行加速加载, 通过重复荷载的连续作用以及模拟环境 (水、温度) 的影响, 在较短的时间内使得路面结构加速损坏, 以模拟其在设计使用期内的破坏规律, 从而建立荷载和环境因素与路面结构性能和功能性能变化的关系, 为路面结构的设计方法、理论研究和施工工艺的改进提供依据。

就加速加载试验设备来说, 可分为野外足尺加速加载设备 (ALF) 、重载车辆仿真器 (HVS) 、移动荷载仿真器 (MLS) 和小型荷载仿真器 (MMLS3) ;就加速加载试验的试验路段的形状来说, 可以分为环道试验和直道试验。

2.2 加速加载试验典型设备使用现状

无论何种加速加载试验设备, 虽然其类型和技术参数不同, 但其工作的基本原理、试验功能和试验目的都是相似的, 下面介绍几种典型的加速加载试验设备。

2.2.1 HVS重载车辆模拟器

南非研制开发的重载车辆模拟试验车和相关技术能在3个月内对公路路段的测试, 预测出该条公路20年内的使用性能。通过试验, 可以测量出荷载等级的变化对永久变形、剪切破坏和开裂等路面响应参数的影响, 为路基路面设计提出具体的技术指标。该项技术已在南非、美国的加利福尼亚州和佛罗里达州、美国寒冷地区实验室、瑞典和芬兰交通部门得到系统的应用。

试验的目的就是调查使用HVS试验数据来预测道路的长期路用性能的可行性, 并且为将来的设计资料的收集和APT与实际路面行为进行对比提供理论依据。另外, 要把进行HVS试验的路段的路用性能结果与经过多年荷载压力下的路面的实测值进行对比, 经过客观分析以后来决定HVS试验段与在真实交通状况和环境条件下的路段损坏是否具有相同的发展规律。

2.2.2 ALF足尺加速加载设备

ALF的特点是单向加载, 因渠化交通一般多为单向行驶, 所加荷载能自动模拟实际交通荷载的横向分布, 可选的横向移动模型分布包括标准正态分布、窄分布和矩形分布, 其中常用的为标准正态分布和窄分布。ALF是一个机动可运输的设备, 以便于在实际公路或特殊修筑的试验路上使用。其详细技术参数见表1:

2.2.3 MLS移动荷载仿真器

南非斯坦布利什大学交通技术研究所所长Fred Hugo院士与美国得克萨斯州交通厅联合开发了MLS移动荷载仿真器。该试验车与1995年开始投入使用, 已经完成了大量研究项目、报告和论文。该试验的目的是得出荷载破坏的方程式, 确定路面的剩余寿命及对修补的方法的指导, 还有路面新材料的路用性能鉴定等。

有关该试验车的技术参数见图1和表2:

2.2.4 MMLS3小型移动荷载仿真器

南非研究人员在开发了具有与MLS性能相似的小型移动荷载仿真器MMLS3。它是一个1/3比例的模拟器, 特点是体积小、重量轻、便于移动, 即可在实验室, 又可在实际现场应用, 主要用于测试公路路面结构上部120mm的部分, 也能测试公路上经受水、低温、高温作用的情况[2]。有关该设备的具体技术参数见表3:

3 加速加载试验的研究成果

加速加载试验的目的是评价、验证和提高道路铺面的结构设计方法, 并使路面破坏模式标准化, 以延长其使用寿命。试验的对象是典型路面结构和典型材料, 为了使其具有可比性, 试验路一般都要用常规的施工机械按标准的施工工艺修建, 以保证试验路与实际的路面结构相同或接近。

通过对比和验证各种试验设备的使用情况, 得出如下结论:

(1) 交通荷载的作用没有改变路面剪应力的变化特性, 这一结论在加速加载试验中也成立, 在累计标准轴载达到一定程度后, 路面产生车辙和微小裂缝, 当水从裂缝渗入后更加剧了路面的损坏。

(2) 半刚性基层沥青路面的早期破坏始于沥青面层, 其破坏机理是, 随着路表荷载的不断作用下, 在沥青面层与半刚性基层界面间产生磨蚀作用, 如果界面保持干燥, 磨蚀导致界面产生细小的粉尘, 一旦雨水浸入就会在路面表面形成唧浆, 最终导致沥青面层被架空进而发生破坏。

(3) 不同交通量的行车道和超车道所测数据有所偏差, 但两种车道在真实荷载和环境因素下与加速加载试验同等荷载作用下的偏差相似, 说明了加速加载试验可以很好的模拟长期路用性能。而且在真实情况下的路面与加速加载试验下的路面的车辙深度相似, 平均车辙深度大致相等, 再次证明了APT试验预测LTPP长期路用性能的可行性。

(4) 根据对半刚性基层和柔性基层沥青路面的加速加载试验结果, 总结得到了新建沥青路面的车辙和加载次数的关系式:RD=a Nb

式中:RD为车辙深度, N为加载次数, a、b为系数。

该式表明, 新建沥青路面的初期车辙增加较快, 再进一步加载, 车辙不会增加很快。试验表明, 材料设计是影响车辙深度的最主要的因素。另外, 路面各结构层层间粘结的越好, 路面结构的强度越高, 抗车辙的能力也强, 因此, 在沥青路面结构的设计和施工中, 应注意优化设计方法和提高层间粘结程度。

(5) 试验形成的轮迹带比实际交通荷载下的真实路面轮迹带要集中, 因此由于荷载的集中性, 可能产生更大的破坏性。

发展前景

加速加载试验表明, 采用加速加载试验方法获取资料确实要比在实际交通荷载作用下进行资料积累快, 数据采集能够在短时间内完成, 因此可以说加速加载试验为公路科学研究的深入和发展提供了一种非常有效的手段。但是试验结果具有一定的特殊性, 可比性差, 很难将加速加载试验结果做定量的分析, 今后工作的重点将放在路面对荷载反映的相关性、路面材料的变异性、路面环境因素模拟的真实性、动载参数研究和长期路用性能研究上。通过规范试验条件和试验过程, 以使加速加载试验结果具有普遍性和可比性。

参考文献

[1]孟书涛, 魏道新.足尺加速加载设备 (ALF) 的应用情况[D].中国公路学会高速公路建设与发展学术会论文集[A], 1998, 11:180-185.

[2]王于晨, 郑南翔等.南非路面加速加载试验 (APT) MLS和HVS系统的技术应用[D].第五届交通领域国际学术会议论文集[A].西安:长安大学, 2005, 06:314-317.

路用性能研究及应用 篇3

本文对弹性除冰雪路面的作用机理进行了分析, 采用40目橡胶颗粒在掺量为4%的条件下成型混合料试件, 通过室内试验测定混合料试件的稳定度、流值、浸水残留稳定度比、动稳定度和低温破坏应变, 并同普通沥青混合料进行对比, 对弹性除冰雪路面的路用性能进行了研究。

1 除冰雪原理

通过干法添加的橡胶颗粒的弹性除冰雪路面之所以会具有除冰雪的效果, 主要来源于以下两方面:

1) 由于橡胶颗粒与集料的刚度相差很大。一方面路面上冰层在车辆荷载作用下会在橡胶颗粒处产生明显的应力集中, 且橡胶颗粒边缘处也会出现较大的剪应变和拉应变, 当橡胶颗粒处的应力应变大于冰层的极限应力应变时将会使冰层破裂;另一方面, 橡胶颗粒的加入增加了沥青路面整体的变形能力, 而冰层的抗变形能力较差, 在车辆荷载的重复作用下, 冰层即使为产生极限破坏, 也会因疲劳损伤的累计而发生破坏。

2) 橡胶颗粒的摩擦作用。混合料中的橡胶颗粒在车辆荷载的重复作用下回互相摩擦, 产生热量, 从而使冰雪层与路面的接触面温度升高, 从而使冰雪融化或因与路表粘结力的降低而从路表脱落。

2 实验材料及混合料设计

实验所用沥青为Sk70#基质沥青, 其技术性质见表1, 粗集料为玄武岩集料, 相关技术性质见表2。

实验所用弹性除冰雪路面混合料的橡胶颗粒细度为40目, 掺配比例为4%, 级配采用间断级配SMA-13, 哥筛孔通过率见表3。

3路用性能

分别测定弹性除冰雪路面混合料和普通沥青路面混合料的稳定度、动稳定度、浸水残留稳定度比、冻融劈裂强度比和低温破坏应变, 结果见表4。

可以看出, 弹性除冰雪路面混合料的稳定度、浸水残留稳定度比低于普通沥青混合料, 流值、动稳定度和低温破坏应变高于普通混合料试件, 即弹性除冰雪路面的水稳定性能低于普通沥青混合料路面, 而高温性能和低温性能均高于普通沥青混合料路面。

4 结语

1) 相对于其他的除冰雪技术, 弹性除冰雪路面技术具有造价低、工艺简单和效果明显的优点。

2) 弹性除冰雪路面的除冰雪效果来源于橡胶颗粒与集料之间较大的刚度差异和橡胶颗粒之间的摩擦效应。

3) 相对于普通沥青混合料路面, 弹性除冰雪路面具有更好的高温性能和低温性能, 但其水稳定性能有所降低。

参考文献

[1]颜景文, 陈政伟, 喻林青, 等.道路热力融雪速率的试验测定及融雪过程动态特性[J].工程热物理学报, 2010 (7) :1100-1104.

[2]何涛, 史纪村, 岳学军.除雪技术及除雪设备[J].筑路机械与施工机械化, 2010 (12) :22-27.

[3]曹荷红, 任福田.橡胶粉沥青路面的降噪特性分析[J].北京工业大学学报, 2007 (5) :455-458.

[4]范杰, 马颖.除雪剂在除雪中的应用及对环境危害的防治[J].重庆交通学院学报, 2007 (3) :78-81.

[5]郭德栋.基于微波与磁铁耦合效应的融雪除冰路面技术研究[D].西安:长安大学, 2011.

[6]张舒畅, 付建峰, 王选仓.橡胶颗粒沥青路面除冰效果及影响因素分析[J].河北工程大学学报 (自然科学版) , 2014 (4) :21-24.

路用性能研究及应用 篇4

然而废旧塑料因用途不同,其聚合物基体也不相同,最常见的主要有PE、PP、PVC、PET、EPS、PA、ABS等,回料中含有一定成分的助剂、填料等,其原料主体仍以聚合物为基体。目前对于不同聚合物基体废旧塑料改性沥青及其混合料的性能特点研究较少。

本文选用来源广泛的PE基废旧回收塑料(A)、PVC基废旧回收塑料(B)和PP基废旧回收塑料(C),用于沥青改性。通过考察沥青胶体物理性能、高温流变性能及改性沥青混合料的动稳定度、动态模量等高温性能,结合沥青混合料相关路用性能,探究以废旧塑料为基体的沥青改性剂对沥青及混合料的路用性能的影响,为沥青改性剂的研究提供参考。

1 原材料

1.1 改性剂

采用适当的工艺参数,废旧塑料用熔融法挤出成型并切粒,得到废旧回料沥青改性剂。其质量技术指标见表1。均满足JT/T 860.1—2013《沥青混合料改性添加剂第1部分:抗车辙剂》的规范要求

1.2 基质沥青

本文采用的沥青胶结料为中石化70#A级道路石油沥青,其技术性能见表2,从检测结果可以看出,其性能可以满足JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》的要求。

1.3 集料

本文所采用的玄武岩集料由南京天印市政工程材料有限公司提供,石灰石矿粉来自于东南大学道桥实验室,其基本指标按JTG E42—2005《公路工程集料试验规程》进行测试,检测结果表明,集料与矿粉的性能均符合JTG F40—2004的要求。

2 实验结果与分析

2.1 基本物理性能

将废旧塑料A、B、C分别按4%掺量加入到基质沥青中,在170℃的条件下高速剪切搅拌30 min,得到改性沥青。测试其软化点、5℃延度和25℃针入度,并与基质沥青及SBS改性沥青进行对比分析。实验结果见表3。

由表3可以看出,加入改性剂后,沥青胶结料的软化点明显提高,其中废旧塑料A改性沥青软化点接近SBS改性沥青软化点。这是因为废旧塑料A的回料中含有较多薄膜材料,其中高粘高弹组分较多,分子结网率高,与SBS相类似,在高温条件下限制了沥青分子的流动,故较大地提高了沥青的软化点。由针入度实验结果可以看出,不同改性沥青25℃针入度与基质沥青的相近。由低温延度可以看出,SBS改性沥青的低温延度远大于其它改性沥青的低温延度。但对于SBS以外的聚合物改性沥青,其延伸量低并不能说明其低温性能差,实际上聚合物加入沥青后,改变了沥青的流变学性质,聚合物形成的空间交粘网络结构,明显增大了沥青的黏度,能有效地限制沥青的低温开裂[3]。而大量的实践工程也表明,经聚合物改性的沥青路面抗裂性能得到了明显的改善。

2.2 高温性能

2.2.1 复数模量

用动态剪切流变仪(DSR),采用应变控制模式,应变值γ取12%,试验频率为1.59 Hz,样品直径为25 mm,沥青膜厚度为1 mm,对未老化的原样沥青进行测试,结果见图1。

在30~100℃条件下,测试基质沥青及改性沥青的复数模量,复数模量与沥青的抗车辙性能有较好的相关性[4]。由图1可知,SBS改性沥青的曲线明显不同于其它4种沥青,说明SBS对沥青的结构有化学结构的改变,而废旧塑料不能完全改变沥青微观结构,更大程度上是物理混合。废旧塑料B和废旧塑料C曲线与基质沥青的基本保持一致,而废旧塑料A曲线则介于SBS改性沥青与基质沥青之间,说明废旧塑料A中的高弹性组分起到了SBS结网的效果[5]。3种废旧塑料改性沥青对沥青的高温性能都有提升作用,在相同温度条件下,改性沥青的复数模量均大于基质沥青。其中废旧塑料A在大于75℃的高温时具有更强的稳定性。

2.2.2 动稳定度

将废旧塑料A、B和C按0.3%掺量直接投入到沥青混合料中拌和,按照JTG E-20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0719—2011要求成型车辙板,并在60℃条件下测试混合料的动稳定度,动稳定度测试能较好地模拟沥青混凝土路面在车辆动荷载情况下的抗变形能力,能表征其高温性能,用于衡量沥青混合料抗车辙的能力。试验结果见表4。

由表4可知,加入沥青改性剂后混合料的动稳定度明显提高,且大于SBS改性沥青混合料的动稳定度,极大地提高了沥青混合料的抗车辙性能。沥青路面抗车辙能力的大小取决于混合料的抗剪强度,与沥青的粘结力成正相关。因此,聚合物改性剂通过形成交联网络,并伴以溶胀、拉丝等作用,限制了沥青分子的流动和转移,从而在宏观上表现为沥青的粘结力增加。通过进一步比较可知,掺废旧塑料A和B的混合料抗车辙性能明显优于掺废旧塑料C的,且前者的变形量较小,说明不同组成的聚合物,因其结构不同,对沥青的抗车辙性能影响也不同。其中结网率及分散性较好的改性剂对沥青混合料的高温性能改善较明显。

另一方面,由表4中的变异系数可以看出,掺废旧塑料A的混合料虽然其动稳定度平均值较高,但变异性较大,表现出性能不稳定的特征。这是由于废旧塑料的性质较大程度地取决于原材料纯度、加工均一性等,废旧塑料A的基体原料含有杂质较多,来源多样,致使改性剂组分不均一,从而造成了沥青混合料性能具有变异性大的缺陷。但废旧塑料B由于其原料来源单一,在加工处理过程中对杂质含量的控制较严格,从而其改性沥青混合料性能较均一,变异性与其它改性沥青相近。

2.3 低温性能

沥青混合料的低温性能用小梁弯曲试验进行表征(见图2)。沥青混合料按要求拌和后,由轮碾成型,切制成250 mm×30 mm×35 mm的棱柱体小梁,其跨径为200 mm。在-10℃的试验温度和50 mm/min的加载速率条件下对沥青混合料小梁试件跨中施加集中荷载,直至其断裂破坏。记录仪直接生成荷载-跨中挠度曲线,按要求将曲线中的直线段延长与横坐标相交作为曲线的原点,由曲线图量取峰值时的最大荷载及跨中挠度。由破坏时的荷载和挠度计算沥青混合料的小梁弯拉强度、弯拉破坏应变及劲度模量来综合评价沥青混合料的低温性能,试验结果见表5。

由表5可知,改性沥青混合料抗弯拉强度均大于基质沥青混合料。其中废旧塑料A改性沥青与SBS改性沥青强度相当。而当沥青混合料温度应力积累到超过沥青混合料的极限抗拉强度时,路面将出现裂缝[6]。因此,废旧塑料A和掺SBS的混合料抗裂性相当。掺废旧塑料A的最大弯拉应变则略高于掺SBS改性沥青的,说明掺废旧塑料A在低温下具有更好的弯拉应变能力。低温劲度模量是弯拉强度和弯拉应变的比值,它从一定程度上整体反映了沥青混合料的柔韧性。掺废旧塑料A和B的低温劲度模量均小于SBS改性沥青,说明其混合料柔韧性较好,对沥青路面的抗裂比较有利。

2.4 抗水损性能

在我国南方,夏季常常出现高温多雨天气,加之车流量大,水损害现象十分突出,故为探究改性沥青混合料的抗水损害性能,进行了冻融劈裂强度试验。将废旧塑料A、B和C按0.3%掺量直接投入到沥青混合料中拌和,按照JTG E-20—2011中的T0716—2011要求成型马歇尔试件,并按照规范要求进行冻融试验,用沥青压力试验仪测试劈裂强度,并计算得到冻融劈裂抗拉强度比,试验结果见表6。

由表6可知,加入沥青改性剂后混合料的冻融劈裂抗拉强度明显增大。其中加入废旧塑料A对沥青混合料抗水损害能力改善最明显,优于SBS改性沥青混合料。从劈裂强度值来看,改性剂都提高了沥青混合料的强度。说明聚合物可以提高沥青与石料的粘结力,增强了抵抗剥落的能力,使水难以进入到沥青与石料界面,有效地减少了沥青的剥落率,从而增强了路面的抗水损害性能。

3 结论

(1)废旧塑料能有效地增强沥青及沥青混合料的路用性能,明显增强其高温抗车辙能力、抗水损能力等。PVC基回料改性沥青混合料动稳定度达到12 480次/mm;PE基回料改性沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度比达到92.1%,且PE基改性沥青对混合料低温的抗裂性优于SBS改性沥青。

(2)PE基废旧塑料对沥青及沥青混合料的改善效果明显优于PP基和PVC基,但由于其来源杂,导致回收料的用途、加工性等参差不齐,性能不稳定。故在基体的选择和工艺的调整上,需要严格控制,以确保改性剂质量的均一性。

(3)将废旧塑料用于道路工程,具有节约、环保的效益,符合有可持续发展理念,是未来沥青改性剂产品的发展方向。

参考文献

[1]肖川,蒋兴华,杨锡武,等.废旧塑料改性沥青储存稳定性试验[J].重庆交通大学学报:自然科学版,2011(5):943-947.

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[3]丛培良,刘建飞,沙川,等.聚合物改性沥青填缝料的性能研究[J].新型建筑材料,2014(5):72-75.

[4]X Yang,Zhanping You.High temperature performance evaluation of bio-oil modified asphalt binders using the DSR and MSCR tests[J].Construction and Building Materials,2015,76:380-387.

[5]Yang Kang,Mingyu Song,Liang Pu,et al.Rheological behaviors of epoxy asphalt binder in comparison of base asphalt binder and SBS modified asphalt binder[J].Construction and Building Materials,2015,76:343-350.

二灰钢渣路用性能研究 篇5

关键词：二灰钢渣,路用性能,研究分析

1 主要研究内容

本阶段主要是进行室内试验, 研究其物理力学性质, 从修筑试验路和对试验路进行检测, 考核该材料的路用性能。

本阶段所进行的室内试验主要有:

1.1 击实试验

参照《公路工程无机料稳定材料试验规程》 (JTJ054-93) 中无机结合料稳定土的击实试验方法, 分别对石灰:粉煤灰:钢渣为3:12:85.4:16:80和4:12:84三种配比二灰钢渣进行击实试验, 以绘制各自的含水量———干密度关系曲线, 从而确定其最佳含水量和最大干密度。各配比二灰钢渣最佳含水量和最大干密度见表1。从表1中可看出, 随着二灰钢渣混合料中钢渣剂量增加, 最大刚密度增大, 最佳含水量略有减小。

1.2 无侧限抗压强度试验

按《无机料结合稳定土的无侧限抗压强度试验方法》 (T0805-94) , 对不同配比二灰钢渣混合料, 按照上述1.1试验出的最大刚密度和一定的压实度, 用静力压实法制备直径×高=150mm×150mm的试件, 在标准养生箱内恒温, 恒温养生6天, 浸水1天后, 在路面材料试验仪上进行试验, 加载变形速度为1mm/min, 测得各试件的7天无侧限抗压强度。

2 配合比设计

2.1 配合比设计原则:

在确保质量的前提下, 因地制宜, 就地取材, 结合本工地实际进行组合;对原材料的剂量, 通过试验优化确定最合理的用量;对集料要求应有尽可能好的级配, 以达到集料数量满足、间隙由结合料填充, 形成各自发挥特点的稳定结构。

2.2 试配:

因为该钢渣是介于集料与土之间的一种颗粒组成, 规范中无此匹配的组成设计范围。我们参考二灰集料和二灰土组成设计范围, 按重型击实试验, 进行试验试配, 并进行无侧限抗压强度试验。采用保证强度满足设计要求, 材料符合规范要求, 施工技术可靠, 经济合理的密实性级配。

2.3 试验结果分析:

2.3.1以试验结果分析来看, 二灰钢渣的7天无侧限强度普遍偏高, 均在1.0Mpa以上, 满足设计规定的R7≥0.6Mpa要求, 28天抗压强度又有明显增长, 均达到3.0Mpa以上, 且后期强度还有缓慢增长的趋势。

2.3.2用等剂量的石灰, 如果钢渣用量较多则前期强度 (7天强度) 较高, 这主要是由钢渣的粒型结构, 自身强度高, 内摩阻力大造成的;后期强度主要是随着粉煤灰的用量变化而有所变化, 即如果粉煤灰用量较多, 则后期强度 (28天以后) 增长较明显。

2.3.3如果在二灰钢渣中, 二灰的用量增大时, 虽然后期 (28天) 强度增长幅度较明显, 但无论是前期还是后期强度的最终值都不如二灰用量相对较少的配合比, 特别强调石灰用量相对较少的配比效果较好。

2.4 配合比优化结果:

根据试验结果并结合我们的经验, 认为在二灰钢渣各材料中, 石灰与粉煤灰的比例宜为石灰:粉煤灰=1:1.5~1:2.5之间;二灰与钢渣的比例宜为二灰:钢渣=1:3~1:4.5之间;但钢渣的用量不宜少于总干重的75%, 也不宜大于85%时较为理想。结合试验结果, 采用二灰钢渣配合比为石灰:粉煤灰:钢渣=8:12:80, 能满足规范要求的强度值。我们选用时, 应侧重采用石灰剂量较少粉煤灰和钢渣用量相对较大的配合比, 因为石灰的造价比粉煤灰和钢渣的造价要高得多, 为保险起见我们选用前者。

3 强度形成过程

钢渣含有Si O2和Al2O3, 在Ca O的环境下被激发产生水硬性, 钢渣属于水硬性、水稳性较强的材料, 其中氧化钙与水反应生成氢氧化钙, 二氧化硅和氧化铝在水中不会凝结, 但在饱和的Ca (OH) 2溶液中会产生化学反应, 生成水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶, 将颗粒胶凝在一起, 形成具有一定强度和整体性的水硬性材料。

3.1 结晶作用

Ca (OH) 2的结晶作用是石灰吸收水分形成含水晶格, 即

Ca (OH) 2胶体逐渐成为晶体的反应过程。所生成的晶体相互结合, 并与钢渣结合起来形成共晶体, 把钢渣颗粒胶结成整体。晶体的Ca (OH) 2与不定形 (非晶形) 的Ca (OH) 2相比, 溶解度几乎小一半, 因而石灰粉煤灰稳定钢渣的水稳性得到提高。

3.2 碳酸化反应

Ca (OH) 2与空气中的CO2起化学反应, 生成Ca CO3, 碳酸钙具有较高的强度与水稳性, 它对土的胶结作用使土得到了加固。

4二灰钢渣的优越性能

4.1二灰钢渣具有良好的力学性能、板体性、水稳性和一定的抗冻性, 其抗冻性较传统的石灰土要高得多。

4.2二灰钢渣具有初期强度高, 随着龄期的增长, 后期强度高的特点。

4.3二灰钢渣是一种缓凝性材料, 在施工中延迟压实时间稍长, 对其达到密实度、强度影响不大但延迟时间过长仍会受到影响, 这比混凝土和石灰土在施工中较易控制。由于二灰钢渣收缩性小, 裂缝较少, 可避免产生冲刷唧浆现象。

4.4二灰钢渣强度高, 可解决边施工边通车问题, 可解决冷天施工开放交通问题;由于使用过程中裂缝较少, 也容易与混凝土面层粘结牢固, 宜于做沥青混凝土基层。

4.5二灰钢渣具有很好的水稳定性和抗冻性, 适宜在潮湿条件下养生, 更适合在多雨地区施工, 可在翻浆地段做垫层、底基层、基层, 具有施工区域广的特点。

5 结论

5.1对三种配比二灰钢渣的温缩、干缩性能进行分析, 通过对二灰钢渣混合料在温度变化和湿度变化的条件下的收缩性能进行试验分析, 论证该半刚性基层在温度、湿度影响下开裂的可能性。

5.2继续完成对试验路的检测, 分别在试验路竣工后、春融期和冰冻期进行试验路检测。

检测内容主要有:压实度、弯沉、平整度和回弹模量等。这一工作将对研究二灰钢渣基层的长期路用性能提供宝贵资料。

5.3对其他配比二灰钢渣的性质进一步研究, 以寻求最科学, 最合理、最经济的配方。对钢渣原材料进一步试验研究, 以检验其性能和安定性, 为钢渣在道路工程中的推广应用奠定更坚实的基础。

参考文献

[1]王俊辉.纤维加固二灰稳定碎石基层材料路用性能的试验研究[D].吉林大学, 2007.

[2]谭鹰, 黎霞, 邵腊庚.二灰碎石基层的干缩试验研究[J].湖南交通科技, 2002, 2.

岩沥青的路用性能试验研究 篇6

天然岩沥青是石油类物质在长期地质环境变化条件下, 经历复杂物理化学变化后形成的产物。岩沥青成粉末状, 本身极易与石油沥青相容, 属于沥青基对沥青基的掺配。这样就可避免通常改性沥青存在的问题:与沥青难以相容, 改性剂与沥青分层离析, 价格较高等。随着我国国民经济的迅速发展, 公路交通正在向大流量, 大轴载, 渠化交通方向发展。为了改变由轴载变化引起的路面结构早期损坏现象, 道路工作者纷纷采用改性沥青和新型沥青混合料结构取得了很好的效果。近几年, 岩沥青作为改性剂的改性沥青体现出了良好的路用性能。本文就岩沥青的路用性能进行了试验研究。

1 岩沥青的技术指标

试验结果见表1。

2 岩沥青改性沥青的性能试验

2.1 岩沥青改性沥青的针入度试验及评价

试验中采用AH-90基质沥青, 掺加岩沥青的比例为5%, 10%, 15%。试验结果见表2:

由表2数据看出, 掺加岩沥青后, 针入度值明显低于基质沥青, 并且随着岩沥青掺加比例的增加而降低。这说明掺加岩沥青后能使沥青变硬, 抵抗变形能力有所增强。

2.2 岩沥青改性沥青的延度试验及评价延度试验结果见表3。

由表3数据看出, 掺加岩沥青后, 延度数值明显低于基质沥青, 而且低温延度, 即5℃延度, 变化尤为明显, 掺加比例10%以上的, 甚至是零。说明加入岩沥青后, 会降低沥青低温性能。

2.3 岩沥青改性沥青的软化点试验及评价软化点试验结果见表4。

由表4数据看出, 掺加岩沥青后, 软化点数据明显高于基质沥青, 而且随着岩沥青掺量的增加, 数据逐步上升。这说明加入岩沥青后, 可以增强沥青混合料的高温稳定性和抗车辙性能。

2.4 岩沥青改性沥青的薄膜加热试验及评价

薄膜加热试验结果见表5。

由表5数据看出, 加入岩沥青改性后, 沥青的抗老化性能比基质沥青显著提高。

3 岩沥青改性沥青混合料性能试验

3.1 岩沥青混合料配合比设计

本文进行了AC-13F的改性沥青混合料的配合比设计, 采用马歇尔试验设计方法, 确定所用油石比为5.2%。级配见表6。

3.2 不同掺量岩沥青混合料马歇尔试验结果

试验结果见表7。

3.3 不同掺量岩沥青混合料水稳定性能比较

试验结果见表8。

3.4不同掺量岩沥青混合料高温稳定性能比较

试验结果见表9。

3.5 不同掺量岩沥青混合料低温性能比较

试验结果见表10。

3.6 岩沥青混合料性能试验分析评价

通过马歇尔和浸水马歇尔、动稳定度试验, 比较了不同掺量岩沥青混合料的水稳定性能、高温性能等, 经分析认为, 掺加岩沥青后, 水稳定性及高温性能均得到提高, 但低温性能是降低的, 综合评价后建议选用掺量10%的岩沥青为宜。

4 结语

通过对岩沥青的性能试验研究及岩沥青混合料的试验研究, 可以得出:岩沥青改性沥青的各项指标均符合规范的要求, 性能优于基质沥青。岩沥青混合料的水稳定性, 高温性能得到提高, 低温性能略有降低, 最后选定掺量10%的岩沥青混合料为最宜。因此, 天然岩沥青是一种良好的沥青改性剂, 用其对石油沥青改性, 可降低工程造价, 改善沥青路面性能, 延长路面使用寿命, 具有较高的研值。

摘要：本文对岩沥青改性沥青的各项性能进行了试验研究, 经分析得出, 其各项性能优于基质沥青;继而又对岩沥青改性沥青混合料进行了试验研究, 研究表明:掺加岩沥青后水稳定性、高温性能得到提高, 低温性能有所下降。综合分析得出:掺加10%岩沥青的混合料各项性能优异, 此掺量为最佳。

关键词：岩沥青,路用,性能,研究

参考文献

[1]孙家海, 赵松.天然岩沥青改性沥青混合料室内性能研究[J].山西建筑, 2009, 35 (21) :173-174.

[2]胡家波, 崔世萍, 韦金城.岩沥青改性沥青路用性能试验研究[J].石油沥青, 2009, 23 (4) .

[3]杨帆, 彭申凯.天然岩沥青在沥青路面中的适用性研究[J].安徽建筑, 2009, (5) :89-90.

[4]黄刚, 石飞, 向兵.岩沥青改性沥青混合料路用性能评价[J].西部交通科技, 2009, (8) :26-27.

纤维对SMA路用性能的影响研究 篇7

沥青玛脂碎石混合料(SMA)是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量细集料组成的沥青玛脂填充的间断级配的粗集料骨架间隙的沥青混合料。SMA的出现,很好的解决了沥青路面的低温抗裂性、高温稳定性及抗滑与渗水性能之间的矛盾,大大延长道路使用寿命、提高路面使用性能。目前在SMA中所用的纤维主要有天然纤维和化学纤维两种,天然纤维以木质素纤维和玄武岩矿物纤维为代表,化学纤维以聚丙烯腈纤维为代表。在实际使用中,如何选择纤维、如何评价纤维在混合料中的作用等缺乏较深入的研究报道,因此研究不同纤维对SMA混合料路用性能的影响,可对实际施工中纤维的选择提供科学的依据。

2 原材料及配合比设计

本试验选择SMA-16型级配进行混合料设计。其集料为玄武岩碎石,矿粉为石灰石粉,纤维分别选用木质纤维素、玄武岩矿物纤维和聚丙烯腈纤维。沥青采用壳牌生产的SBS改性沥青。原材料试验结果见表1～表3。按各档集料确定的比例配制混合料,对掺加三种不同纤维的SMA-16型混合料进行配合比设计。三种混合料最佳油量的马歇尔试验结果如表4所示。

3 纤维对SMA路用性能影响试验

3.1 水稳定性试验

沥青混合料的水稳定性应分别用马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比评价。三种纤维混合料的水稳定性试验结果见表5。

从三种纤维残留稳定度比较来看,不同纤维SMA的残留稳定度相差不大,木质素纤维的作用较好,这与木质素纤维的加入使混合料最佳沥青用量增加较多有关。虽然从劈裂强度比看玄武岩矿物纤维较低,但是其冻融前后的劈裂强度远高于另两种纤维的SMA混合料。

3.2 高温稳定性试验

高温稳定性是指在夏季气温较高情况下,在交通荷载作用下沥青路面抵抗车辙、推移、壅包等永久变形的能力。对三种纤维分别成型300 mm×300 mm×50 mm的试件,进行车辙试验,检测其动稳定度DS。从表6可以看出,玄武岩矿物纤维的动稳定度(5 547次/mm)明显大于另外两种纤维混合料。说明矿物纤维与另外两种纤维比较有较好的抗车辙性能。

3.3 疲劳性能试验

目前室内沥青混合料的小型疲劳试验方法众多,较为普遍的试验方法主要是间接拉伸法(即劈裂疲劳试验)、梯形悬臂梁弯曲法和四点弯曲法。本试验选用四点弯曲疲劳方法进行混合料疲劳试验。试验参数如下:将轮碾成型的车辙板切割成400 mm×50 mm×50 mm的标准四点弯曲小梁试件;试验温度:15℃;试验模式:应变控制方式;试验波形:偏正弦波;试验频率:10 Hz。三种不同纤维的疲劳试验结果如表7所示。

随着应变水平的增加,沥青混合料的初始劲度模量和疲劳寿命迅速降低。在三种应变水平下木质素纤维的初始劲度模量都要大于矿物玄武岩纤维和聚丙烯腈纤维。从疲劳寿命上来看,聚丙烯腈纤维明显有助于沥青混合料疲劳寿命的增加。虽然木质素纤维沥青混合料的初始劲度模量要大,但是其疲劳寿命相对较差。聚丙烯腈纤维的疲劳寿命优于玄武岩矿物纤维和木质素纤维。

4 结语

本文对三种典型的纤维SMA混合料的水稳定性、高温稳定性和疲劳性能进行了试验研究,得到以下几点:1)从残留稳定度来看,不同纤维对混合料的抗水损害能力影响并不大,木质素纤维抗水损害能力略好,这与木质素纤维的添加使沥青用量增多有关。对冻融劈裂试验来说玄武岩矿物纤维的动稳定性较好。2)从车辙试验动稳定度数据上来看,玄武岩矿物纤维的高温性能最好。3)通过四点弯曲疲劳试验,得出三种纤维的疲劳寿命回归方程,并且从疲劳寿命上看,聚丙烯腈更多的增加了SMA的疲劳寿命。

摘要：以SMA-16为例,通过水稳定性、高温稳定性、疲劳性能三个方面的试验评价不同纤维对SMA路用性能的影响。水稳定试验表明,三种纤维的水稳定性性能相差不大;车辙试验表明,玄武岩矿物纤维相对其他两种纤维来说,对SMA的高温性能改善较大;四点弯曲疲劳实验表明,聚丙烯腈纤维更多的增加了SMA的疲劳寿命。

关键词：纤维,SMA,路用性能

参考文献

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